In meiner kleinen dreiteiligen Serie zum sechszigsten Geburtstag der NASA geht es heute um die größte Peinlichkeit im US-Weltraumprogramm. Gut da kann man unterschiedlicher Meinung sein. Was ist peinlich? Das hängt vom Standpunkt und Zeitgeist ab. 1969 bekam die NASA jede Menge erboster Zuschriften als in einer brenzligen Situation Eugene Cernan ein \u201eson of a bitch\u201c rausrutschte. Aber das sehe ich das nicht als peinlich oder als Panne an. Ich habe mir einen Vorfall rausgesucht, der stellvertretend für ein Dauerproblem der NASA steht: Der Verlust des Mars Climate Orbiters (MCO). Zuerst mal die Geschichte:<\/p>\n
Am 23.9.1999 stand die Abbremsung des MCO in den Orbit an. Eine letzte Kurskorrektur, die noch möglich gewesen wäre, wurde als unnötig befunden. Um den Treibstoffverbrauch beim Einschwenken in den Orbit zu minimieren, nähert sich der MCO dem Mars so nahe wie möglich, um kurz vor Passage des marsnächsten Punktes das Haupttriebwerk zu zünden. Es verlangsamt in 16 Minuten den Satelliten um 1.370\u00a0m\/s. Der MCO sollte in einen elliptischen Orbit mit einer Umlaufszeit von 14 Stunden einschwenken.<\/p>\n
Bei dem Manöver ist keine Funkverbindung möglich. Nach dem Einschwenken in den Orbit würde sich der Mars Climate Orbiter<\/a> drehen und die Bodenstation kontaktieren. Wenn er hinter dem Mars auftaucht, besteht wieder Funkverbindung. Doch der Climate Orbiter blieb stumm. Normalerweise braucht man bei einem solchen Vorkommnis Wochen, um die Ursache zu finden. Beim Mars Observer, bei dem sechs Jahre vorher Ähnliches passierte, wurde nie genau geklärt, was passierte. Beim MCO fand man die Ursache innerhalb eines Tags.<\/p>\n Man wertete die letzte Telemetrie aus, die sechs bis acht Stunden vorher übertragen wurde. Aus dem Funksignal wurde über die Dopplervermessung die Geschwindigkeit der Sonde bestimmt und aus dieser wiederum, wo sich der MCO befand. Es zeigte sich, dass der marsnächste Punkt der Bahn 57\u00a0km über der Oberfläche lag, anstatt in 140 bis 150\u00a0km Distanz. Der Mars Climate Orbiter wurde in dieser Höhe durch die Reibungshitze zerstört.<\/p>\n Doch wie kam es dazu? Man ging zurück zur letzten Bahnanpassung am 15.9.1999. Die Flugkontrolle rechnete noch mit einer Kurskorrektur vor Eintreten in den Orbit, die aber nicht erfolgte. Man rechnete deswegen mit einer Korrektur, weil sich MCO bis auf 226\u00a0km an den Mars nähern sollte. Nach den Bahnvermessungen nach der letzten Bahnanpassung näherte er sich aber auf 110\u00a0km. Das war eine so hohe Abweichung, dass die Flugkontrolleure eine Korrektur der Distanz für notwendig erachteten. Die Projektleitung vertrat die Meinung, dass der Kurs sehr nah am Mars lag, aber doch noch außerhalb der Gefahrenzone, die in 85\u00a0km Höhe beginnt. Beim Aerobraking würde sich der MCO dem Mars auf bis zu 100\u00a0km nähern. Der Abstand war also noch größer als in der nächsten Missionsphase.<\/p>\n Die primäre Ursache für die Abweichung von der Sollbahn war ein Verfahren namens A<\/b>ngular M<\/b>omentum D<\/b>esaturation (AMD). Durch das große, einteilige Solarpanel bei der kleinen Masse des Orbiters bekam die Sonde durch die Sonnenstrahlung einen Drall. Das war schon bei der Konstruktion bekannt. Eine Lösung wäre gewesen, die Sonde regelmäßig um 180 Grad zu drehen. Man wählte jedoch eine andere Strategie. Die Drallräder kompensierten das Moment, doch bei Dauerbetrieb wurden sie immer schneller und das war gefährlich. Man musste sie zyklisch herunterfahren. Also drehte man von Zeit zu Zeit den MCO mit den Lagekontrolltriebwerken, da das Herunterfahren der Räder die Sonde sonst drehte. Dies war das AMD-Manöver. Bei MCO war das AMD zehn bis 14-mal häufiger als bei anderen Sonden, weil das Solarpanel unsymmetrisch am Sondenkörper angebracht war.<\/p>\n Der häufige Einsatz der Triebwerke beeinflusste den Kurs. Man musste dies bei der Navigation berücksichtigen. Dazu gab es vom Hersteller des MCO, Lockheed Martin, eine AMD-Einheitentabelle, den AMD-Small-Forces-Files. Die Zahlen in dieser Tabelle waren bei Lockheed in amerikanischen (imperialen) Einheiten erstellt worden, die Impulse waren in der Einheit US-Pfund \u00d7 Sekunden angegeben. Bei der NASA wurde das weltweit gebräuchliche SI-System verwendet (Newton \u00d7 Sekunde). Diese beiden Systeme differieren um den Faktor 4,45. 1 lbs entsprechen 4,45 Ns. Die Tabellen wurden in ein Softwareprogramm des JPL zur Berechnung der erwarteten Abweichung eingelesen. Der MCO konnte die Kräfte, die das AMD-Manöver verursachte, auch bestimmen. Er hatte Beschleunigungsmesser und Lasergyroskope an Bord. Doch erstaunlicherweise ignorierte man diese Daten.<\/p>\n Während der ersten vier Monate nach dem Start konnte die NASA die AMD Tabellen wegen zahlreicher Softwarefehler (darunter \u201emultiple file format errors\u201c) nicht nutzen. Das JPL ließ sich von Lockheed Martin, die während dieser Zeit die AMD-Manöver im Auftrag durchführten, per Email informieren. Als das JPL erstmals mit der Software arbeiten konnte, stellte sich heraus, dass man den Effekt wohl drastisch unterschätzt hatte (der Faktor 4,45 schlug nun zu). Da der Schub der Triebwerke senkrecht zur Sichtlinie erfolgte, konnte man den tatsächlichen Effekt nicht durch Dopplermessungen verifizieren. So korrigierte die Flugkontrolle bei den Kurskorrekturen nicht nur das erwartete Drehmoment, sondern das 4,45-fache dieses Wertes und lenkte dadurch den MCO auf die zu nahe Bahn. Als man die Werte bei der Ursachenforschung korrigiert um den Faktor 4,45 erneut berechnete, zeigte sich, dass sich der MCO bis auf 57 anstatt 110\u00a0km dem Mars nähern würde. Auf dieser Bahn verglühte er schließlich.<\/p>\n Als ich das hörte, war ich baff. 1978 wurde bei uns das SI-System, das schon im wissenschaftlichen Bereich seit Langem eingesetzt wurde auch für den Alltag gesetzlich vorgeschrieben. Damals gab es eine siebenteilige ZDF-Serie über die Basiseinheiten (ja damals gab es noch Bildungsfernsehen, nicht nur Wissensfernsehen. Der Unterschied? Es gibt überflüssiges Wissen, aber nicht überflüssige Bildung). In der Schule hatte ich nur SI-Einheiten. Klar in der Physik, wo man es am häufigsten in der Schule mit Einheiten zu tun hat, sind sie gang und gäbe. Auch weil man viele Berechnungen nur mit den SI-Einheiten machen kann. Wer versucht nach Boyle-Mariotte<\/a> das Volumen oder den Druck eines Gases bei sich ändernder Temperatur zu berechnen und nimmt dafür Celsius oder Fahrenheit, kann sogar negativen Druck und negatives Volumen raus bekommen. Ich habe in der Schule auch Energieangaben in Kilojoule gelernt, eine Einheit, die in den Medien bis heute noch nicht angekommen<\/a> ist. Das es in den USA doch etwas anders läuft habe ich aber schon damals gemerkt. Während ich mich bei der Schreibweise einiger Elemente umgewöhnen musste, so Bismut anstatt Wismut und Iod anstatt Jod um sich der internationalen Nomenklatur anzunähern, blieben die Amis bei ihrem Potassium und Sodium und wie ich erst als ich mich mehr mit Raumfahrt beschäftigte auch beim Tungsten. Immerhin waren sie in anderen Dingen konsequenter. Bei ihnen hies es Cholesterol, nicht Cholesterin, da sieht man gleich das es ein Alkohol ist, auch wenn die Benennung als Sterin nicht falsch ist, wenn man Sterine als Substanzgruppe einführt (analog sind ja auch Monosaccharide chemisch Alkohole trotzdem enden alle Zucker auf \u201eose\u201c als Kennzeichen zu dieser Gruppe). Übrigens hat die DDR diese Nomenklatur auch übernommen, wie man schnell in DDR-Oranikbüchern sieht. Dort heißt es auch Benzen<\/a> und nicht Benzol. Wer hätte gedacht das die USA mal mehr Gemeinsamkeiten mit der DDR als BRD haben?<\/p>\n Aber was hat das mit der Raumfahrt zu tun? Nun auch dort ist das SI-System in der Wissenschaft und Technik Standard. Alle frühen Raumfahrtbücher, die ich hatte, nahmen SI-Einheiten wie N, m\/s, kg. Sie waren damals in Deutsch und geschrieben von Journalisten oder Ingenieuren. Gewundert habe ich mich über andere Dinge. Wie bestimmt man das Gewicht einer Atlas Rakete<\/a> auf ein Kilogramm genau, denn so genau waren die Angaben. Warum hat sie einen Durchmesser von 3,05 m und nicht geraden 3.00 m. Naiverweise dachte ich damals daran, dass man den Durchmesser wohl durch genaue Rechnung für das geringste Startgewicht so festgelegt hat. Heute weiß ich es besser: Die genaue Kilogramm-Angabe kam nur durch die Umrechnung von US-Pfund (0,4536 kg) in Kilogramm zustande. In Wirklichkeit war die Angabe nur auf 1000 US-Pfund genau und auch der Durchmesser war nicht berechnet, sondern einfach fix auf 10 US-Fuß (0,3048 m) festgelegt worden.<\/p>\n Mit der Zeit des Internets und immer mehr englischsprachigen Quellen habe ich mich dann gewöhnt US-Angaben umzurechnen, auch wenn man für manche den Taschenrechner braucht, wie so sinnige Angaben wie \u201eKubikfuss\u201c oder \u201ePfund pro Quadratzoll\u201c. Der Verlust des MCO war für mich trotzdem eine Überraschung. Zum einen, wie er passieren konnte, was ja nicht gerade für die NASA spricht. Warum hat keiner die Programme bzw. die Tabellen von Lockheed-Martin überprüft. In welchen Einheiten die arbeiten, muss ja dokumentiert sein. Das zugrunde liegende Problem ist aber das in der Luft & Raumfahrtindustrie weiterhin mit \u201eimperialen\u201c Einheiten gearbeitet wird. Das ist ja nun mal keine Industrie mit Low-Tech, die nur für den lokalen Markt produziert. Die Raumfahrtindustrie ist international vernetzt und hat ziemlich viel mit Technologie und Physik zu tun. Zumindest in Letzterem wird man SI-Einheiten einsetzen. Sind diese Einheiten im Alltag schon etwas komisch \u2013 man kann nur schwer zwischen ihnen umrechnen. Während man von Millimetern in Meter und Kilometer nur um den Faktor 1000 multiplizieren muss, gibt es zig verschiedene Umrechnungsfaktoren von Inch zu Fuß zu Yard zu Meilen bzw., nautischen Meilen. Oder von Unzen zu Pfund zu Tonnen (nein nicht metrischen Tonnen). In der Technik gibt es aber zahlreiche aus den 7 SI-Basiseinheiten abgeleitete physikalische Größen und dann wird es wirklich skurril wie die für den spezifischen Impuls (Einheit Sekunden! – also eine Zeit für eine Impulsgröße) oder eben so was wie Fuß\/Sekunde, Pfund pro Quadratzoll.<\/p>\n