Wie erreichen bemannte Raumfahrzeuge beim Andocken eine luftdichte Verbindung?

Durch eine andere Frage wurde ich daran erinnert, wie schwierig es ist, luftdichte Geräte wie Vakuumkammern aus mehreren Teilen zu bauen. Das Andocken oder Anlegen von Raumschiffen / Raumstationsmodulen ist eine ziemlich ähnliche Aufgabe, nur mit einem umgekehrten Druckgradienten. Ich frage mich, wie die Dichtungen funktionieren.

Bei der Verschraubung zweier Teile einer Vakuumkammer kann man je nach angestrebter Qualität des Vakuums zwischen einigen Dichtungsmaterialien wählen . Für ein Ultrahochvakuum ist Kupfer eher üblich. Kupferringe können jedoch nur einmal verwendet werden ( Kupferdichtung vs. Messerkantenflansch ), daher müssen sie jedes Mal ausgetauscht werden, wenn Sie einen bestimmten Flansch öffnen. Für ein hohes / mittleres Vakuum können Sie mit Viton / billigem Gummi arbeiten. Viton und Gummi können mehrfach verwendet werden, aber auch das hat Grenzen.

Raumfähre - APAS-95Dies ist ein APAS-95- Andockmechanismus, der an einem Space Shuttle montiert ist. Deutlich sind die beiden braunen Ringe zu erkennen.

ISS/Kibo - Passives CBMDies ist eine passive Schnittstelle eines Common Berthing Mechanism , wie er auf Kibo auf der ISS gefunden wurde. Es gibt im Grunde drei Ringe aus braunem Material.

Es gibt ein paar interessante Aspekte über diese Ringe im Weltraum, die mich neugierig machen. Anscheinend können sie ziemlich oft wiederverwendet werden . Erinnern Sie sich, wie oft zum Beispiel Module auf der Raumstation MIR umgestellt und dabei ab- und wieder angedockt wurden. Außerdem bleibt dieses Zeug sehr lange im Weltraum (und im Vakuum), während es sich nicht wesentlich zu zersetzen scheint (durch Ausgasen usw.).

Welche Materialien werden und wurden in diesem Zusammenhang verwendet? Was sind ihre Grenzen ? Wie viele Andock-/Abdockzyklen können sie bewältigen? Wie dicht sind diese Dichtungen in Zahlen (z. B. Luftverlust in kg pro Tag)?

Betrachten Sie auch die russischen Segment-Docking-Systeme. Wie viele Docks von Progress, ATV und Sojus gab es jetzt? Die wahrscheinlich höchste Nutzung ist die am Ende von Zarya, wo ATV anlegt.
@geoffc Hmm, eigentlich bringen Sojus, ATV und Progress ihre eigenen Siegel mit - sie sind der aktive Teil des Andocksystems. Der Dockingport auf der Rückseite von Zarya ist der passive Teil ohne eigenes Siegel.
Das ist dann eigentlich ein ziemlich eleganter Ansatz. Das Teil, das sich abnutzt, ist das Teil, das Sie bei jedem Flug mitbringen und entsorgen. Clever.

Antworten (1)

Als Dichtungsmaterial wird Silikonkautschuk verwendet.

Beispielmaterialien für NDS iLIDS sind:

  • Parker S0383-70 (als Teil des Gask-O-Seal-Produkts)
  • Esterline ELA-SA-401

Silikonkautschuk ist die einzige Klasse von für die Raumfahrt zugelassenen elastomeren Dichtungsmaterialien, die über den erwarteten Temperaturbereich funktionieren. NASA Glenn hat drei Silikonelastomere für solche Dichtungsanwendungen getestet: zwei von Parker (S0899-50 und S0383-70) und eines von Esterline (ELA-SA-401). Die Wirkungen von atomarem Sauerstoff (AO), UV- und Elektronenteilchenstrahlung und Vakuum auf die Eigenschaften dieser drei Elastomere wurden untersucht. Kritische Dichtungseigenschaften wie Leckage, Haftung und Druckverformung wurden vor und nach simulierten Weltraumexpositionen gemessen. Das S0899-50-Silikon wurde aufgrund seiner hohen Haftung und Unverträglichkeit gegenüber UV als ungeeignet für Dichtungsanwendungen in erweiterten Räumen eingestuft, aber sowohl S0383-70- als auch ELA-SA-401- Dichtungen waren angemessen.

Quelle: Auswirkungen der Weltraumumgebung auf Silikondichtungsmaterialien (PDF)

Das Metall für die Schnittstelle ist Aluminium. NDS IDD spezifiziert MIL-DTL-5541 Typ 1, Klasse 3 chemische Umwandlungsbeschichtung (mit sechswertigem Chrom Cr (VI)) über dem Metall.

iLIDS ist so ausgelegt, dass es 70 Andock-/Abdockzyklen im passiven Modus (20 am Boden und 50 im Weltraum) und 24 Zyklen im aktiven Modus (auf einem Raumschiff) (20 am Boden, 4 im Weltraum) aushält.

Die Leckgrenze wird wie folgt angegeben:

  • iLIDS-zu-iLIDS: maximal 0,0011 kg Trockenluftleckage/Tag bei Vorraumdruckbeaufschlagung von 101 kPa und externem Vakuumdruck im gesteckten Zustand.
  • iLIDS-zu-Fahrzeug: maximal 0,0004 kg Trockenluftleckage/Tag bei Vorraumdruckbeaufschlagung von 101 kPa und externem Vakuumdruck im gesteckten Zustand.

Die Leckrate wird durch zwei Wirkfaktoren bestimmt:

  • Atomarer Sauerstoff in LEO
  • Ultraviolette Strahlung von der Sonne

Quelle: Technische Anforderungsspezifikation des International Low Impact Docking System (iLIDS) (PDF)

Danke für die Antwort, das ist ziemlich interessant. LIDS ist im Grunde ein Zukunftssystem. Was ist mit dem Zeug, das gerade im Weltraum ist (oder in nicht allzu ferner Vergangenheit war)?
Fluorsiloxankautschuke mit Cadmiumoxid (CdO)-Füllungen.
spektakuläre Antwort!
Wie erreichen bemannte Raumfahrzeuge beim Andocken eine luftdichte Verbindung?
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