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Olafs Raumfahrtkalender

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Geschichte und Geschichten aus sechs Jahrzehnten Raumfahrt

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Statistik erstellt: 2019-03-19T20:10:30+01:00

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Der erste bemannte Flug des Lunar Module

Als US Präsident John F. Kennedy am 25.05.1961 seine berühmte Rede vor dem Kongreß hielt, hatte die NASA bereits vielfältige Studien zu einer bemannten Mondlandung angestellt. Angesichts der gewaltigen Herausforderungen, die ein solches Projekt mit sich brachte und der enormen benötigten Geldmittel für eine Umsetzung handelte es sich aber bis dahin um ausschließlich theoretische Untersuchungen. Die Berechnungen zeigten, daß für eine Mondlandemission im Direktflug-​Szenario eine Rakete von nie dagewesener Größe und Leistung entwickelt werden mußte. Die Studien für diese Rakete, die selbst die später tatsächlich entwickelte Saturn V bei weitem in den Schatten stellte, liefen unter dem Namen „Nova“. Interssanterweise arbeitete zeitgleich die USAF ebenfalls an einem, streng geheimen, Programm für die bemannte Mondlandung. Das Lunar Expedition Programm (Lunex) zielte auf die Errichtung einer permanent bemannten militärischen Mondbasis. Auch hier gingen die Planer von einem Direktflug zum Mond aus (der Erdorbit wurde nur für letzte Systemchecks vor dem Flug zum Mond zwischengeschaltet, ein Einbremsen in einen Mondorbit vor der Landung war gar nicht erst vorgesehen). apollo_direct_landerObwohl für den Rückstart zur Erde auf dem Mond zuvor bereits ein Tankraumschiff bereitgestellt werden sollte, ergab sich in dieser Konstellation noch immer eine Abflugmasse von 60 Tonnen zum Mond. Dafür sollte die schwerste Variante der Space Launching System Raketenfamilie, die BC-​2720 zum Einsatz kommen. Die Raketen der SLS Studie sollten die LOX Triebwerke J-​2 bzw. M-​1 einsetzen, verstärkt von neuen gewaltigen Feststoffboostern. Letztere wurden schließlich mit der Titan II kombiniert und führten zur Titan-​IIIC Rakete. Kennedy entschied sich 1961 dafür, das Mondlandeprogramm in die Hände der NASA zu legen und der USAF keine finanziellen Mittel für ihr Projekt zu gewähren. Ausschlaggebend dürften politische Erwägungen gewesen sein, aber auch die Tatsache, daß das Lunex Projekt noch weitaus stärker auf dem Einsatz von noch zu entwickelnden neuartigen Technologien und Systemen basierte, als das Apollo Projekt. Die für den Sommer 1967 projektierte erste bemannte Mondlandung im Rahmen des Lunex Programms (bei Programmkosten von 7,5 Mrd. $) war daher hochgradig unrealistisch. Doch auch die Herausforderungen des Apollo Programms waren gigantisch. 1961 herrschte noch immer die Meinung vor, die Entwicklung einer superschweren Rakete für eine Mondmission nach dem „Direkt“ Schema sei leichter und sicherer zu bewerkstelligen, als eine Mission unter Verwendungen eines oder mehrerer Rendezvousmanöver. Doch die Zahl der Befürworter einer Mondmission unter Einschaltung eines Lunar-​Orbit Rendezvous (LOR) nahm zu, als Ende 1961 eine Studie von Vought Astronautics im Auftrag der NASA mit konkreten Zahlen den Vorteil dieses Konzepts unterstrich. NASA Ingenieur John C. Houbolt, john_c_houboltder seine Vorgesetzten schon länger von den Vorzügen des LOR zu überzeugen versuchte, fand nun endlich Gehör. Laut der Vought Studie konnte ein betankt 12.000 kg schwerer Mondlander (Leergewicht nur 1.300 kg) zwei Astronauten auf den Mond und zurück in den Mondorbit bringen. Das kombinierte Gewicht des gesamten Mondraumschiffs lag damit zwar immer noch über der projektierten Nutzlastkapazität der Saturn C-​5. Aber man bewegte sich in einem Rahmen, der es als denkbar erscheinen ließ, auf die Entwicklung der „Superrakete“ Nova ebenso zu verzichten, wie auf den getrennten Start der Komponenten des Mondraumschiffs mit zwei kleineren Raketen bzw. eine Betankung im Erdorbit. apollo_early_lemBei der EOR Variante wäre man aber auch nicht um das riskante Rendezvousmanöver herumgekommen, wenn auch im Erdorbit. Am 07.06.1962 äußerte Wernher von Braun, der bis dahin der Idee eher ablehnend gegenüber gestanden hatte, unerwartet während eines Meetings seine Unterstützung für das LOR Konzept und drängte gleichzeitig auf eine schnellstmögliche endgültige Festlegung, wollte man den gesetzten Zeitrahmen einhalten. Nun beschleunigte sich die Entwicklung enorm. Am 16.06.1962 lagen die Zahlen aus einer Vergleichsstudie zu den Kosten der verschiedenen Mondlandeverfahren vor. Das LOR Verfahren versprach demnach einen Preisvorteil von knapp 1,5 Mrd. $ bei einer sechs bis acht Monate kürzeren Entwicklungszeit. Am 11.07.1962 wurde die Entscheidung zugunsten der Lunar-​Orbit Rendezvous Idee auf einer Pressekonferenz der NASA bekanntgegeben. Im Laufe des Juli 1962 war auch die letzte größere Designänderung des Apollo-​Raumschiff-​Konzepts beschlossen worden. Der Mondlander würde innerhalb der Nutzlastverkleidung der Saturn Rakete unterhalb des Kommando– und Servicemoduls auf einen Erdorbit gelangen. Nachdem die letzte Raketenstufe den Komplex auf eine Transferbahn zum Mond beschleunigt hatte, mußte das Apollo CSM um 180° gedreht werden, um mit dem Kopplungsadapter und der darin integrierten Luftschleuse wieder am Mondlander LEM (Lunar Excursion Module) anzudocken. In dieser Konstellation würde das kombinierte Raumschiff seinen Flug zum Mond fortsetzen. Am 25.07.1962 forderte die NASA die Luftfahrtunternehmen Lockheed, Boeing, Ling-​Temco-​Vought, Northrop, Grumman, Douglas, General Dynamics, Republic Aviation, Martin-​Marietta, North American und McDonnell auf, ihre Vorschläge für einen Mondlander geeignet für eine LOR Mission einzureichen. lem_study_1962Neun von ihnen übermittelten ihre Konzepte. Wie sich zeigte, waren sich fast alle Entwürfe, die binnen fünf Wochen eingereicht werden mußten, qualitativ ebenbürtig. Bis zum 28.09.1962 hatte die NASA die Designs bewertet und im Oktober besuchte eine Expertenkommission die Fertigungsstätten der Unternehmen, um sich zusätzlich einen Überblick über deren Kapazitäten zu machen. Die Berücksichtigung dieses Faktors war auch der Grund gewesen, North American, die bereits bedeutende andere Aufträge für das Apollo Programm erhalten hatten, nachträglich von der Ausschreibung auszuschließen (lediglich McDonnell hatte von sich aus auf ein Angebot verzichtet). Die NASA wollte die Überlastung eines einzelnen Unternehmens mit zu vielen Aufträgen vermeiden. Dieser Punkt gab schließlich den Ausschlag zugunsten der Grumman Aircraft Engineering Corporation, einem traditionsreichen Flugzeugbauer, der jedoch mit Ausnahme des OAO Projekts nicht über nennenswerte Erfahrungen aus dem Raumfahrtbereich verfügte. Dabei sollte sich das LEM zum komplexesten bis dahin realisierten Raumfahrzeug entwickeln. Ein Team unter Führung von Thomas J. Kelly und Joseph G. Gavin jr., Grumman Vize-​Präsident, bildete den Kern der Entwicklungsmannschaft für das LEM. Am 14.01.1963 kam das „go“ der NASA für den Programmstart, obwohl der Vertrag erst Anfang März 1963 unterzeichnet wurde. Während des Jahres 1963 wurde das Design für das LEM zunehmend verfeinert. Eigentlich blieb bis auf das Grundkonzept nicht viel vom Siegerentwurf übrig: ein zweistufiger Lander mit separatem Lande– und Aufstiegstriebwerk. Da auf aerodynamische Belange keine Rücksicht genommen werden brauchte, konnten die Systeme des Landers in einer irregulären Struktur rund um die zylindrische Besatzungskabine und das Antriebssystem angeordnet werden. Obwohl das Marshall Space Flight Center inzwischen optimistisch war, die Nutzlastkapazität der Saturn V von 40.800 auf 44.200 kg steigern zu können, mußten die Ingenieure bei Grumman weiter um jedes Kilogramm Gewichtsersprnis kämpfen. Die geforderten 9.000 kg waren praktisch nicht zu erreichen, realistischer waren da schon die jetzt möglichen 12.700 bis 13.600 kg. Doch litt Grummans grumman_lem_1964Arbeit unter dem Umstand, daß immer neue Detailänderungen am Konzept und der Auslegung des CSM (Command and Service Module) die abschließende Festlegung des LEM Designs unmöglich machten. Endlich einigte man sich auf eine Art „Referenz Mission“, der das Apollo Raumschiff genügen mußte. Kurz gefaßt wurde als Ziel formuliert, zwei Astronauten einschließlich 100 kg wissenschaftlicher Ausrüstung auf der erdzugewandten Seite des Mondes zu landen und sie mit 30 kg Mondgestein sicher zurückzubringen. Eine revolutionäre Designänderung war der Verzicht auf Sitze im Lunar Module. Die Sitze trugen ebenso wie die Fenster erheblich zu den Gewichtsproblemen bei. Die Erkenntnis, daß die Astronauten die Sitze nur kurz während Landung und Wiederaufstieg nutzen würden, ihre Aufgaben aber auch ebensogut stehend erledigen konnten, führte nicht nur zum Verzicht auf diese. Auch die Fenster konnten wesentlich kleiner gestaltet werden, da die Astronauten nun näher an diese heranrückten und einen besseren Blickwinkel hatten. Auch das Landegestell mußte grundlegend überarbeitet werden. Statt fünf erhielt es nun nur noch vier Beine, dafür aber wesentlich größere Landeteller. Deren Größe bedingte wiederum die Entwicklung eine Faltmechanismus, da die Beine sonst nicht mehr Platz unter der Nutzlastverkleidung gefunden hätten. Seit September 1963 baute Grumman mehrere (Teil-)Modelle des LM. Die Inspektion des M-​5 Anfang Oktober 1964 brachte den Durchbruch. Obwohl aus dem Termin 148 Änderungsvorschläge resultierten, von denen 120 zur Umsetzung angenommen wurden, zeigten sich NASA Offizielle, Ingenieure und Astronauten begeistert von ihrem neuen Raumschiff. Bis zum Herbst 1965 war die konstruktive Auslegung des LM zu ca. 95% fertiggestellt. Doch litt das Projekt unter einer scheinbar unaufhaltsamen Gewichtszunahme und näherte sich gefährlich der 15.000 kg Schallmauer. Daraufhin initiierte Grumman das Super Weight Improvement Program. Dasselbe Team, das bereits das F-​111B Kampfflugzeug gerettet hatte, suchte nun nach Einspartpotential am LM. Bis Ende 1965 waren 1.100 kg eingespart, u.a. durch den Austausch fester Wärmeisolierungen durch Aluminium-​Mylar-​Folien. Unterdessen waren schon mehrere Lunar Test Articles (LTAs) gebaut und erprobt worden. Doch im Frühjahr 1965 mußte Grumman melden, daß das flugfähige LEM-​1 etwa ein Jahr hinter dem Zeitplan lag. Verzögerungen bei den zahlreichen Zulieferern und ein Mangel an Testkapazitäten trugen maßgeblich zu dem Problem bei. lem_cutawayGravierend waren die Schwierigkeiten des Unterauftragnehmers Bell Aerospace, sein Triebwerk zuverlässig zum laufen zu bringen. Ende 1966 waren dann endlich die ersten beiden LMs bereit für Tests des kompletten Systems, LM-​3 bis LM-​7 befanden sich in der Fertigung. Doch die erhoffte Übergabe von LM-​1 im Februar 1967 an die NASA war nicht mehr zu erreichen. Daraufhin wurde beschlossen, das Apollo Erprobungsprogramm notfalls ohne Einbeziehung des Landers voranzutreiben und zu hoffen, diesen doch noch rechtzeitig für eine Mondlandung bis Ende 1969 verfügbar zu haben. Dann kam der 27.01.1967 und die Apollo 1 Katastrophe. Erst im November 1967 wurden die Erprobungsflüge im Rahmen des Apollo Programms wieder aufgenommen. Das erste Lunar Module war unterdessen am 27.06.1967 in Florida eingetroffen. Am 22.01.1968 absolvierte es — erfolgreich — den ersten noch unbemannten Erprobungsflug eines Mondlandemoduls. Die Mission verlief so erfolgreich, daß auf eine Wiederholung verzichtet werden konnte. Stattdessen wurde als nächstes ein bemannter Flug des LM im Erdorbit ins Auge gefaßt. Doch als das dafür vorgesehene LM-​3 endlich im Juni 1968 geliefert wurde, wurden bei Inspektionen immer neue Defekte und Verarbeitungsmängel entdeckt.
apollo-9_lem_inside_stageAnfang 1969 waren das CSM wie auch das LM für die Apollo 9 Mission schließlich startbereit. Damit konnte das Erprobungsprogramm nach der spektakulären Apollo 8 Mission nahtlos fortgesetzt werden. Für das Apollo 9 Unternehmen waren inzwischen die Astronauten James McDivitt (Kommandant), David Scott (Pilot) und Russell Schweickart (Mondlander-​Pilot) ausgewählt worden. Sie hatten ihre beiden Raumschiffe nach deren Aussehen auf die Namen „Spider“ und „Gumdrop“ getauft. Vor ihnen lag ein komplexes Erprobungsprogramm. Nicht nur die Abkopplung des Landers mit Ab– und Wiederaufstieg, die Stufentrennung des Landers, das erneute Rendezvous und die Wiederankopplung stand auf ihrer Agenda. Auch sollten die neuentwickelten Raumanzüge erstmals bei einem Außenbordmanöver erprobt werden. Am 03.03.1969 hob die Saturn V schließlich von Cape Canaveral ab. Es folgte ein als ruhig empfundener Aufstieg auf einer vorläufige Umlaufbahn. Hier führte die Crew die erforderlichen Systemchecks durch, bevor 2:45 h nach dem Start die Abkopplung von der S-​IVB erfolgte. Nach einer Drehung um 180° koppelte Scott 17:08 min später an den Mondlander an der Spitze der Raketenstufe an. Nun wurde die Atmosphäre in der Verbindungsschleuse zwischen beiden Raumfahrzeugen aufgebaut und die hermetische Verriegelung überprüft. Erst nachdem keinerlei Anomalien festgestellt werden konnten, wurde die Raketenstufe per Federmechanismus abgestoßen und später mit zwei Triebwerkszündungen auf eine heliozentrische Bahn befördert. Nun unternahm die Crew eine Reihe von Testzündungen des SPS-​Triebwerks. Dabei wurde auch die Umlaufbahn erheblich verändert. Am nächsten Flugtag stand dagegen die Erprobung des Mondlanders auf dem Programm. Doch zunächst mußte das geplante Programm verschoben werden, da Schweickart unter der Raumkrankheit litt und sich sogar zweimal übergeben mußte. Sein Zustand besserte sich jedoch rasch und so wechselte er mit McDivitt in das LM. Nach der Überprüfung der Systeme wurde zunächst das Landegestell ausgeklappt. Dann erfolgte für 6:10 min eine Zündung des LM-​Triebwerks, wobei während der Brenndauer verschiedene Regimes gefahren wurden. Die anschließend geplante EVA von Schweickart mußte jedoch wegen wieder aufkommender Übelkeit abgesagt werden. Mit einer weiteren Zündung des SPS nahm das Apollo-​Gespann die endgültige Ausgangsposition für die geplanten Rendezvousmanöver zwischen CSM und LM ein. apollo-9_spiderErst am vierten Flugtag konnte die EVA nachgeholt werden. Allerdings wurde darauf verzichtet, den Notüberstieg vom LM zum CSM zu simulieren. Schweickart öffnete stattdessen nur die Luke des LM und begab sich in dem neuen Raumanzug für die Mondlandung für 1:07 h auf eine kleine außen angebrachte Plattform. Scott vollführte unterdessen eine stand-​up EVA von 1:01 h und beide Astronauten fotografierten sich wechselseitig. Am nächsten Tag trennten sich dann beide Raumschiffe und verharrten zunächst in etwa 3 m Abstand. Es folgte eine Art Pirouette des LM in rund 15 m Abstand, so daß Scott „Spider“ von allen Seiten fotografieren konnte. Dann folgten einige längere Zündungen des LM-​Triebwerks, so daß sich der Abstand zwischen beiden Raumschiffen bis auf 185 km vergrößerte. Aus diesem Abstand begann das komplexe Rückkehrmanöver. Die Abstiegsstufe wurde abgetrennt und die Aufstiegsstufe begann ihren radargeführten Anflug auf das CSM „Gumdrop“. Nach 6:26 h Freiflug koppelte die Aufstiegsstufe des LM wieder an das CSM an. Damit war das Flugprogramm von Apollo 9 zu 90% erfolgreich abgeschlossen. Die Aufstiegsstufe wurde abgetrennt und der restliche Treibstoff bei einer letzten Triebwerkszündung aufgebraucht. Auch das SPS wurde noch zweimal gezündet. Die nächsten fünf Tage an Bord standen im Zeichen der Erderkundung und weiterer fotografischer Arbeiten. Am 13.03.1969 landete Apollo 9 schließlich im Atlantik in der Nähe des wartenden Hubschrauberträgers „Guadalcanal“.
apollo-10_redockMit dem Erfolg von Apollo 9 kam das US-​Mondlandeprogramm seinem Ziel wieder ein bedeutendes Stück näher. Viele Bedenken hatten sich als unbegründet erwiesen. Alle kritischen Systeme hatten zufriedenstellend gearbeitet. Allerdings bestätigte sich auch die Befürchtung, daß die Belastung für die Mannschaft während eines solchen Unternehmens sehr hoch war. Das unterstrich die Bedeutung eines guten Trainings. Für das Apollo Programm eröffnete der Flug aber sogar die Option, schon mit Apollo 10 auf dem Mond zu landen. Doch war das Lunar Module noch nie im Umfeld des Mondes erprobt worden. Vor allem das Navigationssystem stand dabei im Mittelpunkt des Interesses. Seine sichere Funktion galt es aus Sicht der Missionsplaner noch nachzuweisen. Zunächst war für Apollo 10 nur eine kurze Trennung der beiden Raumschiffe und ein rasches erneutes Docking vorgesehen. Doch die Ingenieure sahen die Chance zu mehr. Sie setzten eine Mission durch, in derem Verlauf der Mondlander soweit absteigen sollte, daß die Crew detaillierte Fotos vom Landeplatz für Apollo 11 anfertigen konnte. Der weitergehende Vorschlag von Missionsplaner Howard Wilson „Bill“ Tindall jr., sogar bis unmittelbar über der Mondoberfläche abzusteigen, um dann einen Notaufstieg zu simulieren, wurde aber abgelehnt. Dennoch lieferte die Apollo 10 Mission schließlich die letzten noch fehlenden Informationen. Alle Systeme waren mehrfach flugerprobt, der Weg frei für die erste bemannte Mondlandung.