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Die Technik des Gemini Programms

Einleitung

Man hat mich mal gebeten, was über das Gemini Programm zu schreiben, trotz meiner bekannten Abneigung gegen bemannte Raumfahrt. Nun ich fühle mich nicht kompetent genug, über das Gemini Programm in der von mir gewohnten epischen Breite zu schreiben. Ich habe lange überlegt und mich dazu entschlossen über das zu schreiben wovon ich etwas verstehe : Die Technik der Kapseln und dann noch kurz auf die bemannten Flüge einzugehen. Ich denke so ist es eine gute Ergänzung zu anderen Websites in denen man fast alles über die Flüge, aber wenig über die Technik erfährt.

Genehmigt wurde Gemini am 7.12.1961 als der erste Orbitalflug eines Amerikaners noch ausstand. Wie bei Mercury verkalkulierte man sich bei den Kosten. Ursprünglich sollte es 531 Millionen USD kosten, doch schließlich wurden 1354 Millionen daraus. Aus einem "improved" Mercury Programm wurde ein Zwischenschritt zwischen spektakulärer aber recht sinnfreier Erstleistung und den komplexen Anforderungen die Apollo mit seiner Technik des Rendezvous im Mondorbit vorgab.

Die Ziele von Gemini

Gemini wurde als Zwischenschritt zwischen Mercury (bei dem es prinzipiell nur darum ging einen Menschen ins All zu bringen) und Apollo konzipiert bei dem man über Erfahrungen und Technologien verfügen musste die man bei Mercury nicht gewinnen konnte. Gemini war die Chance diese mit einem viel kleineren Kostenaufwand als mit einigen zusätzlichen Apollo Raumflügen zu sammeln und zudem musste man nicht warten bis ein Apollo Raumschiff einsatzbereit war. Folgende Ziele wurden für Gemini angegeben:

  1. Demonstration der Fähigkeit von Raumfahrzeugen und Piloten im Weltraum automatisch oder manuell zu navigieren und zu steuern. (Mercury wurde vom Boden aus gesteuert).
  2. Durchführung von simulierten Rendezvous und später Rendezvousflüge und andocken an eine Agena Oberstufe
  3. Erprobung der von Neuerungen in den wichtigsten Subsysteme des Raumschiffes wie Lebenserhaltung, Kommunikation, Stromversorgung.
  4. Bestimmung der Bedürfnisse, Fähigkeiten und das Leistungsvermögen von Menschen im freien Weltraum
  5. Bestimmung der Fähigkeiten und Probleme und Entwicklung von Prozeduren bei dem Handling von OnBoard Systemen.
  6. Entwicklung von Techniken für eine kontrollierte Punktlandung
  7. Entwicklung von Techniken um ein Raumschiff schnell zur Erde zurückzuführen

Diese Vorgaben erscheinen heute sehr lasch und mehr ein Allgemeinplatz zu sein. Man muss bedenken was der Stand der Technik vor Gemini war: Bei Mercury war der Pilot in der meisten Zeit nur passiver Passagier. Er dürfte steuern, aber wesentliche Manöver wurden vom Boden aus durchgeführt. Bei Apollo hatte die Crew praktisch nach dem Start die Alleinverantwortung über das Raumschiff. So musste vieles erst erprobt werden und dies war Aufgabe von Gemini.

Das Gemini Raumschiff

Die Hardware war eigentlich recht unspektakulär. Die Gemini Kapsel für 2 Personen war eine in den Dimensionen vergrößerte Mercury Kapsel mit einem zusätzlichen Versorgungsmodul. Bei einem 50 % höheren Gewicht gab es Platz für 2 Sitze. Für die beiden Besatzungsmitglieder gab es auch nicht viel mehr Platz als bei Mercury. Das Wohnvolumen betrug 2.3 m³ (pro Astronaut, sogar noch weniger als bei Mercury). Die Apollo Astronauten hatten pro Person etwa 3 mal mehr Platz..

Die Kapsel bestand aus 3 Teilen : Der Wiedereintrittseinheit, der Ausrüstungseinheit und der Bremseinheit. Vorne war die Wiedereintrittseinheit in der die Astronauten saßen. Dies war der kleinste Teil des Raumschiffes. Danach schloss sich die Bremseinheit an, ein Kegelstumpf. Er diente dazu die Kapsel vor dem Wiedereintritt zu drehen und dann abzubremsen, so dass der niedrigste Punkt der Bahn am Erdboden lag. Danach wurde er abgetrennt. Der Ausrüstungsteil, ebenfalls ein Kegelstumpf war der größte Teil des Raumschiffs. Er umfasste sämtliche Treibstoffe zur Lageregelung während des Fluges, Brennstoffzellen, das Lebenserhaltungssystem, Gase und so fort. Er wurde vor dem Wiedereintritt abgetrennt.

Die Kapsel wog nach der Landung noch etwa 2100 kg. Das Startgewicht war abhängig von der Missionslänge. Es werden oft 3200-3700 kg genannt, manchmal auch noch etwas höhere Werte (3798 - 3851 kg).

Besatzung 2 Mann
Startgewicht 3200-3700 kg
Landegewicht 2100 kg
Baulänge gesamt 5.70 m
Baulänge Kabine 3.5 m
Baulänge Ausrüstungseinheit 2.3 m
maximaler Durchmesser 3.3 m
minimaler Durchmesser 1.0 m
Wohnvolumen 2.3 m³
Auftrieb/Widerstand 0.19

Das Gemini Raumschiff wies eine hohe Anzahl von redundanten Bauteilen auf um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten. So gab es 6 Brennstoffzellen, obwohl selbst für eine 14 Tage Mission drei ausreichten. Das Gemini Raumschiff sollte die primären Missionsziele mit einer Zuverlässigkeit von 0.95 erfüllen können. (Anders ausgedrückt, bei 20 Flügen wäre es theoretisch einmal vorgekommen, dass nicht alle Missionsziele erfüllt wurden und der Flug wegen Ausfall einer Komponente abgebrochen werden muss). Die Sicherheit für die Besatzung wurde erheblich höher veranschlagt. Hier beträgt der Wert 0.995. Damit war Gemini erheblich sicherer als die 0.98 einen Space Shuttle bis zum Challenger Unglück hatte und selbst 1992 wies dieser mit 0.987 einen erheblich schlechteren Wert auf.

Die Wiedereintrittseinheit

Dies war der Teil in der die Astronauten untergebracht waren. Sie zerfiel in 3 Teile: Dem Docking Adapter an der Nase, der Kabine und der Wiedereintrittskontrollsektion. (Reentry Control Systems, RCS). Das Wohnvolumen in der maximal 3.0 m breiten Kabine betrug 2.28 m³. Mercury bot 1.4 m³ Wohnvolumen und Apollo 6.0 m³. Im Vergleich zu diesen beiden Missionen war es in Gemini also am beengten.

Das RCS System ist zwischen der Bremseinheit und der Kabine angebracht und besteht aus einem Zylinder aus Magnesium, 8 Versteifungsleisten, 2 Trennböden und 8 Klammern an der Außenseite. An ihm sind 16 Düsen mit einem Schub von jeweils 25 Pfund (111 N) angebracht, mit welchen die Lage der Kapsel beim Wiedereintritt stabilisiert wird und der Flugpfad fein geregelt wird. Wie beim OAMS wurde der hypergolische Treibstoff MMH mit Stickstofftetroxid gewählt und die Tanks mit Stickstoff Kaltgas unter Druck gesetzt. Das Volumen betrug 8.9 l für den Oxidatortank und 7.1 kg für den Treibstofftank. Das System wog 84.3 kg betankt und 49.5 kg leer. Da die korrekte räumliche Lage der Kapsel beim Wiedereintritt lebenswichtig für die Besatzung war, wurde das System auf eine sehr hohe Zuverlässigkeit von 0.9999 ausgelegt.

Die Kabine besteht aus einem abgeschnittenen Kegelstumpf. Sie war für Innendrücke von 0.21 bis 0.84 Bar bei einem Außendruck von 0 ausgelegt. Sie bestand hauptsächlich aus Titan und Rene 41, einer ungewöhnlichen Legierung aus 60-65 % Nickel mit 19 % Chrom 11 % Kobalt 10 % Molybdän und 3 % Titan. Diese Hochtemperaturfeste Legierung wird auch für Gasturbinen verwendet und oxidiert selbst bei 1000 °C nicht. Sie wurde für die Abdeckungen verwendet. Sie wurden zur effektiven Temperaturabstrahlung schwarz angestrichen. Die Struktur bestand aus einer Halbhelix aus Titan aus Ringen mit Längs- und Querversteifungen von 4 mm Dicke. Eine Berylliumverkleidung am Heck war mit Gold überzogen um möglichst wenig Wärme aufzunehmen.

In ihr befanden sich 5 Buchten für die Ausrüstung: Zwei an der Seite und 3 am Boden der Kabine. Die Türen wurden mit 149 Bolzen befestigt und konnten abgesprengt werden. Sie befanden sich über den Sitzen. Beim Öffnen in den Weltraum wurden sie jeweils mit zwei Angeln gehalten. Die Türen konnten manuell abgesprengt werden bis zu einer Höhe von 20000 m, aber auch schon am Boden. Ein Schleudersitz mit einem Fallschirm brachte dann die beiden Besatzungsmitglieder in Sicherheit. Während der Startphase atmeten die Besatzungen Sauerstoff aus einer am Schleudersitz angebrachten Druckflasche. Die Fenster bestanden aus jeweils 2 Scheiben, einer inneren und einer äußeren mit Abstandstrennern. Sie bestanden aus "Vycon" einem Glas mit 96 % Silikatanteil. Das rechte Fenster, das bei nomineller Ausrichtung der Kapsel zur Erde zeigte hatte eine bessere optische Durchlässigkeit für Bodenbeobachtungen und Aufnahmen.

Der "Commander Pilot" der die Verantwortung für die Mission hatte saß auf der linken Seite, der "Pilot" auf der rechten Seite. Die Sitze waren um 8 Grad nach außen und 12 Grad nach vorne geneigt, damit sie nach dem Abtrennen von der Kapsel sich von dieser weg bewegten. Das Rettungssystem bestand aus zwei Schleudersitzen für Pilot und Copilot. Eine Rakete beförderte über ein Katapult die beiden Schleudersitze nach außen. Sie brannte 0.25 Sekunden lang. 0.4 Sekunden nach dem Auslösen haben die Besatzungsmitglieder die Kapsel verlassen, nach 1.5 Sekunden werden die Gurte für den Sitz gelöst. Innerhalb von diesen 1.5 Sekunden hat sich der Pilot bis zu 30 m in der Höhe und 210 m quer zur Kapsel bewegt. 2.3 Sekunden nach dem Abtrennen des Sitzes wird ein 8.5 m durchmessender Nylon Fallschirm entfaltet. Die Ursprünge dieses Systems lagen darin, das man in einem frühen Stadium die Gemini Kapsel mit einem Paraglieder auf einer Luftwaffenbasis wie z.B. Edwards Air Force Base in Kalifornien landen wollte. um der Besatzung bei einem Versagen des Paragliders die Chance für einen Ausstieg zu geben baute man die Schleudersitze ein. Gegen die Einwände der Verantwortlichen im Mission Control Center verzichtete man dann auf den Rettungsturm den es bei Mercury und später Apollo gab, obwohl das Rettungssystem bei einem auslösen auf der Startrampe weitgehend wirkungslos war (zu geringe Höhe und zu geringer winkel zur Horizontalen) und später wahrscheinlich bei einer Explosion die Astronauten durch die Beschleunigungsspitze von 20 G Schäden davon getragen hätten. Das Paragliderkonzept wurde bald fallen gelassen, weil es nicht gelang einen Schirm zu entwickeln, dessen Leinen sich bei Tests nicht verhedderten. Einen Rettungsturm baute man nicht ein, jedoch konventionelle Fallschirme.

Der Hitzeschutzschild entsprach einem Kugelschnitt von einer Kugel von 3.57 m Durchmesser bei einem maximalen Durchmesser von 2.44 m. Er bestand aus einer Basis aus Beryllium auf der eine gefüllte Struktur aus Fiberglas in Honigwabenbauweise wobei die Waben mit Phenolharz mit eingebrachten Siliziumstückchen ausgekleidet waren. Er verbrannte beim Wiedereintritt und nahm damit die Bewegungsenergie auf. Später bremsten zwei Fallschirme die Kapsel ab. Ein Pilotfallschirm von 5.5 m Durchmesser und ein Hauptfallschirm von 26.5 m Durchmesser.

Die Stromversorgung bestand aus zwei Systemen: Wie bei Mercury gab es vier Silber-Zink Batterie mit jeweils 45 Ah Leistung und 47 kg Gewicht. Primäres System waren jedoch Brennstoffzellen deren Gewicht je nach Missionsdauer zwischen 127 und 226 kg schwankte. Das Volumen entsprechend zwischen 0.226 und 0.452 m³. Sie lieferten zwischen 50 und 200 KWh Strom, wobei bis zu 90 kg Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbrannt wurden. Die Spannung pro Zelle betrug 0,8 V, die Bordspannung lag zwischen 24 und 26 V bei einer Leistung von 60 A über längere Zeiträume (Stunden) und 70-90 A für kurze Zeiträume. Nominell wurde eine Wechselspannung von 26 V mit 400 Hz verwendet. Die Maximalleistung beträgt 4.0 kWh.

Erstmals wurde ein Computer in einem Raumfahrzeug eingesetzt. Der Computer war jedoch noch gedacht zur Unterstützung der Besatzung, die notfalls auch ohne ihn auskommen konnte. Er hatte Abmessungen von 48 × 37 × 32 cm und eine Masse von 26.6 kg. Er bestand aus 5 Boards und war mit 510 Modulen aufgebaut. Der Speicher bestand aus 39 Modulen von Ringkernspeichern à 64 × 64 Bits, zusammen also 19968 Byte. Etwa 7000 Befehle pro Sekunde konnten ausgeführt werden. Da man die gesamte Software nicht in dem Speicher unterbringen konnte entschloss man sich zu der Hinzunahme eines Bandlaufwerkes als Massenspeicher. Um die mangelhafte Zuverlässigkeit verfügbarer Modelle zu umgeben speicherte man jedes Bit 3 mal ab. Die Speicherkapazität des 26 kg schweren Bandlaufwerks lag bei 1.17 Megabit, also 7 mal größer als der Hauptspeicher. Bedingt durch das dreifache Lesen dauerte es aber 6 Minuten um ein Programm in den Speicher zu lesen. Die Datenrate lag so nur bei 440 Bit/sec. Mehr über den Bordcomputer in einem separaten Aufsatz. Der Computer kontrollierte nicht das Raumschiff, er unterstützte die Besatzung aber durch Berechnungen für Kursänderungen.

Die Anzeigekonsole hatte Anzeigen für

Zur Kommunikation gab es 2 Empfänger, 1 Summier- und 1 Dekodierteil, 2 Sender im HF und UHF Bereich mit kreispolarisierten Antennen, 2 Peilsender im C und S Band zur Bahnverfolgung, ein Rendezvousradar im L-Band im Impulsbetrieb, und 3 Telemetriesender im C Band mit kreispolarisierten Antennen im Bereich von 5765 MHz. Die 3 Antennen waren im 120 Grad Abstand um die Kapsel angebracht. Sie sandten mit 1 KW Spitzenleistung im Pulsbetrieb und wurden zur Ortung der Kapsel genutzt. Übertragen wurden mit der Telemetrie 325 biomedizinische und technische Werte. Dazu dienten 3 Sender bei 230.4, 246.9 und 259.7 MHz Frequenz. Ein Magnetbandgerät zeichnete diese auf wenn man nicht im Empfangsbereich einer Bodenstation war. Eine redundante kreiselstabilisierte Plattform lieferte die Daten für die räumliche Ausrichtung der Kapsel. Sie wog 59 kg und beinhaltete 3 Kreisel und 3 Beschleunigungsmesser (jeweils einen für jede Raumrichtung). Wenn die Kapsel in eine Agena Rakete mit Adapter einrastete so konnte über einen Command Link auch die Agena vom Gemini Raumschiff aus gesteuert werden.

Für jeden Astronauten waren Nahrungsmittel mit einem Nährwert von 2250 kcal/Tag (9420 kJ) und 2.9 l Trinkwasser vorgesehen. Es gab weitere 0.5 l Wasser pro Tag aus den Brennstoffzellen. Alle Vorräte waren mit einer 2 Tages Reserve beaufschlagt worden.

Der Raumanzug war aus 3 Schichten gefertigt: Einer Dacron Schicht, einer Gummierten Schicht und einer Nylonschicht, überzogen mit Aluminium als Außenschicht. er war vergleichsweise leicht und wog nur 11 kg. Der Innendruck lag bei 0.2 bis 0.28 Bar. Die Wasserkühlung hatte eine Eingangstemperatur von 13-21 Grad und dabei wurden 0.283 m³ Wasser/min umgewälzt.

Das Klimasystem gewährleistete einen Kabinendruck von 0.35 Bar bei 100 % Sauerstoff. Kohlendioxid wurde chemisch durch Lithiumoxid gebunden. Der Partialdruck lag bei maximal 13.3 Hpa. Dazu wurden 2.5 m³ Luft pro Minute umgewälzt. Die Innentemperatur war regelbar zwischen 15.5 und 27°C. Ein Radiator mit einer 15.3 m² großen Fläche an der Außenseite gab überschüssige Wärme an das All ab. Kühlmittel für die beiden Kühlkreisläufe mit jeweils einer Pumpe waren Silikonester.

System Einheit
Länge 3.35 m
maximaler Durchmesser 2.32 m
Masse 1983 kg
Strukturmasse 638 kg
Hitzeschutzschild 144 kg
Lageregelungssystem 133 kg
Fallschirme 98 kg
Navigationseinrichtungen 62 kg
Telekommunikation 51 kg
Elektrische Systeme 125 kg
Bordcomputer 26 kg
Sitze und Crewausrüstung 426 kg
Verschiedenes 99 kg

Die Ausrüstungseinheit

Die Ausrüstungseinheit enthielt das Lebenserhaltungssystem, die Antriebssektion und die Stromversorgung für den größten Teil der Missionsdauer. Sie bestand vor allem aus einer leichtgewichtigen Aluminiumlegierung mit Magnesiumanteilen. Die einzelnen Streben hatten "I" Form. Der Heckteil bestand aus einem Fieberglasschild, dass zur maximalen Emission von Wärme mit Gold überzogen war.

Das Orbit Altitude and Manöver System (OAMS) war verantwortlich für das fein tunen des Orbits, die räumliche Fixierung der Lage der Kapsel und Andockmanöver an einen GATV. Es war für zwei Aufgaben spezifiziert: Eine 2 Tages Mission mit Ankopplung an eine GATV und eine 14 Tage Mission ohne Kopplung. Für die Kopplungsmanöver brauchte man viel Treibstoff, weil man den Orbit an den der GATV angleichen musste. Das OAMS bestand aus 16 kleinen Düsen die jeweils mit hypergolen Treibstoffen (Monomethylhydrazin MMH und Stickstofftetroxid) arbeiteten, der Förderdruck kam durch Stickstoff Kaltgas. Das gewählte Mischungsverhältnis von MMH zu Stickstofftetroxid von 2.0 erlaubte es für beide Treibstoffe gleich große Tanks zu verwenden.

Diese hatten die Aufgabe sowohl Kurskorrekturen durchzuführen wie auch die räumliche Orientierung der Kapsel zu ändern. Die Düsen hatten 25 Pfund (Drehung der Kapsel), 85 Pfund (Bewegung in den 6 Raumrichtungen) und 100 Pfund Schub (Vorwärtsbewegung). Dies entspricht 111, 378 und 448 N Schub. Die 8 kleinen Düsen wurden von 6 Treibstofftanks mit einem Durchmesser von 38.6 cm Durchmesser und 27.8 l Volumen mit Stickstoff Kaltgas von einem Druck von 211 Bar (23 Bar Betriebsdruck in den Tanks) gespeist. Für die größeren Düsen (zwei mit 448 N , sechs mit 378 N) gab es größere sphärische Tanks von 56 cm Durchmesser und nutzbaren Volumen von 67.1 l für den Treibstoff und 87.7 l für den Oxidator. Der spezifische Impuls des Treibstoffs lag bei 2745 m/s. Maximal konnte die Geschwindigkeit um 222 m/s geändert werden. Die Querreichweite der Kapeel lag bei 1 Meile (1.6 km), was eine sehr genaue Einhaltung des Startzeitpunktes bei Rendezvous nötig machte.

In der Kapsel gab es zwei 3 stellige Anzeigen für den verbleibenden Treibstoff. Das Subsystem wog bei 2 Tages Mission 468 kg und bei 14 Tages Missionen 192.4 kg. Das erscheint widersprüchlich, doch bei den 14 Tages Missionen gab es keine Kurskorrekturen und nur geringe Änderungen der räumlichen Lage, während die 2 Tages Missionen mehrere Kopplungen durchführten. Es gab mehrere Modi mit denen die Astronauten die Düsen betätigen konnten. Die kleinste Brenndauer im Pulsbetrieb betrug 20 ms.

Das Stromversorgungssystem lieferte Strom mittels Brennstoffzellen mit einer Leistung von 21.6 KWh und einer Gesamtleistung von 151 kWh. Sie waren völlig neu und wurden erstmals bei einer Weltraummission eingesetzt.

An der Ausrüstungseinheit befand sich ein konusförmiger Adapter zur Bremseinheit der aus Magnesiumlegierungen bestand. Er war an drei Punkten an der Ausrüstungseinheit angebracht die dort mit Titan verstärkt waren. Nach dem Absprengen von der Bremseinheit verblieb der Adapter bei der Ausrüstungseinheit bis auf die 3 Befestigungspunkte an der Kapsel.

Zur Trägerrakete hin gab es einen zylindrischen Adapter von 3.05 m Durchmesser, der an 4 Punkten mit Edelstahlbolzen mit der Ausrüstungseinheit verbunden war. Dieser wurde 3.7 cm über der zweiten Stufe abgesprengt nachdem diese ausgebrannt war.

System  
Länge 1.40 m
Maximaler Durchmesser 3.05 m
Masse 1277 kg
Struktur 250 kg
Lageregelungssystem 60 kg
Telemetrieausrüstung 40 kg
Elektrisches System 294 kg
Verschiedene Ausrüstung 75 kg
Lebenserhaltung 117 kg
Haupttriebwerk 120 kg
Triebstoffe 322 kg

Die Bremseinheit

Diese Einheit, im wesentlichen ein kleiner Zylinder zwischen Wiedereintrittseinheit und Ausrüstungseinheit hatte zwei Funktionen: Sie sollte im Falle eines Fehlstarts die Kapsel von der Titan 2 trennen. Die Schleudersitze in der Kapsel wurden in niedrigen Höhen ausgelöst, in einer Höhe von 25 bis in 91 km sollte die Kapsel mit den Retroraketen von der Ausrüstungseinheit abgesprengt werden. Bei größeren Höhen sollte eine suborbitale Bahn durchflogen werden.

Die zweite Aufgabe war die Durchführung des Wiedereintritts, dazu zündete die Rakete gegen die Flugrichtung und bremste das Raumschiff nach Abtrennen des Ausrüstungsteils um 101 m/s ab. Danach wurde die Bremseinheit selbst abgetrennt.

Es gab 4 Retroraketen mit einem festen Treibstoff auf der Basis von Polysufiden als Verbrennungsträger mit Ammoniumperchlorat als Oxidator. Jede Rakete hatte einen Schub von 2490 Pfund (11070 N) bei einer Brenndauer von 5.44 Sekunden. Der Gesamtimpuls einer Rakete betrug 61400 Ns. bei einem Gewicht von 29.5 kg, davon 25 kg. Zusammen mit einem Befestigungsteil wog dieses System 131 kg. Zusammen mit dem Treibstoff in der Ausrüstungseinheit konnte man den Landepunkt um 40 Meilen quer zu Flugrichtung und 500 Meilen längs der Flugrichtung verschieben.

Der Ring für die Wiedereintrittseinheit musste konnte weil er nicht wieder eintreten musste wie die Ausrüstungseinheit aus Aluminium gefertigt werden. Er bestand aus 8 Stringern zur Verstärkung und zwei Böden. Die Außenverkleidung bestand aus 8 Berylliumblechen

System  
Länge 0.92 m
maximaler Durchmesser 2.59 m
Masse 591 kg
Strukturmasse 160 kg
Lagekontrolle 200 kg
Bremsrakete 131 kg
davon Treibstoff 100 kg

Das Gemini Agena Target Vehicle (GATV)

Für die Kopplung mit Gemini wurde die Agena D mit einem Kopplungsadapter und Empfängern für Kommandos ausgestattet. Die umgerüstete Agena hieß dann „Gemini Agena Target Vehicle“, abgekürzt GATV. Im Gegensatz zur Agena wurde der Adapter von McDonnell gefertigt. An eine Agena D Stufe war mit einem Konus ein Kopplungsadapter mit Schockabsorbern angebracht. Der Adapter war ein eigenes System, das mit der Agena nur über Kabel für die Stromversorgung und Leitungen zur Steuerung verbunden war. Die gesamte Elektronik und Mechanik war in versiegelten Behältern untergebracht. Mittels Positionslampen und Leuchten konnte die Besatzung die Agena ausmachen. Die blinkenden Leuchten konnten aus einer Entfernung von bis zu 80 km wahrgenommen werden. Bereits weit früher, aus 400 km Entfernung, konnte das Radar von Gemini den Radartransponder der Agena erfassen.

Mittels Anzeigen in der Konsole, welche den Status der Agena sowie Abstand und Relativgeschwindigkeit zeigten, konnte die Besatzung vor dem Ankoppeln prüfen, ob keine Probleme vorlagen. Es gab dazu neun Statusanzeigen mit Leuchten und drei analoge Anzeigen im oberen Bereich der Konsole, direkt unter den Fenstern, sodass Agena und Anzeige gleichzeitig im Blickfeld waren.

Zwei ausfahrbare L-Band Antennen dienten zur Funkverbindung zum Boden. Telemetrie und Kommandos von und zum Gemini Raumschiff konnten mit je einer VHF und UHF Antenne empfangen werden. Auf dem Adapter gab es Platten, an denen Experimente angebracht werden konnten. Die Besatzung sollte diese bei Außenbordeinsätzen bergen oder austauschen. An der Agena waren Drähte zur Ableitung statischer Elektrizität vorhanden, einer war mit einem Kontakt im Kopplungsadapter verbunden, um eine befürchtete Aufladung der Gemini Kapsel zu neutralisieren.

Der Kopplungsadapter hatte im Inneren drei Vertiefungen, in welche die Haken an dem Kopplungsadapter der Gemini Kapsel einrasteten. Drei Schalter an jedem Haken registrierten, ob das Einrasten gerade und verwindungsfrei erfolgte. Wenn alle Schalter dies signalisierten, wurde ein System aus Federn ausgelöst, welches die Gemini Kapsel in die Endposition zog. Ein Motor wurde dann aktiv, bis die Nase fest einrastete, sodass eine stabile Verbindung hergestellt war. Er zog die Federn fest, sodass sich die Raumschiffe beim Lösen der Haken alleine durch die Federkraft wieder fortbewegten. Dieses System wurde nach Untersuchungen über die optimale Kopplungsmethode bevorzugt, obwohl die meisten Vorschläge auf eine schräge Annäherung oder von unten oder oben hinausliefen, weil so nicht die Sicht durch die Nase des Raumschiffs verdeckt worden wäre.

Die Atlas brachte das GATV auf eine Übergangsbahn. Dort zündete die Agena zum ersten Mal, um den endgültigen Orbit in 300 km Höhe zu erreichen; vier weitere Zündungen standen dann für Manöver zur Verfügung. Das Gewicht der GATV im Orbit schwankte je nach Mission zwischen 3.152 und 3.260 kg. Mehr als 4.000 kg des Treibstoffs brauchte die Agena, um in den Orbit zu gelangen. Der Rest stand für Veränderungen der Bahn zur Verfügung. Normal war eine Restbrennzeit von 60 der ursprünglich 240 Sekunden Brenndauer. Aus Sicherheitsgründen wurde nur ein Teil des Treibstoffs genutzt. Auch stieg die Strahlenbelastung in höheren Orbits rapide an, weshalb die Höhe begrenzt wurde. Die längste Brenndauer erreichte Gemini 11 mit 47 s.

Die Entwicklung des GATV, die Modifikationen der Agena und die sechs Starts kosteten die NASA 100,1 Millionen Dollar. Die Fertigung eines GATV war vergleichsweise preiswert und kostete nur 2,15 Millionen Dollar. Die NASA bestellte nur sechs Exemplare, davon sollten nur fünf starten. Das erste gelieferte GATV mit der Seriennummer 5001 wurde für Bodentests am Cape eingesetzt und nach Auswechslung von Teilen als 5001R bei der letzten Gemini Mission gestartet.

Der Augmented Target Docking Adapter (ATDA)

Für den Fall, dass der Start einer Agena fehlschlug, bekam McDonnell den Auftrag, einen Kopplungsadapter zu entwickeln, der ohne die Agena auskommen konnte. So hatte die NASA ein Ersatzsystem im Falle eines Fehlstarts. Der ATDA wurde in sehr kurzer Zeit entwickelt. Der endgültige Auftrag kam nach dem Fehlstart einer Agena als Ziel für Gemini 6, und schon bei Gemini 9 wurde der ATDA eingesetzt. Allerdings verfügte McDonnell schon vor Auftragerteilung über ausgearbeitete Pläne und hatte diese der NASA bereits unterbreitet.

Der Augmented Target Docking Adapter bestand aus dem gleichen Kopplungsadapter wie beim GATV. Er beinhaltete dieselben Anzeigen, Antennen und Kommunikationseinrichtungen wie beim GATV, jedoch verfügte er über keinen eigenen Antrieb. Er eignete sich zum Trainieren der Ankopplung, jedoch nicht zum Verändern des Orbits. Da das GATV so konzipiert war, dass es weitgehend autonom war und nur über Stecker mit der Stromversorgung und dem Sequenzer der Agena D verbunden war, war der kurzfristige Umbau erst möglich.

Der ATDA war kompakter als der GATV. Er bestand aus dem gleichen Adapter wie das GATV; einem zylindrischen Ausrüstungsmodul und einer RCS-Sektion, gefolgt von den Batterien zur Stromversorgung. Die RCS-Sektion wurde von der Wiedereintrittseinheit von Gemini übernommen und verwandte dieselben Triebwerke und Treibstoffe wie Gemini. Umhüllt wurde er von einer 317 kg schweren Nutzlastverkleidung. Gestartet wurde der ATDA mit einer Atlas SLV-3, einer Atlas E ohne die Agena Oberstufe. Dies war möglich, da der ATDA leicht genug war, um ohne Oberstufe in den Orbit befördert zu werden. Dies verringerte die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion, da nun eine Raketenstufe wegfiel.

Es kam nur zu einem Start eines ATDA. Dieser wurde am 1.6.1966 als Ziel für Gemini 9A gestartet, nachdem am 17.5.1966 der Start eines GATV fehlschlug. Jedoch löste sich beim ATDA die Nutzlastverkleidung nicht, sodass es zu keiner Kopplung kam. Nach nur 40 Tagen (der kürzesten Lebensdauer eines Ziels im Gemini Programm) verglühte er am 11.7.1966 beim Wiedereintritt in die Atmosphäre.

ATDA

Startgewicht:

794 kg

Länge:

3,41 m

Davon Kopplungsadapter

1,13 m

Davon Ausrüstungsmodul

1,37 m

Davon RCS Sektion

0,91 m

Durchmesser:

1,65 m

Das Gemini Programm - die unbemannten Flüge

Heute ist das Gemini Programm fast vergessen, obgleich ohne es keine Mondlandung gegeben hätte und es im Bereich Kosten zu Nutzen wohl sicher eines der besten der bemannten Raumfahrt war. Die Ursprünge des Gemini Programms entstanden durch die geplanten Mondflüge. Mit den Mercury Kapseln konnte man nur in den Orbit fliegen, aber dort eigentlich nichts machen. Beim Apollo Programm war es notwendig im Erdorbit und Mondorbit zu koppeln, Filme aus dem Service Modul in einem "Weltraumspaziergang" zu bergen und die Missionsdauer war viel länger als bei Mercury, bei dem der längste Flug 34 Stunden dauerte.

Das bewog die NASA ein Zwischenprogramm einzuschieben, welches folgende Ziele hatte:

Die Hardware war eigentlich recht unspektakulär. Die Gemini Kapsel für 2 Personen war eine in den Dimensionen vergrößerte Mercury Kapsel mit einem größeren Versorgungsmodul. Bei einem 50 % höheren Gewicht gab es Platz für 2 Sitze. Für die beiden Besatzungsmitglieder gab es auch nicht viel mehr Platz als bei Mercury. Das Wohnvolumen betrug 2.3 m³. Die Apollo Astronauten hatten pro Person etwa 3 mal mehr Platz. Die Kapsel wog beim Start bis zu 3851 kg, (je nach Missionsdauer) wodurch als Träger nur die Titan 2 in Frage kam. Die NASA leistete dem Militär Schützenhilfe bei der Lösung einiger Probleme bei der Titan, die vor allem auf starke POGO Schwingungen zurückzuführen waren und installierte zusätzliche Ausrüstung um Fehlfunktionen zu erkennen. Dieses bewährte sich beim Startabbruch von Gemini 6.

Die Wahl der Titan 2 wahr zwar eine Zweckwahl - es gab einfach keine Alternative zu ihr. Doch erwies sie sich als ein Glücksgriff. Alle 12 Starts klappten - anders als die mit Atlas Agena zu startenden Zielkörper von denen 3 fehlschlugen. Der giftige, aber nicht explosive Treibstoff erlaubte es auf einen Fluchtturm zu verzichten und dafür wurden Schleudersitze in die Kapsel eingebaut. Für die damalige Zeit sehr hohe Ansprüche gab es an das Startfenster, dass bei den Kopplungsflügen nur 2-30 Sekunden lang war. In der Regel wurde der Zielkörper genau eine Erdumkreisung also 90-100 Minuten vor der Gemini Kapsel gestartet. Die Astronauten saßen schon in der Kapsel wenn von einer anderen Startrampe eine Atlas Agena D mit dem GATV abhob.

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV Jules Verne wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS.  Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.


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