SLS: Ging es auch mit dem Shuttle?

Eigentlich ist die bemannte Raumfahrt in den USA, seit das Jahrtausend angefangen hat, im freien Fall. Bemannte Raumfahrt, das sind große Unternehmen, teurer als selbst die größten unbemannten Projekte wie zum Beispiel das James‑Webb‑Teleskop oder Europa Clipper. So etwas braucht Planungssicherheit, und zwar über Jahre hinweg, und das ist eigentlich nicht mehr gegeben, wobei das schon etwas früher anfing.

1984 hatten NASA-Verantwortliche Ronald Reagan überzeugt, dass man nun, da man das Space Shuttle einsatzfähig hätte, doch an das Nachfolgeprojekt einer Raumstation gehen könnte – eigentlich wurde das Space Shuttle ja genau dafür entwickelt und nicht für den Transport von Satelliten, als das man es dann der Öffentlichkeit verkaufte. Reagan folgte dem und kündigte das Projekt an und nannte die Raumstation gleich markig „Freedom“. Gedacht als Gegenentwurf zur russischen Mir, die ja übersetzt auch „Frieden“ heißt.

Das war es dann aber auch für einige Jahre. Zum einen war der NASA‑Entwurf des Doppel‑Kiels zu komplex, und zum anderen änderten sich erst die politischen Beziehungen zwischen den USA und der Sowjetunion, und wenige Jahre später brach sie auseinander. Die Politik ist in der bemannten Raumfahrt immer wichtig, denn Freedom war eben als Gegenentwurf zur Mir gedacht.

So wurstelte die NASA ein Jahrzehnt an Freedom herum, die, weil der markige Name bald nicht mehr passte, in „Alpha“ umbenannt wurde. Milliarden wurden in Designänderungen gesteckt, aber vorwärts kam das Projekt nicht. In den Neunzigern änderte sich das dann. Erneut hatte die NASA eine Idee: Warum holen wir nicht die Russen ins Boot? Die hatten zum einen die größten Erfahrungen bei Langzeitaufenthalten auf einer Raumstation, und man könnte ja ihre Hardware integrieren. Als Begleitung gab es das Shuttle‑Mir‑Programm, das zumindest in den USA so verstanden wurde, als würden die Space Shuttles die Mir am Leben erhalten – was übrigens nicht so falsch war. Nur: Warum sollte man mit einem Partner eine neue Raumstation aufbauen, der nicht einmal die schon existierende im Orbit am Leben halten kann? Daran dachte keiner. Aber das war positive Politik: Zusammenarbeit anstatt Konfrontation. So wurde die heutige ISS schließlich gebilligt.

Dass Russlands Wirtschaft am Boden war und der Staat gar nicht die Mittel hatte, seine Verpflichtungen einzuhalten, zeigte sich aber schnell. Das erste Modul konnte Russland noch bauen, beim zweiten flossen dann schon US‑Mittel, und die ESA lieferte Hardware wie die Bordrechner. Mehr brauchte die ISS nicht, um zu funktionieren – Sarja als Treibstoffdepot und mit den Triebwerken zur Bahnänderung, Swesda als Ankoppelpunkt für Progress und Sojus‑Raumflugzeuge. So strich Russland denn auch alle geplanten Module bis auf eines: Nauka. Das sollte 2009 starten, in den Orbit gelangte es erst 2021, was zeigt, wo Russland heute steht. Dabei wurde die Hülle schon für die Mir‑2 gebaut, die 1995 starten sollte, und im Orbit zeigten sich dann auch Lecks.

Aber zurück zu den USA. Die hatten ebenfalls Rückschläge zu beklagen. 2003 ging die Columbia verloren. Anders als siebzehn Jahre zuvor bei der Challenger war dies aber kein Signal, weiterzumachen, sondern G. W. Bush kündigte an, dass das Shuttle nun ausgemustert wird. Es sollte nur noch die ISS fertigstellen, und das war es dann. So kam es denn auch. Aber es war Wahlkampf, und es macht sich wirklich schlecht, wenn man ein Programm einstellt, an dem in einigen Bundesstaaten zehntausende Arbeitsplätze hängen. Also wurde gleich etwas Neues angekündigt: Constellation, oder wie der damalige NASA‑Administrator Griffin sagte: „Apollo on Steroids“. Gelder für das Projekt gab es erst einmal wenig. Es reichte für die Planung. Mittel sollten kommen, wenn die ISS fertig gebaut ist – geplant für 2006 –, da dann die Mittel für das Space Shuttle freiwerden würden, und anschließend sollte die ISS nach zehn Jahren aufgegeben werden. Beides wollte Bush nicht, aber Japans JAXA und die europäische ESA hatten nach schlechten Erfahrungen mit früheren Projekten, die mit der NASA durchgeführt wurden, Klauseln in den Verträgen, nach denen die NASA die Aufwendungen ersetzen müsste, wenn ihre Module nicht gestartet werden, und die NASA garantierte eine Betriebszeit von zehn Jahren. Gäbe es diese Klauseln nicht, wäre wohl noch das US‑Labormodul Destiny gestartet worden und dann eine Rumpf‑ISS für drei Astronauten/Kosmonauten in Betrieb gegangen.

Vorwärts kam Constellation trotzdem in den zweiten vier Jahren unter Bush nicht. Den Mondlander Altair hatte man noch nicht einmal im Design fertiggestellt. So ließ Barack Obama das Projekt 2009 prüfen, und die Kommission stellte fest, dass das Programm chronisch unterfinanziert sei und Altair wohl erst um 2030 herum einsatzfähig wäre. So wurde Constellation eingestellt. Von den vier Einzelprojekten – bemannte Trägerrakete Ares I, unbemannte Schwerlastträgerrakete Ares V, Crewraumschiff Orion und Mondlander Altair – überlebte nur die Orion, aber selbst die ohne Einsatzzweck. Missionen zu erdnahen Asteroiden wurden erwogen oder als Ersatz für das Shuttle für den Mannschaftstransport zur ISS.

„Aber nicht mit uns“, sagten die Senatoren in den vier Bundesstaaten, in denen die meisten Arbeitsplätze an der bemannten Raumfahrt hängen, und sie verdonnerten die NASA zur Entwicklung einer Schwerlastrakete aus genau den Teilen, die schon das Space Shuttle antrieben, weil genau diese in ihren Bundesstaaten gebaut werden. So entstand die SLS, die Kenner daher auch als das „Senate Launch System“ bezeichnen. Für uns ungewöhnlich, aber die Finanzmittel der NASA legt nicht der Präsident, sondern das Parlament fest. Derselbe Senat hat übrigens 2025 zehn Milliarden für Artemis in den nächsten vier Jahren genehmigt, obwohl Trumps Haushaltsentwurf die Einstellung des Programms nach Artemis IV vorsieht.

Dass die SLS so lange für den Start brauchte, ist daher kein Wunder, denn ein Mondprogramm, das sie benötigt, gibt es erst seit 2017. Man hat also jahrelang an einer Rakete entwickelt, obwohl man nicht wusste, wofür man sie braucht. Inzwischen gibt es ja eine neue Sau, die durchs NASA‑Dorf getrieben wird. Sie heißt „Private Raumfahrt“. Das ging mit den Frachttransporten zur ISS los, dann folgte der bemannte Transport zur ISS – wie der Starliner zeigt, läuft das „privat“ auch nicht besser als das bisherige System. Und wenn man sich von einem rechtsextremen exzentrischen Milliardär abhängig macht, droht der schon mal, keine Dragons mehr zur ISS zu starten. Mal sehen, ob nach 2028 überhaupt noch Dragons starten, denn andere Kunden bekamen schon von SpaceX Absagen für Startanfragen für die Falcon nach 2028.

Inzwischen soll der Mondlander eben „privat“ entwickelt werden. Den Auftrag für den ersten gab es 2021 an SpaceX, obwohl jeder, der nur ein Fünkchen Verstand hat, das Konzept für irre hält. Ein 100+ t schweres Starship zum Mond und zurück fliegen, die Astronauten müssten rund fünfzig Meter Höhe zwischen Kabine und Mondboden überbrücken. Wer so etwas durchwinkt, erreicht seine Wohnung im zehnten Stock auch nicht über einen Aufzug, sondern fährt dafür ein 40‑t‑Feuerwehrfahrzeug mit Drehleiter vor. Aber für Kathryn Lueders, die das genehmigt hat, hat es sich gelohnt – sie ist jetzt Direktorin für die Starbase bei SpaceX. Ende 2025, als das Starship schon zwei Jahre lang und zehnmal flog, ohne einen Orbit zu erreichen, bekam dann auch Blue Origin einen Auftrag. Zwei Mondlander, warum nicht drei? Oder noch eine weitere Schwerlastrakete? Die NASA hat offensichtlich gerade einen Goldesel auf dem Mond entdeckt.

Okay, das war viel Gelabber, was will der Autor damit sagen? Na ja, er wollte vor allem Text schinden, denn was ich zu sagen habe, geht in eine einzige Tabelle. Die SLS, die jetzt eingesetzt wird, wird keine neu entwickelte Oberstufe bekommen. Die EUS ist fertig entwickelt und sollte nur noch qualifiziert werden, wurde aber vom neuen NASA‑Administrator Isaacman gestoppt. Die ersten drei Starts erfolgen mit der Delta‑4‑Oberstufe, die Delta 4 wird aber nicht mehr gebaut, die Stufen sind schon vor Jahren an die NASA übergeben worden. Als Ersatz wird nun die Centaur V der Vulcan genutzt. Wahrscheinlich hätte Isaacman auch die Entwicklung neuer Booster eingestellt, hätte man nicht einen begrenzten Satz an alten Boostern vom Space Shuttle (kleiner Tipp: die wurden beim Space Shuttle geborgen, könnte man auch bei der ISS machen). Da zudem das Lunar Gateway als Miniraumstation in einem Halo‑Orbit eingestellt ist, wird es interessant, wie nun die Missionsplanung aussieht. Das Servicemodul der Orion kann nicht in eine niedrige Mondumlaufbahn einschwenken, dafür hat es zu wenig Treibstoff – besser gesagt: Es reicht ganz knapp für den Hinweg, aber nicht für den Rückweg.

Wieder einmal hängt ein bemanntes Raumfahrtprogramm in der Schwebe, und keiner weiß, wie es weitergehen soll. Diese Art von Schwerelosigkeit gibt es – siehe Text – bei der bemannten Raumfahrt häufiger als die physikalische Schwerelosigkeit.

Ich habe mich einmal gefragt: Wenn die SLS aus Shuttle‑Teilen besteht:

• Die Booster sind Shuttle‑SRB mit fünf anstatt vier Segmenten.

• Der Tank der Zentralstufe ist eine gestreckte Version des Shuttle‑Tanks.

• Die Triebwerke sind erst einmal auch nur Reserveexemplare aus dem Shuttle‑Programm, erst später kommen neu gebaute zum Einsatz.

Warum also nicht gleich das Shuttle einsetzen? Die Idee ist nicht neu, und beim Suchen fand ich auch, dass ich das schon einmal für einen Ares‑V‑Ersatz 2014 durchgerechnet habe. Aber die Ares V ist nicht die SLS. Also noch einmal.

Der Ansatz ist ganz einfach: Tank und SRB des Shuttles bleiben, wie sie sind. Vom Orbiter bleiben nur die Triebwerke mit ihrem Schubrahmen übrig. Diese Triebwerke sind unten am Tank fixiert. In diesen Schubrahmen muss man dann auch die Avionik integrieren und einen Adapter für eine Oberstufe hinzufügen. Ich habe die Masse großzügig auf 40 t angesetzt. (2014 waren es noch 30). Triebwerke mit Schubgerüst wiegen rund 25 t, das lässt also 15 t für die Übergangssektion und die Befestigung der Oberstufe übrig, die dann folgt.

Die EUS der SLS ist Geschichte, sie wäre aber auch zu schwer, denn das Shuttle ist deutlich masseärmer als die SLS. Ich habe die Centaur V genommen. Deren Trockenmasse ist leider unbekannt, hochgerechnet von der Atlas‑Centaur läge sie bei etwa 5,4 t. Ich habe 6 t angesetzt. NASA‑Dokumente für die SLS gehen von 7 t aus, wobei ich denke, dass dies auch an dem benötigten Adapter zur SLS liegt, und dieser Adapter ist bei mir ja schon in der Gewichtsbilanz des Shuttles enthalten. Wenn ihr das im Hinterkopf behaltet, so zieht einfach noch 1 t von der Nutzlast für diesen Fall ab. Dazu kommt noch eine abwerfbare Nutzlastverkleidung, die man aber zumindest bei der Orion-Version nicht braucht. Ihr Weglassen würde nochmal 200 kg Nutzlast bringen, was jetzt nicht so viel ist.

Diese Kombination kann sicher 37 t in eine TLI‑Bahn befördern. Die Tabelle ist berechnet für den Schub der RS‑25 für die SLS (109 % Schubniveau). Das wäre mehr als die derzeitige Kombination mit der ICPS erreicht, und alleine für die Orion, die unter 29 t wiegt, mehr als ausreichend. Man hätte einige Milliarden Dollar sparen können und wohl die SLS früher einsatzbereit gehabt. Aber falls ihr es noch nicht wisst, verrate ich euch ein Geheimnis: Bei der bemannten Raumfahrt geht es primär darum, Milliarden am Boden auszugeben und nicht Projekte schnell umzusetzen …

Rakete: Space Shuttle SLS

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]	Nutzlastanteil [Prozent]	Sattelpunkt [km]	Perig�um [km]	Apog�um [km]	C3 [km�/s�]
2.059.200	37.000	10.963	2.390	1,80	160,00	200,00	200,00	-1,00
Startschub [kN]	Geographische Breite [Grad]	Azimut [Grad]	Verkleidung [kg]	Abwurfzeitpunkt [s]	Startwinkel [Grad]	Konstant f�r [s]	Starth�he [m]	Startgeschwindigkeit [m/s]
25.634	29	90	5.000	0	90	5	10	0
Stufe	Anzahl	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez. Impuls (Vakuum) [m/s]	Schub (Meereshöhe) [kN]	Schub Vakuum [kN]	Brenndauer [s]	Z�ndung [s]
1	2	590.100	87.550	2.640	10027,0	10786,0	123,01	0,00
2	1	777.000	50.000	4.436	5580,0	6837,1	471,69	0,00
3	1	60.000	6.000	4.520	212,0	212,0	1151,30	475,00

 

Wichtige Aufstiegspunkte

Bezeichnung	Zeitpunkt	H�he:	Distanz:	v(x):	v(y):	v:	Perigäum:	Apogäum:	Beschleunigung:
	0,0 s	0,01 km	0,0 km	0 m/s	0 m/s	0 m/s	-6378 km	-6378 km	2,7 m/s
Rollprogramm	5,0 s	0,04 km	0,0 km	0 m/s	14 m/s	14 m/s	-6370 km	0 km	3,0 m/s
Winkelvorgabe	80,0 s	12,95 km	0,0 km	478 m/s	361 m/s	600 m/s	-6336 km	17 km	11,9 m/s
Brennschluss 1	123,0 s	35,29 km	0,6 km	1276 m/s	717 m/s	1464 m/s	-6223 km	53 km	23,1 m/s
Verkleidung	262,2 s	115,01 km	22,6 km	2582 m/s	346 m/s	2605 m/s	-6378 km	-6378 km	5,0 m/s
Orbitsim	468,4 s	178,19 km	355,1 km	7252 m/s	-1421 m/s	7390 m/s	-25 km	330 km	35,8 m/s
Winkelvorgabe	470,0 s	178,13 km	361,8 km	7319 m/s	-1449 m/s	7461 m/s	66 km	480 km	36,4 m/s
Brennschluss 2	471,7 s	178,06 km	369,3 km	7394 m/s	-1480 m/s	7540 m/s	109 km	722 km	37,2 m/s
Z�ndung 3	475,0 s	177,93 km	383,9 km	7388 m/s	-1510 m/s	7540 m/s	108 km	724 km	-9,3 m/s
Sim End	1593,5 s	1229,15 km	21585,4 km	2629 m/s	-9843 m/s	10188 m/s	511 km	-92707 km	-2,1 m/s

Parameter der Stufen

nr.:	Geschwindigkeit	Maximalhöhe	Maximaldistanz	Flugzeit	Perigäum	Apogäum	Inklination
1:	1.465,0 m/s	63,3 km	20,7 km	316,7 s	-6.212,3 km	53,5 km	30,7 Grad
2:	7.444,2 m/s	176,4 km	6.937,7 km	1.049,2 s	105,0 km	572,5 km	28,0 Grad

Höhe/Zeit Diagramm