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Eine Alternative zum Apollo Programm

Einleitung

Erde vom Mond aus gesehenDas Apollo Programm wird gerne zitiert von Befürwortern der bemannten Raumfahrt. Sehr oft wird verwiesen, dass dieses Programm zeigt wie effizient Menschen sind und wie viel man dabei erreicht hat. Dabei spannt sich dann meist ein Bogen zum Marsflug, sozusagen als nächster Schritt. Dieser Artikel soll mit dem Apollo Märchen aufräumen und zeigen, dass man dasselbe auch mit erheblich kleinerem finanziellen Aufwand unbemannt erreicht hätte.

Das Apollo Programm

"Landing a man on the moon and returning him savely back to the Earth", Das war, was John F. Kennedy im Mai 1961 sagte und damit das Apollo Programm schuf und für Apollo 11 war dies auch wirklich das einzige Missionsziel.

Es ging primär darum vor 1970 auf dem Mond zu landen. Es ging nicht darum auf dem Mond Forschung zu betrieben, Daten zu sammeln oder Messstationen aufzubauen. All das kam erst nach und nach. Ein Wissenschaftler flog erst bei der letzten Mission Apollo 17 mit. Es war wirklich der Wettlauf zum Mond. Die Landung wurde vorbereitet mit einem Test der Apollo Kapsel im Erdorbit (Apollo 7), einem Flug in die Mondumlaufbahn ohne Lander (Apollo 8), einem Test des Landers in der Erdumlaufbahn (Apollo 9). Einem Test des Ablaufes bis zur Landung und Rückstart jedoch ohne Landung (Apollo 10) und schließlich die Landung von Apollo 11. Erst danach kamen Instrumente als wissenschaftliche Nutzlast mit, wurde der Einsatzradius durch ein Mondauto erhöht oder gab es Aufnahmen des Mondes durch die Kapseln. Erst ab Apollo 15 waren die CSV instrumentiert und die Landemissionen konnten sich mehr als einige Hundert Meter von der Fähre entfernen um das Gebiet zu erkunden.

Wissenschaftlich bedeutsam sind von Apollo eigentlich nur die 384 kg Mondgestein, die gesammelt wurden. Sowohl was Messergebnisse von der Oberfläche angeht, wie auch von der Umlaufbahn aus, wurden von Lunar Orbiter und Surveyor mehr Daten gesammelt. Die Gesamtkosten betrugen 25.5 Mrd. Dollar, die Kosten eines Fluges 450 Mill. Dollar. Dabei muss man berücksichtigen, das dies nicht heutigen Kosten entspricht. Vergleicht man die Kosten für die Trägerraketen Titan 3E und Atlas-Centaur (30 bzw. 10 Millionen Dollar), mit aktuellen Preisen für die Atlas oder Delta, so entspricht 1 Dollar auf der Preisbasis 1969 etwa 5 Dollar auf der Preisbasis 2002. (Dies entspricht einer Inflationsrate von 5% in den letzten 33 Jahren).

Die Wissenschaftliche Ausbeute

Alle Mondlandungen setzten ein Instrumentenpacket namens ALSEP ab, dessen Zusammensetzung variierte. Es handelte sich um Instrumente die den Sonnenwind oder Mondbeben maßen, Partikel oder Staub detektierten oder Laserreflektoren. Dies Instrumente arbeiteten autonom und wurden von der Erde aus abgefragt. Die Zahl variierte zwischen 4 und 12. (ALSEP: Apollo Lunar Surface Experiment Package).

Diese Instrumente hätte man natürlich auch mit einer unbemannten Sonde absetzen können. Sie haben nichts Apollo spezifisches. Die Astronauten bauten sie nur auf oder setzten sie ab. Die Daten wurden danach von der Erde aus abgefragt und wenn etwas zu steuern war geschah dies auch von der Erde aus.

Ab Apollo 15 führten die Kapseln in einer Instrumentenbucht Instrumente mit z.B. stereoskopische Kameras, Radar oder Gammastrahlenspektrometer. Auch diese hätte man in einen Mondsatelliten separat starten können.

Bleiben noch 382 kg Mondgestein die von den Astronauten gesammelt wurden und zur Erde zurückgeführt wurden. Diese stammen von 6 Landeplätzen auf dem Mond in Entfernungen von 100 m - 10 km von der Fähre.

Das russische Konzept

Russland entwickelte auch ein bemanntes Mondprogramm, stellte es aber ein, als man nicht erster werden konnte. Statt dessen gab es zwei Mondmobile die über 47 km zurücklegten und 3 erfolgreiche Bohrungen auf dem Mond mit Rückführung von je etwa 100 g Mondgestein.

Mengenmäßig und auch von der Auswahl kann dies nicht mit Apollo konkurrieren, doch es war auch ein Notbehelf. (Es sollte den offiziellen Anschein erwecken, man hätte sich am "Wettlauf zum Mond" nicht beteiligt. Das eigene Mondprogramm war gescheitert und es galt wenigstens das Gesicht zu retten). Doch was wäre gewesen, wenn die Amerikaner auch ein solches Programm verfolgt hätten? Wäre ein unbemanntes Projekt ähnlich erfolgreich oder noch erfolgreicher gewesen als Apollo und was hätte es gekostet?

Ein unbemanntes Apollo Programm

Natürlich ist diese Frage illusorisch, da das Apollo Programm eben keinen wissenschaftliches Ziel hatte. Doch heute wird es gerne als Beispiel genommen und bei einem Flug zum Mars muss die Wissenschaft im Vordergrund stehen, sie sollte eigentlich bei der ganzen Raumfahrt im Vordergrund stehen. Das ist bei bemannten Programmen leider nicht so, und so werden diese leider nicht auch den Geldern für Öffentlichkeitsarbeit finanziert (wie sie es als PR Unternehmen müssten), sondern nehmen Sonden und Satelliten die Gelder weg.

Daher hier der Plan für ein unbemanntes Apollo Programm. Ich habe mich darauf beschränkt Apollo nachzubilden, obgleich man mit einem unbemannten Programm erheblich größere Spielräume, vor allem bei der Langzeiterkundung hat.

Trägerraketen

Titan §EVon den 25.5 Mrd. Dollar, die das Apollo Programm insgesamt kostete entfielen alleine 9.3 Mrd. Dollar auf die Entwicklung der Saturn 1,1B und 5. Ein unbemanntes Projekt sollte diese Kosten einsparen. Dadurch sinkt natürlich die Nutzlastmasse beträchtlich.

Für 7 planetare Missionen zwischen 1974 und 1977 hat die NASA die Centaur Oberstufe und die Titan 3C kombiniert. Diese Kombination wäre auch schon 1969 möglich gewesen, beide Träger waren damals seit Jahren operationell. Diese Rakete transportiert 5120 kg auf Fluchtgeschwindigkeit. Dies ist weniger als ein Zwanzigstel einer Saturn 5, doch da man keine schweren bemannten Kapseln mitführen muss, kann man damit trotzdem ein unbemanntes Programm durchführen. Der Startpreis wurde 1974 mit 29.3 Mill. Dollar angegeben. Für kleinere Missionen reicht sogar die Atlas Centaur, die etwa 1200 kg zum Mond befördern kann. Die Startkosten dieser wurden 1969 mit 10 Mill. Dollar angegeben.

Orbiter

Es müssten für den Ersatz von Apollo 15-17 (die auch Instrumente in den Orbit mitführten) mindestens 3 Orbiter gestartet werden. Es bietet sich an hier Nachbauten der Mariner 8+9 Sonden mit geänderter Instrumentierung zu starten. Diese befanden sich schon in der Entwicklung und sollten 1971 starten. Mariner 8+9 wiegen 998 kg, wobei der Treibstoff von 439 kg mehr als ausreichend ist für eine Mondmission, da man hier nur 1000 anstatt 1600 m/s abbauen muss. Zusammen mit den 200 kg Mehrgewicht, welche die niedrigere Startgeschwindigkeit zum Mond erlaubt, können 270 kg Instrumente mitgeführt werden. Ein Teil dieser Masse wird für Struktur und Verkabelung benötigt, so dass man von 200 kg Nutzlast ausgehen kann.

Apollo konnte bis zu 770 kg Nutzlast mitführen, die jedoch nie voll ausgenutzt wurden, zudem ging das Gewicht der Mondproben von dieser ab. 6 Orbiter diesen Typs sollten also mehr als ausreichend sein. Dabei gibt es natürlich weitere Vorteile: Eine unbemannte Sonde arbeitet erheblich länger als die wenigen Tage einer Apollo Mission (Bei Mariner 9 war es 1 Jahr im Marsorbit). Zudem kann man auch höhere Inklinationen einschlagen. Die typischen Kosten einer Mariner Sonde betrugen 100 Mill. Dollar, wobei jedoch die Entwicklungskosten enthalten sind. Die Kosten von 6 Exemplaren dürften so bei ca. 400-500 Mill. Dollar liegen.

Lander

Bei den Landemissionen wird es komplexer. Es sind hier mindestens 2 Raumfahrzeuge zu starten : Ein Mondmobil, das wie die Astronauten Proben sammelt und die Umgebung erkundet und eine Lande / Rückkehrstufe welche diese zur Erde zurückführt.

Anders bei Apollo bietet es sich an direkt zu landen. Die Geschwindigkeit die dafür aufgebracht werden muss ist mit 2.7 km/s geringer als die Summe von Einbremsen in eine Umlaufbahn und Landung von dort aus mit 3.4 km/s. Die Rückkehr zur Erde wird man ebenso direkt durchführen. Hierzu sind nur 2.4 km/s nötig.

Man benötigt eine Landestufe die für Rückkehrkapsel und Mondmobil gemeinsam ist. Diese würde 3480 kg voll betankt und 500 kg leer wiegen. Sie trägt das Mondmobil oder die Rückkehrkapsel. Deren Masse würde so max. 1640 kg betragen.

Mondmobil

Lunochod 1Hier denkt man zuerst an die Lunochods die von der Erde aus gesteuert wurden. Die Sowjetunion hat zwei dieser gebaut, die 10.5 bzw. 37 km zurücklegten und mehrere Monate aktiv waren. Sie entnahmen auch Bodenproben, nur konnten sie diese nur vor Ort untersuchen. Ich bin überzeugt, das nach dem, wie bisher die unbemannte Erforschung des Mondes verlief, die Amerikaner sich nicht hinter den Russen verstecken müssen. Warum sollten sie nicht auch ein "Lunochod" entwickeln?

Dieses würde Bodenproben sammeln und idealerweise über Kanister verfügen in denen die Proben mit einem Greifer abgelegt werden. Dazu benötigt man einen flexiblen Robotarm, wie ihn z.B. Viking aufwies. Dieser müsste dann die Kanister in die Rückkehrkapsel ablegen. Da es nur darum geht Apollo nachzuahmen muss der Lander keine weitergehende Instrumentierung verfügen. Es reichen also Fernsehkameras zum Senden von Bildern (zum Navigieren), Bohrwerkzeuge, Greifer und ein mobiler Kran.

Gestartet mit einer Titan 3E könnte ein max. 1500 kg schweres Mondmobil abgesetzt werden. Dies ist fast das doppelte Gewicht der Lunochods (756 bzw. 840 kg). Die geringe Mondanziehungskraft kommt bei der Auslegung gelegen, denn so kann sowohl der Kran leicht gebaut werden, wie auch viele Kanister mitgeführt werden. Dazu würde das Lunochod über eine Pritsche wie bei einem Lastwagen verfügen mit einer größeren Anzahl von kleinen Metallkanistern. Der Deckel würde wie bei Müllcontainern über diese gerollt und magnetisch arretiert. Ein 1 × 1 m großes Mondmobil könnte 10 große (20 × 20 cm Kantenlänge) und 60 kleine (10 × 10 cm Kantenlänge) mitführen.

Da das Mondmobil von Apollo 15-17 nur ca. 200 kg wog, benötigt man sicher nicht die vollen 1500 kg Nutzlast und die 7 Lander könnten hier die ALSEP Experimente mitführen.

Rückkehrstufe

Dies ist ein sehr einfaches Gefährt. Es ist im Prinzip nur eine Raketenstufe mit einer kleinen Kapsel mit Hitzeschutzschild daran. Diese muss eine Öffnung besitzen um Bodenproben aufzunehmen. Damit man dieselbe Menge wie bei Apollo bekommt müssen 70 kg pro Mission zurückgeführt werden. Dazu kommen noch die Kanister selbst, die weitere 70 kg wiegen. Daraus kann man eine Raketenstufe von 1050 kg Masse mit 150 kg Leermasse errechnen. Die Kapsel selber kann also noch 450 kg wiegen. Zieht man 200 kg für Fallschirm, Elektronik und Batterien ab, so bleiben 250 kg Gewicht für Struktur und Hitzeschutzschild. Nimmt man die Daten für die Gemini Kapsel als Basis, so entspricht dies einer Kapsel von 1 m Durchmesser mit 0.5 m³ nutzbaren Innenvolumen. Dies ist mehr als ausreichend für die Kanister die ein Volumen von 0.2 m³ aufweisen. Abgesehen von der Kapselgröße kann man also ein ähnliches Gefährt erwarten wie die hier abgebildete Luna 16 Sonde, mit denen die UdSSR Bodenproben zum Mond brachten, allerdings eben vor Ort gewonnen und nur von einem einzigen Bohrer aus.

Missionsprofil

Zuerst würde an einem Landeplatz das Mondmobil landen und innerhalb einiger Monate die Bodenproben einsammeln. Sobald dies erledigt ist, wird die Rückkehrstufe gestartet und die Bodenproben umgeladen. Danach startet diese zur Erde zurück und tritt direkt in die Erdatmosphäre ein.

Kostenabschätzung: Die Rückkehrstufe ist relativ einfach. Es ist nichts anderes als zwei Raketentriebwerke mit eine einfachen Landekapsel. Die Entwicklungskosten dürfen nicht wesentlich über denen von Surveyor liegen. Geschätzte Kosten 100-150 Mill. Dollar pro Flug.

Das Mondmobil dürfte ein komplexes Fahrzeug sein. Der hoch entwickelte Greifer und ein Mechanismus zum Aufnehmen von Bodenproben und Transportieren zur Rückkehrkapsel dürfte nicht billig sein, doch insgesamt ist sicher die technische Komplexizität kleiner als bei Viking. Dieses kostete 1 Mrd. Dollar bei 2 Orbitern und 2 Landern. Rechnet man 1 Mrd. Dollar für die Entwicklung und 2 Flugeinheiten, sowie 200 Mill. Dollar pro weiterer Flugeinheit, so kommt man auf Kosten von 2000 Mill. Dollar.

Ein Kostenvergleich

Programm Kosten
Apollo 25500 Mill. Dollar
3 Orbiter 500 Mill. Dollar
7 Rückkehrstufen 1050 Mill. Dollar
7 Lander 2000 Mill. Dollar
Ersparnis 21950 Mill. Dollar = 86%

Ich habe dabei berücksichtigt, dass Apollo 13 auch landen sollte, dies aber nicht tat. Dehnt man den Preisvergleich auf das originale Apollo Programm aus, dass noch 3 Flüge umfasste, die gestrichen wurden, so stehen 26850 Mill. Dollar bei Apollo 4900 Mill. Dollar dem unbemannten Programm gegenüber, die Ersparnis sinkt auf 82%. Das liegt darin, das ich bewusst recht hohe Kosten für Flugeinheiten angesetzt habe, in der Praxis würde dann auch der Spareffekt durch Serienbauweise eintreten und die Kosten wären geringer. Es entspricht aber der Faustregel, wonach eine bemannte Mission 5-10 mal teurer als eine unbemannte ist.

Eine Nachbemerkung

Natürlich ist dies eine illusorische Betrachtung, eben weil das Apollo Programm keine wissenschaftlichen Auslegung als Primärziel hatte. Ein unbemanntes Programm hätte eben nicht den Wettlauf zum Mond gewinnen können. Es geht mir primär darum aufzuzeigen, dass man fast jedes bemannte Programm durch ein unbemanntes ersetzen kann. Wenn man ein unbemanntes Programm in der Form, wie ich es skizziert habe, umsetzen würde, dann würde man sicher nicht Apollo nachahmen sondern mehr Wert auf eine langfristige und vielfältige Erkundung des Mondes mit unterschiedlichen Instrumenten legen, als sehr viele Bodenproben in kürzester Zeit zu sammeln. 90% der Apollo Bodenproben wurden nicht angetastet sondern für zukünftige Messmethoden versiegelt und eingelagert - Bei einem unbemannten Programm wäre es kein Problem gewesen später neue zu holen. Man hätte sich mit einem Bruchteil der Gesteinsmasse begnügt, dafür aber mehr Forschung auf der Mondoberfläche durchgeführt.

Als Anhänger der Raumforschung d.h. Forschung im Weltraum, (aber nicht Pretty nice Pictures für die Abendnachrichten von Astronauten in der Schwerelosigkeit) hätte ich für ein anderes Apollo Programm plädiert: Nach Apollo 11 und der ersten Mondlandung erst mal Pause. In dieser hätte man Wissenschaftler zu Astronauten ausgebildet, Experimente zum mitführen entwickelt und soweit es möglich war auch das CSV mehr zu einem wissenschaftlichen Orbiter ausgebaut. Man hätte die zweite Generation der Landefähren mit Mondautos schon bei Apollo 12 eingesetzt und hätte die Flüge erst 1972 oder 1973 fortgesetzt, dann aber mit wissenschaftlicher Ausprägung. Doch die NASA hat diese Chance nicht genutzt.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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