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Manch einer hat sich sicher gefragt, warum nach den Apollo H Missionen (Einsatz von Handkarren zur Bodenprobengewinnung) gleich die Apollo J Missionen (erweiterte Einsatzdauer auf dem Mond und Mondmobil) folgten – nun es gab tatsächlich noch einen Typ dazwischen, die Apollo I Missionen.
Bei den Planungen die wissenschaftliche Ausbeute von Apollo zu maximieren, lief unter dieser Bezeichnung eine Mission nur im Mondorbit von bis zu 30 Tagen Dauer. Das CSM wäre dann anders als bei den Mondlandungen in einen polaren Mondorbit eingeschwenkt. Ein Mondlander sollte nicht mitgeführt werden, dafür mehr wissenschaftliche Ausrüstung im CSM. Nach einem Monat wäre das CSM zur Erde zurückgekehrt und die Daten auf dem Rückflug geborgen worden. Die Bergung war nötig weil einige Experimente, die bei Apollo mitgeführt wurden, die Daten auf Film aufzeichneten. Entweder wurde Film direkt benutzt (Kameras) oder über verschiedene Methoden als Datenspeicher eingesetzt zum Beispiel um Spektren aufzunehmen.
Eine Bucht (Bay) des CSM (Command and Service Module) war dafür vorgesehen, das ergab ziemlich viel Raum und ohne den Mondlander mit über 14 t Gewicht gab es auch genügend Treibstoff um wirklich viele Experimente mitzuführen.
Die Apollo 15-17 Expeditionen führten in dieser Bucht folgende Experimente mit:
Mapping Camera – eine Kamera mit quadratischen Fotos von 114 mm Seitenlänge. Auflösung aus dem 100 bis 110 km hohen Orbit 20 m, 450 m Film für 2.500 Bilder waren an Bord. Bildbreite 166 km aus einem 111 km hohen Orbit.
Panoramic Camera – Eine Kamera die einen langen Streifen quer zur Flugrichtung produzierte, indem der Film simultan zur Oberfläche bewegt wurde. Jedes Bild hatte 0,114 x 1,15 m Breite von 330 km Länge auf der Mondoberfläche mit einer Auflösung von 2 m. 2.000 m Film für 1.500 Bilder waren an Bord.
Röntgenstrahlenspektrometer: Maß die von der Mondoberfläche reflektierten solaren Röntgenstrahlen. Deren Beeinflussung verriet die Mengen der Elemente mit niedrigen Atomzahlen (Magnesium, Sauerstoff, Aluminium, Silizium)
Massenspektrometer: Bestimmte die Zusammensetzung der dünnen Mondatmosphäre
Bistatisches Radar: Nutzte die Kommunikationsantenne als Radarsender. Empfänger waren Anlagen auf der Erde.
Alphateilchenspektrometer: Suchte nach Alphateilchen, die durch den radioaktiven Zerfall entstehen (vor allem nach Emissionen von Radon, die durch vulkanische Aktivität freigesetzt werden sollten)
Gammastrahlenspektrometer: Bestimmte die Gammastrahlung von radioaktiven Elementen wie Thorium, Uran, Kalium.
Laseraltimeter: Bestimmte das Höhenprofil des Mondes über die Laufzeit von Laserimpulsen
Nicht jede Mission hatte alle Experimente an Bord. Das war schon wegen des begrenzten Platzes nicht möglich.
Ein Monat Dauer wäre notwendig gewesen, weil dies die Umlaufszeit des Mondes ist und er synchron zur Erde rotiert, also einen Monat für einen Umlauf um die Erde (genauer gesagt 28 Tage) benötigt und sich in dieser Zeit um die eigene Achse dreht. Gibt man sich, damit zufrieden das ein Gebiet nur beleuchtet sein muss, aber nicht optimal, also auch nur aufgenommen wird wenn gerade Sonnenaufgang/-untergang herrschen und lange Schatten geworfen werden so reichten auch 14 Tage - die maximale Zeit zwischen Sonnenaufgang und -untergang.
Die Frage ist nun – hätte es sich gelohnt? Die Mission wäre sicher durchführbar gewesen. Ohne den über 15 t schweren Mondlander hatte das CSM leicht für eine wesentlich längere Mission ausgerüstet werden können – es wären mehr Sauerstofftanks, mehr Wasserstofftanks mehr Nahrung notwendig gewesen. Doch das war technisch kein Problem. der Platz stand im SM zur Verfügung. Auch die Experimente existierten und hätten eingesetzt werden können. Kritisch wäre wohl die Ressource Film gewesen, die später durchgeführten Missionen erfassten nur je 10 % der Oberfläche. Doch da der Film für eine Bergung vorgesehen war, denke spricht nichts dagegen, die Kassetten mehrmals auszuwechseln. Stauraum gab es in der Kommandokapsel genug – bei Skylabmissionen sollte sie ja für fünf Astronauten Platz bieten (bei einer Rettungsmission). Spionagesatelliten des KH-4 Systems transportierten immerhin schon 7,5 km Film im Gesamtgewicht von 72 kg in Kapseln zurück zur Erde und von diesen stammte das Kamerasystem der Panoramic Kamera ab. Hier wurden bis zu sechs Kassetten eingesetzt.
Die meisten anderen Experimente übertrugen die Daten über Funk und waren nicht auf aktive Tätigkeiten von Astronauten angewiesen – das ist auch der Knackpunkt. Mit Ausnahme der Kameras die Fotos produzieren, die man erst rund 30 Jahre später mit gleicher Qualität mit digitalen Halbleitern erzeugen kann, wären schon damals alle Experimente schon auf einer Raumsonde möglich gewesen. Nur für die Kameras war es nötig, dass der Film geborgen und zurückgeführt wurde. Die anderen Experimente wurden nur aktiviert oder abgeschaltet. Die beiden Mariner 6+7 Raumsonden, zur gleichen Zeit wie Apollo 11 unterwegs, kosteten weniger als die Hälfte dieser Mission und Raumsonden können länger als 30 Tage arbeiten. Die meisten Experimente wären wohl billiger mit einer unbemannten Sonde durchzuführen gewesen – mit Ausnahme von Aufnahmen. Wäre ein Mondatlas das wert gewesen? Es hätte nicht mal der Filmvorrat oft ausgewechselt werden müssen: Der Film in beiden Kameras war ausreichend bei einer normalen Mission für mehr als die Mondoberfläche (Mapping Kamera: 68 Millionen km², Panoramakamera: 17,4 Millionen km², Mondoberfläche 37,6 Millionen km² – Drei Magazine für die Panoramakamera hätten ausgereicht, damit wir heute einen Mondatlas von 2 m Auflösung hätten – rund 7.500 Aufnahmen von je 1,15 x 0,114 m Länge und 330 x 33 km Breite. Wenn man sich für einen nur 55 km hohen Orbit entschlossen hätte (zehn Filmkassettenwechsel bei der Panoramakamera und vier bei der Mapping Kamera), dann wäre die Auflösung sogar auf 10 m / 1 m verdoppelbar gewesen,
Ich meine es wäre eine gute Investition gewesen, auch wenn es sicher teurer als
ein unbemanntes Unternehmen gewesen wäre – vor allem weil wir aus der Retrospektive
schlauer sind: Denn es dauerte bis 2009, bis erneut Mondsonden gestartet wurden,
die genauso gute Bilder machen können. Kaguya
und der LRO fallen in diese Rubrik. Eine Mondmission
mehr, das wären rund 350-450 Millionen Dollar gewesen – bei rund 25,5 Milliarden
Dollar für das Gesamtprogramm zu verschmerzen, vielleicht sogar wertvoller als noch
eine Mondlandung mehr.
Inzwischen schreibe ich selbst an einem Buch über das CSM und weiß etwas mehr, was ich nun einpflegen will. Es waren in der Tat Block III CSM geplant, die viel längere Aufenthalte durchführen konnten. Dazu benötigten sie mehr Gase, da es dauernd Leckverluste gab, vor allem aber mehr Sauerstoff und Wasserstoff, da aus ihnen mit den Brennstoffzellen Strom gewonnen wurde und Wasser für die Kühlung und als Trinkwasser. Für einen 28 Tag Mondorbit hätte man 2.000 kg mehr Ressourcen benötigt. Für 14 Tage 900 kg.
Zu diesem Zusatzgewicht kommt noch der Treibstoff. Die Ressourcen müssen ja in einen Mondorbit transportiert werden. Rechnet man rund 1000 m/s für das Einbremsen in den Orbit – beim Verlassen des Orbits sind die Ressourcen ja verbraucht, so kommen noch 400 kg Treibstoff pro 1000 kg hinzu die mit Tanks dann 1440 kg wiegen. Bei 28 Tagen wäre so das CSM drei Tonnen schwerer gewesen. Bei einer reinen I-Missionen ist dieses Zusatzgewicht völlig unkritisch, da ein Mondlander mindestens 15 t wog.
Anders sieht es bei einer Mission aus die einen LM mitführt. So viele Ressourcen hatte ein CSM in diesem Falle nicht. Die beiden letzten Missionen Apollo 16 und 17 waren die schwersten. Bei ihnen waren zu Missionsende noch ~ 840 kg übrig, was nicht mal für eine 14-Tages-Mission. Dazu käme noch, dass keine der J-Missionen alle Experimente mitführte. Was ich mich noch gefragt habe: wäre trotzdem mit einem Mondlander eine I-Mission möglich gewesen?
Die Lösung liegt darin, das es auch Pläne für eine verlängerte Bodenmission gab. Dazu hätte man ein umgebautes LM gelandet. Es gab verschiedene Vorschläge. In allen wurde die Aufstiegsstufe durch ein Habitat, ein Quartier ersetzt. Im einfachsten Fall, das sicher auch mit geringem zusätzlichen Budget möglich gewesen wäre, wurde die Aufstiegsstufe einfach ausgeweidet. Man lies das ganze Antriebssystem mit ihren Tanks weg. Alleine das fehlende Triebwerk, das den hinteren Teil der Kabine einnahm, erlaubte es diesen Bereich zu nutzen und das nutzbare Volumen zu verdoppeln. Die an der Außenseite angebrachten Tanks hätte man entfernt und dieses Volumen hätte man als Stauraum nutzen können. Bequem und voluminös wäre ein solches LM immer noch nicht gewesen, doch es wäre auch ein reines Schlafquartier gewesen. Man hat es nach Aussage von Wernher von Braun hielten es zwei Kandidaten in diesem Moon Tug aus. Die Besatzung landet selbst in einem normalen LM, mit dem sie auch wieder zurückkehrt. Es musste nur soweit umgebaut werden, das man es für längere Zeit stilllegen konnte.
Ein solcher Moon Tug hat keinen Treibstoff für die Aufstiegsstufe. Das alleine spart 2400 kg Treibstoff, mit Tanks rund 2600 kg ein. Dazu käme noch ein Teil des RCS-Treibstoffs, dessen Vorrat man auch verringern kann. Für 12 Tage auf der Oberfläche brauchen allerdings die Astronauten auch 680 kg mehr Ressourcen. Kombiniert man alle Zahlen, so wiegt die Kombination immer noch 1.000 kg mehr als eine J-Mission, ein Zusatzgewicht, das jedoch im Rahmen der verfügbaren Ressourcen lag. Auf der anderen Seite konnte man Gewicht bei der Energieversorgung einsparen. 110 kg alleine durch den Wegfall der Batterien in der Aufstiegsstufe. Auch die Batterien in der Abstiegsstufe mussten nur für eine Landung ausreichen, ich denke man hätte von 5 auf zwei Batterien heruntergehen können, da nun die geforderte Maximalbetriebsdauer von 35 auf 12 Stunden sinkt. Das bringt weitere 180 kg. Bei den Ressourcen ist eine Stromversorgung durch Brennstoffzellen vorgesehen, denn eise liefert auch das Wasser. Zusätzlich könnte man das SNAP-27 RTG, das die ALSEP-Stationen als Stromversorgung nutzten, bis zum letzten Tag als Stromquelle nutzen. Ein LM hatte im Mittel einen Strombedarf von 1,4 kWh, ein SNAP-.27 liefert zwar nur 75 Watt Strom aber 1200 Watt Wärme. Eine Beheizung, die durch die Batterie erfolgte kann so entfallen. Dabei wiegt es nur 20 Kg. Weiterhin liefert es anders als Brennstoffzellen immer Energie und kann so genutzt werden um die Batterien, wenn die Besatzung schläft oder auf dem Mond ist aufladen. Bei 24 h pro Tag sind dies immerhin 1,8 kWh zusätzlich.
In der Summe kann man rund 250 kg bei der Energieversorgung einsparen, was mit dem Treibstoff zum Landen rund 500 kg sind.
Auch beim Treibstoff könnte man sparen. Der Bordcomputer konnte automatisch landen, was aber bei keiner Mondmission vorkam. Für die Astronauten war 10 % des Treibstoffs für Manöver vorgesehen, das alleine sind 840 kg. Damit liegt man in einem komfortablen Polster. Denkbar wäre auch die Steuerung des LM durch Astronauten aus dem Orbit aus. Dazu hätte eine Fernsehkamera vor dem Kommandenfenster die Szenerie übertragen und da der Bordcomputer im Kommandomodul identisch zu dem der Mondfähre war, hätte man die Korrekturen durch den Joystick einfach zu diesem übertragen können.
Eine mögliche Mission wäre eine I-Mission gefolgt von einer erweiterten J-Mission gewesen. Das wäre so abgelaufen: Nach Einschwenken in den Mondorbit werden die Experimente aktiviert. Danach die Landung des Moon-Tugs eingeleitet. Die Besatzung hat die nächsten 14 bis 28 Tage dann nicht mehr zu tun als Housekeeping Arbeiten und gelegentliches Bergen von / Austauschen von Filmkanistern. Nach Rückkehr zur Erde wäre die J-Mission gestartet. Das gelandete LM Tug wäre inzwischen durchgecheckt worden. Diese wäre wie eine normale J-Mission verlaufen, nur das die Besatzung den Moon Tug während der meisten Zeit als Behausung nutzt. Dort isst sie, schläft sie, „tagsüber“ unternimmt sie mit dem Lunar Rover Ausflüge, so kann man sicher auch die Enge besser aushalten. Tagsüber bezieht sich auf die Erdzeit, denn auf dem Mond dauert ein Tag 28 Tage. Aufgrund dieser Begrenzung wäre die Besatzung maximal 12 Tage auf dem Mond, denn sie muss bei Tag landen und starten. Man hat für erweiterte Missionen einen 8-Tages und 12-Tages Aufenthalt durchgespielt. Bei 12 Tagen wäre man auch im Orbit nahezu 14 Tage, d.h. Man könnte die vorhergehende I-Mission auf 14 Tage verkürzen was bei dieser Ressourcen einspart. Das man eine Punktlandung hinlegen kann, beweis Apollo 12 die nur 500 m von de Raumsonde Surveyor 3 entfernt landete.
Für die verlängerte J-Mission braucht man trotzdem mehr Ressourcen auf dem CSM, doch das sind wegen einem Astronauten dem Command Module Pilot nur 800 kg mehr.
Die erweiterte J-Mission hätte nicht nur ein viel größeres Areal erkunden können – die Batterien des Rovers kann man ja ebenfalls aufladen. Durch zwei gelandete LM wäre auch die Experimentzuladung verdoppelt gewesen.
Ich geben zu die Gewichtsbilanz ist knapp. Auf der anderen Seite gab es bei der Saturn V Treibstoffreserven die wenn kein Triebwerk ausfiel für 1,8 t mehr zum Mond reichten, aber nie angetastet wurden. Hätte die Saturn V die schon fertig entwickelten J-2S Triebwerke eingesetzt so hätten diese in jedem Falle die nötige Zusatzmasse erbracht.
Artikel erstellt am 15.3.2010, Artikel zuletzt bearbeitet am 22.7.2019
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
Mein zweites Buch,
Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation
Das Buch
Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation
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
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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