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Die Little Joe

Das Rettungssystem war ein wichtiger Aspekt der Mission. Ende der Fünfziger Jahre scheiterten noch viele Raketenstarts. Die Atlas D hatte als Trägerrakete bis zum ersten bemannten Mercuryflug 19 Einsätze, davon scheiterten acht.

Andererseits war das Rettungssystem auch eine Gefahrenquelle, wenn es z. B. versehentlich ausgelöst wird. Es musste daher selbst getestet werden und dies noch vor dem ersten Flug einer unbemannten Testmission.

Dies war mit einer Redstone oder einer Atlas möglich, doch deren Herstellungskosten betrugen 1 Million bzw. 2,5 Millionen Dollar, das entspricht heute etwa der 8-fachen Summe. Dazu kamen noch die Kosten für die Startdurchführung. Maxime Faget konstruierte eine einfache Rakete, welche eine Kapsel auf knapp dreifache Schallgeschwindigkeit beschleunigen konnte. Mit dieser konnten Fluchtturm und Bergungssystem mit den Fallschirmen getestet werden. Die Litte Joe kostete nur 250.000 Dollar pro Stück. Sie war ausgelegt, bis zu 1.788 kg Nutzlast auf die Ziel­geschwindigkeit zu beschleunigen. Die geplanten Kosten des Little Joe Programms sollten bei 3,946 Millionen Dollar liegen, aufgrund der Wiederholung von Tests lagen die realen Kosten aber bei 6,512 Millionen Dollar. Dabei machen die Trägerraketen nur 3,932 Millionen Dollar aus. Der Rest entfiel auf die Startdurchführung und zahlreiche Änderungen, nachdem Flüge scheiterten, sowie die Kosten für die beiden Biopacks.

Der Aufbau war relativ simpel. In der Mitte des Gehäuses befanden sich zwei oder vier Castor Booster, die damals in der Scout als zweite Stufe verwendet wurden. Etwas später wurden sie auch bei der Thor zur Startunterstützung eingesetzt. Der Castor war noch in der Entwicklung, so konnte bei den ersten Starts das Vorgängermodell Pollux, mit demselben Gehäuse, aber einer anderen Treibstoffmischung, eingesetzt werden. Zur Unterstützung waren außen am Gehäuse Recruit Feststoffraketen der Army angebracht. Die Little Joe wurde schon im Sommer 1958 entworfen. Neben den Kosten galt es auch, den Zeitfaktor zu berücksichtigen: Die Redstone und Atlas mussten erst gefertigt werden, sie wären daher relativ spät verfügbar. Die Clusterung von Feststoffraketen versprach nicht nur eine kostengünstigere Lösung, sondern auch eine schnellere. Damit waren Fluchtturm und die Flugeigenschaften der Mercurykapsel überprüfbar, bevor die größeren Trägerraketen einsatzbereit waren. Durch die Wiederholung von Starts startete die letzte Little Joe aber erst nach den bemannten Mercury-Redstone Flügen und während der unbemannten Atlas-Mercuryflüge.

Am 21.10.1958 vergab die NASA die Ausschreibung für den Rahmen der Little Joe. Bemannte Flüge sollte sie nicht durchführen, das reduzierte die Sicherheitsanforderungen und die Gipfelhöhe sollte nach einer Revision des Aufstiegsprofils nur 160.000 anstatt 240.000 Fuß betragen. Am 21.12.1958 bekam North American den Auftrag, die Zelle zu fertigen. Ab Juni 1959 sollte alle drei Wochen eine Zelle ausgeliefert werden. Ein weiterer Vorteil der Litte Joe war, dass die Vorbereitungszeit für einen Test sehr kurz war, im Schnitt 5 bis 6 Wochen. Die Vorbereitung einer Red­stone dauerte dagegen im Schnitt 20 Wochen und die einer Atlas 30 Wochen.

Die Litte Joe bestand aus einer Zelle aus 2,5 mm dicken Aluminiumblechen, in der sich vier zylindrische Aufnahmen für Castor oder Polluxbooster befanden. An der Außenseite wurden Recruit Feststoffraketen der US-Army montiert. Alle Einsatzversionen setzten vier Recruits ein, die gemeinsam mit den Castor/Pollux gezündet wurden, aber schon nach etwa 2 s ausgebrannt waren. Daneben konnte man die Zahl der Booster in der Mitte variieren. Castor und Pollux haben in etwa denselben Gesamtimpuls, aber einen anderen Schubverlauf. Beim Castor ist er kurz nach dem Start auf einem Plateau, bis etwa 25 s nach dem Start. Beim Pollux steigt er auf ein Maximum an und fällt dann ab. Der Spitzenschub des Pollux ist daher etwas höher, die Brennzeit dagegen um 2 s kürzer.

Die Rakete hatte keine aktive Steuerung. Sehr große Finnen am Heck stabilisieren den Flug. Wenn die Rakete anfing, sich zu drehen, wirkten die Flächen der Drehung entgegen. Damit musste die Little Joe aber auch Brennschluss haben, bevor die Atmosphäre zu dünn wurde. Die Form der Aufstiegsbahn und die Gipfelhöhe wurden festgelegt, indem die Litte Joe nicht senkrecht, sondern in einem steilen Winkel von 75 bis 82 Grad gestartet wurde. Damit die Finnen effektiv wirkten, musste die Rakete möglichst schnell eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Daher zündete man beim Start gleichzeitig die Recruit-Raketen, die durch ihre kurze Brennzeit zusätzlichen Schub lieferten. Ihre Düsen waren um 12 Grad nach Außen gerichtet.

Die Castor konnten nur paarweise verwendet werden, da man die Boosterversionen für die Thor einsetzte, die eine schräg angebrachte Düse hatten. Zwei Antriebe, deren Düsen in entgegengesetzte Richtungen zeigten, verhinderten, dass sich die Little Joe vom Start weg dreht und schließlich überschlägt.

Die Bestückung war recht unterschiedlich. Die NASA führt folgende Varianten auf:

Die Little Joe Nummer entspricht nicht der Startreihenfolge, sondern dem Test:

Litte Joe III: Test eines Massenmodells der Kapsel bei maximaler aerodynamischer Belastung. Zündung des Fluchtturms in der unteren Stratosphäre, typische Gipfelhöhe 14 bis 15 km, Weite: 18 km. Der erste Little Joe Test scheiterte, weil der Fluchtturm 35 Minuten vor der Zündung der Rakete startete. Bei der Wiederholung Little Joe 1A baute der Fluchtturm zu langsam Schub auf, sodass man auch diesen Test wiederholte. Little Joe 1B erfüllte schließlich die Testvorgaben.

Die Litte Joe IV hatte die Aufgabe, die Little Joe selbst zu qualifizieren. Dazu wurde die größte Version mit vier Boostern eingesetzt. Der Fluchtturm wurde nicht getestet, das Modell der Mercurykapsel war fest mit der Little Joe verbunden.

Danach fand der Litte Joe II Start statt. Dieser Test hatte die Aufgabe, den Fluchtturm in einer Höhe zu testen, die nach Ausbrennen der Redstone erreicht wurde. Dabei wurde ein Rhesusaffe auf eine Spitzenhöhe von 88 km gebracht.

Die Little Joe I bildete den Abschluss. Es war eine Wiederholung des Tests von Little Joe III, diesmal mit den neueren Castor-Boostern und einer echten Mercurykapsel, keinem Modell. Auch hier waren wegen der vorzeitigen Auslösung des Fluchtturms durch ASIS drei Starts nötig.

Bei den Versionen mit vier Boostern zündete beim Start nur das erste Paar. Das zweite Paar zündete erst nach 23 s (Pollux) bzw. 25 s (Castor). Beim Start von Little Joe 6, dem ersten Einsatz von vier Boostern, wurden die beiden anderen vorzeitig nach 9 bzw. 18 s entzündet. Dies erfolgte durch die Verbrennungsabgase der schon laufenden Booster. Das Problem wurde durch eine zusätzliche Isolation behoben.

Alle Flüge der Little Joe wurden von Wallops Island vor der Küste Virginias gestartet. Das lag näher beim Langley Forschungszentrum, wo das Mercuryprogramm betreut wurde, als Cape Canaveral. Bei den Tests war der Startort ohne Belang. Wallops Island wurde damit zu einem US-Weltraumbahnhof. Später fanden von Wallops Island aus die Starts der Scout statt. Heute starten die Minotaur 1 und Antares von Wallops Island aus.

Das Konzept preiswerte verfügbare Feststoffantriebe zu bündeln war erfolgreich. So entwickelte man für das Apolloprogramm die Little Joe II. Sie verwandte ebenfalls unterschiedliche Feststoffantriebe. Erneut die Recruit-Motoren als Hilfsantrieb, dazu als Hauptantrieb Algol 1D Stufen. Diese waren die Erststufe der Scout, die Castor wurde als zweite Stufe der Scout eingesetzt. Die Little Joe II war daher ungefähr dreimal schwerer als die Little Joe I, da auch die Apollokapsel erheblich schwerer als die Mercurykapsel war.

Bei Feststoffantrieben unterscheidet man zwischen der Brennzeit bei einem vorgelegten Schublevel (Web) und der Gesamtbrennzeit, bis er verlöscht. Die Webbrennzeit ist die, in der der Schub einen Vorgabewert überschreitet. Der Schub fällt nach Erreichen eines Maximums erst langsam, dann stark ab. Die Rakete verlöscht, wenn ein Mindestdruck in der Brennkammer unterschritten wird. Analog kann man den Webimpuls vom Gesamtimpuls unterscheiden. Webimpuls und Webbrennzeit sind immer kleiner als Gesamtimpuls und Gesamtbrennzeit.

 
Abbildung 50: Abmessungen der Litte Joe © NASA / Bernd Leitenberger

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 sowie die deutsche OTRAG), 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:

• Nationale Träger (Diamant, Black Arrow OTRAG)

• Europa-Rakete

• Ariane 1-4

• Vega (Neuauflage 2016 mit den schon erfolgten Flügen und den Plänen für Vega C und E), Das ist im obigen Gesamtband nicht enhalten.

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. Aber vielleicht erscheint ein eigener Band über die Ariane 6 wenn diese mal einsatzbereit ist und es mehr Informationen über sie gibt,

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: es ist das Buch "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. Etwa 70 TZrägerraketen die sich äußerlich voneinander unterscheiden werden in diesem Buch kurz vorgestellt - auf je einer Doppelseite.

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.

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