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Eine kurze Geschichte der Space Shuttles

Ich habe ja schon einiges über die Space Shuttles geschrieben. Mehr dazu in dieser Übersicht. Dabei fehlt vielleicht ein Gesamtüberblick. Hier nun eine sehr kurze und pointierte Zusammenfassung der Geschichte der Space Shuttles.

Alles begann im Jahre 1969, als kurz nach der Mondlandung Nixon eine Space Task Group einsetzte, welche den Kurs für die bemannte Raumfahrt für die siebziger Jahre festlegen sollte. Die Kommission unter Vizepräsident Spiro Agnew schlug einige Projekte vor. Das wichtigste war eine bemannte Marslandung, die jedoch jährliche Kosten von 6 bis 8 Milliarden Dollar verursachen würde. Das war nicht finanzierbar. Schon das Apollo Budget sank seit 1966 und es lag niemals so hoch. Ein preiswertes Projekt war das einer Raumstation für bis zu 12 Personen, die von einer Raumfähre aufgebaut und versorgt werden würde. Dabei war eigentlich die Raumstation das Hauptprojekt und die Raumfähre war nur als Zubringer gedacht um die Kosten für die teuren bemannten Kapseln einzusparen.

Dies erschien preiswerter und wurde weiter verfolgt. Von 1969 bis 1972 machten die Entwürfe gravierende Wandlungen durch. Die ersten basierten noch aus zwei geflügelten Stufen. Beide wären bemannt gewesen. Die Ausmaße der Unterstufe waren riesig und in etwa so große wie eine B-747 oder ein Airbus 380. Das erschien technisch zu anspruchsvoll und zu teuer und so wandelten sich die Entwürfe über flüssige Zusatzraketen wie sie später in der Energija eingesetzt wurden, zu dem heutigen Konzept.

Dieses sollte nur noch 5,5 Milliarden Dollar kosten, ein Drittel bis die Hälfte der ersten Entwürfe. Die Finanzen waren das grundsätzliche Problem der Raumfähren, auch während der gesamten Entwicklung. Als das Space Shuttle beschlossen war, hatte sich alles an dem Konzept gewandelt. Die Raumstation war gestrichen worden. Damit fehlte eigentlich der Einsatzzweck der Raumfähren. Anstatt 12 t in den Orbit zu transportieren war nun von fast 30 t die Rede. Der Grund: Um das Projekt politisch durchzudrücken ging die NASA auf das DoD ein. Das Verteidigungsministerium hatte auch Interesse an einer Raumfähre. Nur sollte sie mehr können - schwere Aufklärungssatelliten in einen sonnensynchronen Orbit aussetzen und bergen (damals arbeiteten noch die Satelliten mit Film - nach Verbrauch dessen waren sie wertlos) und später tauchten auch Gemälde auf, bei denen ein Space Shuttle ein Objekt in den Frachtraum hob, das verblüffende Ähnlichkeiten zu einer Saljut Station hatte...

Nur war dadurch die Nutzlast von 12 t viel zu klein. Die Forderungen schwere Satelliten zu transportieren und die sonnensynchronen Orbits mit höherer Bahnenergie zu erreichen, machten die Erhöhung der Nutzlast nötig. Das DoD leistete dann zwar politische Unterstützung, aber beteiligte sich in keiner Weise finanziell an dem Projekt. So begann nun die NASA nach Einsatzzwecken für die Raumfähren zu suchen. Es gab zum einen Unterstützung in Europa, die das "Sortie Lab" ein Raumlabor, dass sich in der Nutzlastbucht befand entwickelte, das Spacelab. Das Problem waren aber woher die Nutzlasten kamen. Die NASA veröffentlichte einen sehr optimistischen Plan, wie die Raumfähren starten sollten, wie dieser:

Bis zu 60 mal pro Jahr sollten fünf Raumfähren starten, in Wirklichkeit wurden niemals mehr als neun Starts pro Jahr absolviert. Es gab natürlich nicht so viele Satelliten, so propagierte die NASA der niedrige Startpreis von 24 Millionen Dollar würde neue Applikationen wie Solarenergiefarmen im Weltall oder riesige Kommunikationssatelliten mit denen jeder ohne Satellitenschüssel kommunizieren kann möglich machen. Heute begeht ein weiteres US-Unternehmen den gleichen Fehler und nimmt an, seine Raketen würden jedes Jahr rund 640 t in den Orbit bringen - das entspricht rund 26 Raumfährenstarts pro Jahr.

Doch es zeigte sich, dass diese Planung in vieler Hinsicht Makulatur war. Zum einen erwies sich die Entwicklung als schwierig: Die Haupttriebwerke zerlegten sich bei Testläufen und machten sogar einen Nachtragshaushalt nötig, um die Entwicklung nicht noch länger zu verzögern. Später waren es die Hitzeschutzkacheln, die nicht an der Orbiterstruktur haften wollten und schon bei Überführungsflügen der Orbiter zu Hunderten abfielen. Zwei Jahre sollte es dauern, die Kacheln zu demontieren und einen anderen Kleber zu finden. Es zeigte sich schon jetzt, dass die NASA die Wartung völlig unterschätzt hatte. Sie erwies sich als viel zeitaufwändiger als vorgesehen.

Der Erststart verschob sich so um zwei Jahre. Zuerst sah alles gut aus. Von 1981 bis 1985 starteten die Raumfähren immer häufiger. 1985 wurden 9 Starts durchgeführt, obwohl die letzte Raumfähre, die Atlantis erst am 3.10.1985 ihren Jungfernflug hatte. Für 1986 waren daher sogar 13 bis 16 Flüge geplant. Die NASA hoffte mit den Fähren vielleicht keine 60, aber doch zumindest 20 Flüge pro Jahr durchführen zu können. Die Produktion der Delta, Atlas und Titan wurde eingestellt.

Bis 1985 beförderten die Raumfähren zahlreiche Kommunikationssatelliten in den Orbit und bewiesen ihre Nützlichkeit bei der Reparatur der Satelliten Solar MAX und zweier Kommunikationssatelliten (die sie wenige Flüge vorher ausgesetzt hatten und deren Oberstufen nicht zündeten). Hinter dieser offiziellen Erfolgsstory sah es anders aus. So setzte die NASA die Kosten für die volle Nutzung der Shuttle-Nutzlastbucht auf 71,4 Millionen Dollar an, obwohl die Startkosten bei 110 bis 129 Millionen Dollar je nach Mission lagen, um US-Kunden zum Abwandern zu Arianespace zu hindern. Von einem Transport, preiswerter als Trägerraketen, konnte keine Rede mehr sein. Er war zwar immer noch preiswerter pro Kilogramm, doch keiner der Flüge nutzte den Nutzlastraum voll aus, weil es sehr schwierig war 3-4 Satelliten der Delta Klasse zeitgleich angeliefert zu bekommen, die ein Start auf einmal ins All bringen konnte.

Trotzdem sah alles nach außen hin toll aus, bis zum 28.1.1986...

Im Januar 1986 schien es, als würden die Shuttles endlich die Versprechungen erfüllen, die man an sie hatte. In den letzten Jahren war die Startrate laufend angestiegen, immer mehr kommerzielle Aufträge wurden durchgeführt. 1986 sollte eine zweite Startrampe in Vandenberg für militärische und sonnensynchrone Missionen eingeweiht werden, zahlreiche militärische und wissenschaftliche Missionen warteten auf ihren Start, dazu kamen kommerzielle Transporte, z.B. die der INTELSAT VI Serie. Minimal 16 Tage lagen zwischen zwei Starts. Nicht weniger als 13 bis 16 Missionen waren für 1986 geplant, In den nächsten Jahren sollte die Zahl der Missionen auf 20 bis 24 ansteigen. Selbst Astronauten wie Robert Crippen hielten diese Flugrate für utopisch.

Da explodierte die Challenger am 28.1.1986 nach 72 s. Was in der Folge bekannt wurde, war katastrophal. Es war nicht nur die Ursache der Explosion, die praktisch am gleichen Tag feststand, nachdem wenige Stunden vor dem Start die Techniker von Thiokol gegen den Start votierten. Es war wie die NASA bisher das Shuttle Programm gemanagt hatte. Nicht nur, dass man Thiokol unter Druck setzte, eine Startfreigabe zu erteilen (wörtliches Zitat des NASA-Verantwortlichen "Thiokol, wann wollt ihr dass wir Starten - im Juli?"), sondern auch wie insgesamt das gesamte Management verlief.

Das Problem des Ringes, der bei tiefen Temperaturen nicht elastisch genug ist, war z.B. bekannt. Bei mehreren Missionen vorher war der Ring angekohlt worden, und bei einer sogar der primäre Ring durchgebrannt. Es wurde ignoriert. Das gesamte Shuttleprogramm, das befand eine Untersuchungskommission, opferte Sicherheit zugunsten einer hohen Flugrate. So gab es bei praktisch jedem der vorangegangenen Flüge Probleme, teilweise kleine, teilweise gravierende, wie der Abbruch eines Fluges, Ausfall eines Haupttriebwerks bei einem anderen oder der Brand von Hydrazin bei der Landung. Dies alles zeigte auf, dass die Shuttles nach 25 Flügen kein eingeführtes Gefährt waren, viele Systeme überprüft oder verbessert werden mussten. Doch die NASA reagierte anders. Gab es Probleme mit einem System bei einem Orbiter vor dem Start, so wurde dieser nicht verschoben und das Problem gelöst, sondern das Bauteil aus einem anderen Orbiter, der gerade überholt wurde, ausgebaut und den anderen eingebaut. Die Ingenieure hatten sogar einen eigenen Ausdruck dafür erfunden "kannibalisieren".

Die Folgen waren weitreichend. Es ergab nun die Revision des Programmes, dass die Raumfähren nur noch ein Verlustrisiko für die Besatzung von 1:27 aufwiesen - schlechter als die meisten Trägerraketen. Es reichte nicht nur, die Problemstelle bei den Boostern zu beseitigen. Das gesamte Programm musste untersucht und die Sicherheit erhöht werden. Es erschien nun nicht mehr vertretbar, dass die Raumfähren für rein kommerzielle Einsätze starten und auch der Transport von wissenschaftlichen Nutzlasten sollte auf die beschränkt waren die nicht auf eine Trägerrakete ausweichen können.

Nach zweieinhalb Jahren startete erneut eine Raumfähre. Die ersten Flüge beförderten Raumsonden und das Hubble Teleskop ins All die seit Jahren auf einen Start warteten, doch bald nahm das Interesse ab, denn nun gab es wie angekündigt nur noch Missionen, die bemannt sein mussten. Meistens Flüge mit dem Spacelab oder andere Forschungsmissionen. Das Interesse der Öffentlichkeit an den Starts nahm ab, und auch die NASA lies alle Pläne das System weiterzuentwickeln fallen. In den neunziger Jahren gab es eine Renovierung der Flotte, vor allem um die Wartungskosten zu senken. So wurde die Zahl der Hitzeschutzkacheln gesenkt, die Shuttles erhielten ein neues Cockpit, die Haupttriebwerke wurden in mehreren Phasen durch zuverlässige Varianten ersetzt. Frühere Pläne für höheren Schub, leistungsfähigere Booster etc. also Maßnahmen die vor allem die Nutzlast steigerten wurden begraben. So gab es die Pläne für den leichteren externen Tank schon seit Beginn der Testflüge, doch eingeführt wurde er erst als die ISS aufgebaut wurde und ohne den 3 t leichteren Tank dies nicht möglich gewesen wäre. Gestrichen wurden auch Pläne für leistungsfähigere Oberstufen. Die schon entwickelte Centaur-G Oberstufe sollte niemals eingesetzt werden, genauso wie leistungsfähigere Oberstufen die lagerfähige Treibstoffe einsetzten sollten.

Trotzdem konnten die Investitionen in Sicherheit und die Externalisierung der Wartung die Flugkosten der Flotte senken. Als dann 1993 das Shuttle-Mir Programm begann, war es, obwohl es die NASA viel Geld kostete propagandistisch ein voller Erfolg. Die Shuttles wurden der Öffentlichkeit als die Rettung der Mir gepriesen. Sie brachten Versorgungsgüter zur russischen Raumstation, im Austausch durfte ein Amerikaner sich an Bord der Station aufhalten. Langzeitmissionen waren nicht mit den Shuttles möglich. Nur die Columbia wurde für Missionen von bis zu 21 Tagen dauern umgerüstet. Das senkte vor allem wegen den Gasen für die Brennstoffzellen, die den Strom lieferten die Nutzlast stark ab.

Damit bekam auch ein anderes Projekt, das einer US-Raumstation, endlich die politische Unterstützung. Seit 1984 planten die USA die Station, sie war dem Kongress aber immer zu teuer. Nun, zusammen mit Russland bekam die NASA die Mittel, weil nun eine internationale Raumstation auch in die politische Landschaft passte. Sie bestimmte das Shuttle zum alleinigen Beförderungsmittel für die Elemente und bot es auch den internationalen Partnern an, eine Offerte, die Japan und Europa gerne annahmen.

Ursprünglich für den Aufbau und die Versorgung einer Raumstation entworfen, schien es als hätte nun endlich die Fähre ihre Bestimmung gefunden und die NASA arbeitete nun sogar wieder an Verbesserungen der Triebwerke oder Plänen für verlängerte Booster um die Nutzlast zu erhöhen, denn es zeigte sich bald, dass die Fähren mit dem Ausbauplan überfordert waren, obwohl es nun praktisch keine anderen Missionen mehr gab. Doch bei der vorletzten Nicht-ISS Mission schlug erneut das Schicksal zu....

Bei der vorletzten Mission der Raumfähren, die nicht zur ISS führte, ereignete sich die zweite Tragödie in dem Shuttleprogramm. Beim Wiedereintritt der Columbia verglühte diese durch ein Loch, das ein abgefallenes Stück Schaumstoff beim Start in die Flügelkante gerissen hatte. Was dieses von dem Verlust der Challenger, 17 Jahre früher unterscheidet, war, dass die Ursache in der Konzeption des Gefährts lag. Waren es bei der Challenger Versäumnisse gewesen, so lenkte die Beschädigung der Columbia durch herunterfliegenden Schaumstoff die Aufmerksamkeit auf die Tatsache, dass die Raumfähren inhärent unsicherer sind als eine Kapsel. Sie sitzen auf dem Tank, bei dem immer Schaumstoffteile abgelöst werden. Sie müssen beim Wiedereintritt aktiv stabilisiert werden. Sie sind nicht so massiv gebaut wie Kapseln. Dementsprechend ratlos war die NASA. Sie konnte zwar in den Flugpause von zwei Jahren die Isolation der Tanks verbessern, mehr Kameras mitführen um eine Beschädigung festzustellen und Pläne ausarbeiten um eine Reparatur um Weltall durchzuführen, aber das Grundproblem das eine Beschädigung möglich ist, konnte nicht gelöst werden. Wie nach Challenger wurde nun das Verlustrisiko, das man vorher auf 1:300 schätzte nun auf einen höheren Wert eingeschätzt: 1:60 bei Nicht-ISS Missionen und 1:80 bei ISS Missionen (wegen der Möglichkeit dort auf Rettung zu warten).

Das führte zum Beschluss die Raumfähren endgültig auszumustern. Sie sollten noch die ISS fertigstellen und dann ins Museum wandern. Hätte man sie sofort aufgegeben, so wäre auch die Raumstation verloren gewesen. Sie war auf die Shuttles als Versorger angewiesen. Als die folgenden Flüge ereignislos verliefen wurde auch die letzte Servicemission für das Hubble Weltraumteleskop genehmigt, die vorher als zu riskant galt, weil die Besatzung bei einer Beschädigung nicht an Bord der ISS verbleiben kann. Seitdem muss auch immer eine Raumfähre für eine Rettungsmission zur Verfügung stehen. Alle geplanten Erweiterungen, wie die Steigerung der Zuverlässigkeit der Triebwerk oder der Einsatz von Boostern mit fünf anstatt vier Segmenten wurden gestrichen.

Der Ausstieg, der 2009/10 stattfinden sollte, verzögerte sich seitdem. Nicht nur das nun kleinste Probleme zum Verschieben von Startterminen führten, kam auch der Wunsch auf die noch verbliebenen Tanks zu nutzen um weitere Flüge durchzuführen, auch weil die Kommerziellen Versorgungsflüge der US-Seite sich nun schon um zwei Jahre verzögert haben und so weitere Shuttle Flüge Reserveteile zur ISS bringen sollen. Möglich wären zwei weitere Flüge gewesen (so viele externe Tanks stehen zur Verfügung), davon wird einer durchgeführt werden.

Das leitet einen zur Bilanz über. Was blieb von 30 Jahren Shuttles übrig? Die Flugrate betrug nach der Challenger maximal 8 pro Jahr. Gemittelt über die 30 Jahre Einsatzzeit sind es gerade mal 4,4 Flüge pro Jahr. Vom konkurrenzlos preiswerten Transporter blieb nicht viel übrig. Der Grund dafür sind die Fixkosten. Das überrascht nicht, machten sie schon bei den früheren bemannten Programmen den Löwenanteil der Startkosten aus. So rechnete die NASA vor, als die Rufe nach einem neuen Start laut wurden, das eine Verlängerung des Programms um 1 Monat rund 200 Millionen Dollar kostet. Demgegenüber sind die Flüge relativ preiswert. Vor dem Verlust der Columbia wurden 83 Millionen Dollar Missionskosten genannt. Erstaunlicherweise wird es aber nun nicht billiger werden. Denn sowohl der Mannschaftstransport mit russischen oder amerikanischen Raumschiffen, wie auch Wegwerftransporter kosten Geld. Das Shuttle war immer teurer, solange es Nutzlasten transportierte, die man auch unbemannt hätte starten können. Doch die Rechnung sieht anders aus, wenn pro Transport auch noch ein Mannschaftstransporter anfällt und dessen Nettofracht nur ein Drittel der Startmasse beträgt.

Insgesamt kostete das Space Shuttle Programm 128 Milliarden Dollar, inflationskorrigiert (auf das Jahr 2000) sind es 155 Milliarden Dollar oder rund 590 Millionen Dollar pro Start, Entwicklungskosten, Upgrades und Sicherheitsnachbesserungen mit eingeschlossen.

Es gab in der 30-jährigen Einsatzzeit zahlreiche Ideen zur Leistungssteigerung. So waren die Booster sehr konventionell aufgebaut. Man hätte sowohl leichtere Metallhüllen mit verschweißten Verbindungen nutzen können wie auch den spezifischen Impuls durch eine leistungsfähigere Treibstoffmischung steigern können. Weitergehende Überlegungen dachten an den Ersatz des Metalls durch Kohlefaserverbundwerkstoffe. Zu keinem der Vorhaben kam es. Als die Columbia explodierte war eine Verlängerung der Booster um 1 Segment auf 5 Segmente geplant. Diese Änderung wurde umgesetzt, jedoch nicht im Shuttle sondern Ares/SLS-Programm. Nur der Tank wurde in der Masse zweimal gesenkt. Die Triebwerke wurden nach dem Verlust der Columbia nicht mehr in der Leistung gesteigert, stattdessen sicherer gemacht und vereinfacht. Auch wurden, nachdem es kaum noch Satellitentransporte gab alle Pläne für leistungsgesteigerte Oberstufen fallen gelassen und die beiden gebauten Centaur wanderten ins Museum.

Ebenso überlegte man die Shuttles unbemannt einzusetzen. Diese ab Ende der Achtziger Jahre im Schatten von SDI (und der Notwendigkeit viele Weltraumwaffen zu stationieren) verfolgten Ideen wollten zuerst aus einem Shuttle alles ausbauen was für die Mannschaft notwendig ist. Das hätte die Nutzlast schon um einige Tonnen erhöht. Der zweite Schritt war die Nutzung der Hardware für ein Verlustgerät. Man hätte nur von dem Shuttle den Rumpf verwendet, die Flügel und alle Landesysteme entfielen. Das würde die Nutzlast auf rund 65 t erhöhen. Noch mehr würde man erhalten wenn man nur den Antriebsteil verwendet und den Rumpf einspart und durch eine abwerfbare Nutzlastverkleidung ersetzt. Zuletzt wurde ein solches "Shuttle derivid Heavy Launch System" als Alternative zur Ares V vorgeschlagen. Es hätte 90,1 t transportiert. Ganz in der Frühzeit gab es auch die Ideen vier SRB einzusetzen und dann hätte man rund 150 t in einer erdnahe Umlaufbahn transportieren können, davon wären etwa 20 t für die Triebwerke und Struktur abgegangen.

Die Shuttle-Bauteile leben weiter. Die SRB wurden in der Ares V, Ares I, Liberty und SLS als Antriebe genutzt. Die RS-25 Haupttriebwerke in der Ares V (dann durch Rs-68 ersetzt) und SLS. Lange Zeit hatte die Ares V den Durchmesser des ET, sodass man dessen Fertigungsmethoden übernehmen konnte.

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