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Die Atlas ist die älteste Interkontinental Rakete der USA. Gegenüber den damals im Einsatz oder in der Entwicklung befindenden Mittelstreckenraketen stellte die Atlas einem großen Entwicklungssprung dar. Die wesentlichen Anforderungen waren einen mehrere Megatonnen starken atomaren Sprengkopf über eine Distanz von 8000 Meilen (12800 km) zu befördern. Dies entspricht der Beschleunigung der Nutzlast von ca. 1.5 Tonnen auf 7000 m/s. Demgegenüber waren die Sprengköpfe der Mittelstreckenraketen Jupiter und Thor kleiner und die Distanz, und damit auch die zu erreichende Endgeschwindigkeit kleiner.
Die neue Rakete würde daher sowohl in der Größe wie auch in der Technologie neue Anforderungen stellen. Heute würde man für eine so hohe Geschwindigkeit zwei oder drei Stufen einsetzen. Als die Atlas entwickelt wurde, waren aber noch keine Erfahrungen im Zünden von Raketenstufen in der Schwerelosigkeit vorhanden. Das Problem ist dabei, dass der Treibstoff in der Schwerelosigkeit sich zu einer Kugel formt und nicht von alleine in die Brennkammer strömt. Damit aber die Pumpen anspringen welche die Rakete benötigt um den Treibstoff zu fördern, war bei den bisherigen Konstruktionen ein Initialzündung des Treibstoffes nötig. Weiterhin war die Zuverlässigkeit gering: Anfang der 50 er Jahren gelangen nur 50 Prozent der Triebwerkszündungen. Am Boden konnte man die Triebwerke weiter abstellen, doch war für eine Atomrakete eine Ausfallquote von 50 Prozent tragbar ? Man wollte nun dieses Problem umgehen. Wie jedoch sollte man eine zweistufige Rakete realisieren, ohne die zweite Stufe im Flug zünden zu müssen?
Dafür gibt es prinzipiell drei mögliche Lösungen:
Damit nun die weitgehend leeren Tanks nicht zu schwer sind, suchte man nach Wegen die
Masse der Tanks zu verringern. Man erreichte dies, indem man die Wände so dünn machte, dass die
Tanks nur stabil sind, wenn sie unter innerem Druck stehen. Dazu muss bei der leeren Rakete durch
ein Druckgas ein Druck aufgebaut werden. Sonst würden die Tanks kollabieren. Dieses Prinzip ist
einmalig unter allen Trägeraketen. Obwohl es keine Probleme mit den dünnen Tanks gab, wurde es
bei keinem späteren Träger aufgegriffen. Wahrscheinlich wollte man das Risiko vermeiden, dass die
Tanks durch Fahrlässigkeit entlüftet werden und auch das Handling von normalen Tanks ist
einfacher. Da man in der Folge auch von Stahl auf Aluminium als Tankmaterial überging konnte man
bei größerer Dicke nahezu gleich leichte Tanks bauen. Bei der Atlas wird Helium aus 340 Bar
Druckflaschen im Triebwerksteil zur Druckbeaufschlagung genutzt. Die Tanks haben nur Dicken von
1.2 bis 3.8 mm. Die Tanks bilden zugleich die Außenhaut und haben einen gemeinsamen Boden. Es
handelt sich also um eine ausgesprochene Leichtkonstruktion.
Die Entwicklung der Atlas begann offiziell im Juli 1955 mit einem Auftrag an Convair. Doch reichen ihre Wurzeln länger zurück. Vorher (1945-1957) hatte schon Convair im Projekt MX-774 mit drei Testflügen wichtige Neuerungen erprobt : Schwenkbare Triebwerke, einen durch Druck verstieften Tank und einen abtrennbaren Sprengkopf. Zu einer Waffenentwicklung kam es nie, weil man sich als einzigen Besitzer der Atombombe wähnte.
Convair, Flugzeugbauer in den USA entwickelte in den späten 40 er Jahren eine Höhenforschungsrakete namens MX-774 für die Armee. Basierend auf dieser dachte man weiter an eine größere Rakete, die interkontinentale Distanzen zurücklegen würde. Schon im Jahre 1950 unterbreitete die MX-774 Gruppe dem US Militär den Vorschlag für eine Rakete mit einer Reichweite von 5000 Meilen und einer Nutzlast von 8000 Pfund. Dieser erste Entwurf - schon "Atlas" nach der Firma die Convair als Tochterfirma ihr eigen nannte, getauft - wog noch 670.000 Pfund und sollte 7 Triebwerke von 120.0000 Pfund Schub einsetzen. Dies war im August 1951
Das US Militär war zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht an einer Interkontinentalrakete interessiert. Atomsprengköpfe konnten mit der verfügbaren Technologie nur unpräzise auf ein Ziel gesteuert werden. Sie hätten ihr Ziel wahrscheinlich verfehlt. Die Rakete war riesig und teuer. Gleichzeitig wähnte man sich im Alleinbesitz "der Bombe" und einer erdrückenden strategischen Überlegenheit, basierend auf B-29 und B-36 Bombern. Neue Modelle wie die düsengetriebenen B-47 und B-50 befanden sich in der Entwicklung. so bekam die Atlas eine Finanzierung, aber nur auf geringer Stufe, nicht ausreichend für Entwicklungsarbeiten aber um Designstudien zu machen. General Gardener, verantwortlich für den Bereich Rakten, sah dies anders. Er subventionierte die Atlas quer. Die Triebwerke der Atlas sollten auch in dem Marschflugkörper "Navaho" von North American verwendet werden. Sie brachten die Navaho auf Höhe und Geschwindigkeit, so dass diese ihren Ramjet dort zünden konnte und mit 3 facher Schallgeschwindigkeit dem Ziel entgegen flog.
Das Triebwerk für die Navaho war das erste welches Kerosin einsetzen sollte. Verglichen mit Alkohol, welcher seitdem einsetzt wurde, versprach es eine höhere Energieausbeute, entsprechend weniger Treibstoff brauchte man. Die erste Wahl, die man erwog war JP-4, der Kraftstoff für Düsentriebwerke. Er war in großen Mengen verfügbar und billig. Experten warnten vor dem Einsatz von Kohlenwasserstoffen: Anders Alkohol waren sie nicht mit Wasser mischbar und so war ihre Wärmekapazität gering. Die Anforderungen an die Kühlung der Brennkammer waren so viel größer als bei Alkohol, denn den meistens nicht pur sondern zu 25 % mit Wasser verdünnt einsetzte. Für eine Rakete, die eine vorgegebene Reichweite aufweisen musste kam noch hinzu, das JP-4 sehr große Schwankungen in der Dichte aufwies. Für eine Rakete bedeutete dies stark schwankenden Füllungsgrad und Startgewicht. Erste Versuche zeigten dann auch, dass JP-4 die Eigenschaft hatte Silikondichtungen anzugreifen und es so zu Bränden kam. Die Lösung war, das JP-4 zu raffinieren und nur eine Fraktion zu nehmen, die hochsiedend war, und so mehr Wärme aufnehmen konnte und gleichzeitig nicht die Dichtungen angriff. Das war Refined Petrol 1 abgekürzt RP-1, später deutete man diese Abkürzung um in Rocket Propellant 1.
Im Laufe der Jahre änderte sich auch die strategische Lage. Der Koreakrieg und die erste Zündung einer russischen Atombombe im Jahre 1949 änderte die Einschätzung über Russland. Bald darauf stellte Russland erste strategische Bomber in den Dienst. Amerika rüstete auf und vergrößerte Anfang der 50 er Jahre rapide die Anzahl der Atomwaffen. Raketen wurden nun interessanter, daneben arbeitete man aber auch an Marschflugzeugen, der Unterschallversion Snark und der Navaho.
Fortschritte in der Nukleartechnik machten die Atlas gleichzeitig attraktiver. Die 1952 zum ersten mal getestete Wasserstoffbombe hatte eine viel größere Sprengkraft als die Atombombe. Man musste nicht mehr ein Ziel genau treffen. Man lockerte die Anforderungen für die Treffgenauigkeit von ICBM von 500 m auf 4.5-6 km, ja sogar 8 km würden ausreichen wenn der Sprengkopf nur groß genug war.
Auch die Sprengköpfe wurden kleiner. 1952 versprach eine neue Technik nur 3000 Pfund schwere Sprengköpfe, 1954 war mit dem Einsatz von Lithiumdeuterid anstatt flüssigem Deuterium es absehbar, dass man nur noch einen 1500 Pfund schweren Sprengkopf brauchte, der dann immerhin 500 kt Sprengkraft hätte. Die Atlas musste nun nur noch 240.000 anstatt 670.000 Pfund wiegen.
Verbesserungen in der Steuerungstechnik versprachen, dass man die geforderte Genauigkeit würde erreichen können. Intertailplattformen in mit Flüssigkeit gefüllten Kanistern besser vor Stößen und Vibrationen geschützt, sollten eine Genauigkeit mit der ein Sprengkopf ein Ziel erreicht von 1000-1500 m erreichen. Im Jahre 1954 führte dies dazu, dass man nicht nur die Atlas beschloss, sondern ihr auch die höchste Priorität im Verteidigungsprogramm der USA einräumte. Die Entwicklung war so wichtig, dass nahezu alle Flugzeugbauer und Hersteller von Computern und Feinmesstechnik / Instrumententechnik an dem Programm beteiligt waren, insgesamt 220 Firmen. Zuerst gab es für jedes Bauteil zwei Firmen, die es fertigten oder entwickelten. So arbeitete man z.B. gleichzeitig an der Steuerung vom Boden aus (Radiolenkung) wie auch an einer Inertialplattform mit einem analogen Rechner in der Rakete. Man erprobte Kupferhitzeschutzschilde und Ablativschilde. Als 1955 noch die Titan beschlossen wurde, konnte man die Firmen zwischen beiden Raketen aufteilen und erhielt so eine breite Basis von qualifizierten Firmen - die Ursprünge einer neuen Industrie. Die Entwicklung war für die damalige Zeit enorm teuer und kostete 2.230 Milliarden USD. Insgesamt 381 Atlas aller Versionen wurden als militärischer Träger gebaut.
Die Atlas absolvierte in der Entwicklung zahlreiche Testflüge. Diese stehen in keinem Verhältnis zu den später aufgestellten 54 Raketen. Dies verdeutlicht wie problematisch die Entwicklung der neuen Rakete war, und welches Neuland sowohl in der Größe wie auch der Technologie der Antrieben beschritten wurde. Die Triebwerke der Atlas verwenden flüssigen Sauerstoff und flüssiges Kerosin als Treibstoff. Dies war der damals am besten erforschte und leistungsfähigste Treibstoff. Die Verwendung von flüssigen Sauerstoff führte aber dazu, dass der Atlas als Interkontinental Rakete nur eine kurze Einsatzdauer beschieden war. Denn die Raketen mussten ständig aufgetankt werden um die Verdampfung des Sauerstoffes auszugleichen. Sie wurde nach wenigen Jahren durch die Titan ersetzt. Im Gegensatz zu heutigen Raketen, verwendet die Atlas keine schwenkbaren Triebwerke, sondern regelt die Lage durch weitere kleine Raketen. Der Triebwerksblock der Atlas, bestehend aus 3 Triebwerken wird MA genannt und wurde in 5 Versionen gebaut:
Die Versionen Atlas Centaur, Atlas 1-3 und V werden in einem separaten Aufsatz besprochen. In diesem Aufsatz finden sich alle Versionen, die nicht die Centaur Oberstufe eingesetzt haben.
Die Atlas ist eine gerne als "eineinhalbstufig" bezeichnete Trägerrakete. Sie unterscheidet von einer einstufigen oder zweitstufigen Trägerrakete, dass ein Teil der Stufe, die Marschtriebwerke im Flug abgeworfen werden, wenn der Schub des Zentraltriebwerks ausreicht um die Rakete weiter zu beschleunigen. Die Atlas war die einzige Rakete, welche dieses Verfahren einsetzte.
Die Höhe der Atlas ohne Sprengkopf beträgt 21.8 m. Der Größte Teil davon nimmt der Treibstofftank ein. Er alleine hat eine Höhe von 15.8 m. Der Tank hat einen Basisdurchmesser von 3.05 m, verjüngt sich nach 13.10 m bis er eine Breite von 177.4 cm erreicht. Auf den Tank folgt ein sich leicht verjüngender Zylinder mit der Elektronik, Batterien und Sendern, der eine Höhe von 1.29 hat. Der Abschluss der Atlas bildet dann der Sprengkopf oder eine Oberstufe. Der Abschlussring hat 1.52 m Durchmesser. Die Tankhülle der Atlas ist nicht selbsttragend. Die Tanks bestehen aus einzelnen Nickelstahlblechen die miteinander verschweißt sind. Über die Dicke gibt es unterschiedliche Angaben, die wahrscheinlich daher rühren, dass man bei der Erweiterung der Atlas die Tanks dicker machen musste um schwerere Oberstufen zu tragen. Die militärische Mission der Atlas hatte nur 0.25 bis 1 mm dicke Tanks. Da es auch keine Querverstrebungen gibt muss diese Struktur von innen heraus versteift werden. Dies geschieht durch Helium als Druckgas, welches auch den Tankdruck aufrecht erhält. Es befindet sich in Heliumflaschen im Triebwerksteil unter 340 Bar Druck. Der Überdruck in den Tanks muss mindestens 0.43 Bar betragen. Während des Countdowns und des Starts liegt der Druck im Sauerstofftank bei 1.8 Bar und im Kerosintank bei 4.2 Bar. Wenn die Treibstoffe verbraucht werden so wird durch ein Ventil Helium "nachgefüllt" um diesen Druck konstant zu halten. Die ursprüngliche Atlas hat ein Tankvolumen von 70870 l für flüssigem Sauerstoff und 44093 l für Kerosin.
Die Atlas verbrennt die Treibstoffe Flugzeugkerosin (Refined Petrol 1 = RP-1) und flüssigen Sauerstoff. Alle militärischen Raketen der ersten Generation USA und der UdSSR verwandten diesen Treibstoff so auch die Thor, Titan I, Jupiter und die Semjorka.
Unten befindet sich der Triebwerkssektion. Hier wird die Atlas breiter und erreicht eine maximale Breite von 488 cm. Jedes der beiden Marschtriebwerke ist seitlich an dem Block angebracht und ragt 96 cm zur Seite. Die Triebwerkssektion hat eine Länge von 4.86 m.
Die Triebwerke LR-89 stammen von North American (später Rocketdyne). Sie basierten auf dem Triebwerk LR-79 von Rocketdyne, welches in der Thor und Jupiter verwendet wurden. Wichtige Anpassungen für die Atlas war eine Anpassung an den Betrieb am Boden und eine gemeinsame Pumpe für beide Triebwerke. Der Brennkammerdruck des LR-89 betrug 40 Bar. Der Schub im Vakuum 1646 kN. Der gesamte Block wiegt etwa 3 t und wird abgetrennt, wenn das Marschtriebwerk alleine den Flug fortsetzen kann. Der Zeitpunkt variiert sehr stark und hängt von dem Gewicht von Oberstufe und Nutzlast und dem Schub der Triebwerke ab. Bei den Atlas Raketen der ersten Generation fand der Abwurf nach 130 Sekunden statt, 3 Sekunden nach Brennschluss der Triebwerke. Bei der letzten Version der Atlas, der Atlas II fand die Abtrennung erst nach 172 Sekunden statt, da man im Laufe der Entwicklung mehrfach die Tanks verlängert hatte.
Eine Neuentwicklung war das Zentraltriebwerk LR-105. Sein Schub ist mit 267 kN im Vakuum viel geringer. Allerdings war es das erste Triebwerk, welches speziell für den Betrieb im Vakuum konstruiert wurde. Es nutzt im Vakuum den Treibstoff besser aus und besitzt einen höheren spezifischen Impuls als die beiden Marschtriebwerke. Der Brennkammerdruck beträgt 45 Bar. Während die beiden Marschtriebwerke fest in ihrem Schubgerüst eingebaut ist, kann das Zentraltriebwerk kardanisch in zwei Achsen geschwenkt werden. Auch die Brenndauer des Marschtriebwerks variiert, abhängig von dem Zeitpunkt bei dem die Boostertriebwerke abgeworfen werden. Bei der Atlas D brannte es noch etwa 190 Sekunden länger als die Booster Triebwerke.
Dazu kommen noch zwei Vernierdüsen die für die Bewegung um die Längsachse zuständig sind und schräg an dem Treibstofftank montiert sind. Sie haben einen Schub von jeweils 4.5 kN. Sie werden mit den 3 Haupttriebwerken gezündet, was der Rakete beim Start ein komisches Aussehen gibt, da es aussieht als würden Stichflammen aus dem Treibstofftank entweichen. Der Startschub betrug bei der Atlas D 1630 kN.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass vor dem Start alle Triebwerke der Rakete gezündet sind. Bei einer Versagerquote von 50 % bei der Zündung als man mit der Entwicklung der Atlas begann war dies viel wichtiger als heute. Auch das russische Gegenstück der Atlas, die Semjorka zündet die Steuerdüsen schon am Boden. Hier sind es sogar 32 Brennkammern (anstatt 5 bei der Atlas) die gleichzeitig gezündet werden.
Die Atlas ist nicht nur eine ungewöhnliche Konstruktion sondern auch eine riskante: Es gab mehrere Unfälle bei denen Helium aus einer Atlas entwich und diese schrumpfte und das Absprengen von Triebwerken im Flug ist ebenfalls riskant. Dies war einer der Gründe warum die Air Force bald nach der Atlas einen Auftrag zur Entwicklung der Titan gab. Neben verschiedenen Vorteilen der Titan als militärischer Träger (leichtere Handhabbarkeit, kürzere Vorbereitungszeiten, höhere Nutzlast) war sie auch ein Backup zur Atlas Entwicklung.
Die erste Version der Atlas war nur ein Testmuster zum Test der beiden Marschtriebwerke, es fehlte das Zentraltriebwerk und auch der Treibstoff, denn dieses benötigte. Die Marschtriebwerke leiten sich von denen in der Thor ab, und standen daher schon bei Beginn der Entwicklung zur Verfügung. Die Masse ist daher deutlich geringer als bei der Atlas B. Die Reichweite betrug nur 600 nautische Meilen bei einer Gipfelhöhe von 57.5 nautischen Meilen. (1 nautische Meile = 1.852 km). Von 8 Flügen verliefen 6 erfolgreich, das war besser als die geforderten 50 % Zuverlässigkeit. Die Starts fanden zwischen dem 25.9.57 und 3.6.1958 statt. Als man die Atlas A entwickelte ging man noch von einer Reichweite von 8000 km aus. Wie sich später zeigte war die Atlas deutlich leistungsfähiger und man konnte die Reichweite auf 10000 km bei der Atlas D steigern.
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Atlas AIn der Entwicklung vom 25.9.1957 bis 3.5.1958 Leermasse: 7,230 kg Marschtriebwerk |
Die Atlas B war die erste Entwicklungsversion mit dem zentralem Triebwerk. Jedoch wurde auch sie noch nicht stationiert. Die Reichweite war mit 5500 nautischen Meilen (10200 km) geringer als bei der operationellen Version, die eine Reichweite von 6500 nm hatte. Der letzte Testflug führte den experimentellen Nachrichtensatelliten Score mit sich. Er gelangte anstatt eines Sprengkopfes mit der Rakete in den Orbit und strahlte eine Botschaft von Präsident Eisenhower aus. (Dies ging, weil der Sprengstoff erheblich schwerer war als der kleine Satellit). Das war der erste Einsatz der Atlas als Trägerrakete. Von 9.7.58 bis 4.2.159 fanden 8 Flüge statt, von denen jedoch nur 4 erfolgreich waren. Die Aufgabe der B Version war das Testen der wesentlichen Subsysteme der Atlas, vor allem des Triebwerksblockes mit Marschtriebwerk.
Eine weitere Eigenheit des Triebwerksblocks MA ist dass keines der Triebwerke schwenkbar ist. Zur Lageregelung verfügt die Atlas über zwei weitere Triebwerke mit je 3 kN Schub für die Regelung der Nick und Gierachse und 4 mit Hydrazin angetriebene 222.4 N Triebwerke in der Rollachse (jeweils zwei in jeder Richtung).
Bei der ursprünglichen Atlas (B-F Version) lösen Sensoren den Brennschluss der Marschtriebwerke, gefolgt vom einem Versiegeln der Treibstoffzuführleitungen und der pneumatischen Abtrennung des Triebwerksblocks aus, sobald die Beschleunigung 5.3 g übersteigt. Der Zeitpunkt bei dem dieses stattfindet ist abhängig von dem Schub der Triebwerke und der Gesamtmasse der Rakete und findet so bei unterschiedlichen Oberstufen zu unterschiedlichen Zeitpunkten statt.
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Atlas BVollmasse: 110740 kg. Marschtriebwerk Zentraltriebwerk |
Die Atlas C war die letzte Entwicklungsversion der Atlas. Von 6 Starts waren nur 2 erfolgreich. Die technischen Daten entsprechen weitgehend der Atlas B. Die XC Version hatte die Aufgabe die Radiolenkung der militärischen Version zu erproben und die Tanks die nun erstmals so dünn wie in der operationellen Version im Flug zu erproben. Die Steuereinheit wurde bei dieser Version verbessert. Mit dieser Rakete wurden zahlreiche Wiedereintrittsversuche unternommen, da der Hitzeschutzschild für den Eintritt mit hoher Geschwindigkeit für den nuklearen Sprengkopf noch entwickelt werden musste. Dazu beförderte die Rakete Sprengkopfattrappen mit den zu testenden Hitzeschilden, die anschließend geborgen wurden. Die C Version wurde weder stationiert noch als Raumfahrtträger eingesetzt. Die Flüge fanden vom 23.12.58 bis zum 24.8.59 statt, also überlappend zu der B Serie.
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Atlas CVollmasse: 110740 kg. Marschtriebwerk: Zentraltriebwerk |
Die Atlas D war die erste operationell eingesetzte Version der Atlas. 36 Interkontinentalraketen wurden stationiert, aber weitere 33 Testflüge erfolgten mit diesem Muster! Als Interkontinentalrakete war die Atlas D nur als Erstschlagswaffe geeignet, denn die Raketen mussten senkrecht von festen Basen abgefeuert werden, lagerten aber waagerecht in einem "Coffein" genannten Gebäude. Dieses war geschützt gegen den Sturm den ein naher Atomeinschlag verursachte, aber nicht gegen einen Volltreffer. Vor dem Start wurde das bewegliche Gebäude weggefahren und die Rakete aufgerichtet und befüllt. Dies dauerte 15 Minuten.
Neben diesen 33 R&D (Research & Development - Forschung und Entwicklung) Flügen der Atlas D fanden auch nach der Stationierung weitere Flüge der Atlas D,E und F statt. Diese dienten z.B. dem Test von Wiedereintrittskörpern und dem Vertraut machen der Bedienmannschaften mit dem System. Insgesamt 164 Starts fanden im Rahmen dieses Programms statt, darunter 11 zur Vorbereitung des Systems und 52 um die Atlas als Interkontinentalrakete zu testen.
Schon 1960 fand die Aufstellung der ersten Atlas D statt. Die D Version wies gegenüber den Entwicklungsmustern A-C eine Steigerung der Triebwerke auf. Der Schub der Marschtriebwerke wuchs von 1335 kN auf 1375 kN und die des Zentraltriebwerkes von 240 auf 255 kN am, Boden. Auch der spezifische Impuls am Boden stieg von 2403 auf 2432 bei den Marschtriebwerken und von 2060 auf 2089 beim Zentraltriebwerk. Dadurch konnte etwas mehr Treibstoff mitgeführt werden und die Atlas D war etwas schwerer als die B und C Version. Die D Version verwandte eine Steuerung die noch einen Funkleitstrahl anstatt einem Inertialsystem verwandte. (Radiolenkung). Die Atlas E+F sollten nur das Inertialsystem verwenden, und man wollte mit der Atlas D dieses testen. Die Radiolenkung war zwar einfacher und zuverlässiger als die Inertialsteuerung, aber sie war empfindlich gegenüber Störsignalen, so konnte eine Squadron nicht mehrere Raketen gleichzeitig starten. Zwischen zwei Starts vergingen etwa 5 Minuten. Dies und die lange Vorbereitungszeit machten die Atlas D ziemlich unattraktiv für die Air Force.
Die Atlas D konnte einen 2500 kg schweren Nuklearsprengkopf vom Typ RV Mk 2/3 über eine Distanz von 12100 km befördern. Der Sprengkopf hatte eine Sprengkraft von 1440 kT und konnte mit einer Präzision von 3 km in ein Ziel gebracht werden. Die Atlas D erreichte dabei einem maximale Geschwindigkeit von 8060 m/s, also mehr als zur Erreichung eines Orbits nötig war. Daher wurde sie auch recht bald als Trägerrakete eingesetzt.
Der erste Testflug der Atlas D fand am 14.4.1959 statt. Innerhalb von eineinhalb Jahren wurden 33 Testflüge unternommen. Der letzte fand am 23.1.1961 statt. Schon am 31.10.1959 wurde die erste Squadron mit noch 3 Raketen in der Vandenberg Air Force Base für operationell erklärt. Die Produktionskosten einer Atlas D wurde damals mit 2.5 Millionen USD beziffert.
Die Atlas D wurde wie die E und F schon 1965 durch die Titan als Interkontinentalrakete ersetzt. Sechs der ausgemusterten Raketen wurden dann mit festen Oberstufen vom 21.1.1965 bis 27.7.1967 im Rahmen des OV1 Programms als Satellitenträger eingesetzt. So gab es für die Atlas D neben 78 Flügen im Rahmen der Erprobung als Interkontinentalrakete (davon 27 Fehlstarts) auch 16 Flüge als Trägerrakete: 10 im Programm Atlas-Mercury (3 Fehlstarts), sowie 6 mit ausgemusterten Raketen im Programm OV-1 (alle erfolgreich). Insgesamt wurden 121 Atlas D gebaut. Die meisten der ausgemusterten Raketen wurden später als Trägerrakete für die Agena und Centaur Oberstufe eingesetzt, die genaue Zuordnung ist aber unbekannt.
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Atlas DVollmasse: 120000 kg. Marschtriebwerk: Zentraltriebwerk |
Mit der Atlas D begann auch die Raumfahrtkarriere der Atlas. Die Rakete wurde als Trägerrakete für die Mercury Missionen der NASA ausgewählt. Die ersten Flüge fanden mit der Redstone statt, die orbitalen Flüge mit der Atlas.
Während die bemannten Mercury Flüge allesamt erfolgreich waren, schlugen drei der unbemannten Mercury Flüge fehl. Die von der NASA als LV 3B bezeichnete Version der Atlas D war eine "man rated" Version der Atlas D. Die Anpassungen bestanden vor allem darin die Atlas sicherer zu machen. Die NASA orderte neben 3 Flügen für unbemannte Tests 6 für Orbitaleinsätze. Davon starteten 4. Bekannter als die offizielle Bezeichnung LV-3B (Launch Vehicle 3 Version B) war die Bezeichnung Atlas Mercury. Die Air Force wollte zuerst eine unveränderte Atlas D an die NASA liefern, doch die Fehlschläge machten Anpassungen nötig. MA-1 schlug fehl, weil Kapsel und Adapter zur Atlas eine Überlastung der Atlashüllenstruktur im oberen Drittel verursachten und die Rakete bei Erreichen des maximalen aerodynamischen Drucks kollabierte. Daraufhin bekam der folgende Flug MA-2 eine strukturelle Verstärkung, ein "Belly Band" auf Druck der NASA. Die Air Force sah keine Veranlassung die Atlasstruktur zu verändern. Ab MA-3 wurde die Ballonhülle der Atlas um 50 % dicker und es gab keinerlei weitere Probleme durch strukturelles Versagen. Im Lauf der Zeit konnte man diese optimieren und verstärkte vor allem den oberen Teil, während man in den unteren 2/3 der Rakete die dünne Hülle beibehielt.
MA-3 musste gesprengt werden, weil die Rakete nach dem Verlassen des Startturms kein Rollprogramm absolvierte. Es zeigte sich, das es einen Kurzschluss in der Steuerungselektronik gab. Als Folge davon wurde in Zukunft die Steuerung redundant ausgelegt,
Die Atlas Mercury verwandte keine Oberstufe und konnte eine 1360 kg schwere Mercury Kapsel in einen Orbit bringen. Dies war an der maximalen Nutzlastgrenze einer Atlas ohne Oberstufe von etwa 1400 kg. Die Belastung der Astronauten war relativ hoch : Kurz vor Brennschluss erreichte das Zentraltriebwerk einen Schub von 363 kN bei einer verbleibenden Masse von 5.3 t entspricht dies fast 7 g ! Die Leermasse der Atlas Mercury war relativ hoch, dies lag an den Änderungen um die Rakete sicherer zu machen. Viel Spielraum hatte man aber nicht, denn Kapsel wurde laufend schwerer. Die ersten Planungen gingen von 2400 Pfund aus. Der erste Test MA-1 umfasste schon eine 2600 Pfund schwere Kapsel und die letzte von Gordon Cooper wog 3060 Pfund.
Die NASA zahlte insgesamt 52 Millionen USD für die Fertigung von 10 zusätzlichen Atlas D Trägerraketen und die notwendigen Modifikationen. Eine davon wurde nie gestartet. 6 weitere Atlas D wurden als Trägerraketen für andere Satellitenprojekte geordert. Die Modifikationen umfassten einen anderen Adapter und den Verzicht auf Retroraketen. Weiterhin wurden Telemetriesender und Steuerung durch leichtere voll transistorisierte Geräte ersetzt. (Die Atlas Steuerung basierte auf einem elektromechanischen System, welches die NASA als unzuverlässig einstufte). Die Isolation des gemeinsamen Zwischenbodens im inneren wurde entfernt und dafür der Dom an der Kapselseite isoliert.
Für die Sicherheit wurde das "Abort Sensing and Implementation System" (ASIS) installiert, das eine Fehlfunktion der Atlas erkennen und die Kapsel automatisch absprengen sollte. Das Selbstzerstörungssystem, welches auf Kommandos vom Boden reagierte bekam eine 3 Sekunden Verzögerung implementiert um vorher die Kapsel in jedem Fall vorher abzutrennen. Dies war auch eine Folge davon, dass man befürchtete, dass sowjetische Agenten das Selbstzerstörungssignal von Frachtern aus senden könnten. Das war auch notwendig weil es 4 Knöpfe gab um die Rakete zu sprengen:
Es wurde beim ersten Flug MA-1 als offenes System installiert (Daten wurden vom Boden geprüft und das Selbstzerstörungskommando konnte überstimmt werden) und bei allen folgenden Flügen war es ein abgeschlossenes System, welches nicht von außen beeinflusst wurde.
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Atlas MercuryNutzlast 1360 kg für einen 185 km hohen Orbit. erste Stufe: Atlas D Marschtriebwerk: Zentraltriebwerk: |
Schon vor den bemannten Mercury Flügen wurden 3 Atlas D mit Oberstufen ausgestattet, (Atlas-Able) um Pioneer Sonden zum Mond zu befördern. 1959 hatten die Sowjets mit Luna 2 die erste Sonde auf dem Mond aufschlagen lassen und mit Luna 3 die ersten Bilder der Mondrückseite gewonnen. Die Amerikaner hatten einen einfachen Mondorbiter mit 175 kg Startmasse konstruiert und wollen zumindest die ersten sein, die einen Mondorbiter erfolgreich gestartet hatten.
Doch die stärkste bislang im Einsatz befindliche Trägerrakete, die Thor konnte mit zusätzlichen Oberstufen gerade einmal 38 kg zum Mond bringen. Man kam nun darauf die Able Oberstufen der Vanguard Rakete auf die Atlas zu montieren. Diese hätte dann die erforderliche Nutzlast gehabt.
Zu diesem Zeitpunkt Ende 1959 liefen noch die Testflüge der Atlas D als Interkontinentalrakete. Die Rakete war noch nicht stationiert. So wundert es nicht, dass alle 3 Flüge der Atlas-Able scheiterten. Bei je einem lag die Ursache an der Atlas und der Able. Ein dritter scheiterte an der Nutzlasthülle die kollabierte. Eine vierte Rakete wurde am Boden bei statischen Tests am Boden zerstört.
Damit teilten diese Sonden das Schicksal der ersten vier Pioneer Sonden, die mit einer ähnlichen Kombination, der Thor-Able gestartet waren. Die Able Oberstufe war die zweite Stufe der Vanguard Trägerrakete, die einzige Oberstufe, welche die USA zu diesem Zeitpunkt im Einsatz hatten. Es war jedoch von vorneherein ein riskantes Unternehmen, denn weder die Atlas noch die Able Oberstufen waren zu diesem Zeitpunkt einsatzbereit oder fehlerfrei.
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Atlas AbleNutzlast 175 kg in eine Mondtransferbahn Stufe 1: Atlas C Marschtriebwerk: Zentraltriebwerk: |
Stufe 2: Able Stufe 3: Altair 2 |
Die Atlas E und F stellten die letzen operationellen Versionen der Atlas als Interkontinentalrakete dar. Der Triebwerksblock wurde nochmals verbessert und der spezifische Impuls des Marschtriebwerkes am Boden stieg auf 2452 m/s und der Schub auf 1470 kN. (Gesamtschub 389 000 Pfund Schub bei der Atlas E und 390.000 Pfund Schub bei der Atlas F) Beim Zentraltriebwerk stieg der spezifische Impuls leicht auf 2100 m/s am Boden an. Neu war auch ein System, welches noch über den Resttreibstoff informierte, so dass man die Reserven geringer auslegen konnte.
Die Atlas E und F waren als Träger identisch, unterschieden sich jedoch in der Elektronik. Beide verwandten nun eine vollständig interne Steuerung (ohne Funkleitstrahl). Die F Version hatte jedoch etwas mehr Schub) und einen etwas größeren Gefechtskopf. Der militärisch wichtigste Unterschied war dass die Rakete eingeschränkt Silotauglich war. Eingeschränkt hieß: Die Rakete konnte im Silo gelagert und befüllt werden (sie bekam ein neues Befüllungssystem), aber sie musste zum Start herausgefahren werden. Das dauerte etwa 2 Minuten. Man konnte über kurze Zeit auch die Rakete gefüllt im Silo lassen und dann 5 Minuten nach einem Alarm starten. Das war jedoch nicht ungefährlich, 4 Atlas F explodierten beim Befüllen im Silo.
Der erste Test einer Atlas E fand im Oktober 1960 statt, gefolgt von dem ersten Start einer Atlas F im August 1961. Ende 1962 waren die Tests beider Träger abgeschlossen und die Raketen einsatzbereit. Die erste Atlas E Squadron war im September 1961 einsatzbereit und die erste Atlas F Squadron im November 1962.
Durch den höheren Schub stieg auch die Startmasse auf 121 t an. 18 Atlas E und 72 Atlas F wurden stationiert. Die Atlas F war silotauglich, die Atlas E wurde horizontal transportiert und vor dem Start aufgerichtet und aufgetankt. Beide Raketen standen nur kurz im Dienst. Schon am 24.5.1963 wurde vorgeschlagen sie auszumustern und schon am 20.4.1965 wurde die letzte Atlas ausgemustert. Der Grund war, dass die Rakete zu anfällig war: Die Startvorbereitungen dauerten lang, der Treibstoff war nicht lagerfähig und daher wurden die Raketen durch die Titan und Minuteman ersetzt.
Die Atlas E + F teilten das Schicksal der D Version: Nach dem Ausmustern, schon wenige Jahre nach der Aufstellung, wurden die Raketen als Träger für kleinere Satelliten umgerüstet. Die Raketen lagerten lange Zeit in der Norton Luftwaffenbasis, wo sie dann sukzessive verfeuert wurden. Zuerst verfeuerte man die Atlas F und ab 1980 dann die Atlas E. Nicht alle Träger die ausgemustert wurden, wurden gestartet aber immerhin 57 der 90 Atlas E+F. Dazu kommen noch Träger die eine Agena oder Centaur Oberstufe beförderten. Die letzte Atlas startete 1995 - Mehr als 30 Jahre nach ihrer Ausmusterung! Insgesamt fanden statt:
Vergleicht man die Zahl der Flüge mit den stationierten Raketen (90) so fällt ein krasses Missverhältnis auf. Dieses ist ähnlich bei anderen frühen Trägern wie der Thor, Titan I und II. Eine Auflistung aller Atlas E+F Starts als Trägerrakete finden sie in einem eigenen Artikel, da dabei sehr viele verschiedene Oberstufen eingesetzt wurden, würde es den Umfang dieses Artikels sprengen.
Die Atlas als Trägerrakete wurde vornehmlich mit 2 Oberstufen eingesetzt. Die erste Oberstufe war die Agena, die vor allem dazu diente militärische Satelliten in nahe Umlaufbahnen zu befördern. Die Atlas-Agena diente auch als Ziel Körper für die Gemini Missionen. In der Regel war die Agena Oberstufe fest mit der Nutzlast verbunden. Zahlreiche Spionage-Satelliten wurden mit dieser Rakete gestartet. Hier wurde eine weitgehend unveränderte Atlas aus dem militärischen Programm eingesetzt.
Die Centaur als Oberstufe ersetzte langsam aber sicher die Agena und ist heute die einzige Oberstufe die mit der Atlas verwendet wird. Lange Zeit wurde die Atlas weitgehend unverändert übernommen. Lediglich für die Centaur Oberstufe wurde der Durchmessers der Atlas gleich bleibend auf 3.05 Meter angepasst und der Triebwerksblock wurde wie schon bei der Atlas E und F auf höhere Leistung gebracht. Der Schub des Marschtriebwerkes betrug 1680 kN und der des Zentraltriebwerkes 270 kN. Die Flüge der Atlas mit festen Oberstufen sind bei den Atlas D,E und F miterfasst, da es sich um Interkontinentalraketen mit zusätzlichen festen Oberstufen handelte, nicht um Raketen für Satelliten.
Die Atlas selbst wurde innerhalb dieses Programms in mehreren Varianten eingesetzt:
Die erste Atlas LV-3 (LV steht für Launch Vehicle Nr. 3 nach der Delta und Scout) kam aus der Produktion der Atlas D. Für den Einsatz als Raumfahrtträger wurden die Raketen je nach Oberstufe modifiziert, so musste der Durchmesser der Atlas, der am Abschluss 161 cm betrug der Oberstufe angepasst werden, darüber hinaus gab es Anpassungen an dem Steuersystem.
Die SLV 3 trug der Frage nach einem standardisiertem (SLV = Standard Launch Träger) Träger für die NASA Rechnung. 1962 erfolgte ein Vertrag und die ersten Träger wurden 1965 ausgeliefert. Sie verwendeten den Triebwerksblock MA-5.
Schon 1965 reichte aber die Leistung der Atlas SLV 3 nicht mehr als und es begann die Verlängerung der Atlas Tanks um 3 m. Die ersten der SLV-3A wurden 1967 ausgeliefert. Mit Ihnen flogen nur noch Agena und Centaur Oberstufen. In den späten 80 er Jahren wurden die Tanks nochmals erweitert. Diese Raketen werden im Artikel über die Atlas-Centaur beschrieben.
Die Atlas Agena A wurde nur 4 mal eingesetzt, bevor die Agena durch die leistungsfähigere B Version ersetzt wurde. Die Trägerrakete war noch die weitgehend unveränderte Atlas D. Die Nutzlasten waren je zwei Midas und Samos Satelliten. Midas gehörte zu den ersten Frühwarnsatelliten, während Samos einen frühen Aufklärungssatelliten darstellte. Bei diesen Missionen war die Agena noch fest mit den Nutzlasten verbunden, die später mit der Agena ihren Orbit verändern konnten. Zwei der 4 Missionen scheiterten, dies lag an der Agena Oberstufe. Mehr über die Agena Oberstufe finden Sie in diesem Artikel.
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Atlas Agena ANutzlast max. 2300 kg in einen 185 km hohen OrbitStarts 4 Fehlstarts 2, Erfolgsquote 50 % Erststart 26.2.1960, letzter Start 31.1.1961 Erste Stufe: Atlas D Zentraltriebwerk: |
Marschtriebwerk: Zweite Stufe: Agena A |
Die beiden Vernier Triebwerke hatte man etwas verkleinert. Sie lieferten nun nur noch 2.2 anstatt 4.4 kN Schub. Sie brannten bei manchen Missionen noch etwa 30 Sekunden nach Brennschluss des Zentraltriebwerks. In dieser Zeit konnte die Rakete Höhe gewinnen und es war einfacher für die Agena B höhere Bahnen zu erreichen, ohne dass man in der Schwerelosigkeit zünden musste, denn die Vernier lieferten eine kleine Beschleunigung von 0.3 m/s. In dieser Version wurde die Atlas mit der Agena bis zu deren letztem Flug im Jahre 1978 eingesetzt.
Durch Anpassung an die Agena verschob sich die Brennzeit der Triebwerke. Die Hauptstufe arbeitete nun 130 Sekunden lang und das Zentraltriebwerk 250 Sekunden.
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Atlas Agena BNutzlast 370 kg auf eine MondtransferbahnStarts 28 Fehlstarts 5. Erfolgsquote 86.2 Prozent Erststart 12.7.1961, letzter Start 9.6.1966 Erste Stufe: Atlas MA-3 Zentraltriebwerk: Marschtriebwerk: Zweite Stufe: Agena B |
Zuerst setzte man die Atlas weitgehend unverändert als Raumfahrtträger ein. Dabei benutzte man in der Regel die ausgemusterten Atlas D, da diese ja Anfang der 60 er Jahre durch die E+F Version ersetzt wurden. Sie wurde nur als Trägerrakete in das Arsenal der NASA übernommen und erhielt die Bezeichnung "LV-3". LV stand für Launch Vehicle und 3 war die Nummer nach der Jupiter-C / Juno und Thor. Diese Atlas Raketen aus der normalen Serienproduktion für Interkontinentalraketen wurden missionsspezifisch umgerüstet. Sie verfügten jedoch wie die normalen Atlas über eine Radionavigation. Die Oberstufe hatte zusätzlich einen eigene Elektronik und wurde nach einer Freiflugphase im Apogäum der Aufstiegsbahn der Atlas ICBM gezündet.
Weitere Änderungen bei der Atlas waren:
 Die Atlas Agena D transportiert einen ATDA Zieladapter für einen Gemini Flug. |
Atlas Agena DNutzlast:2000 kg in eine 185 km hohe sonnensynchrone LEO Bahn 1000 kg in eine GTO Bahn Erste Stufe: Atlas MA-3 Zentraltriebwerk: Schub 270 kN (Meereshöhe) 385 kN (Vakuum) Marschtriebwerk: Stufe 2: Agena D 15 Starts, davon 1 Fehlstart. Zuverlässigkeit 93.3 % |
Die zunehmende Anzahl von Starts machte es sehr bald nötig die Atlas an die Bedürfnisse von Satellitenstarts anzupassen. Die Anforderungen lagen im organisatorischen Bereich (Möglichkeit der langen Lagerung ohne Tankbefüllung, Forderung nach geringer Zeit auf der Startrampe) aber auch im technischen Bereich (Kein Umbau der Atlas zur Aufnahme von Oberstufen). Die ab 1964 eingesetzte SLV-3 Version der Atlas war eine standardisierte Atlas nur für Raumfahrtmissionen. Die SLV hatte einen einheitlichen Abschluss der Atlas zur Aufnahme von 1.52 m breiten Oberstufen, in diesem Falle der Agena D. Eine zweite Version, die SLV-C war für die Aufnahme der Centaur ausgelegt und hatte einem 3.05 m breiten Abschluss.
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Atlas SLV3 Agena DNutzlast:2000 kg in eine 185 km hohen 108 Grad geneigte Bahn 850 kg in eine GTO Bahn Stufe 1: Atlas SLV-3 Marschtriebwerk: Zentraltriebwerk: Stufe 2: Agena D 48 Starts, davon 5 Fehlstart. Zuverlässigkeit 89.5 % |
Im Jahre 1968 genügte die SLV-3 auch nicht mehr den Anforderungen und man vergab an Convair einen Auftrag die Atlas weiter zu verbessern. Die neue Version SLV-3A (A für Agena) verwandte verbesserte Versionen des Marsch und Zentraltriebwerk. Beide nutzten den Treibstoff besser aus (besaßen einen höheren spezifischen Impuls) und die Marschtriebwerk auch einen höheren Startschub. Dies erlaubte es die Atlas um 117 Zoll (297 cm) zu verlängern, wobei man den gemeinsamen Tankzwischenboden mit verschob, so blieb das Verhältnis von Kerosin und Sauerstoff gleich. Die Verlängerung des Tanks der Atlas machte es möglich 48000 amerikanische Pfund (21773 kg) an Treibstoff mehr mitzuführen. In dieser Version wurde die Atlas mit der Agena bis zu deren letztem Flug im Jahre 1978 eingesetzt.
Die Agena D ersetzte in allen Versionen die Agena B, wurde jedoch anders als die Atlas während der 25 jährigen Einsatzgeschichte nicht angepasst. Die Agena wurde gegenüber der B Version nochmals leichter, der spezifische Impuls wurde gesteigert. Die Nutzlast schwankt mit der verwendeten Atlas Unterstufe, die letzte Version dürfte 2722 kg in einen 185 km hohen Orbit befördert haben. Mit dieser Rakete wurden auch einige zivile Satelliten gestartet, so der erste RADAR Beobachtungssatellit SEASAT.
Im zivilen Programm, fand die Atlas mit der Centaur Oberstufe reichen Einsatz als Träger von Planetensonden und schweren Satelliten. Mehr über die Atlas Centaur und ihre Nachfolger Atlas 1,2,3,V in einem eigenen Aufsatz.
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Atlas SLV3A Agena DNutzlast:2720 kg in eine 185 km hohe LEO Bahn 1270 kg in eine GTO Bahn 650 kg zum Mond 440 kg zum Mars Erststart: 4.3.1968, letzter Start: 7.4.1978 12 Starts, davon 1 Fehlstart. Zuverlässigkeit 91.6 % Stufe 1: Atlas SLV-3 Marschtriebwerk: YLR-89 NA7 Zentraltriebwerk: YLR-105 NA7 Stufe 2: Agena D |
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Der dazu gehörende Band 1 (
) behandelt die amerikanischen Trägerraketen. Jeder Band
behandelt die Technik und Geschichte von rund 100 Submodellen in kompakter
Form. Die grundlegende Technik eines Modells wird in einem einführenden ersten Kapitel
ausführlicher besprochen. Die folgenden Kapitel beinhalten dann die
Veränderungen von Subversion zu Subversion. Jeder Typ wird mit einem
ausführlichen Datenblatt und einem Startfoto dokumentiert.