Zahlen, bitte! 135 Flüge zwischen Triumph und Tragödie – das Space Shuttle
Markus Will
30 Jahre lang und in 135 Flügen prägte das Space Shuttle die bemannte Raumfahrt. Mit vielen Triumphen, aber auch zwei katastrophalen Unglücken.
Das Space Shuttle, beziehungsweise Space Transportation System (STS) prägte über drei Jahrzehnte die bemannte Raumfahrt. Von 1981 bis 2011 war es das Arbeitspferd der NASA – mit den verschiedensten Aufgaben. Der Raumgleiter war dabei ein Zwitter aus Rakete und Flugzeug. Und es waren nicht die Ingenieure oder Astronauten, die für die beiden Tragödien 1986 und 2003 Verantwortung tragen – es waren ungeduldige Manager und ein fatales Gefühl von Routine.
Zahlen, bitte!
In dieser Rubrik stellen wir immer dienstags verblüffende, beeindruckende, informative und witzige Zahlen aus den Bereichen IT, Wissenschaft, Kunst, Wirtschaft, Politik und natürlich der Mathematik vor.
Die Idee des Space Shuttles ist ein Kind der 1960er. Man war sich bewusst, dass man für größere Aufgaben wie eine Raumstation, mögliche Weltraumkraftwerke oder gar den Zusammenbau eines Mars-Raumschiffs ein Zuliefersystem benötigte. Und durch Wiederverwendbarkeit wollten die Planer Kosten sparen.
Eins der Konzepte zweier voll wiederverwendbarer Systeme. Neben dem Orbiter ein Trägersystem, welches nach Verbringung des Shuttles wieder zurück zur Erde kehrt. Aus Kostengründen wurde das Konzept nicht weiter verfolgt.
(Bild: NASA)
Die Idee des Space Shuttle als letztes Kind der 60er
Noch im Jahr 1969 beauftragte die NASA die US-amerikanischen Firmen Lockheed, Grumman, McDonnell Douglas und North American Rockwell, ein Konzept für ein wiederverwertbares Raumfahrzeug zu entwickeln. Stützen konnte sich die Raumfahrtbehörde auf die Projekte X-15 und X-20.
Während es die X-20 "Dyna-Soar" als eine Art Ein-Mann-Raumgleiter nicht aus dem Konzeptstadium schaffte, weil Anfang der 1960er-Jahre die Ressourcen auf die Mondlandung konzentriert wurden, kam die X-15 Raketenflugzeuge der US-Air Force auf 199 Flüge. Die Versuche lieferten wertvolle Daten, die für das Apollo-Programm und die Entwicklung des Space Shuttles hilfreich waren.
Weitere Konzepte, die alle zugunsten des nur teilweise wiederverwertbaren Space Shuttle - Systems verworfen wurden.
(Bild: NASA)
1972 beginnt die Entwicklung
Verschiedene Konzepte wurden untersucht. Einige Ansätze, die ein zweistufiges, komplett wiederverwertbares System verfolgten, wurden aus Gewichts- und Kostengründen zugunsten des Space-Shuttle-Konzepts verworfen: Ein Orbiter mit drei Haupttriebwerken, die gespeist werden durch einen externen Haupttank und unterstützt durch zwei Booster-Feststoffraketen. Zwar bewilligte das Repräsentantenhaus 1972 das Konzept, aber nicht mehr um jeden Preis wie bei der Mondlandung. Man forderte internationale Partner und es sollte sich durch das Aussetzen kommerzieller Satelliten tragen.
John Young, Astronautenlegende [2] und Kommandant des ersten Space Shuttle, erfuhr übrigens auf dem Mond von der Bewilligung. Am 21. April 1972 war er grade mit Astronauten Charles W. Duke auf dem Erdtrabanten gelandet, als von der Erde aus durchgegeben wurde:
Houston: "Jetzt scheint der passende Moment für eine gute Nachricht zu sein. Das Repräsentantenhaus hat gestern mit 277 zu 60 Stimmen das Weltraumbudget genehmigt – damit ist auch das Shuttle gesichert!" Young und Duke: "Großartig! Hervorragend! Großartig!" Duke: "Tony, ich sage es nochmal, mit militärischem Gruß: Ich bin stolz darauf, Amerikaner zu sein. Ich sage dir..." John Young: "Das Land braucht den Shuttle dringend; ihr werdet sehen!"
Da Young bei den Planungen des Shuttles direkt involviert war, kam das einer Bestätigung eines Arbeitsauftrags gleich – auf einem anderen Himmelskörper.
Bemannte Premiere am 12. April 1981
Nach drei Jahren Verzögerung in der Entwicklung erfolgte dann am 12. April 1981 der Erststart von STS-1 Columbia [3]. Die Premiere des Space Shuttle war auch der erste komplette Systemtest – der musste funktionieren, da der gleich bemannt erfolgte. Aufgrund der gewissenhaften Vorbereitung verlief der Erstflug problemlos: Die Systeme bewährten sich im Zusammenspiel und der Flug verlief weitgehend wie geplant.
Space Shuttle Columbia auf den Launch Pad A des Complex 39 im Kennedy Space Center vor dem Start am 12. Apri 1981.
(Bild: NASA)
Die drei darauffolgenden Flüge waren für weitere Systemtests verwendet und ab STS-4 konnte das Space Shuttle seine Aufgaben erfüllen. Zunächst hieß das: Satelliten in den Weltraum bringen! Durch die ausgiebige Testreihe und einigen Problemen bei der Entwicklung der Haupttriebwerke, die alleine über 700 Testeinsätze erforderlich machten, hatte sich das Programm verzögert und die Nutzer warteten sehnsüchtig, dass ihre Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden konnten.
Europäisches Forschungslabor Spacelab startet 1983
STS-9 brachte mit dem europäischen Spacelab nicht nur ein komplettes modulares Forschungslabor als Nutzlast in die Umlaufbahn, sondern auch weitere Neuerungen: Erstmals gab es Schichtbetrieb im Space Shuttle und Nutzlastspezialisten. Die gehörten nicht dem NASA-Astronautenkorps an, sondern waren auf die Nutzlast spezialisiert. Ihre Anwesenheit wurde nicht von jedem Astronauten gern gesehen.
Künstlerische Darstellung des Spacelab innerhalb der Ladebucht des Space Shuttle.
(Bild: NASA)
Laut dem deutschen Astronauten Ulf Merbold [4], Nutzlastspezialist für das Spacelab und erster ausländischer Astronaut auf dem Space Shuttle, durften sie auch nicht offiziell am T-38-Flugtraining teilnehmen. Mit Blick darauf, dass es langjährige Astronauten gab, die noch auf ihren Ersteinsatz im Space Shuttle warteten, zeigte Merbold Verständnis für manche Reserviertheit, wie er in einem lesenswerten Nachruf zum Tode von John Young 2018 [5] beschrieb.
Nutzlastspezialisten argwöhnisch beäugt
Der Nutzlastspezialist Robert Cenker, der 1986 in STS 61 C, der letzten Mission vor dem Challenger-Unglück ins All flog, meinte dazu, dass er von den Astronauten ehrlich, aber nicht despektierlich gefragt wurde, was er denn mit seinem 6-Monats-Lehrgang besser könne, als ein langjährig trainierter NASA-Astronaut.
Zwischen Daft Punk und Bomberman-Cosplay: Die STS-61C-Crew auf einem nicht ganz ernst gemeinten Mannschaftsfoto mit aufgesetztem Helm. (jeweils von links nach rechts): hintere Reihe: Bill Nelson, Steven Hawley, George Nelson.Vordere Reihe von links nach rechts: Robert Cenker, Charles Bolden, Robert Gibson, Franklin Chang-Diaz.
(Bild: NASA)
Er meinte dazu: "Natürlich könnt ihr all das tun, was ich mache. Aber es gibt einen Unterschied: Ich arbeite nach der Rückkehr wieder bei RCA [Radio Corporation of America] und zwar an der Raumstation. Würdet ihr ein Auto fahren wollen, das jemand konstruiert hat, der noch nie Auto gefahren ist?"
Spacelab als erfolgreicher Forschungsträger
Aber zurück zur Spacelab-Mission: Das 1,7 Milliarden D-Mark teure Modul sollte laut den 1975 veröffentlichten ursprünglichen Planungen bis Ende 1983 bereits 35 Einsätze geflogen haben. Nach dem verzögerten Erstflug 1981 waren bis Ende 1985 realistischere 15 Einsatze vorgesehen und selbst die Planungen waren bald Geschichte. Das Spacelab schaffte von 1983 bis zur Ausmusterung 1998 immerhin 22 Einsätze – danach übernahm die ISS die Rolle als Forschungslabor.
In STS-9 wurden von beiden Teams insgesamt 73 Experimente durchgeführt. Und da sie sehr ressourcenschonend vorgingen, konnte das Space Shuttle sogar einen Tag länger im All bleiben.
Bemannte Raumfahrt als Routine im TV
Dank der Flexibilität des Space Shuttle konnten auch defekte Satelliten eingesammelt werden, was in mehreren Missionen wie STS-51A erfolgte. Aufgrund der damit verbundenen Unwägbarkeiten war das bei den Astronautinnen und Astronauten aber nicht sehr beliebt.
Insgesamt entwickelte sich eine Routine. Wer in der Zeit aufgewachsen ist, dürfte sich an die regelmäßigen Berichte über ein startendes oder landendes Space Shuttle in der Tagesschau erinnern. 1985 war mit neun verschiedenen Starts das Jahr mit den meisten Missionen eines Space Shuttles. Das hätte 1986 eigentlich übertroffen werden sollen – wenn sich nicht am 28. Januar das Challenger-Unglück [6] ereignet hätte, bei dem alle sieben Astronauten ums Leben kamen.
[8]Der letzte erfolgreiche Start der Challenger am 30. Oktober 1985, knapp drei Monate vor der Katastrophe. (Bild: NASA)
Startfreigabe trotz starker Bedenken
Heißes Gas war aus einer Dichtung einer Feststoffrakete ausgetreten, traf den Haupttank und verursachte 73 Sekunden nach dem Start eine Explosion, bei der das Space Shuttle zerstört wurde. Untersuchungen des Vorfalls trugen verstörende Vorgänge zutage: Die Probleme der austretenden Gase aufgrund bei Kälte poröser Dichtungen zwischen den Raketensegmenten waren seit dem vorigen Start an den Boostern gefunden worden und bekannt. Zwei Ingenieure flehten kurz vor dem Start regelrecht die Firmenleitung des Herstellers Thiokol an, den Start aufgrund der Temperaturprobleme zu verschieben. Die Firmenleitung gab trotzdem die Startfreigabe.
Die STS-51L Crew, die in der Explosion des Challenger-Unglücks ums Leben kamen.v. l. n. r. Vorne: Michael Smith, Francis Scobee, Ronald McNair; Hinten: Ellison Onizuka, Christa McAuliffe, Gregory Jarvis, Judith Resnik
(Bild: NASA)
Das hatte weitreichende Folgen. Das NASA-Management wurde ausgetauscht, die verbleibenden Space Shuttle blieben für zweieinhalb Jahre am Boden und kommerzielle Raketenstarts, die Haupttreiber für den tödlichen Zeitdruck, wurden aus dem Programm gestrichen. Und manche Astronauten, deren Freunde und Kollegen bei diesem Unglück starben, berichteten davon, dass sie und ihre Familien einer aggressiven Presse ausgesetzt waren.
Produktive Starts ohne kommerzielle Satelliten
Fortan konzentrierte sich das -Programm auf staatliche Satellitenstarts und Missionen. Das Space Shuttle arbeitete daraufhin zuverlässig die angesetzten Aufgaben ab. Insbesondere ein Highlight bewies die Leistungsfähigkeit des Systems: Am 24. April 1990 brachte das Space Shuttle Discovery mit STS-31 das Weltraumteleskop Hubble ins All. Ein minimaler Spiegelfehler trübte die Stimmung der Astronomen enorm: Die Bilder waren unscharf.
Zum Glück wurde das Teleskop so gebaut, dass es in späteren Missionen gewartet und erweitert werden konnte. Und 1993 wurde der Spiegelfehler auf STS-61 erfolgreich korrigiert und vier weitere Wartungs- und Erweiterungsmissionen folgten bis 2009.
Neue Chancen fürs Space Shuttle dank Ost-West-Entspannung
Die Annäherung zwischen Ost und West im Rahmen der Perestroika ermöglichte auch eine Zusammenarbeit zwischen Space Shuttle und der russischen Raumstation Mir. [9] Bei STS-63 erfolgte im Februar 1995 erst nur eine Annäherung von Discovery, während in STS-71 das Space Shuttle erstmals ankoppelte. Es folgten im Shuttle-Mir-Programm acht weitere Missionen, bis die Internationale Raumstation (ISS) [10] die MIR ablöste.
Space Shuttle Atlantis, angedockt an die Raumstation MIR. Während STS-71
Die Annäherung mit Russland bedeutete schließlich auch, dass die ehemaligen Feinde im Kalten Krieg sich an der ISS beteiligten, was ein Glücksfall in der Raumfahrt darstellte: Die USA boten Finanzmittel und das Arbeitspferd, um die ISS ab 1998 im Orbit zu montieren. Russland wiederum konnte seine jahrzehntelange Erfahrung in Sachen Raumstation in die Entwicklung mit einbringen, an der sich auch Europa, Japan und Kanada beteiligten.
Der Weg zum Space Shuttle
9. August 1972: Auftragsvergabe an Rockwell zum Bau des Space Shuttle
4. Juni 1974: Beginn des Baus des Prototyps OV-101 Enterprise
17. Oktober 1975: Erster Main Stage Test eines Shuttle-Haupttriebwerks
15. März - 25. Juni 1976: Funktionsprüfungen des OV-101 Enterprise
13. September: Beginn Rollout OV-101 Enterprise
18. Juni 1977: Beginn atmosphärischer Testflüge OV-101 Enterprise
26. August 1977: Montagebeginn Columbia
22. April 1978: Erster kompletter Brenntest dreier SSME-Triebwerke
1. Juli 1980: Einsatz-Brennversuche Haupttriebwerke Columbia
29. Dezember 1980: Die Columbia wird zum Startplatz 39A gerollt.
19. März 1981: Abschluss eines Probecountdowns. Danach kommt es zu einem Zwischenfall in einem mit Stickstoff gefüllten Raum im Triebwerksbereich, bei dem zwei Techniker sterben.
6. April 1981: Beginn Countdown für Mission STS-1
9. April: Abschluss der Betankung Columbia
10. April 1981: Abbruch Countdown Columbia 19 Minuten vor dem Start aufgrund eines technischen Problems.
12. April 1981: Erster Start eines Space Shuttle durch Columbia. Piloten: Young und Crippen – Einsatzdauer: Rund 54,5 Stunden.
Space Shuttle als ISS-Geburtshelfer
Somit wurde das Space Shuttle schließlich mit einer der Aufgaben betraut, für die es ursprünglich geplant worden war – aber nun in einem gemeinsamen internationalen Geist, den sich die Planer mitten im Kalten Krieg so nicht hätten vorstellen können.
Genau in diese Phase des Aufbaus brach im Jahr 2003 das Columbia-Unglück [11]. Aufgrund einer Beschädigung der Hitze-Kacheln am Backbord-Flügel, die am Start von einem Teil steinhart gefrorener Isolierung des Haupttanks getroffen wurde, zerbrach und verglühte die Columbia beim Wiedereintritt. Die Katastrophe traf die NASA ebenso hart wie das Challenger-Unglück. Nicht nur, dass wieder sieben Menschen starben – es betraf auch den Orbiter, der 1981 als Erster in den Weltraum geflogen war. Es bedeutete nicht weniger als der Anfang vom Ende des Space Shuttles.
[13]Die Crew der Space-Shuttle-Mission STS-107: Rick Husband, William "Willie" McCool, Ilan Ramon, David Brown, Michael Anderson, Laurel Clark und Kalpana Chawla (v.l.n.r.) (Bild: NASA)
Das Ende der Space Shuttle
Wieder waren für zwei Jahre die Starts untersagt und wieder war die Kritik enorm. Die technische Überarbeitung war diesmal geringer. Es gab neue Sicherheitsabläufe und zwischen Space Shuttle und Außentank wurden weitere Kameras angebracht. Außerdem stand unter STS-3xx von nun an jedes Mal eine Rettungsmission bereit, falls ein Space Shuttle so schwer beschädigt wurde, dass es nicht mehr landen konnte.
Im Jahr 2005 wurden die Flüge wieder aufgenommen. Dennoch flog jedes Mal die Angst mit, weil die NASA das Problem der herabfallenden Teile nie richtig in den Griff bekam. Die ISS konnte mit Verzögerung fertig gebaut werden. Und es traten in den verbliebenen Missionen keine schwerwiegenden Fehler auf.
Die fünf verschiedenen Space-Shuttle beim Start. Die Challenger wurde 1986 zerstört, die Columbia im Jahr 2003.
(Bild: NASA)
Gemischtes Fazit
In 30 Jahren flogen die Orbiter insgesamt 135 Missionen. Die Orbiter Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis und Endeavour erfüllten dabei nie die Hoffnung, die Kosten zu drücken – angestrebt war einst, den Preis pro ins All transportierten Frachtguts gar auf 200 Dollar pro Kilo zu drücken. Zuletzt lag der Kilopreis bei etwa 16.000 Dollar, was neben den Sicherheitsaspekten und den Verzögerungen auch an der Komplexität des Systems lag. Nach jedem Flug wurden alle wiederverwendbaren Systeme sorgfältig überprüft und gewartet. Und mit der Zeit wurde die Teilebeschaffung für Technik aus den 1970ern immer schwieriger.
Auf der Habenseite stehen die vielfältigen wissenschaftlich wertvollen Missionen. Das Milliarden Dollar teure Hubble-Weltraumteleskop konnte so gerettet werden. Und ohne das Space Shuttle wäre die ISS in der heutigen Dimension nicht möglich gewesen und sie war auch beispielhaft für die Internationale Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Raumfahrtorganisationen.
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(englisch)
NASA Space Shuttle, Owner's Workshop Manual, ISBN-13 : 978-1844258666
