Laufen in der Schwerelosigkeit

Antrieb von Astronauten-Laufband durch ACE-TUBUS gesichert

25. April 2013

Projekte der European Space Agency (ESA) und ihres nordamerikanischen Pendants NASA gehen in die Milliarden Euro. In diesen Dimensionen bekommt der Sicherheitsaspekt einen immensen Stellenwert, jeder Fehler, jede falsche Bewegung der Astronauten könnte gesundheitliche und kostspielige Folgen haben. Auf den ersten Blick ist es daher erstaunlich, dass kostengünstige Strukturdämpfer wie solche der TUBUS-Serie von ACE in der Lage sind, ESA- wie NASA-Missionen zu unterstützen. Auf den zweiten wird jedoch klar, dass sie beim Abbremsen von Kräften eine wichtige Rolle spielen - auch in der Schwerelosigkeit.

Effektiveres Training zu geringeren Kosten. Das hat sich die britische Qinetiq Group plc auf die Fahnen geschrieben. So gehört das Konstruieren eines speziellen Laufbandes für Astronauten wegen seines speziellen Zubehörs zu den Projekten von Qinetiq Space.

Am Laufen ist nichts Außergewöhnliches. Im Gegenteil: Für sich genommen, ist es eine der leichtesten Betätigungen des Menschen. In der Schwerelosigkeit ist es ohne Hilfsmittel jedoch nicht mehr möglich zu laufen. Denn wenn man einmal den Boden verlassen hat, gibt es kein Halten mehr. In Raumfähren und Raumstationen sind Astronauten deshalb beim Trainieren auf Laufbändern mit starren Formteilen verbunden. Mit dem häufigen, intensiven Training werden die negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf Muskeln und Knochen der Astronauten minimiert, so dass sie auch bei längeren Ausflügen ins Weltall keine gesundheitlichen Probleme bekommen. Da die Fixierung an kaum dehnbarem Gummi von den Astronauten während Testreihen als unangenehm beschrieben wurde, bekam Qinetiq Space den Auftrag, eine neue Laufbandgeneration zu entwickeln. Den Raumfahrtspezialisten schwebte dabei ein Modell vor, das auf Bungeeseilen basiert, so dass die Trainierenden quasi über ihr eigenes Gewicht am Boden gehalten werden können.

Der belgische Astronaut Frank de Winne verbrachte 2010 sechs Monate auf der Raumstation ISS. Er war mit den Bedingungen auf dem bisher verwendeten Laufband also vertraut. Dies war ein Grund, warum ihn die belgische Tochter der Qinetiq Group plc als Proband auswählte. Der andere war, dass die Schwerelosigkeit auf der Erde nicht so ohne weiteres herzustellen ist. Frank de Winne musste ein Flugzeug besteigen, den auf ZERO G getauften, für besondere Flüge umgebauten Airbus A300. Mit diesem wurden zahlreiche Tests ausgeführt.

Die Dämpfer der TUBUS-Serie dienen der Sicherheit des Gesamtsystems. Gleich drei dieser Strukturdämpfer von ACE, die als Alternative zu Industriestoßdämpfern dienen, wenn es nicht auf punktgenaues Stoppen ankommt, sind hier im Einsatz. Ein TUBUS ist im Pneumatikzylinder, die beiden anderen sind im Rest des Systems platziert. Alle Dämpfer haben die Aufgabe, die Anlage in dem Falle zu schützen, in dem die Antriebsriemen für das Laufband zu Schaden kommen. In diesem Falle würde der Zylinder eine sehr hohe Geschwindigkeit erreichen, und am Ende des Hubes würde er schwer beschädigt werden. Die anderen beiden Dämpfer schützen weitere mechanische Teile des Antriebs.

Mit einer speziellen Hochgeschwindigkeitskamera wurden Tests und Auswirkungen auf die Strukturdämpfer festgehalten. Mit ihr konnte festgestellt werden, dass die Dämpfer unter der maximal auftretenden Belastung von 18,75 Nm lediglich 5,5 ms benötigen, um die Kraft auf einer Wegstrecke von 12 mm abzubremsen. Damit verfügen die die Weltraumbesucher auch für nicht vorhergesehene Worst-case-Szenarien über mehr als ausreichende Reserven. Denn nach Angaben von ACE aus Langenfeld im Rheinland sind diese aus Co-Polyester-Elastomer bestehenden Maschinenelemente in der Lage, bis zu 26 Nm pro Hub zu absorbieren.

Im hier beschriebenen Fall sind linear arbeitende Modelle der TUBUS verwendet worden. Durch ihre platzsparende Bauform sind sie im Pneumatik-Zylinder selbst anzubringen, was bei der bereits beschriebenen Funktion ein Pflichtkriterium darstellte. Mit zulässigen Temperaturbereichen von -40° C bis +90° C sind die TUBUS-Serien für den Inneneinsatz im Weltraum und für den Außeneinsatz auf unserem Heimatplaneten gut geeignet. Da sie beständig gegen Fette, Öle, Mikroben, Chemikalien und Meerwasser sind, zeigen sie sich auf Erden für fast alle Umgebungen gerüstet.