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Das Gemini Programm

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Die Missionen des Gemini Programms

Allgemeines

In den sechziger Jahren ging es nicht nur um die Erforschung des Weltraums. Die Erfolge oder Misserfolge im Weltraum waren auch ein Ausdruck eines Wettkampfes der politischen Systeme beider Supermächte. Die Sowjetunion entwickelte damals eine neue Generation von Raumschiffen, die spätere Sojus Kapsel, diese war jedoch nicht vor Abschluss des Gemini Programms verfügbar.

Das Gemini Programm und die Ziele jedes Fluges wurden Jahre vorher in Fachzeitschriften angekündigt. Russland war daher immer informiert, was die NASA als Nächstes plante. Dies bewog die Sowjets, die sehr riskanten Woschod Flüge durchzuführen: Woschod 1 wurde mit einer Dreimann Crew (also ein Mann mehr als bei Gemini) gestartet am 14.10.1964. Am 22.2.1965 folgte Woschod 2 mit einem Weltraumspaziergang, um dem von White zuvorzukommen. Bei Woschod 1 gab es zahlreiche Probleme mit der Kapsel und zuletzt versagte fast der Antrieb zur Rückkehr. Bei Woschod 2 lief alles glatt bis zum Ausstieg von Alexej Leonow. Er kam, nachdem sein Raumanzug im Vakuum sich aufgebläht hatte, nur in letzter Sekunde zurück ins Raumschiff. Später konnte die Besatzung nur mit Mühe 3.200 km vom Zielgebiet entfernt in der Taiga notlanden, sodass die UdSSR weitere geplante, propagandistisch wirksame Flüge (Woschod 3-6 mit Frauencrews und bis zu 21 Tage langen Flügen) strich.

Gemini konnte zwar nicht diese beiden Erstleistungen erbringen, jedoch übertrafen die USA hinsichtlich gewonnener Erfahrung im Weltraum, summierten Manntagen und Komplexität der Missionen die Sowjetunion.

Die ersten beiden Flüge galten der unbemannten Erprobung der Kapsel. Da sie ohne Probleme verliefen, waren keine weiteren Flüge dafür notwendig - erheblich weniger als beim vorangegangenen Mercury Programm.

Nach den ursprünglichen Planungen sollten die ersten vier bemannten Flüge die Aufenthaltsdauer im All sukzessive, beginnend bei wenigen Stunden, dann 3-4 Tage, später eine Woche auf zuletzt zwei Wochen auszudehnen. Die folgenden Missionen sollten das Rendezvous und Koppeln erproben. Sie sollten in diesem Aspekt zunehmend anspruchsvoller werden und hatten auch die Aufgabe, einen größeren Kreis an qualifizierten Astronauten für die Apollo-Flüge zu schaffen. Der publikumswirksame EVA Teil wurde erst nach den auftretenden Problemen wichtig. Weitere Änderungen gab es durch die auftretenden Probleme, wie Fehlstarts der Zielkörper oder der Abbruch der Gemini 8 Mission.

Das Gemini Programm war in mehrere Phasen eingeteilt:

• Unbemannte Erprobung der Kapsel und der Titan 2 Trägerrakete: Dies verlief erheblich reibungsloser als gedacht. Schon nach dem ersten Flug von Gemini 1 annullierte die NASA die Bestellung der Kapseln für Gemini 13-15 bei McDonnell am 30.7.1964. Die für Gemini 13-15 produzierten Titan 2 wurden zu Satellitenträgern umgerüstet.

• Sukzessiv längere Flüge um schließlich die Dauer eines Mondfluges (mindestens 12 Tage) zu erreichen. Dies waren die Flüge Gemini 3, 4, 5 und 7 mit Flugdauern von wenigen Stunden, vier Tagen, einer Woche und zwei Wochen. Damit sollte sichergestellt werden, dass es keine medizinischen Probleme bei den späteren Mondflügen gibt. Aus einem Erdorbit hätte die Besatzung bei absinkender Leistung oder Krankheit innerhalb von 90 Minuten zur Erde zurückkehren können. Dies war vom Mond aus nicht möglich. Gleichzeitig konnten so Technologien erprobt werden, die für eine so lange Mission notwendig waren. So waren die Brennstoffzellen noch nie erprobt worden und bei der ersten bemannten Mission auch noch nicht einsatzfähig. Die Langzeitflüge gaben der NASA die Sicherheit, eine Apollo-Mission auch organisatorisch durchführen zu können.

• Danach standen die Rendezvousflüge an. Dies war die Hauptaufgabe bei den Flügen Gemini 6 und 8-12. Ziel war es, nicht nur auch diese Technik zu beherrschen, sondern auch die Ankopplung in einer immer kürzeren Zeit (weniger Erdumläufe) sowie ohne Hilfe vom Boden durchzuführen. Die Apollo-Aufstiegsstufe war nur für einen Betrieb von neun Stunden ausgelegt. In dieser Zeit musste eine Kopplung an das Mutterschiff erfolgen. Gemini sollte sicherstellen, dass dies in dieser Frist möglich war. Die letzten Missionen besuchten zwei Agena Zielkörper und wechselten dazu den Orbit oder mussten ohne Radar und Leuchtsignale auskommen. Damit konnte auch ein Problem des LM mit der Stromversorgung simuliert werden.

• Das Thema "Arbeiten im Weltraum" war erst für die letzten Flüge vorgesehen, rückte aber durch den Ausstieg von Alexej Leonow bei Woschod 2 im Flugplan vor. Es zeigte sich, dass die Anzüge für diese Aufgabe nicht gut geeignet waren. Auch diese Erkenntnis kam noch früh genug, um sie im Apollo Programm zu verwerten.

Der allgemeine Ablauf eines Fluges sah so aus:

Der Countdown der Titan dauerte 12 Stunden; 6 Stunden 30 Minuten vor dem Start wurde die Rakete betankt. Die Crew wurde 5 Stunden vor dem Start geweckt. Sie erreichte die Startrampe 120 Minuten vor dem Flug. 100 Minuten vor dem Abheben wurden die Luken hinter der Besatzung verschlossen.

Die Titan trug die Kapsel in 5 Minuten 40 Sekunden in eine elliptische Umlaufbahn. Deren erdnächster Punkt lag auf 160 km Höhe; der erdfernste Punkt auf 270-300 km Höhe. Dann wurde diese Bahn dann durch das OAMS angehoben. Die meisten Ziele befanden sich in kreisförmigen, 300 km hohen Bahnen. Es gab für das Rendezvous drei Möglichkeiten. Sie unterschieden sich im Treibstoffbedarf und Zeitaufwand, bis der Zielkörper erreicht wurde. Die tangentiale Annäherung begann in einer Bahn, deren erdnächster Punkt niedrig lag, aber das Apogäum auf der Zielbahnhöhe. Bei den folgenden Umläufen wurde dann das Perigäum sukzessive angehoben. Da die Umlaufbahn in dieser elliptischen Bahn kürzer ist, näherte sich so das Raumschiff der Agena. Diese Methode benötigte vier Umläufe bis zum Ankoppeln und wurde bei Gemini 6, 8 und 10 eingesetzt. Das Startfenster war dabei rund 6 Minuten lang.

Die zweite und damals für Apollo favorisierte Methode war die coelliptische Annäherung: Die Kapsel gelangte zuerst in einen elliptischen Orbit unterhalb des Zieles, der dann durch eine Zündung in einen kreisförmigen umgewandelt wurde. Eine zweite Zündung brachte die Kapsel dann auf die Höhe des Zieles. Dafür wurden drei Umläufe benötigt. Gemini 9 und 12 flogen dieses Manöver. Das Startfenster schrumpfte auf 30-35 s.

Die schnellste Methode, allerdings mit dem höchsten Treibstoffverbrauch und den geringsten Fehlertoleranzen (unter anderem war nun das Startfenster nur noch zwei Sekunden lang), war der direkte Aufstieg: Die Kapsel wurde in eine elliptische Bahn mit einem erdnächsten Punkt in 160 km Höhe und dem Apogäum auf der Bahn des Zieles gebracht. Dort angekommen zündete sie ihre Triebwerke und koppelte an. Schon im ersten Umlauf fand die Kopplung statt. Nur Gemini 11 flog dieses Profil.

Nach der Annäherung an die Agena folgten die EVA Operationen. Die Rückkehr zur Erde begann einen halben Umlauf vor der Landung. Die Ausrüstungseinheit wurde abgetrennt und das Raumschiff so gedreht, dass die Bremseinheit gegen die Flugrichtung zündete. Dieses Bremsmanöver senkte die Geschwindigkeit so weit ab, dass der erdnächste Punkt der Bahn am Erdboden lag. Nun wurde die Bremseinheit selbst abgetrennt. Beide Abtrennvorgänge erfolgten durch Sprengbolzen, welche die wenigen Verbindungspunkte durchtrennten.

Während des Wiedereintritts konnte die Besatzung mit den RCS-Triebwerken den Winkel leicht korrigieren und dadurch den Landepunkt verschieben. In 15.000 m Höhe öffnet sich der Stabilisierungsfallschirm. Er verhinderte ein unkontrollierbares Schwanken der Kapsel. In 3.220 m Höhe wird der Pilotfallschirm entfaltet, zweieinhalb Sekunden später wird das Landesystem aktiviert und der Hauptfallschirm durch den Pilotfallschirm herausgezogen. Durch den Hauptfallschirm wird die Kapsel in einen 35-Grad-Winkel zur Horizontalen gedreht. Sie landet so schräg auf dem Wasser.

Die Fallschirme wurden nach der Wasserung abgetrennt und ein Leuchtlicht aktiviert. Beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche wurde ein Luftkissen aufgeblasen, was die Kapsel aufrichtete. Der Aufschlag aktiviert zudem einen HF-Sender, der ein Peilsignal aussandte. Hätten die Fallschirme versagt, so hätte sich die Besatzung durch die Schleudersitze in Sicherheit bringen können.

Startliste

Der Flug OV4 war ein Testflug für MOL, bei dem die Gemini 2 Kapsel als „Gemini B“ erneut gestartet wurde. Bei Gemini 1 umfasst das Startgewicht auch die Titan Zweitstufe, die nominell leer 2.404 kg wiegt. Bei den Agena-Zielkörpern ist als Missionsdauer die aktive Zeit, in der Manöver durchgeführt wurden, sowie die Verweilzeit im Orbit angegeben.

Gemini 1 (8.4.1964)

Verglichen mit dem vorherigen Mercuryprogramm, aber auch dem darauf folgenden Apolloprogramm gab es beim Geminiprogramm weniger Testflüge. Das lag an mehreren Faktoren. Zum einen mussten in beiden anderen Programmen zuerst die Trägerraketen qualifiziert werden. Bei der Titan erfolgte dies noch während der regulären militärischen Testflüge, bei denen die NASA mitinvolviert war und schon gewünschte Änderungen umgesetzt wurden. Ein Fluchtturm der im Mercurpogramm mit den Little Joe und Apolloprogramm mit Little Joe II separat qualifiziert wurde gab es auch nicht.

Zum andern war die Mercurykapsel für die USA Neuland, während die ersten Geminikapseln schon auf deren Erfahrungen aufbauen konnten und man noch nicht alle Systeme einsatzbereit hatte. Daher konnte man die Kapsel relativ bald bemannt testen weil die ersten Kapseln sich nicht so sehr von den Mercury unterschieden, z.B. noch keine Brennstoffzellen hatten. Der Zeitverzug bei dem Kapselentwurf war auch ein Hauptgrund für nur zwei Testflüge. Sowohl bei Apollo wie Mercury waren die Kapseln vor den Trägerraketen startbereit, sodass es suborbitale Tests mit den Kapseln gab.

Dieser erste Testflug galt dem Test der Trägerrakete und der Kapsel. Es sollte die strukturelle Integrität der Kapsel geprüft werden, die Kompatibilität mit der Trägerrakete und ein Test der Titan 2 als Trägerrakete für Gemini. Des weiteren wurden eine Reihe von neu entwickelten Subsystemen in der Titan 2 und einige Kapselsysteme, wie die Kontrolle des Wärmehaushaltes, getestet. Bei diesem ersten Testflug war die Kapsel noch fest mit der zweiten Stufe verbunden. Der Test des Hitzeschutzschildes stand erst für den nächsten Testflug an. Stufe und Kapsel gelangten in einen Orbit, der um 33,7 km zu hoch war, da die Endgeschwindigkeit um 25,7 km/h höher war als geplant. Die Ursache war, dass die Titan zu viel Treibstoff an Bord hatte. Es gab keine Möglichkeit den Treibstoffverbrauch beim Hochlaufen der Triebwerke zu messen und die erste Stufe war so ausgelegt, dass sie den kompletten Treibstoff verbrauchte. So wurden die Treibstofftanks sicherheitshalber zu voll gefüllt. Es wurde ein Messgerät entwickelt, mit dem der beim Hochlaufen benötigte Treibstoff gemessen werden konnte und damit trat das Problem bei den folgenden Flügen nicht mehr auf. Die Kapsel war noch ein Prototyp, so fehlte der Hitzeschutzschild, die Retroraketen und zahlreiche andere Systeme. Sie wog nur 2.766 kg. In dem 160,5 × 325 km hohen Orbit verblieb die Kombination aus Kapsel und Oberstufe bis zum 12.4.1964, als sie beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühte. Die Telemetrie wurde während drei Umläufen am Boden empfangen. Die Bahn wurde vier Tage lang verfolgt. Der Testflug war ein voller Erfolg; das einzige besondere Vorkommnis war ein vorübergehender Ausfall der Funkverbindung während der Stufentrennung. Es zeigte sich, dass der Ausfall in den ionisierten Gasen des Sprengvorganges begründet war und völlig normal für einen Start mit der Titan war.

Gemini 2 (19.1.1965)

Sieben Monate nach dem Gemini 1 Flug waren nun sämtliche Systeme der Kapsel startbereit. Gemini 2 sollte die Fähigkeiten der Subsysteme demonstrieren, die bei Gemini 1 noch in der Entwicklung waren, wie die automatische Steuerung durch den Bordcomputer, den Hitzeschutzschild und die Bremseinheit. Der Start wurde mehrmals verschoben. Ursprünglich geplant war November 1964, doch der Start fand erst im Januar 1965 statt.

Wie geplant löste bereits 6 Minuten 54 Sekunden nach dem Start ein Zeitgeber im Computer das Wiedereintrittsprogramm aus und die Bremsraketen wurden gezündet. Die Kapsel landete 18 Minuten und 26 Sekunden nach dem Start 3.419 km von Cape Kennedy entfernt, im Atlantik; 26 km vor dem vorausberechneten Landepunkt entfernt. Da die Kapsel beim Bremsmanöver um 3,2 Grad falsch ausgerichtet war, kam es zu dieser Abweichung vom Zielpunkt. Ohne Besatzung und ohne Systeme für einen längeren Aufenthalt wog diese Kapsel nur 3.132 kg.

Die Ergebnisse waren mehr als zufriedenstellend, lediglich die Temperatur im Kühlkreislauf war höher als geplant. Die Kapsel selbst war in einem so guten Zustand, dass sie mit einem neuen Hitzeschutzschild inklusive einer darin eingebauten Luke versehen wurde, um als Prototyp für das Gemini-B Raumschiff zu dienen. Für diesen Test wurde die Kapsel am 3. November 1966 mit einer Titan 3C Rakete erneut auf einen suborbitalen Flug gestartet. (Siehe Bild rechts). Die Raumstation MOL wurde durch einen leeren Oxidatortank der Titan simuliert.

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV Jules Verne wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS. Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.

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