Einsatzgeschichte der Saturn IB – Teil 1

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In diesem Blog, der weil er etwas länger ist und sich über zwei Teile erstreckt – der zweite Teil folgt dann morgen – geht es um die Starts der Saturn IB die wie ihre Vorgängerin, die Saturn I ein bisschen im Schatten der Saturn V stand. Aber sie absolvierte immerhin fünf bemannte Missionen.

Wie bei meinem vorherigen Beitrag habe ich diesen Textteil meinem Buch über die Saturn Trägerraketen entnommen, das man bei Amazon, im Buchhandel (nach Bestellung), beim Verlag oder anderen Portalen für wenig Geld erwerben kann. Mir als Autor würde eine Bestellung beim Verlag eine etwas höhere Marge einbringen, der Versand ist dort auch versandkostenfrei und der Preis dank Buchpreisbindung überall der gleiche.

Geschichtliche Bedeutung und Einsatz

Die Saturn IB hatte im Apolloprogramm zwei wichtige Funktionen. So konnte die dritte Stufe der Saturn V, die S-IVB, getestet und das J-2 Triebwerk für die zweite Stufe erprobt werden, ohne eine Saturn V zu starten. Auch die Instrumenteneinheit IU der Saturn V wurde zuerst in der Saturn IB eingesetzt und getestet. Dies sparte Kosten und Zeit für diese Systeme.

Andererseits verfügte die Rakete über genügend Nutzlastkapazität, um ein Apollo-Raumschiff mit Versorgungsteil, aber reduziertem Treibstoffvorrat, in den Erdorbit zu befördern. Auch ein Mondlander war leicht genug für eine Saturn IB. Damit stand ein preiswerter Träger für bemannte Missionen in den Erdorbit und Tests des Mondlanders zur Verfügung. Die Apollo-Hardware und Missionsaspekte wie die Zündung des Mondlandetriebwerks konnten getestet werden, obwohl die Saturn V noch nicht einsatzbereit war. Später brachten Saturn IB Raketen die Besatzungen von Skylab und Apollo-Sojus in den Orbit. Wie bei der Saturn I gab es keinen einzigen Fehlstart. Dadurch konnte das Erprobungsprogramm vor­zeitig nach drei Qualifikationsflügen abgeschlossen werden.

Obwohl die Entwicklung der Saturn IB erst am 20.7.1962 beschlossen wurde, sechs Monate nach der Saturn V, flog sie zwanzig Monate früher. Dies lag daran, dass sie auf der Saturn I aufbauen konnte. Die erste Stufe war eine verbesserte Saturn I Erststufe, nur die S‑IVB war neu. Teile der IU, wie die Kreiselplattform, wurden bereits bei den letzten Saturn I (SA-10) getestet.

Die Saturn IB war von den laufenden Programmänderungen bei Apollo am stärksten betroffen. Nach dem Start von Apollo 1 im Februar/März 1967 sollten mit der Saturn IB mehrere bemannte Erdorbitmissionen durchgeführt wurden, bis die Saturn V einsatzbereit war. Sie war auch für bemannte Erdorbitflüge im Rahmen des Apollo Applications Program (AAP) vorgesehen. Aufgrund der Programmver­zögerungen und Streichungen beim AAP entfielen diese Missionen zum größten Teil. Gefertigt wurden bis zum Einstellungsbeschluss insgesamt 14 S‑IB und 12 S‑IVB Stufen.

Start der Saturn IB

Die Saturn IB wurde mit dem Designziel einer Zuverlässigkeit von 0,88 entwickelt. Von 100 Starts sollten 88 die Nutzlast im Orbit aussetzen. Die Sicherheit der Be­satzung wurde erheblich höher angesetzt und lag bei 0,999. Neben der „Engine-out-Capability“ der ersten Stufe war die systematische Überwachung aller Parameter und der Fluchtturm für diesen hohen Wert verantwortlich. Die Über­wachung sollte es ermöglichen, Triebwerke oder die Stufe abzuschalten, bevor ein Problem zu Beschädigungen führen konnte. Der Fluchtturm (Launch Escape System LES) konnte selbst bei einer Explosion die Kapsel in Sicherheit bringen. Er wurde nach der Zündung der zweiten Stufe abgetrennt.

Neben der automatischen Auslösung konnte die Besatzung die Raketen des LES jederzeit durch einen Drehschalter in der Kommandokapsel starten. Bei der ersten Stufe, der S‑IB, konnte, verglichen mit der Saturn I, wegen der schubstärkeren Triebwerke noch früher ein Triebwerk ausfallen. Bei den letzten H-1 Triebwerken mit 912 kN Schub schon 3 Sekunden nach dem Abheben. Allerdings würde in diesem Falle die Nutzlast durch den geringeren Schub um 1.800 kg absinken. Fiel ein Triebwerk nach 100 s aus, so waren es nur 400 kg, eine Reserve, die in jedem Falle vorhanden war.

Beim Start gab es einige Besonderheiten. Der Brennschluss der ersten Stufe wurde ausgelöst, wenn die Treibstoffsensoren signalisierten, dass der Treibstoff nahezu ver­braucht war. Nominell sollten weniger als 2.900 kg Resttreibstoff in den Tanks der S‑IB verbleiben. Um diesen Wert zu erreichen, sowie die maximale Beschleunigung auf 4,4 g zu begrenzen, wurden die inneren vier Triebwerke zuerst abgeschaltet. Die S‑IB musste die Engine-out-Capability aufrechterhalten, auch wenn nun nur noch vier Triebwerke arbeiteten. Deswegen wurde nach Brennschluss der inneren Triebwerke ein konstanter Winkel zur Erde ohne Steuer­bewegungen eingehalten. Die Triebwerke standen dabei in Neutralstellung. So konnte ein Ausfall nicht zur einer Abweichung der Flugbahn führen.

Parallel zur Stufentrennung zündeten Treibstoffsammelraketen, die abgeworfen wurden, sobald das J‑2 den vollen Schub erreicht hatte. Kurz danach wurde das J‑2 Triebwerk auf das Mischungsverhältnis 1:5,5 umgeschaltet. Die immer wieder bei Dokus gezeigte Szene der Zündung einer S-IVB ist nicht die Zündung einer S-IVB einer Saturn V, sondern die von AS-202, einer Saturn IB. Experten können das an der Anzahl der Treibstoffsammelraketen erkennen.

Etwa zwei Minuten vor Brennschluss wurde zur optimalen Treibstoffausnutzung und Begrenzung der Be­schleunigung auf die Mischung 1:4,8 umgeschaltet. Bei der S‑IVB wurde mit groß­zügigen Treibstoffreserven kalkuliert. So gab es bei den Skylabmissionen eine Reserve von mindestens 1.580 kg Resttreibstoffen in den Tanks. 1.000 kg davon waren für eine Minderleistung der Triebwerke vorgesehen. Nach Abtrennung des Apollo-CSM wurde die S‑IVB aktiv deorbitiert. Die IU wartete dazu sechs Stunden ab. In dieser Zeit konnte der Resttreibstoff verdampfen und den Tankdruck erhöhen. Dann wurde der restliche Treibstoff gegen die Bewegungsrichtung abgelassen. Dadurch wurde die Stufe ab­gebremst und verglühte über dem Pazifik beim Durchlaufen des Perigäum.

Die Starts in Kurzzusammenfassung

Es wurden urpsünglich 15 Saturn IB bestellt. Geplant war, ab Februar 1967 die ersten bemannten Apollomissionen mit der Saturn IB durchzuführen. Das Feuer bei Apollo 1 führte zu einer Programmverzögerung. Im August 1968 stornierte die NASA alle weiteren Bestellungen. Zwölf Raketen wurden komplett fertig­gestellt, bei zwei weiteren Trägern wurde bei der Einstellung die erste Stufe zusammen­gebaut. Diese wurden verschrottet. Das schon Mitte 1968 12 der 15 Raketen komplett fertiggestellt waren, zeigt das Tempo mit dem damals entwickelt wurde. Die letzte Saturn IB startete erst sieben Jahre später! Die Ursache für die Streichungen waren Änderungen in de Missionsplanung Das CSM durfte nach dem Brand von Apollo 1, bis die Sicherheitsmängel behoben wurden, nicht mehr bemannt starten. Das setzte Saturn IB frei, die für die nächsten Missionen vorgesehen waren. Dei Saturn V würde so früher übernehmen.

So gab es bis 1968 nur fünf Flüge (davon einer bemannt). Der erste Start AS‑201 brachte ein Apollo-CSM in die suborbitale Bahn. Dort zündete das Service­modul sein eigenes Triebwerk und erprobte es unter Real­bedingungen. Der nächste Flug war AS‑203, da das Raumschiff für AS‑202 nicht rechtzeitig fertig wurde. Er lieferte Daten für die Wiederzündung der S‑IVB. Nach erreichend der Umlaufbahn wurden die Ventile geschlossen, bis die S‑IVB nach vier Umläufen durch den ver­dampfenden Treibstoff einen Bruch des Tankzwischenraums erlitt. Mit diesem Test sollten die Belastungsgrenzen überprüft werden. AS‑202 erprobte erneut das Triebwerk des Servicemoduls auf einer suborbitalen Bahn, diesmal mit drei Zündungen und einer höheren Wiedereintrittsgeschwindigkeit. Dies war der erste Test eines Block II Exemplars des CSM, der Version, die für die bemannten Flüge vorgesehen war. Von diesem Flug stammt auch die oben erwähnte Filmsequenz. Die Kameras wurden im Stufenadapter mitgeführt und nach Filmen der Abtrennung abgesprengt und aus dem Meer gefischt.

Danach sollte mit AS‑204 / Apollo 1 der erste bemannte Start erfolgen. Er war für Februar/März 1967 vorgesehen. Der Brand am 27.1.1967 bei einem Probe­countdown führte zum Streichen aller bemannten Missionen für die nächsten 18 Monate. So folgte erst nach einem Jahr die unbemannte Mission Apollo 5, die einen Mondlander in die Erdumlaufbahn brachte, wo sein Triebwerk dreimal gezündet wurde. Danach folgte mit Apollo 7 der erste bemannte Test des CSM in der Umlaufbahn. Nach dem Tod der Apollo 1 Besatzung beschloss die NASA alle folgenden Flüge, auch unbemannte „Apollo“ zu nennen anstatt der vorher üblichen Kürzel wie AS-XXX oder SA-XXX (bei der Saturn I)

AS-205, Apollo 7 vom 11. bis 22. Oktober 1968 war dann auch der einzige bemannte Einsatz im Rahmen des Apolloprogramms. Ziel des Fluges war ein Test des CSM im Erdorbit und eine Mission über die Dauer einer Mondmission.

Die NASA setzte anschließend die Saturn V für die weiteren Testflüge ein, sodass sieben Saturn IB verblieben. Von zwei dieser Raketen wurden die zweiten Stufen zu den Raumlaboren Skylab A und B umgerüstet. Dies waren die Raketen AS‑211 (Skylab) und AS‑212 (Skylab Ersatzmodell). AS‑206/7/8 wurden für die bemannten Missionen Skylab 2 bis 4 eingesetzt und AS‑210 für das Apollo-Sojus Test Projekt. Die AS‑209 war mit CSM-119 zur Rettung der Besatzung von Skylab vorgesehen.

Nicht geflogen sind somit AS‑209 und die ersten Stufen von AS‑211 und 212. Diese können in Cape Canaveral, Huntsville und Houston besichtigt werden. Die bei dem Produktionsstopp schon fertigen Erststufen von SA‑213/214, die fertig­gestellt waren, wurden verschrottet. Für die H-1 Triebwerke fand die NASA eine Einsatzmöglichkeit. Die H-1 Triebwerke entstanden aus dem Triebwerk LR-79, das in unterschiedlicher Modifikation die Atlas und Thor antrieb. Die NASA baute die H-1 wieder in der Delta ein. Mindestens 72 Triebwerke wurden dafür ab 1974 verwendet. Später ersetzte es als RS-27 das Haupttriebwerk der Delta ab der 2000-er Serie und wurde bis zur Einstellung der Delta 2018 eingesetzt.

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