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Die Juno/Vanguard-Trägerraketen

Die Vorgeschichte

1945 begann die Suche nach den Experten, welche die erste Großrakete bauten und nach ihrem Werk: Der A-4, die Hitler als V-2 einsetzte. Die führenden Köpfe um Wernher von Braun hatten sich rechtzeitig vom Herstellungsort nach Bayern abgesetzt und reisten damit den Amerikanern entgegen. Die US Army war auch zuerst am Herstellungsort, dem Mittelbau Dora. Da dieser aber in der sowjetischen Besatzungszone lag, wurden in aller Eile alle schon fertig gestellten A-4, zirka 100 Stück, abtransportiert.

Die Produktion mit zahlreichen Ingenieuren selbst fiel in die Hände der Sowjets. Damit begann ein Wettlauf, der 1957 mit Start des ersten Satelliten endete. Das Interesse beider Nationen an der A-4 war groß. Die erste Großrakete der Welt übertraf alles, was Amerikaner und Sowjets hatten, um Größenordnungen. 1945 war der Abstand zwischen der A-4 und den Entwicklungen der Alliierten genauso groß, wie später zwischen der Saturn 5 und den hier vorgestellten Trägerraketen.

Die Entwicklung in der Sowjetunion

Sehr bald transportierte die Sowjetunion die verbliebenen Einzelteile ab und baute daraus weitere A-4. 1947 fand der erste Start einer A-4 in der UdSSR statt. Den Raketenteilen folgten bald die Ingenieure. Das Misstrauen gegenüber dem ehemaligen Kriegsgegner bewirkte aber, dass man ihnen nur die Lösung von Details anvertraute, nicht jedoch das Gesamtkonzept der neuen Rakete.

Wie bei den Amerikanern galt es, zuerst Erfahrungen mit der Rakete zu sammeln. Man studierte die A-4 und startete sie. Man lernte dadurch von der Entwicklung der Deutschen. Die weitere Entwicklung verlief wie in den USA - jedoch zielstrebiger. Man versuchte zuerst mehr Leistung aus der A-4 herauszuholen. Die A-4 hatte eine sehr stabile Struktur, da die ganze Rakete den Wiedereintritt überstehen sollte. Für einen Atomwaffenträger war dies nicht nötig. Mit der Verwendung von Benzin konnte man den Schub und die Energieausbeute steigern. So entstanden die ersten sowjetischen Mittelstreckenraketen, die ab 1952 eingeführt wurden.

Der folgende Schritt verlief allerdings anders als in den USA, denn die Sowjets nahmen schon bald die Entwicklung einer Interkontinentalrakete in Angriff. Der Grund lag auf der Hand: Die Sowjetunion war im strategischen Nachteil. Sie verfügte weder über eine Bomberflotte mit der Fähigkeit, Amerika zu bedrohen, noch über Stützpunkte in der Nähe Amerikas. Dagegen konnten Mittelstreckenraketen der USA von England, Italien und der Türkei aus den bevölkerungsreichen Westteil der UdSSR erreichen.

Da man mit Triebwerken im Schubbereich der A-4 (20 t) nun große Erfahrungen hatte, bündelte man für die erste Interkontinentalrakete einfach 20 dieser Triebwerke. Man kündigte auch an, während des geophysikalischen Jahres von 1.7.1957-31.12.1958 einen Satelliten zu starten und tat dies auch, sobald die Rakete zur Verfügung stand, obgleich die R-7 vor Sputnik nur einen Start absolviert hatte. Der Rest ist Geschichte.

Die Entwicklung in den USA

In den USA wurde zuerst das Team um Wernher von Braun beauftragt, die A-4 der amerikanischen Army näherzubringen. Man startete zuerst ein paar A-4, um die Amerikaner mit diesem Stück "Hitec" vertraut zu machen. Sehr bald aber ging man dazu über, die A-4 auch wissenschaftlich zu nutzen Man führte Instrumente zur Erforschung der Hochatmosphäre, der solaren Strahlung und der kosmischen Strahlung mit. Später startete man Höhenforschungsraketen von der A-4 als erster Stufe aus.

Anders als in der UdSSR verschlief man dann aber wertvolle Zeit. Ende der 40er Jahre drehten die Deutschen in den USA Däumchen. Zum einen wegen des Misstrauens gegenüber dem ehemaligen Kriegsgegner, zum anderen waren Raketen als Träger für Kernwaffen als zu teuer angesehen. Schlussendlich war man den UdSSR überlegen. Man verfügte über zahlreiche Langstreckenbomber und mehr Atomwaffen. 1950 gelang es Toftoy, dem Chef der "Deutschen" in Amerika, das Huntsville Army-Gelände als Testgelände zu sichern und einen Auftrag für eine Kurzstreckenrakete, die Redstone, zu ergattern.

1951 begann die Entwicklung, bei der Wernher von Braun auf der Technik der A-4 aufbaute. Die Rakete wurde in der Struktur leichter und der Brennkammerdruck etwas gesteigert. Schon 1953 konnte der erste Start erfolgen.

Die Redstone war mit einer Reichweite von 322 km die erste US-Kurzstreckenrakete und sollte später auch den ersten amerikanischen Astronauten ins Weltall befördern. Doch Sie war nicht die Lösung für eine strategische Rakete, dazu war ihre Reichweite einfach zu kurz. Dies wurde dann die Jupiter-C. Gegenüber der V-2 und Redstone war die Technologie verbessert worden. Der Schub wurde auf das Doppelte gesteigert und der Alkohol durch Kerosin ersetzt. Anstatt Strahlruder wurde die Rakete durch ein kardanisch aufgehängtes Triebwerk gelenkt. 1954 begann die Entwicklung und 1957 wurde die Rakete getestet. Sie sollte einen 1 Megatonnen-Sprengkopf mit 680 kg Gewicht über eine Distanz von 2.500 km tragen. Die Rakete wurde bis 1963 in Italien und der Türkei stationiert.

Die Jupiter verwandte das Triebwerk der Booster-Sektion der Atlas, deren Entwicklung schon begonnen hatte. Gleichzeitig mit der Jupiter wurde auch die Entwicklung der Thor beschlossen, die dasselbe Triebwerk einsetzte. Auslöser war die Entwicklung von Mittelstreckenraketen in der Sowjetunion. Als man diese bei Paraden auf dem Vorplatz des Kremls 1954 sah, wähnte man sich in einer "Mittelstreckenraketenlücke" und entwickelte Raketen, welche von Europa aus die Sowjetunion erreichen konnten. Dass man zwei Modelle entwickelte, lag an unterschiedlichen Erfordernissen. Die Air Force favorisierte die Thor, da sie in den Abmessungen in den Frachtraum einer C-124 passte. Die Army wollte eine eigene Rakete haben und verfügte mit Wernher von Braun und seinem Stab auch über die entsprechenden Experten, benötigte aber die Schützenhilfe der Navy, um eine zweite Entwicklung durchzusetzen. Da die Navy ebenfalls Raketen haben wollte, bekam man diese auch. Für die Navy musste die Rakete aber kürzer sein, um in den Rumpf von U-Booten zu passen. Die Jupiter ist daher kürzer als die Thor und der Durchmesser größer. Das Eingehen auf die Wünsche der Navy gab daher den Ausschlag für das Projekt. Es gab so eine Version, die Jupiter S, die man auf Schiffen stationieren wollte. Doch die Sicherheitsbestimmungen der Navy verhinderten den Einsatz einer Rakete mit 50 t brennbarem, flüssigem Treibstoff und so wurde eine feststoffangetriebene Rakete, die spätere Polaris, entwickelt.

Die erste Version der Jupiter, die Jupiter A, diente zur Erprobung von Komponenten der Jupiter auf modifizierten Redstone-Raketen. Diese flogen schon im März 1956. Die Jupiter C war ebenfalls eine Rakete, die noch Redstone-Komponenten verwandte und zum Test von Wiedereintrittswerkstoffen diente. Es folgten weitere Flüge mit Instrumententrägern im Laufe des Jahres 1956. Von den 11 Raketentests, die 1956 vom Cape aus gemacht wurden, entfielen 4 auf die Jupiter, davon waren 2 erfolgreich. Von den 5 Thor-Tests war nur einer erfolgreich und von den 2 Atlas-Flügen ebenfalls nur einer.

Im Oktober 1957 fand der erste Test einer Jupiter-IRBM statt. Schon einen Monat später übernahm die Air Force das Projekt, als man beschloss, dass die US Air Force sich um alle Raketen mit einer Reichweite von über 200 Meilen kümmern sollte. Im Juni 1961 wurde die erste Squadron in Italien operationell und im November 1961 die erste in der Türkei. Es wurden nur 15 Raketen in Italien und 30 in der Türkei stationiert. Dabei war die Jupiter ihrer Konkurrentin, der Thor, überlegen: Sie war zumindest etwas mobil, so dass man 20 Raketen gebraucht hätte, um eine Jupiter mit Bestimmtheit auszuschalten. Ihr Sprengkopf war präziser als der der Thor, weil er weniger durch Winde beim Wiedereintritt beeinflusst wurde. Trotzdem wurde die Thor in weit höheren Stückzahlen gebaut. Vielleicht spielten auch die Ressentiments gegen von Braun (siehe unten) eine Rolle. Schon 1963 wurden die Raketen wieder abgezogen, dies war ein Zugeständnis der USA an die UdSSR, die sich von den Jupiter-Raketen vor allem in der Türkei massiv bedroht fühlten, daraufhin Mittelstrecken in Kuba stationierten und damit die Kubakrise auslösten. Als ein Ergebnis willigte John F. Kennedy ein, die Jupiter abzuziehen. Offensichtlich wussten die Sowjets besser als die USA, was die Rakete konnte. Insgesamt baute Chrysler bis 1960 100 dieser Raketen. Davon wurden 36 gestartet, mit einer Zuverlässigkeit von 86 %, ein damals sehr guter Wert.

Der Kampf um den ersten Satellitenträger

Explosion der Vanguard 1 am 6.12.1957 Wernher von Braun war schon immer an der Erforschung des Weltraums interessiert. Inzwischen propagierten auch zahlreiche amerikanische Wissenschaftler, dass die USA im Rahmen des geophysikalischen Jahres einen Satelliten starten sollten. Wernher von Braun wollte die Redstone um eine Reihe von Feststoffraketen zu erweitern, auf der Spitze der letzten Stufe hätte man den Satelliten integrieren können. Ein Test der als Juno I bezeichneten Rakete fand am 20.9.1956 statt. Man ersetzte bei der letzten Stufe den Treibstoff durch Sand - sonst wäre diese in einen Orbit eingetreten. Die USA wären damit 1 Jahr vor Sputnik in der Lage gewesen, einen Satelliten zu starten.

Doch Wernher von Braun dürfte nicht mit der Juno seinen Satelliten starten. Man wollte für das geophysikalische Jahr der UN keine Rakete verwendeten, die Wurzeln in einem militärischen Träger hatte. Erst recht nicht eine Rakete, die ein "Deutscher" entwickelt hatte. Man favorisierte dafür die kleinere, aber rein zivile, Rakete Vanguard. Diese befand sich damals aber erst in der Entwicklung und war noch nie erfolgreich geflogen. Als am 4.10.1957 Sputnik 1 startete, bot Wernher von Braun an, in 60 Tagen ebenfalls einen Satelliten zu starten, doch noch immer war die Vanguard favorisiert. So geriet ein Testflug, die Rakete befand sich noch immer in der Erprobung, am 6.12.1957 unfreiwillig zu einem Medienereignis. Man versuchte das Ganze herab zu spielen, doch gelang es nie, den Flug der Vanguard als Testflug klar zu machen - man führte schließlich einen Satelliten mit.

Der Flug geriet zum Desaster. Nach 2 Sekunden setzte das Haupttriebwerk aus, die Rakete stürzte aus 2 Metern Höhe auf die Startplattform zurück, brach auseinander und explodierte in einem Feuerball. Der Satellit konnte später am Strand nahe des Startbunkers geborgen werden - er funkte. Das Fiasko wurde life im Fernsehen übertragen. Nach dem Start von Sputnik 1 lachte man über die USA, nach dem Start von Vanguard 1 spottete man nur noch, vom "Kaputtnik" und "Flopnik" war die Rede.

Nun endlich bekam Wernher von Brauns Team ihre Startgenehmigung. Sie starteten am 1.2.1958, 56 Tage - wie versprochen - nach Vanguard 1, den ersten US-Satelliten. Eine von einem Deutschen entwickelte Rakete hatte den ersten amerikanischen Satelliten ins All befördert.

Der Flug zum Mond

Nachdem man schon den Wettlauf um den ersten Satelliten verloren hatte, wollte man wenigstens die erste Mondsonde starten. Wernher von Braun propagierte, dafür die größere Version der Redstone, die Jupiter-C mit deren Oberstufen, zu verwenden. Doch wieder lies man ihn nicht. Nein, auch diesmal dürfte es kein deutsches Team mit einer Rakete basierend auf deutscher Technik sein. Man wollte die erste Mondsonde mit einer modifizierten Thor Rakete starten - wiederum scheiterten 3 Versuche, erst danach durfte Wernher von Braun ran. Der zweite Startversuch war erfolgreich. Aber wieder waren die Sowjets zuvorgekommen, wieder hatten sich die Amerikaner durch falsche nationale Überheblichkeit selbst um einen Erfolg gebracht. Wernher von Braun war danach aber ein Held. Seine Redstone sollte auch noch den ersten Astronauten ins All tragen und später seine Saturn 5 die ersten Menschen auf den Mond.

Das Ende der Juno I+II und Vanguard

Obgleich die Raketen die ersten Satelliten und Mondsonden starteten, waren sie nur kurz im Einsatz. Die Juno I+II war robust, aber die kleinen Oberstufen limitierten die Nutzlast sehr. Die Vanguard war moderner, aber viel zu klein. Insgesamt waren beide Raketen relativ teuer und hatten nur eine beschränkte Nutzlast. Bald hielt die Thor ihren Einzug und sowohl Juno wie Vanguard wurden von der Feststoffrakete Scout abgelöst. Schon 1959 kam das Aus für die Vanguard, 1961 auch für die Juno.

Die Juno I/Jupiter-C

Für die Juno I wurde die Redstone-Rakete als Grundstufe verwendet, jedoch stark modifiziert. Dies erklärt vielleicht auch ihre miserable Zuverlässigkeit, obwohl man der Redstone sogar die Beförderung eines Astronauten zutraute.

Die originale Redstone verwendete Alkohol als Treibstoff, die Juno I UDMH (60 %)/Diethylentriamin (40 %). Der Schub des Triebwerks stieg dadurch von 333 auf 370 kN. Gleichzeitig konnte man die Treibstoffbehälter um 2,5 m strecken und so die Brenndauer um 34 Sekunden erhöhen. Wie bei der A-4 wurde das Gas des Gasgenerators aus der katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid gewonnen, dazu bekam die Jupiter-C wegen der längeren Brenndauer einen zweiten Behälter.

Die Jupiter-IRBM verwandte dagegen Sauerstoff/Kerosin als Treibstoff mit einem Triebwerk von 666 kN Schub, welches auch in der Thor und Atlas eingesetzt wurde.

Als Oberstufe verwendete man bewährte kleine Feststoffraketen von der US Army: Sergeant-Feststoffraketen von 7,6 cm Durchmesser und 130 cm Länge. Sie wurden als taktische Waffen ähnlich wie die Katjuschas der Sowjetarmee eingesetzt. Sie waren in einem zylindrischen Köcher untergebracht. 11 Raketen in einem äußeren Kreis waren als zweite Stufe vorgesehen, 3 als dritte und eine - mit einem Satelliten als Spitze - als vierte Stufe. Zur Stabilisierung wurde der Köcher vor der Abtrennung von der ersten Stufe auf 760 U/min beschleunigt. Die Raketen setzten ein Stahlgehäuse ein, die Wandstärke betrug 2,6 mm. Der Treibstoff war eine Mischung aus 63,3 % Ammoniumperchlorat, 33 % LP-33 Polymer und der Rest waren Binder und Katalysatoren. Der spezifische Impuls war mit 1.814 m/s recht niedrig,

An die 13,5 m lange Jupiter-C wurde ein 3,60 m langer Adapter mit Steuerung auf Basis eines Intertialsystem (Kreisel) angebracht. Er verjüngte sich konisch auf 0,96 m Durchmesser und enthielt vier Düsen mit jeweils 20 N Schub, welche mit Pressluft angetrieben wurden. Sie dienten dem Umlenken in die Horizontale und der Spinnstabilisierung. Die erste Stufe hatte die Aufgabe, die oberen Stufen auf eine bestimmte Höhe und Geschwindigkeit zu bringen, da deren Schub und Brennzeit nicht regelbar war.

Die Oberstufen wurden durch Kommandos vom Boden aus gesteuert. Die Erststufe brannte zuerst aus und wurde bis auf den konischen Stufenadapter abgetrennt. Nachdem dieser 320 km Höhe erreicht hat, wurde er in die Horizontale umgelenkt und auf 760 Umdrehungen pro Minute beschleunigt. Danach wurde der Rest der ersten Stufe abgetrennt und kurz hintereinander die Raketen der Oberstufe gezündet. Die 6,67 kN Schub (bei nur 6 Sekunden Brennzeit) der Sergeant-Raketen bedeuteten eine sehr hohe Beschleunigung. Stufe 2 erreichte 309 m/s² Spitzenbeschleunigung, Stufe 3 und 4 je 256 m/s². Heute achtet man darauf, dass die Spitzenbeschleunigung 55 m/s² nicht überschreitet. Auch die dadurch geforderte Robustheit der Hardware dürfte ein Grund sein, der gegen die Juno als Trägerrakete sprach.

Klar ist, dass die Juno I eine in ihrer Leistung beschränkte Rakete war. Die Oberstufe ist der zylindrische Oberteil und die Nutzlast die Spitze (Bild). Die Oberstufe wog nur wenig mehr als 1 % der Erststufe. Man entschloss sich gegen eine weitere Evolution der Juno.

Juno 1 (Jupiter C)

Juno 1

Erststart: 20.9.1956, letzter Start: 22.10.1958
Starts 9 (davon 2 Starts suborbital),
Fehlstarts: 3, Zuverlässigkeit: 66,7 %
Nutzlast 20 kg für eine 500 km Kreisbahn

Stufe 1: Redstone A-7
Startmasse: 28.430 kg, Leermasse: 3.890 kg
Länge 17,62 m, Durchmesser: 1,78 m
1 Triebwerk A-7 mit 370 kN Schub
spezifischer Impuls: 2.305 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 2.600 m/s (Vakuum)
Brennzeit: 155 sec.
Treibstoff LOX/UDMH/DETA

Stufe 2: 11 × Sergeant
Startmasse: 327 kg, Leermasse: 96 kg
Länge: 1,30 m, Durchmesser: 0,86 m
11 Triebwerke Thiokol Recruit mit 11 × 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 1.814 m/s

Stufe 3: 3 × Sergeant
Startmasse: 94 kg, Leermasse: 31 kg
Länge: 1.30 m, Durchmesser: 0,41 m
3 Triebwerke Thiokol Recruit mit 3 × 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 1.814 m/s

Stufe 4: Sergeant
Startmasse: 27 kg, Leermasse: 6 kg
Länge: 1,07 m, Durchmesser: 0,15 m
1 Triebwerk Thiokol Recruit mit 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 1.814 m/s

Nutzlast
Länge: 2,30 m (mit dritter Stufe)
Durchmesser: 0,15 m
Masse: max. 20 kg

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
x 01.02.1958 Explorer 1 RS-29
- 05.03.1958 Explorer 2 RS/CC-26
x 26.03.1958 Explorer 3 RS-24
x 26.07.1958 Explorer 4 RS/CC-44
- 24.08.1958 Explorer 5 RS/CC-47
- 23.10.1958 Beacon RS/CC-49

Die Juno II

Die Juno II basierte auf der doppelt so schweren Jupiter IRBM-Grundstufe. Die kleinen Oberstufen der Juno 1 wurden übernommen, aber die Erststufe die Jupiter-IRBM um 90 cm verlängert und so die Brenndauer um 13 Sekunden verlängert.

Das Triebwerk S-3 verbrannte nun die Treibstoffkombination Sauerstoff und Kerosin und hatte mit 670 kN einen erheblich höheren Schub. Das Triebwerk war kardanisch aufgehängt. Die Steuerung um die Rollachse wurde von zwei Vernierdüsen durchgeführt, welche von den Abgasen der Turbopumpen gespeist wurden. Das von Ford gebaute Lenksystem auf Basis eines Intertialsystem war in der Lage, die Rakete autonom zu steuern. Bis 20 Minuten vor der Zündung konnte man das Ziel durch Übertragung der Zielkoordinaten ändern. Danach wurde das System so ausgerichtet, dass es bei Erreichen der Zielkoordinaten keine Steuerungsimpulse mehr abgab und der Brennschluss ausgelöst wurde. Dieses System war damals sehr modern. Die meisten US-Trägerraketen arbeiteten damals nach der einfacheren Methode der Radionavigation, bei der sie einem Funkleitstrahl folgten und vom Boden aus bei Erreichen der Zielgeschwindigkeit abgeschaltet wurden.

Obgleich die Juno II zuerst nur die beiden Mondsonden Pioneer 3+4 starten sollte, löste sie in der Folgezeit die Juno I auch als Satellitenträger ab. Die Jupiter selbst lebte zumindest in ihrer Technologie weiter: Das Triebwerk wurde leicht verbessert und trieb in 8-facher Ausfertigung die Saturn 1 an, wobei der Zentraltank den Durchmesser der Jupiter-C hatte und die 8 Außentanks den der Redstone.

Es gab, anders als bei der Thor, keine Bemühungen, die Leistung der Juno II zu steigern, z.B. indem man die Agena-Oberstufe oder die Oberstufen der Vanguard einsetzte. Der Grund lag in der fehlenden politischen Unterstützung für das System. Das DoD entschied, dass militärische Satelliten von der Air Force gestartet werden, die natürlich ihre Trägerraketen dafür einsetzte. Die NASA griff wiederum auf die Air Force zurück bzw. nutzte ab 1961 die Feststoffrakete Scout für leichte Nutzlasten, welche preiswerter als die Juno war. Zuletzt arbeitete von Braun nun an der Saturn I und damit fehlte auch ein Fürsprecher für die Juno.

Juno 2

Juno 2

Erststart: 6.12.1958, letzter Start: 24.5.1961
Starts: 10, Fehlstarts: 6, Zuverlässigkeit: 40 %
Nutzlast: 45 kg für eine 500 km Kreisbahn

Stufe 1: Jupiter-C
Startmasse: 54.431 kg, Leermasse: 5.443 kg
Länge: 18,58 m, Durchmesser: 2,67 m
1 Triebwerk S 3 mit 670 kN Schub
spezifischer Impuls: 2.432 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 2.766 m/s (Vakuum)
Brennzeit: 170 sec.
Treibstoff: LOX/RP-1

Stufe 2: 11 × Sergeant
Startmasse: 327 kg, Leermasse: 96 kg
Länge: 1,30 m, Durchmesser: 0,86 m
11 Triebwerke Thiokol Recruit mit 11 × 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 2.305 m/s

Stufe 3: 3 × Sergeant
Startmasse: 94 kg, Leermasse: 31 kg
Länge: 1,30 m, Durchmesser: 0,41 m
3 Triebwerke Thiokol Recruit mit 3 × 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 2.305 m/s

Stufe 4: Sergeant
Startmasse: 27 kg, Leermasse: 6 kg
Länge: 1,07 m, Durchmesser: 0,15 m
1 Triebwerk Thiokol Recruit mit 6,67 kN
Brennzeit: 6 sec.
spezifischer Impuls: 2.305 m/s

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
x 06.12.1958 Pioneer 3 AM-11
x 03.03.1959 Pioneer 4 AM-14
- 16.07.1959 NASA S-1 AM-16
- 15.08.1959 Beacon AM-19B
x 13.10.1959 Explorer 7 AM-19A
- 23.03.1960 NASA S-46 AM-19C
x 03.11.1960 Explorer 8 AM-19D
- 25.02.1961 NASA S-45 AM-19F
x 27.04.1961 Explorer 11 AM-19E
- 24.05.1961 NASA S-45A AM-19G

Die Vanguard

Im Vergleich zu den beiden Junos war die Vanguard eine modernere Rakete. Sie verwendete beispielsweise auch in der zweiten Stufe flüssige Treibstoffe und das Gewicht der Stufen war besser abgestimmt. Allerdings war die Vanguard kleiner als die Jupiter, die gesamte Rakete wog nur ein Drittel einer Juno I bzw. ein Fünftel einer Juno II. So war trotz des besseren Stufenverhältnisses die Nutzlast mit max. 40 kg sehr klein.

Die Entwicklung der Vanguard, die auf der Höhenforschungsrakete Viking beruhte, begann im September 1955. Ursprünglich sollte im Herbst 1957 der erste Satellitenstart erfolgen. Doch die Entwicklung verzögerte sich stark. Es kam zu Bränden bei Testläufen, der Stufentrennungsmechanismus versagte und musste neu konzipiert werden und schließlich kam es zu Problemen wegen zu schlampiger und schneller Entwicklung.

Geplant waren ursprünglich 6 Testvehicles (TV) sowie 3 Backup-Testvehicles (BU-TV) der Vanguard. Wie damals üblich, ging man schrittweise an die Rakete heran, d.h. man testete zuerst die erste Stufe mit Dummy-Oberstufen, dann die ersten zwei Stufen und zuletzt die ganze Rakete. Lediglich 9 Raketen für alle Tests war damals schon eine geringe Zahl. Üblich waren 30-50 Starts vor der Serienreife. Die ersten beiden TV waren unveränderte Viking-Raketen.

Vanguard StartDie erste Stufe der Vanguard ging aus der Höhenforschungsrakete Viking und die zweite Stufe aus der Höhenforschungsrakete Aerobee hervor und beinhaltete auch das Lenkungssystem und eine Inertialplattform. Die dritte Stufe wurde durch einen Dralltisch auf 200 U/min vor der Abtrennung beschleunigt. Anders als die Juno I verfügte die Vanguard über eine Nutzlastverkleidung, die nach 180 sec. abgeworfen wurde. Von der Drittstufe wurden zwei Varianten mit den Triebwerken X-238 und X-248 gestartet. Letzteres hatte eine um 10 Sekunden längere Brennzeit und dies bedeutete eine Nutzlast von 40 kg, beim X-238 Triebwerk lag die Nutzlast bei 25 kg.

Die erste Stufe hatte einen Durchmesser von 1,14 m bei einer Länge von 13,41 m. Sie wurde in Integralbauweise aus Magnesium und Aluminium gefertigt. Magnesium wurde in der Struktur und Zwischentanksektion eingesetzt (1-2 mm starkes Magnesiumblech). Die Tanks waren aus Aluminium.

Die Tanks bestanden aus je zwei Halbschalen, getrennt durch einen Zwischenteil, der durch Streben versteift wurde. Die Tanks aus 6061-Aluminium hatten eine Stärke von 1 mm an den Wänden und 1,5 mm an den Domen. Zwischen beiden Tanks verstärkte ein 2,4 mm dickes Magnesiumblech die Struktur. Der Stufendadapter bestand aus 1,25 mm dickem Magnesiumblech. Mitgeführt wurden 5.024 kg flüssiger Sauerstoff und 2.313 kg Kerosin. 154 kg Wasserstoffperoxid wurde katalytisch gespalten und diente als Heißgas zum Antrieb der Turbinen, welche ihrerseits die Pumpen antrieben.

Das Triebwerk General Electric X-405 wurde regenerativ gekühlt. Es arbeitete mit einem Brennkammerdruck von 43,3 bar, hatte aber ein Entspannungsverhältnis von nur 5,5, nutzte also nur wenig der Energie, die im Abgasstrahl steckte. Es wog 193 kg.

Es war um 5 Grad schwenkbar aufgehängt. Die Rollstabilisierung erfolgte durch die Abgase der Turbopumpe, die durch 2 um 45 Grad drehbare Düsen ins Freie gelassen wurden. Sie waren an entgegengesetzten Positionen am unteren Bereich der Zelle angebracht. Der Gasgenerator arbeitete wie bei der Jupiter-C mit Wasserstoffperoxid, welches katalytisch zersetzt wurde. Der Tankdruck, die Förderung des Wasserstoffperoxids und die Betätigung der pneumatisch gesteuerten Ventile geschah durch Helium, welches in einer Druckgasflasche mitgeführt wurde.

Die zweite Stufe (die später die Bezeichnung "Able" bekam) besaß in Leichtbauweise gefertigte Tanks aus rostfreiem Edelstahl von 1,27 mm Wandstärke. Dies war nötig, weil der Oxidator Salpetersäure Aluminium aufgelöst hätte. Die Tanks waren ebenfalls in Halbschalenbauweise als Integraltanks gefertigt. Struktur, Spanten und Stringer der Stufe bestanden aus einer ungewöhnlichen Legierung von Magnesium und Thorium. Diese war hochtemperaturfest und konnte so durch Triebwerksabgase nicht beschädigt werden.

Das Triebwerk AJ-10-37 wurde seit Dezember 1955 von Aerojet entwickelt. Man wollte ein Triebwerk mit einem Schub von 2.500 kg (24,53 kN) mit lagerfähigen Treibstoffen bauen. Das Triebwerk erzielte sogar einen höheren Schub als geplant und erreichte 33,84 kN. Der Treibstoff ist druckgefördert. Dazu dient wie in der ersten Stufe Helium, welches die Tanks unter konstanten Druck setzt. Die Komponenten werden im Verhältnis Saleptersäure:UDMH = 2,8:1 der Brennkammer zugeführt und entzünden sich bei Kontakt. Dies erleichterte die Konstruktion, da man keinen Zündmechanismus brauchte. Die Brennkammer besteht aus vorgeformten und miteinander verschweißten Leichtmetallrohren, die von einem quadratischen Stahldraht umwickelt sind. Sie werden vom Oxidator Salpetersäure zur Kühlung durchströmt. Das Triebwerk ist kardanisch aufgehängt. Die Stabilisierung um die Rollachse wie auch die Stabilisierung in der Freiflugphase wird von 4 tangential angebrachten Düsen erledigt, die Propangas aus einem Druckgastank verwenden. Die Treibstoffzuladung bestand aus 1.122 kg weissrauchender Salpetersäure und 406 kg UDMH.

Die Inertialplattform mit dem Steuerungsgerät wog 14.,5 kg und wurde von der Firma Vickers gefertigt. 3 Gyroskope, Verstärker und Elektronik konnten in einer Box von 36 x 36 x 33 cm Größe untergebracht werden. Erste und zweite Stufe wurden aktiv durch einen mechanischen Computer gesteuert und hatten wie bei der Jupiter und Juno die Aufgabe, die feststoffangetriebenen Oberstufen an einen bestimmten Punkt der Bahn zu bringen. Dabei wurde ein vorprogrammiertes Neigungsprogramm durchlaufen. Am Boden wurde der Flugverlauf mit einem RADAR im C-Band verfolgt und von einem IBM-704 die Bahn berechnet. Er erteilte den Zündungsbefehl für die dritte Stufe, wenn sie der vorgegebenen Bahn am nächsten war.

Für die Vanguard gab es zwei Oberstufen: Das Triebwerk X-242 von Grand Central Rocket und das X-248 von Hercules. Beide wurden von einem Dralltisch vor der Zündung durch Rotation auf 200 Umdrehungen pro Minute stabilisiert. Die Ausrichtung erfolgte durch die Zweitstufe auf 1 Grad genau. Die Boostergehäuse waren aus Stahl. Es gab eine Düse aus Stahl und eine aus gewundenen Glasfasern in Epoxidharz zur Gewichtsersparnis.

Die Oberstufe Altair 2 mit dem Triebwerk X-248 wurde nur einmal eingesetzt beim letzten Start SLV-7. Die Nutzlastverkleidung bestand aus Asbest-Phenolharz. Sie wurde nach 180 Sekunden abgeworfen.

Viele Möglichkeiten bei den Oberstufen hatte man nicht. Die Viking lieferte einen Schub von 27.000 Pfund und beschleunigte lediglich mit 1,34 g. Bei der Trägerrakete sollte man noch mit mindestens 1,2 g beschleunigen, was eine maximale Startmasse von 22.500 Pfund ergab. Da die Masse der Viking feststand war wenig Spielraum für die Oberstufen. Als optimal ermittelte man die Startmassen von 17.830 : 4.286 : 484 Pfund. Erreicht wurde bei Vanguard 1 17.892 : 4.419 : 453 Pfund. Aufgrund der extremen Unterschiede im Gewicht ergaben sich folgende Geschwindigkeiten: Wird Stufe x um 1 Pfund leichter, ist die Nutzlast um y m/s schneller:

Aufgrund dessen versuchte man die zweite Stufe zu verbessern, da die dritte Stufe schon weitgehend optimiert war. Aerojet sah Einsparungen von 71 Pfund in näherer Zukunft voraus, weitere 60 Pfund wären bei Neukonstruktion der Brennkammer (Aluminium anstatt Edelstahl) möglich. Der Misserfolg der Rakete verhinderte deren Umsetzung.

Das Flugprogramm der Vanguard sah so aus: Die Rakete beschleunigte zuerst 10 Sekunden lang senkrecht und wurde dann programmgesteuert langsam in einen 45 Grad-Winkel umgelenkt, der zu Brennschluss in 56 km Höhe erreicht wurde. 6 Sprengbolzen trennten die erste von der zweiten Stufe. Diese hatte ihren Brennschluss bei einer Geschwindigkeit von 4.100 m/s in 210 km Höhe. Nun schloss sich eine Freiflugphase an, bis die Gipfelhöhe von 480 km in 1.400 km Entfernung vom Startplatz erreicht wurde. Nun wurde durch den Dralltisch die Oberstufe in Rotation gebracht und die zweite Stufe durch 2 Sprengraketen mit je 230 kN Schub abgetrennt. Nach dem Ausbrennen der letzten Stufe 600 s nach dem Start, wurde der Satellit durch eine Feder von dieser weggedrückt.

Die Entwicklung der Vanguard war schwierig und als am 4.10.1957 Sputnik 1 startete, überschlugen sich die Ereignisse. Die Rakete hatte bis dahin zwei Starts absolviert, am 1.5.1957 mit erster und dritter Stufe und am 23.10.1957 mit erster Stufe und Attrappen von zweiter und dritter Stufe. Anders als ihr Konkurrent Juno I war die Rakete aber nie als ganzes getestet worden. So kam es zum schon erwähnten Desaster. Aber auch später erreichte die Vanguard keine sehr hohe Zuverlässigkeit. Das lag an den für die damalige Zeit modernen und unerprobten Technologien. Dabei war die Nutzlast, vergleicht man die Startmasse der Vanguard mit der der Jupiter, durchaus beträchtlich: Die Jupiter wog 5-mal soviel bei gleicher Nutzlast.

Die beiden Oberstufen wurden später benannt in Able und Altair und eingesetzt auf der Thor Delta und Atlas. Die Altair-Oberstufe auch auf der Scout. Aus der Able-Oberstufe ging die spätere Delta-Oberstufe hervor. Wie die Jupiter wurde auch die Vanguard bald ausgemustert, nachdem mit der Delta eine Rakete zur Verfügung stand, die erheblich größere Nutzlasten transportieren konnte und zudem zuverlässiger war.

Betrachtet man die Technik der Vanguard, so findet man einige für die damalige Zeit moderne Elemente, wie Magnesiumlegierungen zur Gewichtsersparnis und Helium zur Druckbeaufschlagung. Die Viking hat ein Voll-/Leermasseverhältnis von 11:1. Dies ist für eine Raketenstufe dieser Größe ein hervorragender Wert. Leider nutzte das X-405 die Treibstoffkombination schlecht aus. Das galt auch für die Zweitstufe Able mit ihrer hohen Leermasse. Verschiedene Optimierungen an der Altair steigerten die Nutzlast von anfänglich projektierten 10 kg auf beachtliche 24 kg. Doch dies war immer noch wenig, verglichen mit der Startmasse.

Vanguard

Die Vanguard

Erststart: 6.12.1957, letzter Start: 28.9.1959
Starts: 11, Fehlstarts: 8, Zuverlässigkeit: 27,3 %
(erste 4 Starts offiziell Teststarts)

Nutzlast: 40 kg (Altair 2), 25 kg (Altair 1)
in eine 500 km Bahn

Stufe 1: Viking
Startmasse: 8.165 kg, Leermasse: 724 kg
1 Triebwerk X-405 mit 128,32 kN Schub
Brennzeit: 142 sec.
spez. Impuls: 2.432 m/s (Meereshöhe)
spez. Impuls: 2.648 m/s (Vakuum)
Länge: 13,41 m, Durchmesser: 1,14 m
Treibstoff: LOX/RP-1

Stufe 2: Able
Startmasse: 1.996 kg, Leermasse: 460 kg
1 Triebwerk AJ-10-37 mit 33,84 kN Schub
Brennzeit: 112-120 sec.
spezifischer Impuls: 2.618 N/s*kg
Länge: 5,79 m, Durchmesser: 0,81 m
Treibstoff: UDMH/Salpetersäure

Stufe 3: Altair 1
Startmasse: 195 kg, Leermasse: 22 kg
1 Triebwerk X-242 mit 12 kN Schub
Brennzeit: 35 sec.
spezifischer Impuls: 2.255 N/s*kg
Länge: 1,50 m, Durchmesser: 0,46 m
Treibstoff: Kaliumchlorat/Fest

Stufe 3: Altair 2
Startmasse: 250 kg, Leermasse: 39 kg
1 Triebwerk X-248 mit 14 kN Schub
Brennzeit: 38 sec.
spezifischer Impuls: 2.500 N/s*kg
Länge: 1,53 m, Durchmesser: 0,46 m
Treibstoff: Kaliumchlorat/Fest

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
- 06.12.1957 Vanguard TV-3
- 05.02.1958 Vanguard TV-3BU
x 17.03.1958 Vanguard I TV-4
- 29.04.1958 Vanguard TV-5
- 28.05.1958 Vanguard SLV-1
- 26.06.1958 Vanguard SLV-2
- 26.09.1958 Vanguard SLV-3
x 17.02.1959 Vanguard II SLV-4
- 14.04.1959 Vanguard SLV-5
- 22.06.1959 Vanguard SLV-6
x 18.09.1959 Vanguard III SLV-7

Die kurze Geschichte der Juno und Vanguard

Beide Trägerraketen spielten nur kurz eine Rolle im US-Weltraumprogramm von 1958-1961. Danach wurden sie von anderen Trägern abgelöst. Bei der Vanguard war der wesentlichste Nachteil ihre geringe Startmasse. Eine Rakete mit 3 Stufen, die eine maximale Nutzlast von 40 kg aufweist, hat nur ein geringes Evolutionspotential. Die Erfindung von neuen Feststofftreibstoffen mitte der fünfziger Jahre, die auf Kunststoffen als Binder basierten, ermöglichte es zum einen, größere Feststoffraketen herzustellen und zum anderen stieg die Energieausbeute bei den neuen festen Treibstoffen. Dies führte zu Entwicklung der Scout, welche die Vanguard ablösen sollte,

Der Hauptnachteil der Jupiter waren ihre viel zu kleinen und schweren Oberstufen. Hätte man die Jupiter mit den Oberstufen der Vanguard oder den Agena-Oberstufen ausgerüstet, so hätte die Rakete die gleiche Nutzlast wie eine Thor tragen können. Die Rakete hatte nur einen Nachteil: Sie kam vom falschen Teil der Army. Nach 1956 entwickelte nur noch die Air Force neue Raketen und bald griffen sowohl die zivile Organisation NASA wie auch die CIA auf die Air Force zurück, um Satelliten zu starten. 1960 war aber Wernher von Braun schon involviert in die Entwicklung der Saturn I und so machte er keine Anstalten, die Juno als Träger anzupreisen.

Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen.

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiss. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: Fotosafari durch den Raketenwald. Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.





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