Was kommt nach "Apollo"? — Wegwerfraketen oder
Wiederverwendung?
Der Space Shuttle Orbiter realisiert den Traum eines wiederverwendbaren
Raumfahrzeuges, dessen Ursprünge auf die Raketen-Flugzeuge zurückgehen,
die in den späten 40er bis Ende der 60er Jahre getestet wurden.
Die Reihe dieser Flugzeuge begann mit der Bell X-1, die am 14. Oktober
1947 die Schallmauer durchbrach. Mit der Bell X-2 wurde am 27. September
1956 die Geschwindigkeit von Mach 3 überschritten. Der Höhepunkt
mit raketengetriebenen Flugzeugen wurde mit der North American X-15
erreicht, das mit max. 107960m die Schwelle zum Weltraum überschritt
und mit 7274km/h (Mach 6,7) einen bis heute gültigen inoffiziellen
Geschwindigkeitsrekord aufstellte.
Trotz des großen Erfolges des X-15-Programmes blieben die USA
dabei, Wegwerfraketen mit kaum aerodynamisch konstruierten Raumfahrzeugen
für den Wettlauf zum Mond einzusetzen.
Das Projekt der Boeing X-20 "Dyna Soar", ein Raumgleiter mit
Deltaflügeln, montiert auf eine Titan IIIC-Rakete, wurde 1963 nach
vier Jahren Entwicklungszeit kurz vor dem Baubeginn eines Prototypen
aufgrund technischer und finanzieller Probleme eingestellt.
Die Lifting-Bodies — Erste Vorläufer einer revolutionären
Idee
Genau zu dieser Zeit wurden im Langley Research Center der NASA ausführliche
Windtunnel-Tests mit ersten Lifting-Body-Modellen durchgeführt.
Das Design dieser flügellosen Rumpfauftriebs-Flugkörper hat
den großen Vorteil, daß sie sich bei einem Wiedereintritt
in die Erdatmosphäre nicht so stark aufheizen wie ein Tragflächenflugzeug
(X-15). Im Gegensatz zu den konisch geformten Wiedereintrittskapseln
sind sie aber soweit aerodynamisch steuerbar, daß sie einen kontrollierten
Flug mit kontrollierter Landung durchführen können. Von 1963
bis 1975 wurden mit unterschiedlichen Mustern dieser "Lifting Bodies"
(M2-F1, M2-F2/3, HL-10, X-24A und X-24B) Flugversuche durchgeführt.
Die NASA zeigt Mut — Das "Space Shuttle"-Konzept
entsteht
Ende 1968 dachte man bei der NASA bereits daran, in absehbarer Zeit
den verschwenderischen Gebrauch von Wegwerfraketen einzustellen. 1969
schrieb die NASA eine Design-Studie aus, in der der Entwurf eines zweistufigen,
vollständig wiederverwendbaren Systems gefordert wurde, das aus
einer bemannten Booster-Stufe und einer kleineren bemannten Orbiter-Stufe
bestehen sollte. Mehrere etablierte US-Raumfahrtkonzerne beteiligten
sich an der Ausschreibung des Space Transportation Systems, das bald
als Space Shuttle bekannt werden sollte. Mit fortschreitender Entwicklung
des Projektes stellte man 1971 fest, daß aufgrund technischer
und finanzieller Probleme die Hoffnung auf eine vollständig wiederverwendbare,
bemannte Unterstufe schweren Herzens aufgegeben werden mußte.
Man entschied man sich bei der NASA für das STS-Konzept der Firma
Rockwell International, das am 6. Januar 1972 vom Präsidenten Nixon
bewilligt wurde. Dieses Konzept bestand aus drei Hauptelementen.
Die Hauptkomponenten des Space Transportation System:
1. Der Orbiter: Eine flugzeugähnliche Konstruktion
mit Doppeldelta-Tragflächen, Seitenleitwerk, zweigeschossiger Crewkabine
für maximal 7 Astronauten, großer Nutzlastbucht, diverser
Steuertriebwerke für den Aufenthalt im Orbit und drei leistungsstarker,
drosselbarer Flüssigkeitsraketentriebwerke für den Aufstieg
sowie zwei kleinerer Triebwerke für den Einschuß in den Orbit
sowie für das Deorbit-Abbremsmanöver. Die Konstruktion des
Orbiters ist für maximal 100 Flüge ausgelegt und ist voll
wiederverwendbar.
2. Der externe Tank: Er bildet das "Rückgrat"
des Systems, da an ihm der Orbiter und die beiden Starthilfsraketen
befestigt werden. Er beinhaltet den Treibstoffvorrat an flüssigem
Wasser- und Sauerstoff, den die drei Haupttriebwerke des Orbiters verbrauchen.
Als einziges Element des Systems ist der Außentank nicht wiederverwendbar,
da er nach Brennschluß der drei Haupttriebwerke des Orbiters abgetrennt
wird und beim Rücksturz über dem Indischen Ozean verloren
geht.
3. Die Starthilfsraketen: Im Gegensatz zu den drei
Haupttriebwerken des Orbiters handelt es sich hierbei um Feststoffraketen,
die, einmal gezündet, von außen weder gedrosselt noch abgestellt
werden können. Beide Starthilfsraketen werden nach dem Start aus
dem Atlantik geborgen, überholt, neu befüllt und wiederverwendet.
Technische Daten des Shuttle Transportation System
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OV-101 "Enterprise" — Der Prototyp macht den
Anfang
Zwei Jahre vor "Columbia":
"Enterprise" auf LC39A Im Herbst 1975 stand
der erste vollmaßstäbliche Orbiter, das OV-101 (Orbiter Vehicle
101) kurz vor der Vollendung, der Roll-Out des auf den Namen "Enterprise"
getauften Orbiters erfolgte am 17. September 1976. Dieser Orbiter-Prototyp
war nicht weltraumtauglich sondern nur für Flugversuche innerhalb
der Atmosphäre ausgelegt. 1977 wurden mehrere Flugtests durchgeführt,
wobei der Orbiter auf der Rumpfoberseite des Boeing 747-Trägerflugzeuges
(SCA - Shuttle Carrier Aircraft) aufgesetzt wurde. Das ALT (Approach
and Landing Test)-Programm wurde erfolgreich mit fünf Freiflügen
beendet. Das Konzept des Orbiters hatte bewiesen, das es funktioniert.
Nach Abschluß dieses Testprogramms wurde die "Enterprise"
für Bodentests eingesetzt (s. Bild rechts).
Nachdem sie jahrelang in der Paul E. Garber Facility, der Außenstelle
des National Air & Space Museums, nahe Washington/DC der Öffentlichkeit
kaum zugänglich eingelagert war, ist sie dort seit 2003 im neu
errichteten Steven F. Udvar-Hazy Center neben vielen anderen Exponaten
der Luftfahrtgeschichte zu bestaunen.
Nachfolgend baute Rockwell Intl. fünf weitere Shuttle für
den Orbital-Einsatz:
OV-102 "Columbia": Benannt nach dem Schiff,
mit dem die erste amerikanische Weltumsegelung durchgeführt wurde.
Der Roll-Out fand am 8. März 1979 statt. Der Erstflug (STS-1) erfolgte
vom 12. bis 14. April 1981. Nach 27 erfolgreich durchgeführten Missionen
zerbrach der Orbiter am 1. Februar 2003 wegen eines Defektes am Hitzeschutzschild
beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre ca. 20min vor der Landung.
Dabei kamen alle sieben Astronauten der Mission "STS-107" (113.
Shuttle-Mission insgesamt) ums Leben.
OV- 099 "Challenger": Benannt nach einem
amerikanischen Forschungsschiff am Ende des 19. Jahrhunderts. Der Roll-Out
erfolgte als Struktur-Testgerät am 14. Februar 1978. Nach elfmonatigem
Vibrationstest wurde es zum vollwertigen Orbiter umgebaut, dessen Roll-Out
am 30. Juni 1982 erfolgte. Der Erstflug (STS-6) fand am 4. April 1983
statt. Der Orbiter ging beim Start am 28. Januar 1986 (STS-51-L, 25.
Shuttle-Mission insgesamt) verloren, als in Folge eines Schadens am
rechten Feststoffbooster der Flüssigtreibstoff-Außentank
73sec nach dem Start explodierte. Auch hierbei kamen alle sieben Astronauten
ums Leben.
OV-103 "Discovery": Benannt nach dem zweiten
Schiff des englischen Entdeckers James Cook in den 70er Jahren des 18.
Jahrhunderts. Der Roll-Out war am 16. Oktober 1983, der Erstflug (STS-41-D)
erfolgte am 30. August 1984. Mit der "Discovery" wurden nach
32 Monaten Unterbrechung durch die "Callenger"-Katastrophe
am 29. September 1988 STS-26) die Shuttle-Missionen wieder aufgenommen.
Die "Discovery" wurde ebenfalls als erstes Space Shuttle nach
dem Verlust der "Columbia" eingesetzt (Mission STS-113 LF-1/Return
to Flight-1, 26. Juli bis 9. August 2005).
OV-104 "Atlantis": Bennant nach dem Haupt-Forschungsschiff
(1930-1966) des Woods Hole Oceanographic Institute, Massachusetts. Das
Roll-Out fand am 6. März 1985 statt, der Erstflug (STS-51-J) erfogte
am 3. Oktober 1985. Dieser Orbiter wurde hauptsächlich für
Rendezvous-Flüge (1995-1998) zur russischen Raumstation "MIR"
eingesetzt.
OV-105 "Endeavour": Benannt nach dem ersten
Schiff, mit dem James Cook in den 70er Jahren des 18. Jahrhunderts den
Südpazifik befuhr. Dieser Orbiter wurde als Ersatz für die "Challenger"
aus vielen Ersatzteilen der ursprünglichen Orbiter-Flotte gebaut.
Der Roll-Out fand am 21. April 1991 satt, der Erstflug (STS-49) erfolgte
am 7. Mai 1992.
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Eine neue Infrastruktur entsteht — Bewährtes wird
modernisiert
Die Einführung eines damals revolutionär neuen Raumtransport-Systems
machte natürlich ebenfalls - und auch gleichzeitig - erhebliche
Investitionen in eine neue Infrastruktur zum Betrieb des STS notwendig.
Dabei griff die NASA überwiegend auf Einrichtungen zurück,
die der Durchführung des 1975 eingestellten Apollo-Programms dienten.
Kennedy Space Center — Der "Spaceport USA" wird
umgebaut
Der Umbau des Starkomplexes (LC) 39-A war bereits Ende 1978 abgeschlossen.
Der Umbau des Startkomplexes 39-B wurde später begonnen und erst
Ende 1985 abgeschlossen. Das Vehicle Assembly Building (VAB), in dem
die mächtige Saturn-5-Rakete vertikal zusammengebaut wurde, wurde
ebenfalls den neuen Erfordernissen des STS angepaßt. Die umfangreichen
Umbaumaßnahmen waren bereits im Sommer 1978 beendet. Das Start-Kontrollzentrum
neben dem VAB wurde ebenfalls modernisiert und mit Kontollkonsolen und
Computern neuster Art ausgestattet. Komplett neu zu errichten war die
Orbiter Processing Facility (OPF), in der die Orbiter gewartet, gecheckt
und mit den Nutzlasten und anderen Einbauten für anstehende Missionen
ausgerüstet werden.
Ebenso mußten die großen Wassertanktürme an den Startkomplexen
neu errichtet werden, wie auch die Lagertanks für flüssigen
Wasserstoff und Sauerstoff. Die Start- und Landebahn 33 des KSC wurde
vergrößert und mit einem Mikrowellen-Landessystem ausgerüstet.
Vom Kennedy Space Center aus betreibt die NASA zwei Spezialschiffe,
"Liberty" und "Freedom", zur Bergung der ausgebrannten
Starthilfsraketen.
Investitionen in der ganzen USA
Auch im Johnson Space Center in Houston wurde die Mission Control modernisiert,
da von hier aus - wie bei den vorangegangenen Gemini- und Apollo-Programmen
- die Einsatzkontrolle der einzelnen Shuttle-Flüge durchgeführt
werden sollte.
Abgesehen von der Infrastruktur zum Betrieb des STS mußten auch
zusätzliche Forschungs- und Versuchseinrichtungen zur Entwicklung
des Systems errichtet und betrieben werden. Hinzu kamen natürlich
noch der Bau von einem Prototypen und insgesamt fünf vollständig
einsatzfähigen Orbitern sowie deren Nutzlasten. Für den Bau
des Außentanks und der Feststoffbooster mußten ebenfalls
neue Fertigungszentren errichtet werden. Modernisiert wurden auch die
Testanlagen der Shuttle-Haupttriebwerke. Hinzu kamen drei stationäre
und ein luftverladefähiges Hebegerüst zur Montage/Demontage
eines Orbiters auf den/von dem Shuttle Carrier Aircraft (SCA).
Zusätzlich mußte ein weltumspannendes, erdgebundenes und
später auch satellitengestütztes Datenübertragungs- und
Verarbeitungssystem aufgebaut werden.
Vandenberg Air Force Base — Der "vergessene"
zweite Shuttle-Startplatz
Weniger bekannt ist, daß auf Betreiben der USAF auf der Vandenberg
AFB an der kalifornischen Pazifikküste ebenfalls ein bestehender
Startkomplex für Titan-III-Trägerraketen, SLC-6, für
den Betrieb und Start eines Space-Shuttle umgebaut wurde. Von diesem
Sartkomplex aus sollten Orbiter auf polare Umlaufbahnen eingeschossen
werden. Für dieses - militärische - Einsatzprofil sollte ausschließlich
OV-103 "Discovery" eingesetzt werden. Die Umbauarbeiten wurden
1979 begonnen und nach dem Auftreten vieler technischer, finanzieller
und sicherheitspolitischer Probleme bis 1986 verzögert. Nach der
"Challenger"-Katastrophe wurden Starts von Vandenberg aus
als viel zu gefährlich eingestuft und das Vorhaben aufgegeben.
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