Die Weltraumlogistik ist die Disziplin, die sich mit der Entwicklung, dem Betrieb und der Instandhaltung von Weltraumsystemen befasst, indem sie den Fluss von Material, Dienstleistungen und Informationen über den gesamten Lebenszyklus des Weltraumsystems hinweg steuert. [ 1 ] Sie umfasst die terrestrische Logistik zur Unterstützung der Raumfahrt, einschließlich jeglicher zusätzlicher „Entwicklung, Beschaffung, Lagerung, Transport, Verteilung, Wartung, Evakuierung und Entsorgung von Weltraummaterial“, die Beförderung von Personen im Weltraum (sowohl routinemäßig als auch in medizinischen und anderen Notfällen) sowie die Beauftragung und Bereitstellung aller erforderlichen Unterstützungsleistungen für die Aufrechterhaltung der Raumfahrt. Die Forschung und Praxis der Weltraumlogistik konzentrieren sich primär auf die Modellierung und das Management der astrologistischen Lieferkette von der Erde zu Zielen im gesamten Sonnensystem sowie auf Systemarchitekturstrategien zur Minimierung des Logistikaufwands und der Betriebskosten von bemannten und robotischen Operationen im Weltraum. [ 1 ]

Geschichte

Bereits 1960 sprach Wernher von Braun von der Notwendigkeit und der Unterentwicklung der Weltraumlogistik: [ 2 ]

Wir stehen vor einem logistischen Problem im Weltraum, das selbst die visionärsten Logistikingenieure herausfordern wird. Wie Sie wissen, untersuchen wir derzeit drei Regionen des Weltraums: die erdnahe Region, die Mondregion und die Planeten . Obwohl uns allen die meisten der diskutierten logistischen Anforderungen und Probleme – zumindest im Groben – sicherlich bekannt sind, ist es wohl auch richtig, dass vielen von uns das enorme Ausmaß der Aufgaben im Logistikbereich nicht bewusst war. Ich hoffe, die Diskussionen tragen zu einem besseren Verständnis dafür bei, dass die logistische Unterstützung einen wesentlichen Bestandteil der meisten großen Entwicklungsprojekte darstellt. Sie ist sogar maßgeblich für den Erfolg oder Misserfolg vieler Vorhaben.

Bis 2004, als die NASA eine staatliche Initiative zur Erforschung des Mondes , des Mars und darüber hinaus startete [ 3 ], wurden eine Reihe von Defiziten sowohl in der Kapazität als auch in der Fähigkeit zur Unterstützung logistischer Bedürfnisse selbst im erdnahen Orbit festgestellt. [ 4 ] [ 5 ]

Im Jahr 2005 erkannten Analysten die sich bietende Chance für die am Space-Shuttle-Programm beteiligten nationalen Regierungen , die Kosten durch den kommerziellen Erwerb von Frachttransportlogistikdienstleistungen nach Abschluss der Bauphase der Internationalen Raumstation zu senken , [ 4 ] die damals für 2010 erwartet wurde. [ 5 ]

Aktivitäten nach 2005

Mitte der 2000er-Jahre finanzierte die NASA interdisziplinäre Forschung am Massachusetts Institute of Technology (MIT), um terrestrische Lieferketten- und Logistikmethoden für interplanetare Raumfahrtmissionen anzupassen. Der Fokus lag auf der Kampagnenplanung für verschiedene Architekturen im Kontext von Erde, Mond und Mars. Dabei wurden netzwerkbasierte Logistikmodelle, Unsicherheiten in Nachfrage und Transportkapazität sowie die Integration von bodengebundenen und im Weltraum befindlichen Logistiksystemen besonders berücksichtigt. [ 6 ] Die Forschung nutzte Erkenntnisse aus kommerziellen und militärischen Logistiksystemen auf der Erde, einschließlich Anwendungen in abgelegenen und ressourcenarmen Umgebungen. Ziel war die Entwicklung eines allgemeinen Planungsrahmens, der die nachhaltige bemannte und robotische Erkundung jenseits der erdnahen Umlaufbahn ermöglicht.

Beispiele für Nachhilfeklassen

Zu den vom MIT Space Logistics Center identifizierten Versorgungsklassen gehören: [ 7 ]

  • Treibstoffe und Kraftstoffe
  • Versorgung und Betrieb der Besatzung
  • Wartung und Instandhaltung
  • Stauung und Rückhaltesystem
  • Abfall und Entsorgung
  • Wohnen und Infrastruktur
  • Transport und Spediteure
  • Verschiedenes

Im Bereich des Raumtransports zur Unterstützung der ISS könnten folgende Beispiele aufgeführt werden:

Tianzhou (Raumschiff) ist das einzige unbemannte, entbehrliche Versorgungsraumschiff für die chinesische Raumstation .

Internationale Raumstation als logistische Fallstudie

Die Internationale Raumstation (ISS) bietet eine detaillierte frühe Fallstudie zur Weltraumlogistik und veranschaulicht die operativen Herausforderungen, die mit der Aufrechterhaltung der menschlichen Präsenz im erdnahen Orbit verbunden sind. Eine Momentaufnahme der Logistik der ISS wurde 2005 durch eine umfassende Studie von James Baker und Frank Eichstadt erstellt. [ 8 ]

Geschäftsmöglichkeit

Analysen Mitte der 2000er-Jahre identifizierten nach der Außerdienststellung des Space Shuttles Chancen für kommerzielle Fracht- und Logistikdienstleistungen zur Unterstützung von Raumfahrtmissionen . Diese Studien stellten fest, dass kommerzielle Anbieter Frachttransporte, frei fliegende Forschungsplattformen und Versorgungsdienste sowohl für staatliche als auch für neu entstehende private Raumstationen bereitstellen könnten, oft zu geringeren Kosten als staatlich entwickelte Systeme, da bestehende Infrastruktur wiederverwendet und Skaleneffekte erzielt werden können . [ 8 ] [ 9 ]

Modellierung und Optimierung für die Weltraumlogistik

Die moderne Weltraumlogistik stützt sich zunehmend auf formale Optimierungs- und netzwerkbasierte Modellierungsansätze, um Transport, Lagerung und Terminplanung über mehrere Missionen hinweg zu koordinieren, einschließlich Architekturen für Erde-Mond-Mars. [ 10 ] [ 11 ] Weltraumlogistik wird häufig als dynamisches Netzwerkproblem modelliert, bei dem Transport-, Lager- und Zeitbeschränkungen gemeinsam optimiert werden. [ 12 ] Diese Ansätze betrachten die Weltrauminfrastruktur als integriertes System, das Startbeschränkungen, der Verfügbarkeit von Raumfahrzeugen, Nachfrageunsicherheiten und langfristigen Kampagnenzielen unterliegt.

Gängige Analysemethoden in der Weltraumlogistik sind: [ 10 ]

Anwendungen

Methoden der Weltraumlogistik werden in einer Reihe von Weltraummissionsbereichen angewendet, in denen Transport-, Lager-, Terminplanungs- und Infrastrukturentscheidungen über lange Zeiträume und unter Unsicherheit koordiniert werden müssen.

Downmass

Während die Raumfahrtlogistik häufig den Schwerpunkt auf den Transport von Nutzlasten von der Erde in den Orbit legt, erfordern viele Raumfahrtaktivitäten auch die Rückführung von Material, die als Rückführung bezeichnet wird. Die Rückführungskapazität ist wichtig für die Rückführung wissenschaftlicher Proben, Forschung und Produktion im Orbit, die Instandsetzung von Hardware und die Abfallentsorgung und kann eine kritische Einschränkung bei der Missions- und Kampagnenplanung darstellen. [ 19 ]

Historisch gesehen wurden die Einschränkungen beim Zurückbringen von Frachtraum nach der Außerdienststellung des Space Shuttles im Jahr 2011 während der Operationen der Internationalen Raumstation deutlich, als die Rückkehrkapazität vorübergehend eingeschränkt war. Die anschließende Einführung kommerzieller Frachtraumschiffe stellte die routinemäßige Rückbringung von Frachtraum wieder her und verdeutlichte, wie die Rückhollogistik die Machbarkeit und den Wert weltraumbasierter Aktivitäten beeinflussen kann.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ a b AIAA STLC. „Definition of Space Logistics“ . AIAA . Abgerufen am 22. November 2022 .
  2. ^ Wernher von Braun (1960). Wernher von Braun diskutiert die Bedeutung der Weltraumlogistik . AIAA . Archiviert vom Original am 18. Oktober 2010.
  3. ^ GW Bush, Ein erneuerter Entdeckergeist: Die Vision des Präsidenten für die US-Weltraumforschung, Januar 2004.
  4. ^ a b Baker, James D.; Eichstadt, James (Mai 2005). „Kommerzieller Frachttransportdienst für die ISS“. Acta Astronautica . 57 (2): 257–265 . Bibcode : 2005AcAau..57..257B . doi : 10.1016/j.actaastro.2005.04.001 .
  5. ^ a b United States Congress, National Aeronautics and Space Act of 1958, in der geänderten Fassung, Public Law 85-568, 1984.
  6. ^ „Studie zum Lieferkettenmanagement und Materialtransport geht in den interplanetaren Raum: Lunar Logistics“ . Manufacturing Business Technology . 23 (8): 12. 1. August 2005. Archiviert vom Original am 6. November 2012.
  7. ^ „Versorgungsklassen für die Explorationslogistik“ . Interplanetares Lieferkettenmanagement und Logistikarchitektur . MIT Space Logistics Center. Archiviert vom Original am 5. Juli 2008. Abgerufen am 8. August 2011 .
  8. ^ a b Baker, James D.; Eichstadt, Frank (Mai 2005). „Kommerzieller Frachttransportdienst für die ISS“. Acta Astronautica . 57 (2): 257–265 . Bibcode : 2005AcAau..57..257B . doi : 10.1016/j.actaastro.2005.04.001 .
  9. ^ Price Waterhouse, Analyse der Leasing- und Kaufalternativen der NASA für das kommerzielle Middeck-Erweiterungsmodul, 1991.
  10. ^ a b Ho, Koki (2024). „Modellierung und Optimierung der Weltraumlogistik: Ein Überblick über den Stand der Technik“ . Journal of Spacecraft and Rockets . 61 (5): 1417–1427 . doi : 10.2514/1.A35982 . ISSN 0022-4650 . 
  11. ^ Chen, Hao; Ho, Koki (2018). „Integrierte Planung von Weltraumlogistikmissionen und Raumfahrzeugdesign mit gemischt-ganzzahliger nichtlinearer Programmierung“ . Journal of Spacecraft and Rockets . 55 (2): 365–381 . doi : 10.2514/1.A33905 . ISSN 0022-4650 . 
  12. ^ Ho, Koki; de Weck, Olivier L.; Hoffman, Jeffrey A.; Shishko, Robert (1. Dezember 2014). „Dynamische Modellierung und Optimierung der Weltraumlogistik mithilfe zeitlich erweiterter Netzwerke“ . Acta Astronautica . 105 (2): 428–443 . doi : 10.1016/j.actaastro.2014.10.026 . ISSN 0094-5765 . 
  13. ^ Ahn, Jaemyung; de Weck, Olivier; Geng, Yue; Klabjan, Diego (16. November 2012). „Spaltengenerierungsbasierte Heuristiken für ein verallgemeinertes Standort- und Tourenplanungsproblem mit Gewinnen aus der Weltraumexploration“ . European Journal of Operational Research . 223 (1): 47–59 . doi : 10.1016/j.ejor.2012.06.018 . ISSN 0377-2217 . 
  14. ^ Ishimatsu, Takuto; de Weck, Olivier L.; Hoffman, Jeffrey A.; Ohkami, Yoshiaki; Shishko, Robert (2016). „Generalisiertes Multicommodity-Netzwerkflussmodell für das Logistiksystem Erde–Mond–Mars“ . Journal of Spacecraft and Rockets . 53 (1): 25–38 . doi : 10.2514/1.A33235 . hdl : 1721.1/110236 . ISSN 0022-4650 . 
  15. ^ Takubo, Yuji; Chen, Hao; Ho, Koki (2022). „Hierarchisches Reinforcement-Learning-Framework für die stochastische Planung von Raumfahrtkampagnen“ . Journal of Spacecraft and Rockets . 59 (2): 421–433 . arXiv : 2103.08981 . doi : 10.2514/1.a35122 . ISSN 0022-4650 . 
  16. ^ Sarton du Jonchay, Tristan; Chen, Hao; Gunasekara, Onalli; Ho, Koki (2. November 2020). „Rolling horizon optimization framework for the scheduling of on-orbit servicing operations under servicing demand uncertainties“ . ASCEND 2020. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi : 10.2514/6.2020-4131 .
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  18. ^ Lee, Hang Woon; Jakob, Pauline C.; Ho, Koki; Shimizu, Seiichi; Yoshikawa, Shoji (1. Dezember 2018). „Optimierung der Strategie zur Bereitstellung von Satellitenkonstellationen unter Berücksichtigung unsicherer Interessengebiete“ . Acta Astronautica . 153 : 213–228 . doi : 10.1016/j.actaastro.2018.03.054 . hdl : 2142/101603 . ISSN 0094-5765 . 
  19. ^ Bergin, Chris (20. April 2012). „Frachttransporte: Dragon demonstriert die Bedeutung von Downmass“ . NASA Spaceflight . Abgerufen am 23. April 2012. „Frachtflüge sind generell für die Station von entscheidender Bedeutung, insbesondere seit dem Ende der enormen Transportkapazität der Space-Shuttle-Flotte. Nach der Außerdienststellung der Orbiter versuchen nun verschiedene Versorgungsraumschiffe, die entstandene Lücke zu füllen. Dazu gehören die weiterhin im Einsatz befindlichen russischen Progress-Raumschiffe, die europäischen ATV- und die japanischen HTV-Raumschiffe sowie – in sehr geringem Umfang – die russischen Sojus-Raumschiffe. Die zusätzliche Bedeutung der Downmass-Transporte der Shuttles für die ISS wurde jedoch in den letzten Jahren ihrer Flüge zur Station oft unterschätzt. Diesen Vorteil konnten die russischen, europäischen und japanischen Versorgungsraumschiffe nach der Außerdienststellung der Flotte nicht mehr kompensieren, abgesehen von der sehr geringen Downmass-Kapazität der Sojus.“

Weiterführende Literatur