Nabelschnurkabel

In der Raumfahrttechnik ist eine Nabelschnur ein multifunktionales Kabel, das einen Astronauten beim Außeneinsatz mit dem Raumfahrzeug verbindet und als primäre Verbindung für die Sauerstoffversorgung, elektrische Stromversorgung, Kommunikation und Abfallentsorgung dient. Das Kabel wird auch Umbilical genannt oder ist in moderner Verwendung Teil des Extravehicular Mobility Unit (EMU) Lebenserhaltungssystems. Es ist unverzichtbare Ausrüstung für jede Tätigkeit außerhalb der druckbeaufschlagten Kabine, sei es bei Wartungs-, Reparatur- oder Konstruktionsarbeiten an der Außenseite eines Raumfahrzeugs oder einer Raumstation.

Die physische Struktur besteht aus mehreren gebündelten Leitungen innerhalb einer schützenden äußeren Ummantelung. Eine Sauerstoffzuführungsleitung führt Atemgas mit kontrolliertem Druck (typischerweise 3,7 bis 4,3 psi über dem Anzugsdruck) zum Anzug des Astronauten. Eine Abluftleitung entfernt die ausgeatmete Kohlendioxid und Feuchtigkeit. Elektrische Leiter führen Strom aus der Raumfahrzeugbatterie zu den Heizelementen, Lüftern und Kommunikationsgeräten des Anzugs. Daten- und Sprachleitungen halten Zwei-Wege-Funkkontakt zwischen dem Außeneinsatzführer und der Missionsleitung oder der Besatzung der Raumfahrzeugkabine. Moderne Kabel enthalten auch ein Zugkabel für die Notfallrettung.

Nabelschnurkabel variieren in der Länge je nach Missionsprofile, typischerweise zwischen 25 Fuß bis über 50 Fuß für Arbeiten, die eine erweiterte Reichweite von der Schleuse erfordern. Die äußere Ummantelung muss Mikrometeoritenschäden, ultraviolette Strahlung und extreme Temperaturschwankungen von Sonneneinstrahlung (etwa 121 Grad Celsius) bis Schatten (minus 157 Grad Celsius) widerstehen. Die Materialien umfassen Kevlar, Mylar und Polyurethanschichten, die sowohl thermischen Wechseln als auch mechanischer Abnutzung standhalten. Redundanz ist eingebaut: Der Ausfall einer Sauerstoff- oder Stromleitung deaktiviert den Anzug nicht sofort, da Backup-Systeme eine minimale Lebenserhaltung für Notverfahren aufrechterhalten.

Ausfallmodi und Bodentests

Ausfälle bei Nabelschnurkabeln sind selten, aber kritisch. Ein Mikrometeoriteneinschlag kann die äußere Ummantelung durchlöchern und interne Leitungen beschädigen; ein langsames Sauerstoffleck kann mehrere Minuten lang unbemerkt bleiben und den verfügbaren Sicherheitsspielraum verringern. Knicke oder scharfe Biegungen im Kabel können den Durchfluss behindern oder Leiter beschädigen. Das Bodentraining umfasst wiederholte Einsätze und Einziehzyklen in Thermalvakuumkammern, um Verschleißmuster zu identifizieren. Kabel werden nach jedem Außeneinsatz visuell überprüft und nach einem geplanten Wartungsplan ersetzt, typischerweise nach fünf bis zehn Außeneinsätzen (EVAs), je nach Missionsprofile und beobachteter Verschlechterung.

Der Begriff Nabelschnur bezieht sich auf die biologische Nabelschnur, die einen Fötus mit der Plazenta der Mutter verbindet; eine Metapher, die Raumfahrtingenieure in den 1960er Jahren übernahmen, um das lebenserhaltende Kabel zu beschreiben. NASA, ESA und Roscosmos verwenden alle funktional ähnliche Designs, obwohl sich die Schnittstellenanschlüsse unterscheiden. Für Raumfahrzeuge wie die ISS werden Astronauten während eines Außeneinsatzes ständig angebunden; die Nabelschnur kann durch mehrere Befestigungspunkte geführt werden, um ein Verheddern zu verhindern und die Last des Kabels selbst zu verteilen, das je nach Länge und Ummantelung 10 bis 15 Pfund wiegen kann.