Freitag, 15. Februar 2013

War das die Vorhut?

Über dem Ural ist heute morgen offenbar ein Meteorit explodiert. Behördenangaben zufolge wurden durch herumfliegende Glasscherben über 100 Menschen verletzt.

Näheres dazu lesen Sie hier: http://www.n-tv.de/panorama/Hunderte-Menschen-werden-verletzt-article10129821.html

Der Asteroid 2012 DA14 wird erst heute Abend gegen 19 Uhr MEZ erwartet. Mehr dazu hier: http://redbullet-buch.blogspot.de/2013/01/am-15-februar-ist-der-weltuntergang-fast.html

Sonntag, 10. Februar 2013

Was atmen Astronauten?


Bei Fensehreportagen, die den Tauchsport zum Thema haben, passiert es immer wieder: Der Moderator weist auf den Drucktank auf dem Rücken des Tauchers und nennt ihn „Sauerstoffflasche“. Das ist Unsinn, denn fast alle Taucher atmen unter Wasser dasselbe, was Menschen an Land auch atmen: Luft. Es gibt Tech-Taucher, die statt normaler Pressluft spezielle Atemgasgemische nutzen, aber O2 pur hat niemand in seiner Flasche. Warum nicht? Würde ein Taucher reinen Sauerstoff atmen, wäre er nach wenigen Stunden tot, denn reiner Sauerstoff in hohen Dosen wirkt auf den menschlichen Körper tödlich.

Auch die Kosmonauten der sowjetischen bemannten Raumfahrt atmen auf ihren Flügen normale Luft – und können deshalb mit aufgeklapptem Visier in ihre Kapseln steigen. Die Astronauten des Apollo-Programms atmeten dagegen auf dem größten Teil ihres Fluges zum Mond fast reinen Sauerstoff. Und haben trotzdem überlebt. Wie das?

Die Luft in der Erdatmosphäre enthält als Hauptbestandteile 78 % Stickstoff (N2), 21 % Sauerstoff (O2), Wasserdampf und verschiedene Edelgase sowie 0,04 % Kohlendioxid (CO2). Der Mensch setzt einen Teil des Sauerstoffs in Kohlendioxid um, ausgeatmete Luft enthält deshalb nur noch etwa 16 Prozent Sauerstoff, dafür rund vier Prozent CO2 und zwei Prozent sonstige Bestandteile.

Stickstoff ist ein sehr reaktionsträges Element, es geht schwer chemische Verbindungen ein, brennt nicht und übersteht den menschlichen Atemvorgang unbeeindruckt. Fast vier Fünftel der Erdatmosphäre bestehen aus diesem inaktiven Stoff. Dennoch kann Stickstoff heftige Probleme verursachen, wenn sich der Umgebungsdruck ändert. Ein Taucher atmet unter Wasser die in einer Pressluftflasche mitgeführte Luft über einen Druckregler ein. Der Regler sorgt dafür, dass die Luft immer mit einem Bar mehr Druck aus der Flasche strömt, als das umgebende Wasser hat. Auf 20 Meter Tiefe hat die Luft aus der Flasche drei bar, damit könnte man Autoreifen aufblasen. Würde der Atemregler die Luft mit weniger Druck bereitstellen, dann könnte der Taucher nicht mehr atmen – das umgebende Wasser würde ihm den Brustkorb zusammenquetschen. Ganz plump kann man sagen, dass der Atemregler dafür sorgt, dass die Lunge des Tauchers genau so weit aufgeblasen wird, dass sich die Geschichte mit dem Umgebungsdruck ausgleicht. Der Taucher merkt davon nicht viel: Das Atmen fühlt sich idealerweise genauso an wie über Wasser. Was der Taucher ebenfalls nicht spürt: Der hohe Druck im Inneren seines Körpers presst den Stickstoff in das Gewebe und die Knochen. Das geht nur eine gewisse Zeit lang gut. Ist das Gewebe des Tauchers zu stark mit Stickstoff gesättigt, würde ein plötzliches Nachlassen des Umgebungsdruckes (zum Beispiel weil der Taucher auftaucht) dazu führen, dass der im Gewebe gebundene Stickstoff unkontrolliert ausgast – als wenn man eine Flasche Sprudel schüttelt und dann öffnet. Das ist die berüchtigte Taucherkrankheit, ihr sind schon tausende von Menschen zum Opfer gefallen.

In einer Raumkapsel gibt es andere Probleme: Der Umgebungsdruck ist nicht hoch, sondern extrem klein, das Weltall ist ein Vakuum. Außerdem muss man haushalten. Während die meisten Sporttaucher beim Ausatmen ihre Luft einfach ins Wasser blubbern lassen können, muss die Atmosphäre an Bord eines Raumschiffes immer wieder aufbereitet werden. Regeneratorzellen filtern das Kohlendioxid aus und verwandeln es in Sauerstoff und gesättigten Kalk. Vom technischen Standpunkt her ist Stickstoff an Bord eigentlich überflüssig. Die NASA-Ingenieure vertraten die Ansicht, dass es viel einfacher sei, eine Atmosphäre mit zwei Gasen, nämlich O2 und CO2 zu kontrollieren als ein Luftgemisch mit drei Gasen, nämlich N2, 02 und CO2. Außerdem kommt es zu Symptomen ähnlich der Taucherkrankheit, wenn ein mit normaler Luft beatmeter Mensch starkem Unterdruck ausgesetzt wird.

Aber purer Sauerstoff ist doch giftig, oder? Das ist eine Frage des Partialdrucks. Je höher der Druck, mit dem Sauerstoff in den Körper eingeführt wird, desto giftiger wirkt er. Auf der Erde, mit normalem Luftdruck (1 bar), ist der Sauerstoff, der ein Fünftel der Atmosphäre ausmacht, offensichtlich harmlos. Der Partialdruck des Sauerstoffs beträgt eben jene 21 Prozent der Gesamtatmosphäre, also etwa 0,21 bar. Würde man reinen Sauerstoff mit 1 bar einatmen, würde man fünfmal so viel davon abbekommen wie normal, das würde nicht lange gut gehen. Ab einem Partialdruck von 1,6 bar tritt sofort der so genannte Paul-Bert-Effekt ein, eine Vergiftung des zentralen Nervensystems, die sich in epilepsieartigen Zuständen äußert. Das ist übrigens ein Grund dafür, dass man mit normaler Pressluft nicht tiefer als 60 Meter tauchen kann.  Auf der anderen Seite hatte die NASA in langen Testreihen herausgefunden, dass ein Mensch monatelang problemlos reinen Sauerstoff atmen kann – wenn er nicht mehr als 0,35 bar Druck hat.

Anders als die sowjetischen Kosmonauten atmeten die Astronauten der Gemini- und der Apollo-Missionen tatsächlich zu 95% reinen Sauerstoff – in einer Niederdruck-Atmosphäre, die auf dem Weg ins All auf ein Drittel des normalen Luftdrucks reduziert wurde. Dafür nahmen die Astronauten aufwändige Prozeduren in Kauf. Bereits mehrere Stunden vor dem Start atmeten sie in ihren luftdichten Anzügen reinen Sauerstoff, um möglichst viel Stickstoff aus ihren Körpern zu spülen. In der Apollo-Kapsel selbst herrschte beim Start ein Umgebungsdruck von etwas über 1 bar bei einem Luftgemisch, bestehend aus 60 Prozent Sauer- und 40 Prozent Stickstoff. Während des Aufstiegs ins All wurde der Stickstoff über ein Ventil nach außen abgeschieden, der Druck in der Kabine auf rund 0,35 bar abgesenkt – und blieb so für den Rest der Mission. In den Gemini-Kapseln hatte man noch auf die Stickstoffabscheidung in der Startphase verzichtet – und dabei bei den Astronauten einen signifikanten Rückgang der roten Blutkörperchen verzeichnet. Dieses Problem trat bei Apollo nicht mehr auf.

Die Ingenieure fanden schnell heraus, dass ein Kabineninnendruck von nur einem Drittel der normalen Atmosphäre ihnen die Arbeit leichter machte. Die gesamte Kapsel, die ja schließlich im Vakuum flog, konnte leichter gebaut werden. Und den Astronauten half der niedrigen Druck in ihren Raumanzügen dabei, sich auf dem Mond bewegen zu können. Wäre der Innendruck höher gewesen, hätte er die Anzüge im Vakuum aufgebläht wie ein Ballon. Und noch ein weiterer Effekt sprach für die reine Sauerstoff-Atmosphäre: Bei komplettem Druckverlust bleibt ein Mensch noch 15 bis 20 Sekunden handlungsfähig. Sekunden, die ihm im Notfall das Leben retten können. 

Allerdings hat Sauerstoff einen entscheidenden Nachteil gegen über Luft: Das Gas ist ein Brandbeschleuniger. Das musste die NASA am 27. Januar 1967 einsehen, als eine Apollo-Kapsel während eines Tests auf der Spitze einer Saturn V-Rakete nach einem Kurzschluss ausbrannte. Die drei Astronauten in der Kapsel hatten keine Chance. Die anschließende Untersuchung förderte zahlreiche technische Fehler zutage, deren Behebung das Apollo-Programm um ein Jahr zurück warfen.  Tausende von Dingen wurden geändert, von der Konstruktion der Bordluke über das Material der Raumanzüge bis hin zum Papier für das Bordbuch.  Am Konzept für die Sauerstoff-Atmosphäre wurde jedoch während der gesamten Apollo-Mission festgehalten.

Bei der Entwicklung ihrer Space Shuttles änderte die NASA ihr Konzept. Die wiederverwendbaren Raumfähren hatten von Anfang an ein komplexes Lebenserhaltungssyteme an Bord, das sowohl das Flugdeck als auch die Mannschaftsräume mit einer Atmosphäre versorgte, die ziemlich genau der normalen Erdatmosphäre entspricht, sowohl in der Zusammensetzung als auch im Druck. Und auch an Bord der ISS herrschen diesbezüglich irdische Verhältnisse. Dafür zuständig sind mehrere Systeme, die Sauerstoff produzieren und recyceln, darunter auch Elektron, ein Sauerstoffgenerator, der bereits auf der russischen Raumstation Mir eingesetzt wurde. 

Hinweis: Viele technische Details der Apollo-Mission habe ich dem Buch „Apollo 11 – ‚Wir sehen die Erde‘“ von Jesco v. Puttkamer entnommen. 

Samstag, 2. Februar 2013

Die verschwundene Apollo-Kapsel


Das Rennen zum Mond zwischen der NASA und ihrem sowjetischen Gegenstück war geprägt vom Kalten Krieg. Bei vielen Gelegenheiten gingen die Supermächte auf Tuchfühlung – und manchmal sogar ein Stück weiter. Im Februar 1969, ein halbes Jahr vor der ersten Mondlandung ging eine Apollo-Trainingskapsel bei Bergungsübungen im Golf von Biskaya verloren – und wurde der USA anlässlich eines Freundschaftsbesuches eines US-Eisbrechers in Murmansk ein Jahr später von der Sowjetunion feierlich zurückgegeben. Was war geschehen?

Bei der verschwundenen Kapsel handelt es sich um Boilerplate BP-1227, einer von mehreren Dutzend Trainingskapseln, die die NASA gebaut und rund um den Globus stationiert hatte.  Der NASA-Begriff „Boilerplate“ (Kesselblech) bezeichnet ein Muster eines Raumfahrzeugs, welches bestimmte, aber nicht alle Charakteristika des Original-Musters aufweist, also im Grunde eine Attrappe.Die merkwürdige Bezeichnung rührt von den Anfängen des Mercury-Programms 1959 her: Die US Air Force testete damals ein Raketensystem namens „Little Joe“ und benötigte für Versuche zur Bergung dieser Raketen Attrappen, an denen die Bergemannschaften trainieren konnten, ohne dafür sündhaft teure Original-Geräte zu benötigen. Die insgesamt sieben Attrappen wurden in einer Schiffswerft aus Kesselblech zusammengeschweißt – eine Gattungsbezeichnung war geboren.

Boilerplate BP-1227 entsprach in Abmessungen und Gewicht einer Apollo-Landekapsel, sie wurde 1967 nach Großbritannien gebracht, um sie für Bergetrainings einzusetzen. Ein solches Training lief typischerweise so ab: Ein Schiff brachte die Boilerplate an den Ort, an dem die Bergung trainiert werden sollte, setzte sie im Meer aus und entfernte sich anschließend rund 20 Meilen (ca. 32 km) vom Absetzpunkt. Anschließend wurde die Bergeoperation von anderen Schiffen aus gestartet. Froschmänner wurden von Hubschraubern aus am Bergepunkt abgesetzt, sie brachten einen Schwimmkragen an der Kapsel an, um sie vor dem Sinken zu bewahren, später wurde die Kapsel dann wieder von einem Schiff geborgen. Das Schiff, das die Kapsel ausgesetzt hatte, überwachte den Verlauf der Übung. Um Kontakt zur Kapsel zu halten, war BP-1227 mit verschiedenen optischen Signaleinrichtungen ausgestattet. So weit die Theorie.

In der Praxis sorgte das oft raue Wetter auf hoher See in Verbindung mit der kegelförmigen Form der Kapsel dafür, dass sie oft beträchtlich vom Absetzpunkt wegdriftete, zumal zwischen dem Absetzen der Kapsel und dem Beginn der Bergung mehrere Stunden vergehen konnten. Aber das gehörte zur Übung – das reine Anbringen des Schwimmkragens hätte man auch am Strand trainieren können.

Als BP-1227 im Februar 1969 im Golf von Biskaya ausgesetzt wurde, war ein sowjetischer Fischtrawler in der Nähe – zeitgenössische Quellen halten es für wahrscheinlich, dass es sich um ein Spionageschiff handelte, das die Bergeübungen beobachtete. Ob dieses Schiff BP-1227 aufgenommen hat, ist nicht schlüssig zu beweisen. Fakt ist jedoch: An diesem Tag verschwand BP-1227 spurlos.

Ein Jahr später befand sich der Eisbrecher „South Wind“ der US-Küstenwache auf spektakulärer Mission in die Polarregion. Das Schiff hatte eine bewegte Geschichte: 1943 vom Stapel gelaufen, wurde die „South Wind“ 1944 von der US-Küstenwache in Dienst gestellt und dann 1945 als Militärhilfe an die Sowjetunion ausgeliehen, wo sie als „Admiral Makarov“ lief, bis sie 1949 in Japan wieder an die USA zurück gegeben wurde. 1950 wurde das 82 Meter lange Schiff in „USS Atka“ umgetauft, modernisiert und ab 1951 in Diensten der US-Navy eingesetzt. 1966 kam die „Atka“ zurück zur Küstenwache, erhielt ihren alten Namen „South Wind“ zurück und unternahm regelmäßige Reisen in die Arktis. Als die „South Wind“ 1970 nach einer langen Reise durch die Nordpolarregion im russischen Nordmeerhafen Murmansk fest machte, war sie das erste Schiff der US-Streitkräfte in einem sowjetischen Hafen seit Beginn des Kalten Krieges – und sicherlich war es kein Zufall, dass die Amerikaner für diese denkwürdige Reise ein Schiff ausgesucht hatten, das schon einmal im Dienst der Sowjetmarine gestanden hatte. Dennoch war die Reise von Misstrauen geprägt: Schon weit vor ihrer Ankunft war die „South Wind“ von einem sowjetischen Eisbrecher beschattet worden, der sie auch bei der Abfahrt wieder begleitete – und ihr dabei einmal so nahe kam, dass sich beide Schiffe berührten.

Dennoch bemühte man sich in Murmansk um einen angemessenen Empfang. Die Mannschaft bekam sogar die Erlaubnis für einen Landgang. Als besondere Überraschung präsentierten die Sowjets ihren Gästen ein spezielles Treibgut: Boilerplate BP-1227. Angeblich sei die Kapsel 1970 von einem ungarischen Schiff geborgen und dann den Sowjets übergeben worden. Es gilt als sicher, dass die Attrappe von Experten des Zentralbüros für Konstruktion und Maschinenbau in Moskau eingehend untersucht wurde. Bei der Übergabe fehlten die optischen Signaleinrichtungen, außerdem war die Tür beschädigt – offensichtlich wollten die Russen wissen, wie BP-1227 innen aussah.

Die „South Wind“ nahm die havarierte Kapsel auf ihr Vordeck und überführte sie nach Norfolk/Virginia, wo sie der dortigen Hafenbehörde übergeben wurde. Diese Behörde verwaltete die Boilerplates für das Apollo-Programm, das sich ja noch immer in vollem Gang befand. BP-1227 wurde repariert und wieder in den Ausbildungsdienst übernommen. Erst nach dem Ende des Apollo-Programms 1975 wurde BP-1227 ausgemustert und  zuerst ins Luft- und Raumfahrtmuseum nach Norfolk gebracht. Von dort reiste sie 1976 ins National Air and  Space Museum nach Washington, wo sie die NASA gleich weitergab an das Grand Rapids Public Museum in Grand Rapids / Michigan. Dort steht BP-1227 heute noch. Die Boilerplate wurde 1976 mit Zeitdokumenten aus Grand Rapids gefüllt, anschließend versiegelt  und soll erst im Jahr 2076 wieder geöffnet werden.  Dass eine Apollo-Kapsel in Grand Rapids steht, hat einen Grund: Roger B. Chaffee, einer der drei Astronauten,die bei einem Brand an Bord von Apollo 1 im Februar 1967 ums Leben kamen, wurde hier geboren.

Über die Geschichte von BP-1227 ist recht viel bekannt, schließlich steht die Kapsel seit 1976 in vor dem Grand Rapids Public Museum. Nur die Episode vom Februar 1969 blieb lange unbekannt – bis ein Raumfahrt-Enthusiast im Jahr 2002 zufällig in einer ungarischen Fachzeitschrift von 1970 auf Fotos von der Verladung der Boilerplate auf die „South Wind“ stieß. Wie genau BP-1227 vom Golf von Biskaya nach Murmansk kam, ist bis heute nicht zweifelsfrei geklärt.