Weltraumanzug


Weltraumanzug
Russischer Sokol-Raumanzug
Raumanzug, getragen während der Apollo-15-Mission

Der Raumanzug ist ein gasdichter Schutzanzug für Raumfahrer, der im Vakuum des Weltraums die Vitalfunktionen (insbesondere die Atmung) seines Trägers sichert, indem er sich unter Überdruck setzt. Ein an den Anzug angeschlossenes oder in den Anzug eingebautes Sauerstoffgerät entfernt das vom Träger ausgeatmete Kohlendioxid und ersetzt es durch frischen Sauerstoff.

Inhaltsverzeichnis

Einsatzgebiete

Bei den Raumanzügen können folgende Einsatzgebiete unterschieden werden:

  • Rettungsanzüge: Sie werden von der Besatzung nur innerhalb des Raumfahrzeugs bei gefährlichen Manövern wie während des Starts, der Kopplung und der Landung des Raumfahrzeugs getragen, damit sie bei Versagen der Druckkabine des Fahrzeugs nicht an Sauerstoffmangel stirbt. Sie schützen also die Besatzung nur für kurze Zeit. Ab einer Höhe von 12.000 m muss 100% Sauerstoff mit Überdruck geamtet werden, um einen ausreichend hohen Partialdruck zu erreichen um eine Sauerstoffsättigung des Blutes zu erzielen. In Flughöhen oberhalb der Armstrong-Linie (Armstrong Limit), also jenseits von 18,9–19,4 km Höhe, kann man ohne Druckanzug nicht überleben. Würde man sich in diesen großen Höhen ohne Druckanzug aufhalten, würde das Blut in den Adern anfangen zu kochen, denn die Siedetemperatur von Wasser und anderen Flüssigkeiten nimmt mit der Höhe deutlich ab. Kocht bei normalem Luftdruck auf Meereshöhe Wasser bei 100 °C, ist in etwa 19 km Höhe der Luftdruck so niedrig, dass der Siedepunkt des Wassers nur noch bei 37 °C liegt, der normalen menschlichen Körpertemperatur. Würde sich also ein Pilot nur mit einer Sauerstoffmaske versehen auf diese Höhen begeben, wäre er innerhalb weniger Sekunden wegen der verdampfenden Körperflüssigkeiten tot.[1] Folglich tragen auch Piloten sehr hoch fliegender (Militär-)flugzeuge (z. B. der U-2 oder SR-71) Raumanzüge. Beispiele sind der russische Sokol-Anzug für Insassen von Sojus-Raumschiffen und der orangefarbene ACES-Raumanzug für Space-Shuttle-Besatzungen.
  • Raumanzüge für Außerbordaktivitäten (engl.: extravehicular activities - EVAs). Bei Arbeiten im Weltraum außerhalb des Raumfahrzeugs bzw. der Raumstation werden meist Raumanzüge mit mobiler Sauerstoffversorgung auf dem Rücken des Trägers getragen. Sie müssen über spezielle Isolierfunktionen, Schutzschichten gegen Mikrometeoriten und ein Klimasystem für die Regelung der Körpertemperatur verfügen. Solche Anzüge werden bei der NASA als Extravehicular Mobility Units (EMUs) bezeichnet. Neben dem amerikanischen EMU (das vom Space Shuttle und von der ISS aus benutzt werden kann) gehören die russische Anzüge der Orlan-Familie in diese Gruppe. Eine gebräuchliche russische Bezeichnung für einen Raumanzug ist Skaphander.

Fluganzug

Nicht zu verwechseln ist der Raumanzug mit dem Fluganzug, einem strapazierfähigen, aus feuerfestem Gewebe gefertigten Overall. Dieser wird von Raumfahrern beim Training, zu offiziellen Anlässen und häufig bei der Arbeit an Bord des Raumfahrzeugs getragen. Aber auch von Kunstfliegern, den Besatzungen von Militärmaschinen oder bei Testflügen, wie einem Parabelflug.

Struktur eines Raumanzugs

Jeder Raumanzug besteht aus zahlreichen Schichten von verschiedenen Textilien, Kunststoffen und häufig auch Metallen. In die innerste Schicht sind Schläuche eingebaut, durch die kaltes Wasser gepumpt wird, damit der Raumfahrer in seinem Anzug nicht überhitzt. Darüber befindet sich eine Schicht Neopren, die gasdicht aber flexibel ausgeführt ist, und so den Überdruck halten kann. Damit sich der Anzug im Vakuum nicht übermäßig aufbläht und den Raumfahrer unbeweglich macht, wird der Druck im Anzug auf ein Minimum gesenkt. Zudem ist die Neoprenschicht von einer weiteren, kräftigen Textilschicht umgeben. Die äußeren Anzugschichten sind aus widerstandsfähigen, Brand hemmenden Aramidfasern gefertigt. Bei Raumanzügen für Außenbordarbeiten wird er zudem an der Außenseite mit Aluminium oder anderen Stoffen beschichtet, um Sonnenstrahlung zu reflektieren. Diese beiden Außenschichten schützen den Träger auch vor Mikrometeoriten und Strahlung.

Der Kopf des Raumfahrers steckt in einem nahezu kugelförmigen Helm, der gasdicht an den Raumanzug angeschlossen, und mit einem klappbaren Visier gegen die aggressive UV-Strahlung der Sonne (der Raumfahrer befindet sich jenseits der Ozonschicht) versehen ist. Meist im Rumpfbereich befinden sich die Anschlüsse für Sauerstoff, Abluft, Kühlwasser und Kommunikationssysteme.

Geschichte

1930er Jahre

Die modernen Raumanzüge haben ihren Ursprung in den Druckanzügen, wie sie in den 1930er Jahren für Tiefseetaucher und Testpiloten sehr hochfliegender Militärflugzeuge entwickelt wurden. Diese ursprünglichen Anzüge hatten allerdings einen großen Nachteil: Man konnte sich in ihnen praktisch nicht bewegen - entweder waren sie von vornherein zu steif oder sperrig, oder sie wurden es spätestens dann, wenn von innen her der Druck aufgebaut wurde. Es kristallisierten sich schnell zwei Grundformen heraus: Die einen waren „weiche“ Anzüge, die einen gewissen Grad an Beweglichkeit boten, allerdings keinen vollständigen Schutz gewährten. Die „harten“ Anzüge (wie sie bereits 1928 von Hermann Noordung vorgeschlagen wurden) dagegen waren zwar sicherer, dafür jedoch äußerst wuchtig. Die meisten Testpiloten, die in große Höhen vordrangen, benutzten weiche Anzüge. Für die späteren Raumfahrer suchte man nach einer ausgewogeneren Lösung. Heute verwenden sie harte Anzüge mit größerer Flexibilität. Die Evolution des Raumanzugs lässt sich in folgenden Schritten nachzeichnen: 1933 überlebte der Amerikaner Mark Ridge in einem von den britischen Ingenieuren John Scott Haldane und Sir Robert Davis entwickelten Anzug in einer Simulationskammer einen Atmosphärendruck von 27.500 Meter Höhe. 1934 entwickelten der amerikanische Pilot Wiley Post und der Designer Russell Colley von der Goodrich Company einen Anzug, der dem eines Tiefseetauchers ähnelte. Aber eines dieser frühen Modelle riss; ein anderes musste man aufschneiden, um den Träger zu befreien. 1935 erreichte Post dann mit einem verbesserten Modell erstmalig eine Höhe von 15 Kilometern. Im selben Jahr stellten die auf Taucheranzüge spezialisierten deutschen Dräger-Werke einen Anzug aus Seide und mit Seidenschnur belegtem Gummi her. Doch unter Druck gesetzt, blähte sich der Anzug derartig auf, dass das Augenfenster auf die Stirn des Piloten geschoben wurde. Eine französische Entwicklung aus demselben Jahr bestand aus Leinen, Seide und Gummi und wies Handschuhe mit Federspannung auf, damit der Pilot einen Brusthebel umlegen konnte, über den der innere Druck des Anzugs geregelt wurde. In den späten 1930er Jahren tauchte der erste harte Anzug auf. Aber dieses italienische Fabrikat stellte sich als zu voluminös und schwer heraus, und zwar derart, dass die Piloten, nachdem sie sich von hinten in den Anzug gezwängt hatten, zum Flugzeug getragen werden mussten.

1940er Jahre

Im Jahre 1940 bewährte sich ein gummierter britischer Anzug mit einer am Oberschenkel montierten Sauerstoffflasche und einstellbarer Beinverschnürung bis in etwa 10.000 Meter Höhe. Im selben Jahr wurde der erste amerikanische Raumanzug von den Heeresfliegern in Auftrag gegeben. Er wog etwa 35 Kilogramm und wurde bei 200 hPa völlig starr; es waren 35 hPa weniger als der im Weltraum zur Lebenserhaltung erforderliche Druck. Im Jahre 1942 erprobten die Heeresflieger unter anderem ein Anzugmodell mit der Bezeichnung XH-1. Es wies jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, wie schlechte Lüftungseigenschaften und Unhandlichkeit, sobald es unter Druck stand. Ein zur selben Zeit von den Dräger-Werken weiterentwickelter harter Anzug, der an eine mittelalterliche Ritterrüstung erinnerte, war zwar flexibler als die meisten anderen, konnte auch einen hohen Innendruck aushalten, aber wie viele andere harte Anzüge war er zu schwer. 1943 inspirierte eine Raupe den Erfinder Russel Colley zu einer Konstruktion mit segmentartig gerippten Arm- und Beinteilen, die ihrem Träger erlaubten, seine Gliedmaßen zu heben und zu bewegen. Zusammen mit seinem käseglockenartigen Kunststoffhelm wurde er zum Vorbild zahlreicher Raumanzüge in der Science fiction Literatur und in SF-Filmen der 1950er und frühen 1960er Jahre.

1950er und 1960er Jahre

In den frühen 1950er Jahren entwickelte die David Clark Company - seit 1939 Hersteller von Druckanzügen, aber auch Produzent von Büstenhaltern - einen Anzug aus Nylongewebe mit Waffelstruktur. 1960 präsentierte dann die Sowjetunion der staunenden Weltöffentlichkeit einen Druckanzug, der dem des über dem Ural abgeschossenen und dann gefangen genommenen U-2-Piloten Gary Powers verblüffend ähnelte. 1962 präsentierten die Briten einen sehr leichten Anzug, der allerdings die Sicht behinderte und ziemlich starr wurde. Er wies einen rückwärtigen Reißverschluss-Einstieg auf, wie die späteren Apollo-Programm-Raumanzüge.

Die Besatzungen der ersten Raumfahrzeuge, Wostok und Mercury, trugen Raumanzüge für den Fall des Entweichens der Atemluft aus dem Raumschiff. Die Mercury-Raumanzüge waren mit einer aufgedampften Außenschicht aus Aluminium zur Reflexion solarer Wärmestrahlung versehen, bestanden aus Nylon und Gummi, wogen nur 9 Kilogramm und besaßen auch die besten Lüftungseigenschaften. Sie waren zuvor auf den Flügen des Raketenflugzeugs X-15 erprobt worden.

Für die ersten Weltraumausstiege Mitte der 1960er Jahre wurden diese Anzüge weiter entwickelt. Dazu dienten sogenannte Experimentalanzüge. 1964 stellte Litton Industries für die NASA den Prototyp eines harten Anzugs mit Knierohrgelenken, Drehverschlüssen und ohne Reißverschluss her. Für die Missionen des Apollo-Programms wurden jedoch weiche Anzüge benutzt, die mehr Beweglichkeit boten. 1965 stellte die David Clark Company für das Gemini-Programm mit seinen geplanten Weltraumausstiegen einen speziellen Raumanzug her, der ein goldbeschichtetes, blendfreies Helmvisier besaß und zudem die ausgeatmete Luft von Nase und Mund fernhielt. Völlig neu konstruiert werden mussten die Raumanzüge für das Apollo-Programm, in denen sich Raumfahrer auf der Mondoberfläche bewegen sollten.

1970er Jahre bis heute

Die sowjetischen Kosmonauten auf den Missionen zur Saljut-Raumstation in den 1970er und 1980er Jahren trugen während Start, Landung und Umkopplungen weiche Raumanzüge, während die zu Weltraumausstiegen benutzten Anzüge harte Anzüge mit rückwärtigen Einstieg waren. Die amerikanischen Astronauten der in den 1980er Jahren zum Einsatz gekommenen Raumfähre Space Shuttle tragen Hybridmodelle, bei denen harte und weiche Materialien kombiniert sind. Anzüge dieser Art bieten Sicherheit und Beweglichkeit. Die heutigen amerikanischen EMUs sind aber prinzipiell Weiterentwicklungen der Apollo-Raumanzüge, allerdings mit einer Aussteifung aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff im Rumpfbereich.

Unfälle

Wegen der Aufgabe und Nutzung eines Raumanzuges - besonders was die Außenbordaktivitäten der Träger angeht - kann man einen Raumanzug mit einem tragbaren Raumschiff vergleichen. Anders als bei den Raumfahrzeugen, wie zum Beispiel der im Apollo-Programm verwendeten Raumkapseln, ist es bei der Arbeit mit dem Raumanzug bisher zu keiner Katastrophe gekommen. Allerdings hätte es während des Fluges von Woschod 2 im Jahre 1965 fast eine Katastrophe gegeben. Damals hatte der sowjetische Kosmonaut Alexei Leonow für wenige Minuten den ersten Weltraumausstieg unternommen. Als er durch die Ausstiegsschleuse wieder ins Raumschiff zurückkehren wollte, hatte sein Schutzanzug sich durch den Innendruck dermaßen versteift, dass er nicht mehr genügend Bewegungsfreiheit besaß, um in die enge Schleuse zu gelangen. Leonows Sauerstoffvorrat reichte nur für eine Stunde, und er drohte langsam zu ersticken. Als Alternative blieb nur, etwas Luft aus dem Anzug abzulassen und ihn auf diese Weise geschmeidiger zu machen. Dabei bestand jedoch die Gefahr, eine Dekompressionserkrankung auszulösen. Leonow senkte den Anzugdruck auf knapp ein Viertel des normalen atmosphärischen Drucks, schaffte den Einstieg und konnte den Anzugdruck erhöhen, bevor die Dekompressionserkrankung einsetzen konnte.

Der Handschuh des Raumanzugs von Rick Mastracchio ist beschädigt

Am 15. August 2007, dem achten Flugtag der STS-118 Mission zur Internationalen Raumstation, wurde ein Außenbordeinsatz zur Erweiterung der ISS frühzeitig abgebrochen. Missionsspezialist Mastracchio musste wegen eines Risses in der oberen Schicht seines Handschuhs in die Luftschleuse zurückkehren.

Zukunft

Für spätere Missionen Richtung Mond oder Mars sind die heute verwendeten Raumanzüge wegen ihrer hohen Masse und ihrer schlechten Beweglichkeit im aufgeblasenen Zustand kaum geeignet. Ursprünglich (z.B. von Fachleuten der NASA) vorgeschlagen wurden hier Anzüge, die ähnlich einer Rüstung aus steifen, bruchfesten Kunststoffteilen mit Gelenken dazwischen aufgebaut sind. Aus Gründen des Gewichtes und der Beweglichkeit ist diese Lösung jedoch nicht optimal.

Am Massachusetts Institute of Technology in Entwicklung befindet sich eine alternative Konstruktion namens Bio Suit: ein hautenger, elastischer Ganzkörperanzug, der den Körper des Trägers an der Expansion hindert. Lediglich der Helm wird wie gewohnt unter Druck gesetzt.

Einzelnachweise

  1. http://www.nasa.gov/centers/dryden/research/AirSci/ER-2/pshis.html A Brief History of the Pressure Suit

Siehe auch

Literatur

  • Reichl, Eugen: „Korrekt gekleidet im All-Tag“. In: Star Observer Nov./Dez. 2003, S. 48–54.

Weblinks


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