{"id":8310,"date":"2013-08-04T18:32:43","date_gmt":"2013-08-04T16:32:43","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8310"},"modified":"2013-08-04T18:58:19","modified_gmt":"2013-08-04T16:58:19","slug":"der-space-shuttle-hitzeschutzschild-teil-3-die-produktion-und-die-testfluege","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/08\/04\/der-space-shuttle-hitzeschutzschild-teil-3-die-produktion-und-die-testfluege\/","title":{"rendered":"Der Space Shuttle Hitzeschutzschild &#8211; Teil 3 : die Produktion und die Testfl&uuml;ge"},"content":{"rendered":"<p>So, nun zum vorletzten Teil des Artikels &uuml;ber den Hitzeschutzschild des Orbiters. Man kam nach der Entwicklung kam zu der letzten Phase: der Produktion. Sie sollte zur gr&ouml;&szlig;ten Herausforderung werden. Dabei hatte man eigentlich mehr Zeit als urspr&uuml;nglich vorgesehen. Schon fr&uuml;h gab es eine unzureichende Finanzierung, welche den Jungfernflug von Herbst 1977 auf Fr&uuml;hjahr 1978 verschob. Zahlreiche Probleme bei der Triebwerksentwicklung inklusive der Zerst&ouml;rung einiger Turbopumpen und ganzer Triebwerke verschoben den Jungfernflug zuerst auf Fr&uuml;hjahr 1979 und dann Ende 1979. Die Columbia wurde als erster Orbiter ab 1978 zusammengebaut und bald zeigte sich dass man die Zeit die man brauchte um die Kacheln zu montieren gewaltig untersch&auml;tzt hatte.<\/p>\n<p>Die Prozedur f&uuml;r die Installation einer Kachel war folgende:<!--more--><\/p>\n<p>Zuerst wurde das SIP in di ben&ouml;tigte Form geschnitten. Sie war f&uuml;r jede Kachel anders. Die Kachel selbst wurde von Lockheed in 36-St&uuml;ck Packungen geliefert, jede mit einer eigenen Seriennummer. Zuerst wurde die Aluminiumstruktur mit einem gr&uuml;nen Epoxidharz belegt. Es diente als Korrosionsinhibitor. Dann wurde eine Blaupause aufgelegt, gedruckt auf transparentem Mylar, individuell gedruckt f&uuml;r jede Kachel. Sie zeigte die Position jedes SIP und eines F&uuml;llstreifens zwischen jedem SIP an. Ein F&uuml;llstreifen hatte eine Breite von 1,9 cm und bestand aus Nomex. Zwischen F&uuml;llstreifen und SIP gab es L&uuml;cken. Sie mussten sein, um dem Material Raum zum Ausdehnen zu geben, sie d&uuml;rften aber auch nicht zu breit sein, um die W&auml;rme&uuml;bertragung auf die Orbiterstruktur zu minimieren. Die L&uuml;cken hatten eine Breite von 0,762 mm. Die Kacheln mussten sogar noch genauer platziert werden Hier betrug die Genauigkeit sogar nur 0,0524 mm. Das betraf nicht nur die Positionierung in der Horizontalen. Auch in der H&ouml;he musste eine Kachel zwischen 0,9 und 1,9 mm in der H&ouml;he relativ zur Kante der benachbarten platziert werden. (da sie in der Mitte h&ouml;her waren als au&szlig;en, gab es diese Differenz).<\/p>\n<p>Dazu wurde auf die Oberfl&auml;che ein Ger&auml;t namens Komparator angebracht, das sich mit einer Vakuumdichtung dort fest ansaugte. Ein Techniker konnte mit Lichtindikatoren dann pr&uuml;fen ob die Kacheln passen w&uuml;rde. Wenn dies nicht der Fall war, wurden die R&auml;nder abgeschmirgelt.<\/p>\n<p>Paste sie, so wurden nun die F&uuml;llstreifen auf dem Aluminium angeklebt und die Kachel kam in einen separaten Raum, wo auf ihrer Unterseite das SIP Pad angebracht wurde. Sie wurde gewogen um festzustellen ob die Klebermenge ausreichend war, aber auch nicht zu hoch und dann konnte der Kleber &uuml;ber einige Stunden aush&auml;rten.<\/p>\n<p>W&auml;hrend die Columbia best&uuml;ckt wurde, kam auch ein neues Problem auf. Es zeigte sich das das SIP alleine nicht ausreichten um zwischen dem Aluminium der Orbiterstruktur und den Kacheln zu vermitteln. Es musste verst&auml;rkt werden. Man &uuml;berlegte eine weitere Zwischenschicht zwischen Kachel und SIP einzubringen. Zuerst dachte man an eine Aluminiumfolie die man gut auf beide Seiten w&uuml;rde kleben k&ouml;nnen, doch der thermische Ausdehnungskoeffizient war zu hoch. Es h&auml;tte unerw&uuml;nschte Kr&auml;fte auf die Kachel abgegeben. Folien aus Kohlenstoff-Polyimid hatten den richtigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, mit der Einf&uuml;hrung der LI-2200 Kacheln sah man im Oktober 1979 eine L&ouml;sung: anstatt eine weitere Schicht einzubringen w&uuml;rde man mit kolloidalem Slikat (Ludox von Du Pont) die untere Schicht der Kacheln verst&auml;rken und damit hielten die Kacheln mehr aus (siehe bei der Entwicklung). Damit waren auch die Probleme mit der akustischen Belastung weitgehend gel&ouml;st. Sie erreichten nun eine Belastungsgrenze von 11,7 psi. Nun wurde der Kleber auf der Vertiefung zwischen den Nomex-Streifen eingebracht, die Dicke gepr&uuml;ft (0,13 bis 0.18 mm) und dann die Kachel aufgebracht. Werkezuge hielten die Kachel mechanisch und durch ein Vakuum f&uuml;r vier Tage fixiert. Dann gab es einen Zugtest ob sie auch hielt und die L&uuml;cken zwischen jeder Kachel wurden ausgemessen. Jeder Schritt wurde von einem eigenen Rockwell Mitarbeiter beobachtet und protokolliert.<\/p>\n<p>Diese Prozedur war nicht serialisierbar und auch nicht auf verschiedene Arbeiter aufteilbar (jeder macht nur einen Schritt), da wegen der geringen Fertigungstoleranzen man bald darauf kam, die Kacheln nicht direkt hintereinander anzubringen, sondern die erste und die dritte einer reihe, danach wurde die L&uuml;cke dazwischen vermessen und bei Lockheed eine Kachel gefertigt die genau dazwischen passte. So wurde das Anbringen eine zeitaufwendige Angelegenheit. Maximal konnte ein Arbeiter in drei Wochen vier Kacheln montieren. 150 Personen waren die urspr&uuml;ngliche Belegschaft f&uuml;r das Anbringen der Kacheln. Sie waren, wie in den USA &uuml;blich, f&uuml;r diese Arbeit angeheuerte Arbeiter, die eine Schulung erhielten. Sie bestand aus je zwei Wochen im Klassenzimmer und zwei Wochen beim Training bei der Arbeit. Miteingeschlossen waren Kurse in denen sie etwas &uuml;ber Thermalprotektion, Behandlung der Kacheln und das Anbringen des Klebers ohne Besch&auml;digung der Kacheln lernten.<\/p>\n<p>Doch ein Arbeiter schaffte im Durchschnitt nur eine Kachel pro Woche. So w&uuml;rde es mehr als zwei Jahre dauern bis alle 21.000 Kacheln an der Unterseite angebracht waren, die am kritischsten waren. Da traf es sich gut, das das Shuttle woanders auch Probleme hatte. Die Entwicklung der Haupttriebwerke hatten deutliche Verz&ouml;gerungen. Als man sich schon kurz vor dem Abschluss der Entwicklung w&auml;hnte, explodierte im Dezember 1978 ein Triebwerk, und ein Erstflug vor 1980 schien unm&ouml;glich. Damit waren 1100 Arbeiter von Rockwell im Kennedy Space Center, die dort die Wartung und Flugvorbereitung der Columbia durchf&uuml;hren sollten, f&uuml;r mindestens ein dreiviertel Jahr arbeitslos. Rockwell beschloss die F&auml;hre auf die Boeing 747 der NASA f&uuml;r die Gleittests zu packen und zum KSC zu &uuml;berf&uuml;hren. Die dortige Belegschaft sollte die Kacheln anbringen und durch ihre gr&ouml;&szlig;ere Personenzahl sollte es schneller gehen. Bis dahin (M&auml;rz 1979) waren erst 7.000 der Kacheln angebracht worden. Der Rest waren provisorische Kacheln aus Stoff, die mit Doppelklebeband angebracht waren. Was passiert wurde zum PR-Fiasko. Schon nach dem Start der F&auml;hre mit der B-747 fand man auf der Landebahn Bruchst&uuml;cke von Kacheln. Als die Columba vor den Fernsehkameras im Kennedy Space Center ankam, konnte man sehen das Kacheln fehlten. Etwa 40 St&uuml;ck waren abgefallen. Leider machten weder Rockwell, noch die NASA damals in der Pressekonferenz klar, das es sich vor allem diese tempor&auml;ren Kacheln aus Plastik waren, die abfielen. Das Doppelklebeband hatte sich an einer Kachel abgel&ouml;st und der Zug sowie die von ihm verursachten Wirbel an der Oberfl&auml;che f&uuml;hrten zum Abl&ouml;sen auch weiterer Kacheln. So steht der Flug auch noch heute in den Annalen, dass dabei viele echte Kacheln abgel&ouml;st wurden, darunter auch bis zur Recherche zu diesem Artikel auf meiner Website, daf&uuml;r ein Sorry. Es waren aber 5 der normalen Kacheln auch abgegangen, obwohl der Flug auf der B-747 keine Belastungen darstellte die vergleichbar mit denen beim Start waren und eine Inspektion zeigte, dass viele andere Kacheln zwar nicht abgefallen waren aber sich die Verbindung gelockert hatte und sie beim Start verloren gegangen w&auml;ren. Das zeigte, dass die Kachelprobleme noch nicht gel&ouml;st waren.<\/p>\n<p>Rockwell hatte 260 Personen mit der Anbringung der Kacheln im KSC beauftragt, Doch bis sie eingearbeitet waren schafften sie nur wenige Kacheln. In den ersten drei Wochen waren es nur 200. Im April war die Zahl der installierten Kacheln von 7000 im M&auml;rz auf 8000 angestiegen, im Mai war man bei 10.800 angekommen. Rockwell heuerte nun hunderte von Arbeitern aus der Umgebung an, vor allem College Studenten in den Sommerferien. Die Anzahl stieg zuerst auf 300 installierte Kacheln pro Woche und erreichte schlie&szlig;lich 500 pro Woche. Rockwell brachte 22 mobile Container nahe dem OPF (Orbiter Processing Facility) unter, worin Ruher&auml;ume und das Cathering untergerbacht waren. Die Belegschaft arbeitete im Dreischichtbetrieb, den eines war inzwischen klar: der Orbiter k&ouml;nnte starten, tja wenn er nur seine Hitzeschutzkacheln schon montiert h&auml;tte.<\/p>\n<p>Als w&auml;re das nicht schlimm genug, kam 1979 auch noch das Problem auf, das ich bei der Entwicklung beschrieben hatte: die Kacheln waren erheblich h&ouml;heren Belastungen durch akustischen L&auml;rm ausgesetzt als geplant. Man musste bei einer Reihe von Ihnen die R&uuml;ckseite verst&auml;rken. So war die Columbia 1979 im Kennedy Space Center ein Chaosgef&auml;hrt: Teile waren fertiggestellt mit &#8222;guten&#8220; Kacheln, andere Arbeiter demontierten an schon fertiggestellten Teilen &#8222;b&ouml;se&#8220; Kacheln, die beim Zugtest die 1.25-fache Nennbelastung nicht aushielten und unter den Tragfl&auml;chen waren ganze Zonen noch nicht angegangen worden. Ein erster Test ergab, das 1% der Kacheln ausgewechselt werden musste, plus welcher, an besonders exponierten Stellen die mit Sicherheit nicht den Belastungen standhielten. Dann f&uuml;hrte man ab Februar 1980 eine zweite Inspektion mit Ultraschall ein, die vorher bei Beton und Holz erprobt wurde. Sie sollte versteckte Fehler, die noch kein Losl&ouml;sen waren, aber eine Schw&auml;chung der Verbindung nach dem Zugtest nachweisen. Nun waren schon 10% der Kacheln betroffen.<\/p>\n<p>Wie kam es dazu, dass dieser Punkt so &uuml;bersehen wurde? Es lag an der Konzeption des Programmes. Es folgte dem Grundsatz des &#8222;concurrent efforts&#8220;. Bisherige Raumfahrtprojekte hatten isolierte Abschnitte die vollst&auml;ndig durchlaufen wurden, bevor man in den n&auml;chsten Abschnitt &uuml;berging. &Uuml;blich waren Design, Entwicklung, Produktion und Einsatz. Beim Shuttle waren diese Abschnitte verzahnt. Damit konnte man das Projekt schneller fertigstellen. Nach dem urspr&uuml;nglichen Plan war ja schon im Herbst 1977 der Jungfernflug geplant, also nach gerade mal f&uuml;nfeinhalb Jahren. Das Konzept wurde von der US Air Force in den sechziger Jahren eingef&uuml;hrt, um Technologien schneller zur Einsatzreife zu bringen. Es erforderte aber viel Erfahrung, welche Punkte man beim Testen zur&uuml;ckstellte und erst in der Produktionsphase anging. Und die Belastung der Kacheln durch Akustikl&auml;rm war eine die man als nachrangig einstufe. Der enge Kostenrahmen erforderte aber, dass man Kompromisse einging und Tests in die Produktionsphase verschieben musste. H&auml;tte man diese Tests 1976 \/ 1977 durchgef&uuml;hrt, so sagte sp&auml;ter ein NASA Bericht, man h&auml;tte wie bei der Verwendung der LI-2200 Kacheln die Verst&auml;rkung in die Produktion einflie&szlig;en lassen k&ouml;nnen. Die Columbia h&auml;tte im April 1980 zum ersten Mal starten k&ouml;nnen, ein Jahr vor dem tats&auml;chlichen Jungfernflug. So fanden die Tests aber erst 1979, parallel zur Installation der Kacheln statt.<\/p>\n<p>Man nutzte die Zeit f&uuml;r weitere Tests. Neben Windtunneltests in Ames wurden die Kacheln an F-104 und F-15 D&uuml;senj&auml;ger montiert. Sie flogen Profile die der 1,4-Fachen Nennbelastung beim Aufstieg entsprachen. Weitere Tests f&uuml;hrten dazu, dass man die Kacheln bei den OMS-Pods mit ebenfalls hohen Belastungen kleiner machte, damit wirkte auf jede eine kleinere Kraft,.<\/p>\n<p>Im Mai 1980 fasste die NASA einen Start f&uuml;r den M&auml;rz 1981 ins Auge, da kam Rockwell mit einem neuen Vorschlag: Der ganze Hitzeschutzschild sollte f&uuml;r 175% der Nennbelastung qualifiziert sein. Die ausgetauschten Kacheln hatten diese Sicherheitsspanne, ebenso die neuen LI-2200 Kacheln. Doch die nicht verst&auml;rkten waren nur f&uuml;r 125% qualifiziert. Das w&uuml;rde, so Rockwell, den Austausch von 9000 Kacheln bedeuten. Alan Lovelace, verantwortlicher NASA Manager f&uuml;r das Programm meinte das w&uuml;rde den Jungfernflug um ein weiteres Jahr verz&ouml;gern und das Programm um 500 Millionen Dollar verteuern. Denn eines war klar: die Arbeiter die das Space Shuttle warten sollten, auf den Start vorbereiten sollten, die Angestellten der Subkontraktoren und auch von Thiokol und Martin Marietta, sie alle mussten ein Jahr lang D&auml;umchen drehen, solange als einzige Problem der Hitzeschutzschild noch nicht fertig war.<\/p>\n<p>Trotzdem lies die NASA die Situation untersuchen. Bis Juli 1980 hatte man einen genauen &Uuml;berblick. 1700 Kacheln musste man austauschen, Sie hatten den Zugtest nicht bestanden. Weitere 1700 lagen in Zonen mit hoher Belastung und sollten ausgetauscht werden, auch wenn der Zugtest erfolgreich absolviert\u00a0 wurde. 1216 k&auml;men nach einer Studie mit kombinieren Lasten durch Akustik, Vibration und aerodynamischen Schockwellen hinzu. Das w&auml;ren weniger als 4700, also nur halb so viele wie Rockwell veranschlagte, trotzdem bedeuten sie eine Verschiebung des Jungfernflugs &uuml;ber mehrere Monate. Man entschloss sich zu der Ma&szlig;nahme, aber begann gleichzeitig die Vorbereitung zum Start die formell am 24.11.1980 begann. So wurde an den Kacheln bis zum Schluss gearbeitet, In einer Woche im September 1980 wurden z.B. 738 Kacheln montiert. Allerdings wurden auch 308 demontiert, So betrug der &#8222;Nettogewinn&#8220; nur 438 Kacheln. Zu diesem Zeitpunkt waren 26.281 montiert, 4.741 fehlten f&uuml;r den Gesamtbestand von 30.922.\u00a0 W&auml;hrend der ganzen Zeit von mehr als zwei J&auml;hren wurden niemals mehr als 41 Packungen mit je 12 Kacheln pro Woche montiert.<\/p>\n<p>Insgesamt hatte der Austausch von Kacheln durch an der Unterseite verst&auml;rkten den Jungfernflug der Columbia um ein Jahr verz&ouml;gert.<\/p>\n<p><!--#include virtual=\"nav\/googleanalytics.inc\" --> <!--#include virtual=\"nav\/werbung-seiteunten.html\" --> <!--#include virtual=\"nav\/bottom-sonstiges.html\" --> <!--artikel--><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>So, nun zum vorletzten Teil des Artikels &uuml;ber den Hitzeschutzschild des Orbiters. Man kam nach der Entwicklung kam zu der letzten Phase: der Produktion. Sie sollte zur gr&ouml;&szlig;ten Herausforderung werden. Dabei hatte man eigentlich mehr Zeit als urspr&uuml;nglich vorgesehen. 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