UNTERRICHTSMATERIAL
Rückkehr der unbemannten Orion-Kapsel
© NASA
(Ausschnitt)

Orion - kontrollierter Rücksturz zur Erde

Die bemannte Raumfahrt hat sich in den letzten Jahrzehnten auf den erdnahen Weltraum konzentriert. Seit der letzten Apollo-Mission 17 im Jahr 1972 haben sich keine Menschen mehr weiter als etwa 400 km von der Erde entfernt (Arbeitshöhe von Skylab, MIR oder ISS). Zwar gibt es mit Russland, den USA und China drei Nationen, die schon Menschen ins All transportiert und sicher wieder zurückgebracht haben, das einzige Land, das zurzeit routinemäßig bemannte Raumfahrt betreibt, ist allerdings nur Russland.
Nach dem Ende der Space-Shuttle-Ära beginnen die USA mit der Orion-Kapsel ein neues Raumfahrtprogramm, mit dem nach eingehender Testung wieder Astronauten ins All gebracht werden sollen. Das Projekt ist mittelfristig für Flüge zum Mond bzw. Mars ausgelegt. Mit Hilfe einer mehrstufigen Trägerrakete wird die Kapsel ins All transportiert, absolviert dort ihre Aufgaben und stürzt, geschützt von Hitzeschilden und gebremst von Fallschirmen, wieder zur Erde zurück. Der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre ist eine entscheidende und auch sehr gefährliche Flugphase. Ein großer Teil der kinetischen Energie soll dabei in Wärme umgewandelt werden, ohne die Kapsel dabei zu zerstören. Eine weitere Gefahrenquelle für die Astronauten stellt die erhöhte Strahlendosis jenseits der schützenden Atmosphäre dar. Prinzipiell ist eine Abschirmung von Strahlung jederzeit durch genügend dicke Bleiplatten zu erreichen. Allerdings ist
eine Optimierung der Abschirmung notwendig, um bei möglichst wenig Masse einen möglichst hohen Schutz zu gewährleisten. Das der Erde am nächsten liegende Strahlungsfeld, das Astronauten bei einem Einsatz jenseits der ISS durchqueren müssen, ist der Van-Allen-Strahlungsgürtel. Die Strahlenbelastung der Astronauten beim Flug durch dieses Feld lässt sich durch geschickte Wahl der Route, eine kurze Verweildauer und durch Abschirmung minimieren.
Beide potenzielle Gefährdungen, der Wiedereintritt wie auch die Strahlenbelastung sollten mit Hilfe des Exploration-Flight-Test 1 (EFT-1) der unbemannten Orion-Kapsel am 5.12.2014 untersucht werden.
Im vorliegenden Material werden veröffentlichte Informationen genutzt, um den Start und den ersten Orbit der Orion-Kapsel mit Hilfe eines Excel-Programms zu simulieren. Ein Bastelbogen der NASA für jüngere Schüler ergänzt das Material.
Fachgebiet Astronomie
Bezug zuGeowissenschaften, Informatik, Physik
ThemaMechanik, Positionsastronomie, Quantenphysik, Raumfahrt
StichwortBahngeschwindigkeit auf einer Kepler-Ellipse, Bastelbogen, Breitenkreise (Bahngeschwindigkeit), Excel-Programmierung, Formeln anwenden, Halbschrittverfahren, Java-Applet, Karten, Kepler-Gesetze, Methoden übertragen, Modellierung, Newton-Gesetze, Projektionen und ground track, Radioaktivität, Raketengleichung, Strahlungszonen (Van-Allen-Strahlungsgürtel), Van-Allen-Strahlungszone, Zusammenhänge erkennen
Klassenstufe Mittelstufe, Oberstufe
Zeit

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Wolfgang Vieser
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