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Die Geschichte des Space Shuttle

Frühe Gedanken

Ende der sechziger Jahre hatten die USA das Wettrennen zum Mond gewonnen. Innerhalb von etwas mehr als einem Jahrzehnt wurde die Leistung der Raketen um das 10000 fache gesteigert - Von 10-20 kg bei der Jupiter-C zu 130 t bei der Saturn 5. Inzwischen hatten die USA auch zahlreiche Anwendungssatelliten wie Kommunikationssatelliten, Wettersatelliten und Erdbeobachtungssatelliten gestartet. Nun sollte die zweite Phase der Eroberung des Weltalls folgen: die kommerzielle Nutzung. Dazu mussten aber die Transportpreise für Nutzlasten in einen Orbit drastisch gesenkt werden. Um dies zu erreichen wurde ein wieder verwendbares Transportsystem geplant: der Space Shuttle.

Schon sehr früh begann man sich Gedanken zu machen ob man die Kosten der Raumfahrt nicht durch Wiederverwendung senken könnte. Eugen Sänger entwickelte schon im zweiten Weltkrieg das Konzept eines Antipodengleiters welcher von der Atmosphäre wie ein Stein vom Wasser abprallt und dabei interkontinentale Distanzen zurücklegt. In den sechziger Jahren entwarf er eine zweistufige Version, die auch einen Orbit erreicht hätte. In den USA propagierte Walter Dornberger seine Idee eines "Raketenflugzeuges".

Fagets EntwurfIm Jahre 1961 begann die US Air Force das Projekt Dyna Soar X-20, zuerst als Nachfolgeprojekt für die Versuche mit dem Hochgeschwindigkeitsflugzeug X-15. Geplant war zuerst eine Beschleunigung des deltaförmigen 4.5 t schweren Raumgleiters mit einer Titan 1 bis auf fast Orbitalgeschwindigkeit. Damit sollten Wiedereintrittsversuche und die Erprobung neuer Materialen wie Molybdän für nicht ablative Hitzeschutzschilde gemacht werden. Später sollte Dyna Soar Zubringer der militärischen Raumstation MOL werden. Trägerrakete sollte eine Titan 3C oder Saturn sein. Doch schon 1963 wurde das Projekt eingestellt, weil der Aufwand den Nutzen nicht rechtfertigte.

In den folgenden Jahren gab es sowohl in Europa wie auch in den USA verschiedene Vorschläge für einen Raumgleiter. Doch solange das Apollo Programm lief, gab es dafür keine Mittel. Dies änderte sich als ab 1966 der Finanzbedarf von Apollo wieder sank. Die ersten Studien der NASA für ein wieder verwendbares Raumfahrzeug begannen 1968 und sahen fünf verschiedene Konzepte vor. Alle größeren Raumfahrtfirmen der USA: Lockheed, Grumman, McDonnell-Douglas, North American Aviation und Rockwell legten Entwürfe vor.

3 Jahre der Planung

Space shuttle 1969 mit 12 t NutzlastAls die Entwürfe vorlagen veränderte sich die politische Landschaft. Nixon zog ins Amt ein. Er hatte anders als Johnson und Kennedy kein Faible für die Raumfahrt. Der Vietnamkrieg forderte Opfer - Menschen und Geld.

Es zeigte sich, dass bemannte Projekte mit ihren hohen Kosten über Jahre einen Fürsprecher im weißen Haus brauchten und der war Nixon nicht. Es dauerte über 3 Jahre bis die NASA die Gelder bekam eines der Konzepte umzusetzen.

In diesen 3 Jahren wandelte sich das Konzept laufend. Die ersten Auswirkungen gab es mit dem Haushaltsjahr 1971. Noch lief das Apollo Programm, doch musste man 3 Missionen streichen um Gelder einzusparen. Auch am Apollo Application Programm - Einem Programm bei dem man untersuchte wie man die Apollo Hardware die schon gekauft und bezahlt war nützlich einsetzen könnte wurde gespart. Verwirklicht werden konnte noch Skylab und Apollo-Sojus. Eine zweite Raumstation wurde gebaut, steht aber heute im Museum, genauso wie die Apollo Raumschiffe und Saturn Raketen.

Die USA hatten 21.3 Mrd. Dollar bis zur ersten Mondlandung ausgegeben und sparten nun: Der Spareffekt war gering, denn die Hardware war ja schon bezahlt. Um 4.5 % der Kosten für das Mondprojekt einzusparen strich man ein Drittel der Landungen. Das gleiche galt für Skylab.

Dies war keine gute Zeit um neue Pläne zu machen. Doch dies tat man. Die Marslandung war schon gestorben, doch nun träumte man von einer großen bemannten Raumstation. 12 Astronauten sollten sich in ihr aufhalten und gebaut sollte sie mit dem Space Shuttle werden. Dafür wurde das System ursprünglich geplant.

Im Januar 1969 gab es nach einigen Designstudien im Vorfeld die erste konkrete Ausschreibung die folgende Rahmenbedingungen vorgab:

Shuttle entwürfe 1969

Das Bild eines der Entwürfe damals ist oben wiedergegeben. Die Grundstufe hat die Größe einer Boeing 747. Die Menschen unterhalb des Shuttle zeigen in etwa seine Größe. Trotzdem hätte dieses Gefährt maximal 12 t Nutzlast befördert. Die riesige Größe ist diktiert durch den Wasserstoff als Treibstoff, der viel voluminöser als der feste Treibstoff des heutigen Space Shuttles ist.

North American Rockwell untersuchte herkömmliche Raketenstufen als erste Stufen und wieder verwendbare Oberstufen für das Gefährt.

Lockheed entwickelte eine Eineinhalbstufige Lösung, die schon dem zukünftigen Space Shuttle ähnelte. Feststoffbooster sollten zur Startunterstützung dienen und eine geflügelte Stufe sollte den Orbit erreichen. Weiterhin gab es eine Lösung die man "Triamese" taufte: 3 Stufen nebeneinander sollten das Gefährt bilden. Zwei starten zuerst, eine später.

Diese Lösung wurde auch von General Dynamics favorisiert. Daneben untersuchte man eine vollständig wieder verwendbare geflügelte Stufe die zum Startplatz zurückkehren konnte.

McDonnell Douglas untersuchte sowohl eineinhalbstufige Lösungen, schwenkte aber Mitte 1969 auf vollständig wieder verwendbare Gefährte um.

Auch die NASA untersuchte die Möglichkeiten. Maxine Faget, von dem die Entwürfe aller bisherigen bemannten Raumfahrzeuge stammten neigte ebenfalls zu einem vollständig wieder verwendbaren Gefährt mit geflügelten Stufen in beiden Stufen. Die Konzepte sind hier vergleichend abgebildet.

Die schwierige Geburt des Shuttles

Rockwell EntwurfDie nächsten 2 Jahre blieb es bei Studien, die fortgeführt und verfeinert wurden. Alle Mittel welche die NASA beantragte um mit der Entwicklung zu beginnen wurden gestrichen. Bewegung kam erst im Jahre 1971 in das Projekt. Nun interessierte sich auch die Air Force für das Projekt. Doch damit mussten alle Entwürfe geändert werden.

Schon bei der Konzeption prallten Gegensätze aufeinander. Wie große und wie leistungsfähig sollte das Space Shuttle sein ? Die NASA wollte ein Gefährt das 25000 Pfund in einem 45 Fuß langen und 14 Fuß breiten Nutzlastraum transportieren konnte. (11340 kg in einem 4.26 x 13.76 m großen Nutzlastraum). Die NASA nutzte als leistungsfähigste Trägerrakete die Atlas-Centaur und die größten geplanten Satelliten waren etwa 3000 kg schwer. Die Anforderungen waren also mehr als ausreichend. Obwohl dieses Space Shuttle erheblich weniger Nutzlast als ein heutiger Space Shuttle transportiert war es viel größer als ein heutiges Space Shuttle, da die Oberstufe noch voluminöse Wasserstofftanks hatte. Die Grundstufe hatte sogar die Größe einer Boeing 747. (Wer einmal ein Shuttle bei der Überführung huckepack auf einer 747 gesehen kann sich vorstellen, was für ein Monstrum dies gewesen wäre).

Die Air Force wollte ein viel leistungsfähigeres Gefährt. Dieses sollte 65000 Pfund transportieren und einen Nutzlastraum von 15 x 60 Fuß Größe besitzen (29484 kg, 4.57 x 18.28 m). Zudem stellte die Air Force im April 1971 die Forderung, das System sollte eine Querreichweite von 3000 km besitzen. (Anders ausgedrückt, bei der Landung sollte es Flughäfen erreichen können die 1500 km links oder rechts des Flugpfades liegen, was praktisch bedeutet, dass man innerhalb von 12 Stunden auf jedem Punkt der Erde landen kann). Dies ließ sich nur mit einem angetriebenen Flug in der Atmosphäre verwirklichen, also einem Düsenantrieb im Orbiter.

Grumman EntwurfDie NASA ging auf die Nutzlastforderungen der Air Force ein, die Querreichweite dagegen erwies sich als problematisch. Inzwischen waren die Entwürfe der beteiligten Firmen ähnlicher geworden. Alle verwandten nun eine geflügelte Unterstufe und eine geflügelte Oberstufe.

Der Rockwell Entwurf sah eine bemannte Unterstufe vor. Dies war auch Merkmal des Grumman Entwurfs. Jedoch setzte dieser für den Orbiter abwerfbare Tanks ein. Dies machte die Entwicklung deutlich preiswerter als bei den Konkurrenzentwürfen.

Der Entwurf von McDonnell-Douglas genügte den Air Force Anforderungen an die hohe Querreichweite. Es wurde jedoch eine unbemannte erste Stufe eingesetzt.

Die NASA selbst hatte eine Lösung ausgearbeitet die sich dem späteren Space Shuttle näherte. Auf einem großen Feststoffbooster sollte ein Tank für die Oberstufe sitzen. Dieser wiederum - wesentlich kleiner als bei den Industrieentwürfen, da er keinen Treibstoff transportieren musste war huckepack auf dem Tank untergebracht.

Die Daten einer von zwei vollständig wieder verwendbaren Stufen waren beeindruckend: Ein Entwurf sah eine geflügelte Unterstufe von 76.2 m Länge vor - etwas größer als ein Jumbo Jet. Sie sollte Huckepack eine kleinere Stufe tragen und diese bei einer Geschwindigkeit von 3300 m/s abtrennen und dann zum Startplatz zurückkehren. Der obere Orbiter hätte dann einen Orbit erreicht. Beide Stufen waren vollständig wieder verwendbar und hatten ihre Treibstoffe in internen Tanks.

Die Entwicklungskosten wurden mit 9.92 Milliarden USD angegeben. Die Startkosten mit 4.6 Millionen USD. Das ganze Gefährt sollte 2500 t wiegen, fast soviel wie eine Saturn V.

Doch das Budget für 1972 war 3.3 Milliarden USD und es gab keine Hoffnung, dass es in Zukunft ansteigen würde. Dieser Vorschlag hatte keinen Chance, denn er würde über mindestens 5 Jahre etwa 2/3 des gesamten NASA Budgets ausmachen. Man suchte nach einer Lösung die pro Jahr nicht mehr als 1 Milliarde USD kosten würden, was auf Gesamtkosten von maximal 5 Milliarden, besser 3-4 herauslaufen würde. Im März wurde James Fletcher Chef der NASA und er setzte sich zum Ziel das Space Shuttle umzusetzen - und zwar unter den Randbedingungen die nun mal herrschten. Fletcher war jedoch unerfahren im Umgang mit den Politikern. Während Paine darum kämpfte, dass Programme ihre Geld erhielten und erst kürzte wenn es nicht anders ging war Fletcher bereit Forderungen der Politiker nachzugeben und das Programm billiger zu machen.

Entwurf für den Space Shuttle 1969Die Unterstufe schien der Ansatzpunkt zu sein. Sie war viel größer und damit teurer als die obere Stufe. Wenn man von einer geflügelten Stufe hin zu einer wieder verwendbaren Rakete käme, so könnte man viel Geld einsparen.

Boeing unterbreitete einen Vorschlag auf Basis der Saturn S-IC Stufe eine Stufe zu bauen. Sie sollte Flügel, ein Fahrgestell und eine Pilotenkabine bekommen. Doch man war bei der NASA von dieser Möglichkeit nicht überzeugt. Man griff auf die interne Studie zurück, bei der man als erste Stufe einen riesigen Feststoffbooster vorgeschlagen hatte.

So man die geflügelte Unterstufe durch 2 Feststoffbooster. Doch diese waren zu schwach um die obere Stufe auf die Abtrenngeschwindigkeit zu bringen. Also musste diese kleiner werden. Fletcher wies an die Oberstufe für kleinere Nutzlasten auszulegen. Größe der Nutzlastbucht: 14 x 45 Fuß, maximale Nutzlast 45000 Pfund (20410 kg in einem 4.26 x 13.76 m großen Nutzlastraum). Das wäre noch ausreichend für den Bau einer Raumstation, aber nicht mehr für die Air Force. Doch Nixon hatte im Januar schon der Air Force zugesagt, dass der Space Shuttle 29.5 t transportieren würde. Also musste man nochmals die Konzeption ändern. Anstatt einer großen Oberstufe mit integrierten Tanks baute man einen kleinen Orbiter mit einem externen Tank. Dieses Konzept sollte nun nur noch 5.15 Milliarden USD kosten bei Flugkosten von 10.4 Millionen USD. Anders als alle vorhergehenden Vorstöße bekam es im Kongress breite Zustimmung. Nach diesen Planungen sollten zwei Entwicklungseinheiten (die nicht flugfähig sein würden) gebaut werden. Die Fertigung von 5 Flugeinheiten war darin nicht enthalten. Diese sollten jeweils 250 Millionen USD kosten. Anders ausgedrückt: Obwohl technisch erheblich komplexer als eine Saturn V sollte ein Orbiter (in inflationsbereinigten Dollar) weniger kosten.

Das Projekt startete am 15.3.1972. Die Aufträge gingen anders als früher an die Firmen, welche die günstigsten Angebote abgaben, nicht an die Firmen mit der größten Erfahrung in diesem Gebiet. So baute Rockwell den Orbiter. Die Firma hatte zwar Erfahrung mit Triebwerken, aber noch kein bemanntes Raumfahrzeug gebaut. Rockwells Auftrag alleine war mit 2.6 Milliarden USD beziffert, mehr als die Hälfte der Gesamtkosten. Die Feststoffbooster baute Thiokol. Hersteller der kleinen Castor II Booster. Die großen Titan 3 Booster, 100 mal schwerer und annähernd so groß, wie die Shuttle Booster, baute aber United Technologies. Dieses Unternehmen ging bei der Vergabe des Auftrages leer aus. Obgleich die kleinste Lösung, ist der Space Shuttle die komplexeste Maschine welche jemals in den Weltraum flog. Das ganze System wiegt beim Start mit über 2000 t fast genauso viel wie eine Saturn V Trägerrakete. Der Orbiter alleine beinhaltet 1440 integrierte Schaltkreise, 370 km Draht, 1060 Dichtungen und Schweißnähte und besteht aus 3.5 Millionen Einzelteilen.

Der Shuttle macht sich selbst bezahlt

Obgleich zu dem Zeitpunkt, als der Space Shuttle am 15.3.1972 genehmigt war, schon das Apollo Programm auslief und der Shuttle somit das einzige bemannte Programm der USA sein würde, kam von Anfang an Kritik an dem Programm. Man hielt es schlichtweg für überflüssig. Die Raumstation die der Space Shuttle einmal versorgen sollte würde nicht gebaut werden. Damit war eigentlich der Grund warum man den Space Shuttle entwickeln wollte weggefallen.

Die NASA begegnete dem durch Flugpläne: Je mehr der Shuttle in die Kritik geriet desto utopischer wurden Sie, und je mehr konnte man angeblich durch die Einführung der Shuttles sparen. Heute fragt man sich warum die NASA Flugpläne mit so vielen Starts machte. Selbst wenn man sie aus der Sicht von 1972 sah war die Gesamtmasse die  mit 50 oder 60 Flügen transportiert werden würde enorm. Jeder Shuttle hatte die fünffache Nutzlast der NASA Rakete Atlas-Centaur und die 12 fache Nutzlast einer Delta. Der Grund war eine Rentabilitätsstudie die gefordert wurde. Diese kam zu dem Schluss, das System eine Rendite von 10 % erst bei mindestens 55 Flügen pro Jahr erzielt. Also wurden Flugpläne erstellt die so viele Starts auswiesen.

Im Herbst 1972 lag eine erste Shuttle Planung vor, die 581 Flüge zwischen 1978 und 1990 vorsah mit Einsparungen von 5 Milliarden. USD - Der Shuttle sollte sich also praktisch von selbst finanzieren und 48 mal pro Jahr fliegen. Im Jahre zuvor starteten die USA insgesamt 29 mal mit einer Gesamtnutzlast von etwa 143 t, also dem was 5 Shuttle Flüge transportieren könnten. Als der Kongress angesichts dessen dies für sehr optimistisch hielt, und eine Untersuchungskommission einsetzte, welche die Zahlen überprüfen sollte, gab es schon die nächste Planung. Nun wurden noch die Flüge von dem Weltraumlabor Spacelab mit berücksichtigt und man kam zu 779 Flügen mit Einsparungen von 16 Milliarden. USD! Gleichzeitig musste man schon Mitte 1973 wegen fehlender Mittel den Erstflug um 9 Monate verschieben. Einerseits hatte man also nicht mal die Mittel die Entwicklung zu finanzieren, andererseits sollte man dann viel Geld mit dem Shuttle verdienen. Wer sollte all die Flüge buchen ?

Im März 1973 gab die NASA an, dass der Shuttle zwischen 1980 und 1990 in 720 Flügen 986 Nutzlasten transportieren sollte, davon seien 69 Prozent ziviler und 31 Prozent militärischer Natur. 29 Prozent der Flüge sollten vom militärischen Luftwaffenstützpunkt Vandenberg aus gestartet werden. Die Air Force, die sich zwar nicht an dem Space Shuttle Programm finanziell beteiligte, aber wichtig war, damit das Projekt nicht gestrichen wurde, wollte zwei der fünf zu bauenden Shuttles selbst exklusiv nutzen und nur von Vandenberg aus starten. (Blue Shuttles)

Im April 1977 schöpfte der US Kongress doch Verdacht, als er die (nun auf 560 Flüge zwischen 1980 und 1990 reduzierten) Starts genauer unter die Lupe nahm. Da sollten Flüge eine Raumstation aufbauen - nur gab es dafür weder ein Programm noch die Mittel. Gleichzeitig sollten aber 43 Prozent der Flüge mit dem Spacelab erfolgen - das wäre wiederum überflüssig, wenn es eine Raumstation gäbe. Es gab Flüge für Weltraumkraftwerke, zur Atommüllentsorgung im Weltall und mit einem Raumschlepper zum Transport von Satelliten in andere Umlaufbahnen und wieder zurück - Kein einziges dieser Programme befand sich aber auch nur im Planungsstadium. Der Kongress kürzte die Mittel und ermöglichte nur den Bau von 3 anstatt 5 Orbitern. Der Zeitplan musste wiederum gestreckt werden.

Liest man Literatur aus dieser Zeit, wie das Buch "Der erste Tag der neuen Welt" von Jesco von Puttkamer so wird dieser NASA Optimismus deutlich. Da findet man Ideen wie Weltraumkraftwerke, Satelliten mit 65 m großen Parabolantennen, Atommüllentsorgung zur Venus und vieles anderes mehr. Alles basierend auf einer Finanzplanung nach der der Transport eines Kilogramms in den Weltraum noch 500 USD kosten sollte. Die NASA verkaufte Mitfahrgelegenheiten für Experimente (so genannte Get-Away Specials, GAS) für maximal 91 kg Gewicht für 20.000 USD. Auch in Europa gab es damals Stimmen, welche die Einstellung der Entwicklung der Ariane forderten - wozu denn eine Trägerrakete bauen, wenn doch die Space Shuttles die Nutzlasten für einen Bruchteil der Kosten transportieren würden ?

Schon vor dem ersten Start war abzusehen, dass der ursprüngliche Flugplan, von bis zu 60 Flügen pro Jahr, nicht zu halten war. 1977 wurden schon Startkosten von 24 Millionen Dollar pro Flug angegeben, also mehr als das Doppelte der geplanten Kosten von 1972 die von 10.5 Millionen USD ausgingen. Auch die Entwicklungskosten stiegen langsam, aber stetig bis auf 12 Milliarden Dollar an. Der Erststart rutschte vom März 1978 immer weiter nach hinten. Ende der siebziger Jahre startete die NASA kaum noch Satelliten: Der Space Shuttle verbrauchte zwei Drittel des NASA Budgets, das im Gegensatz zu den Kosten des Shuttles inflationsbereinigt immer weiter sank

Knapp kalkuliert, schien das Shuttle Projekt vor dem Aus. Doch es gab neben der NASA noch einen zweiten Interessenten am Shuttle: Das Verteidigungsministerium DoD. Während des Baus des Shuttles startete das Militär nicht nur wesentlich mehr Satelliten als die NASA, sondern brauchte auch die größeren Trägerraketen. Die schweren Kommunikationssatelliten und Fotoaufklärungssatelliten des Hexagon Systems erforderten schon die Titan Rakete mit 12 t Nutzlast und noch schwerere Nutzlasten für den Shuttle waren schon geplant. Mehr noch: Der Space Shuttle ermöglichte es die teuren Spionagesatelliten nachdem sie ihren Film verbraucht hatten zu bergen und dann erneut zu starten. Das versprach eine enorme Kostensenkung. Für die Air Force war der Shuttle fest eingeplant und so gab es von dieser Seite Druck auf den Kongress, weitere Gelder zu bewilligen. Während unter Jimmy Carter alle anderen Budgets der NASA Einbußen hinnehmen mussten, gab es mehr Geld für den Space Shuttle, denn er sollte die neuen Aufklärungssatelliten transportieren die man brauchte um das SALT-II Abkommen zu überwachen.

Kompetenzen

Einen Bruch gab es auch der Konzeption des Space Shuttles. Wernher von Braun entwickelte die Saturn Trägerraketen im Huntsville Raumfahrtzentrum und gab nach erfolgreicher Entwicklung und Bau von Testexemplaren den Bau an die Industrie ab. Damit erarbeitete sich die NASA internes Know-How und die Industrie erwarb sich dieses. Wernher von Braun war schon diese Konzeption zuwider. Weil es im Senat und Kongress Abgeordnete gab deren Staaten von Firmen die Staatsaufträgen bekamen profitierten musste man die Produktion nach außen geben, während Wernher von Braun sie selbst durchführen wollte um internes Know How zu halten. Bei dem Space Shuttle verfuhr man wie bei Satelliten und Rüstungsaufträgen : Der Auftrag wurde ausgeschrieben und die NASA wählte dann einen Hauptkontraktor aus. Die NASA verlor damit aber auch die Kontrolle über das Projekt. Sie hatte selbst nicht mehr die Mitarbeiter die Industrie zu überwachen. Mehr noch: Nach dem Auslaufen des Apollo Programms gab es in der NASA eine gewaltige Entlassungswelle, bei der nach der damaligen Vorgehensweise zuerst die ältesten - und damit erfahrensten - Mitarbeiter gehen mussten. Man betrat also technisches Neuland mit einem Mitarbeiterstamm bei dem man vorher alle erfahrenen Experten entlassen hatte.

Das hatte Folgen. Zum einen zeigte sich schon bei der Entwicklung, dass diese dadurch länger dauerte als nötig. Die erste Charge von Kacheln war unbrauchbar. Sie wurden vom Hersteller an das KSC geschickt und von dort an North American Aviation, den Hersteller des Orbiters. Dort bemerkte man den Defekt und schickte die Kacheln ans KSC zurück, dass dann sich wieder an den Hersteller wenden musste. Später stellte man fest, das Firmen jahrelang überhöhte Beträge für gelieferte Teile verlangt hatten und niemand dies aufgefallen war.

Im Jahre 1977 beklagte der NASA Chef James T. Fletcher, dass die NASA sich zum einen um die Sicherheit des Space Shuttles zu wenig Gedanken machte und zum anderen es ihr inzwischen auch an ausgewiesenen Raketenspezialisten als Folge der Entlassungswelle nach Apollo mangelte. "Personal Concern about the Launch Phase of Space Shuttle" 7.7.1977. Die Folgen waren klar : Der Shuttle wurde am Cape von Technikern der Herstellerfirmen bereit gemacht die nur zu leicht von ihren Chefs unter Druck gesetzt werden konnten. Dies führte auch zur Katastrophe der Challenger, als Techniker die sich gegen den Start aussprachen nach einem Telefonanruf ihres Vorgesetzten ihre Meinung änderten. Schon 1982 hatte die NASA Rockwell beauftragt die Wartung des Space Shuttle Orbiters zu übernehmen. Später (in den frühen neunziger Jahren) vergab die NASA auch die gesamte Weiterentwicklung des Shuttles an Privatfirmen.

Bemannt oder Unbemannt ?

Eine zweite Diskussion war rasch verebbt, obwohl sie viel wichtiger für die Konzeption des Space Shuttle war. Der Shuttle sollte bemannt sein, weil er eine Raumstation aufbauen und versorgen sollte. Die anderen Möglichkeiten zur Nutzung und die Möglichkeit die Startkosten zu senken waren eigentlich mehr ein "Goodie". Doch die NASA stellte rasch fest, dass beide Programme nicht durch den Kongress zu bringen waren.

Man löste sich also von dem Raumlabor und übrig blieb der Space Shuttle. Eigentlich hätte man für den Zweck den er nun durchzuführen hatte, nämlich Satelliten zu transportieren kein bemanntes System gebraucht. Ohne Menschen wird nicht nur die Hardware billiger, sondern es steigt auch die Nutzlast oder wenn die Nutzlast gleich groß sein sollte hätte man ein kleineres System entwickeln können. Auch heute fliegt der Space Shuttle computergesteuert und die Piloten dürfen nur etwas in der letzten Landeminute tun (müssen es aber nicht die Russen landeten Buran völlig ohne Menschen an Bord).

Doch bei der NASA gab es einen Slogan der nur zu treffend ist "No Bucks without Buck Rogers". Das bemannte Raumfahrtprogramm war ein Prestigeprojekt mit dem man punkten konnte wenn es um Gelder ging. Wäre der Space Shuttle unbemannt gewesen, auch für ihn hätte es keine Mittel gegeben.

Das Management

Das Problem beim Shuttle war der Managementansatz. Als Wernher von Braun die Saturn konstruierte baute er überall Reserven ein: Technisch, organisatorisch und finanziell. Die Saturn V verwendete nicht überall die neueste Technik, sondern nur dort wo es nötig war. Organisatorisch wurde das Unternehmen mit Reserven ausgestattet und jedes Teil intensiv getestet. Die Saturn V flog zweimal unbemannt, die dritte Stufe und die Triebwerke der zweiten Stufe vorher in der Saturn 1B. Der Zeitplan war so angelegt, dass man die (natürlich) auftretenden Probleme bei einer Neuentwicklung dieser Größenordnung auffangen konnte. In der Folge fand die Apollo 11 Landung 17 Monate vor dem gesetzten Termin statt und Apollo kostete 24 Milliarden. USD, geplant waren 25 Milliarden. USD.

Beim Shuttle war diese Planung nur eingeschränkt möglich. Es gab mit einem Budget von 5.6 Milliarden Dollar nur etwa die Hälfte der Mittel für die Saturn Trägerentwicklung und dies obgleich ein Dollar von 1962 um einiges mehr wert war als ein Dollar von 1972. Technisch musste man viel mehr neue Technologien einsetzen, sonst würde der Shuttle nicht mal leer abheben können. Ein Erhöhen des Schubs der Haupttriebwerke um 9 % erhöht z.B. die Nutzlast um 5 t. Woran man aber sparte war an organisatorischen und zeitlichen Reserven sprich Mitteln, um bei Problemen Neudesigns zu ermöglichen und dies bei einem Zeitplan der nur einzuhalten war, wenn alles nach Plan lief.

Diese Managementmethode "Management B1 Success" sollte durch gutes Management Probleme gar nicht erst entstehen lassen und bei Problemen einfach das Projekt streichen, beschrieb ein Ingenieur als "Planen und Entwerfe, so gut Du es kannst, und dann fange an zu beten".

Die Diskussion über die Sicherheit

Das Projekt durchlief vor allem am anfangs große Änderungen. Schlugen Wernher von Braun (von dem die Bezeichnung Shuttle stammt) Booster mit flüssigen Treibstoffen vor, so bevorzugte die NASA Feststoffbooster. In der Diskussion konnten beide Seiten stichhaltige Argumente vorbringen:

Wernher von Braun und andere Raketenspezialisten argumentierten, dass:

Die Feststoffbooster des Shuttles mehr als doppelt so groß sein würden wie die größten bislang gebauten.

Die Befürworter von Feststoffbooster argumentierten:

Die letzten Argumente waren schließlich die Ausschlag gebenden. Leider entfielen auch andere Sicherheitsvorrichtungen für die Besatzung. Im November 1972 wurde angekündigt, dass der Orbiter kein Düsentriebwerk und keine Feststoffrettungsraketen beinhalten würde. Beides war ursprünglich vorgesehen um den Orbiter bei einem Versagen der Feststoffraketen von diesen abzusprengen und wie ein Düsenflugzeug landen zu lassen. Die Abort Solid Rocket Motors (ASRMs) waren am Heck des Shuttles befestigt. Neben ihrer Funktion als Notfallsystem verschafften sie auch einen Schub wenn sie nach Abtrennung der SRB gezündet wurden. Grund für das Streichen beider Systeme war, dass der Shuttle Übergewicht wog. Ein Shuttle wog nach den Planungen 124.8 anstatt 113.85 t und das Gesamtsystem 2434 anstatt 2113 t. Elimination der ASRM sparte 3 t für den Orbiter und 44.5 t für das Gesamtsystem ein.

Der Einbau von Schleudersitzen, die bis zu 12 km Höhe die Besatzung retten konnten, sowie eine abtrennbare Kabine, die bis zu 30 km Höhe die Besatzung schützt, wurde von der NASA abgelehnt. Die Kosten von 10 Millionen USD pro Sitz bzw. 292 Millionen USD für die Kabine sowie die Erniedrigung der Nutzlast um 800 kg pro Sitz und 7710 kg für die Kabine, waren die Begründung dafür. Die Abbildung links zeigt die Risikoabschätzung die man für den Space Shuttle machte.

So wurde der Space Shuttle das erste bemannte US Raumfahrzeug das ohne jede Sicherheitseinrichtung für die Besatzung startete. Erst wenn der Shuttle die beiden Feststoffraketen abgeworfen hatte, war an eine Notlandung zu denken. Für viele, die mit Apollo Menschen zum Mond geschickt hatten, war diese Vorgehensweise undenkbar. Das Problem war weniger die Zuverlässigkeit als die Unberechenbarkeit. Gibt es Probleme in einer flüssigen Raketenstufe, so baut sich dies langsam auf. Es gibt unzählige Messfühler die Unregelmäßigkeiten melden und eine Besatzung hat genügend Zeit sich bei einer Kapsel mit einem Fluchtturm in Sicherheit zu bringen. Man kann zumindest die Raketentriebwerke abschalten und danach die Besatzung retten. Bei Feststofftriebwerken gibt es wenige Messfühler im Inneren, man kann nur grobe Parameter wie Schub und Druck bestimmen. Man kann sie weder abschalten, noch wegen ihres großen Schubs während des Flugs den Orbiter absprengen.

Die Orbiter und ihre Namen

Erprobung space ShuttleDie Zahl der Orbiter variierte im Laufe der Entwicklung. Die Entwicklungskosten schlossen die flugfähigen Orbiter noch nicht ein sondern nur zwei Entwicklungsexemplare: "Pathfinder, OV-098" für Bodentests von Struktur, Windkanaltests und das Training der Bodenmannschaften und "Enterprise, OV-101" für Flugtests.

Weitere Orbiter musste die NASA dann zusätzlich bezahlen. Ursprünglich waren 5 geplant. Diese Zahl wurde auf 3 im Jahre 1979 reduziert und später wieder auf 4 erhöht.

Die Erprobungen der Gleitfluge des ersten Orbiters, der jedoch kein Flugexemplar war, fanden 1977 statt. Der erste Orbiter mit der Seriennummer OV-101 sollte zuerst zum Anlass des Jubiläums der Unabhängigkeitserklärung 1976 den Namen "Constitution" bekommen. Doch tausende von Science Fiction Fans bewogen die NASA dem ersten Orbiter den Namen "Enterprise" zu geben. Die Enterprise war ein 75 t schweres Ingenieursmodell, noch ohne Triebwerke und Hitzschutzschilde und diente zur Erprobung der Flugeigenschaften.

Die NASA hatte im Vorfeld beschlossen, da es sich anders als die bisherigen Kapseln um echte Raumschiffe handelte allen Orbitern Schiffsnamen mit historischer Bedeutung zu geben. Die Columbia ist nach einer Schaluppe benannt. Diese führte ab dem Jahre 1792 Entdeckungen an der Grenze zu Kanada durch (das neu entdeckte Gebiet wurde später nach ihr "Columbia" benannt) und umrundete als erste amerikanisches Schiff die Erde. Die Challenger ist nach einem 1870 gebauten Forschungsschiff benannt welches den atlantischen und pazifischen Ozean erforschte. Die Discovery ist eines der beiden Schiffe von James Cook, mit denen er ab 1770 seine Entdeckungsreisen durchführte. Die Endeavor (Orbiter Nummer 5) ist nach dem zweiten Schiff von Cook benannt. Zuletzt gibt es noch die Atlantis, nach der Orbiter Nummer 4 benannt ist. Sie wurde nach einem Segelschiff benannt welches von 1930 bis 1966 ozeanografische Bestimmungen der Küsten durchführte. Auch die Enterprise verwendet einen Schiffsnamen, allerdings nicht den eines Forschungsschiffes. Viele US Kriegsschiffe hießen so. Das letzte und bekannteste ist der 1960 in Dienst gestellte Flugzeugträger USD Enterprise. Jesco von Puttkammer, der Gene Roddenberry persönlich kannte riet im den Namen für den zweiten Orbiter aufzusparen, da der erste nie ins All fliegen würde. Dies ging jedoch in der Unterschriftenaktion bei der 10-12000 Unterschriften gesammelt wurden unter. So wurde am 17.9.1976 unter Beteiligung der gesamten Crew von Star Trek die IOV-101 "Enterprise" aus dem Hangar gezogen. Die Air Force Kapelle stimmte sogar die Titelmelodie der Fernsehserie an. Zweitausend Zuschauer waren anwesend. Später überwog dann bei den "Trekkies" die Enttäuschung, dass die Enterprise nie ins All abhob. (Rückblickend sind sie wahrscheinlich froh, denn die Columbia verglühte im Jahre 2003 beim Wiedereintritt).

Für die Flugtests wurde die Enterprise von einer Boeing 747 SCA in 4400-7500 m Höhe befördert und dann ausgeklinkt. 5 Flüge vom 18.2.1977 - 2.3.1977 fanden ohne Ausklinken statt um die Aerodynamik der Fähre im Flug zu testen. Vom 18.6.1977 bis 26.7.1977 gab es drei bemannte Flüge, bei denen die Enterprise ausgeklinkt wurde und von den Piloten gelandet wurde. Zuletzt fanden vom 9.8.1977 bis 26.10.1977 weitere 5 Landungen statt, bei denen der Computer die Fähre autonom landete. Dies war ein kritischer Punkt, denn der Computer steuert die gesamte Fähre bis die Besatzung in einigen Kilometern Höhe das Steuer übernimmt. Damit konnte das Flugerprobungsprogramm 3 Monate früher als geplant abgeschlossen werden. Die Enterprise wanderte danach als Exponat ins National Air and Space Museum in Washington.

Der Orbiter (Nur die Zelle, ohne Kacheln und Triebwerke), Booster und Tank machten bei der Entwicklung keine Probleme und waren voll im Zeitplan: Am 4.6.1974 begann der Zusammenbau des ersten Orbiters OV 101 (Sie spätere Enterprise). Diese war am 12.3.1976 beendet. Der erste Orbiter für den Weltraumeinsatz OV-102 wurde ab dem 17.11.195 integriert, der erste Wasserstofftank wurde am 9.9.1977 ausgeliefert. OV 102 wurde im November 1977 fertig gestellt und am 25.1.1979 "Columbia" getauft. Am 13.2.1980 wird der letzte von 7 Testzündungen der Feststoffbooster abgeschlossen.

Die Entwicklung des Tanks und der Feststoffbooster verlief ohne Probleme. Auch die Flugtests der Enterprise zeigten, das das aerodynamische Verhalten genau den Vorgaben entsprach. Die meisten Systeme des Orbiters waren im Zeitplan, auch wenn es teilweise (zum Beispiel bei der Softwareentwicklung) massive Überschreitungen im Budget gab. Doch zwei neuralgische Systeme hielten die Enzwicklung um Jahre auf:

Problem Haupttriebwerke

SSMEVon Anfang an gab es aber auch Probleme im Space Shuttle Programm. Zuerst bereitete die Entwicklung des Haupttriebwerkes des Orbiter Probleme. Da die Feststofftriebwerke eine eher bescheidene Leistung haben. Die Haupttriebwerke SSME (Space Shuttle Main Engines) waren eine große technische Herausforderung. Um eine maximale Leistung zu erreichen, hat man die Reserven beschränkt und betreibt die Triebwerke nahe der Zerstörungsgrenze. Möglich wird dies durch eigene Rechner an den Triebwerken, welche diese laufend überwachen und bei Anzeichen eines Problems automatisch abschalten.

Deutlich wird der Entwicklungssprung an den Parametern des Triebwerks. Die Triebwerke arbeiten mit 220 Bar Druck 3-4 mal mehr, als bisher üblich. Sie sind zudem die ersten Triebwerke in den USA, welche nach dem Hauptstromprinzip arbeiten, das Messerschmidt-Bölkow-Blohm in den sechziger Jahren entwickelt hat. Für die Nutzung dieser Technologie zahlte die NASA Lizenzgebühren an MBB. Man vergeudet bei diesem Verfahren keinen Treibstoff um das Gas zu erzeugen welches die Turbinen antreibt, die man braucht um die Treibstoffpumpen anzutreiben. Dadurch steigt aber auch der Brennkammerdruck an. Die Ausströmgeschwindigkeit der Gase liegt mit 4462 m/s um rund 300 m/s höher als beim J-2 Triebwerk, welches man in der Saturn V einsetzte. Das erscheint wenig. Doch einer Erhöhung um 1 m/s erhöht die Nutzlast um 27 kg. 300 m/s mehr sind verantwortlich für 9 t Nutzlast.

Die Wasserstoffpumpe hat eine Leistung von 76000 PS bei einer Größe von 1.20 Länge und 45 cm Durchmesser. Sie erreicht bis zu 37000 Umdrehungen pro Minute und einen Förderdruck von 506 Bar. Diese Pumpe von der Größe eines Außenbordmotors hat also in etwa die Leistung eines Antriebs der ausreichend ist ein Kreuzfahrtschiff anzutreiben.

Bei diesen hohen Geschwindigkeiten fing die Pumpe an zu schwingen. Es dauerte 8 Monate bis man diese Schwingungen eliminiert hatte. Das nächste war das Problem der Kühlung. Dies geschah mit flüssigem Wasserstoff. Trotzdem überhitzen sich die Pumpen. Weitere 6 Monate vergingen bis man diesen Problem gelöst hatte. Weitere 6 Monate dauerte es bis man verhindert hatte dass sich die Turbinenblätter (Jedes hatte nur die Größe eine Briefmarke und musste eine Kraft von 600 Pferdestärken aushalten) nicht in ihre Einzelteile zerlegten.

Auch bei der Sauerstoffpumpe gab es Probleme. Eine Dichtung, welche die Abgase vom Sauerstoffstrom trennen sollte fing an sich am Triebwerk zu reiben bis sich das Metall entzündete, welches mit reinem Sauerstoff natürlich besonders gut brannte. Es dauerte 8 Monate bis man ein anderes Material fand, welches sich nicht entzündete. Das zweite war die Balance des rotierenden Schafts. Schon kleine Unwuchten konnten zur Zerstörung der Turbine bei 31000 Umdrehungen führen. Mehrfach fingen die Turbinen bei Tests Feuer bis man die richtige Balance gefunden hatte. Nach eineinhalb Jahren war auch dieses Problem gelöst. Allerdings zerlegte die letzte Turbinenexplosion den Teststand.

Im Januar 1979 musste der Erstflug vom September 1979 auf November 1979 verschoben werden, weil 300 Millionen USD im Programm fehlten um den Teststand neu aufzubauen und das Programm weit hinter dem Zeitplan war. Der Starttermin wanderte durch weitere Verzögerungen über November 1979 auf März 1980.

Nun gingen die Probleme mit den kompletten Triebwerken weiter. Ende 1978 explodierte eine Zuleitung und zerstörte dabei eines der Triebwerke bei einem Test. Weitere Probleme gab es bei Tests im Mai und Juli 1979. Die NASA forderte nun 222 Millionen USD vom Kongress um die Entwicklung weiterzuführen. Am 3.11.1981 war ein Test für die volle Brenndauer von 510 Sekunden angesetzt, doch auch diesmal schalteten sich die Triebwerke nach 22 Sekunden wegen Überhitzung ab. Mindestens 6 Feuer gab es bei Tests. Geplant war, dass man vor dem Erstflug 65000 Sekunden Brennzeit akkumuliert hatte. Das entsprach in etwa der Gesamtlebensdauer von 3 Triebwerken. Doch aufgrund der Schwierigkeiten musste man viel mehr testen.

Obgleich die Entwicklung der Triebwerke erheblich länger dauerte als vorgesehen wurden doch weniger Tests gesamt als beim F-1 Triebwerk der Saturn 5. Die links abgebildete Grafik zeigt dies. Sie informiert über die Ergebnisse der Qualifikationsprogramme von 3 Triebwerken: Dem F-1 der Saturn V, dem SSME des Space Shuttles und dem RS-68 der Delta IV. Die X-Achse gibt die Anzahl der Tests wieder und die Y Achse die Anzahl der vorzeitigen Abschaltungen des Triebwerks (summiert). Da das RS-68 in einer unbemannten Rakete eingesetzt wurde, beendete man das Testprogramm nach 180 Tests. Das SSME Testprogramm wurde nach 730 Tests beendet. Das F-1 Testprogramm wurden nach 2471 Starts beendet ! (Um diesen Punkt abzubilden müsste das Diagramm 3 mal breiter sein). Alleine diese Zahl zeigt welche Rolle Wernher von Braun und die NASA der Sicherheit zumaß.

Ursprünglich waren die Haupttriebwerk mit 100 % Schub spezifiziert. Schon sehr früh in der Entwicklung zeigte sich aber dass man damit nicht die anvisierte maximale Nutzlast von 29.5 t erreichen würde und man steigerte die Triebwerksparameter auf Kosten der Zuverlässigkeit. Ziel war ein Schubniveau von 109 %, welches nach dem 26 Flug erreicht werden sollte. Die ersten Flüge fanden mit maximal 102 % Schub statt, die folgenden mit 104 %. Nachdem es bei 109 % immer wieder Probleme bei Testläufen gab verzichtete man Ende der achtziger Jahre endgültig auf diesen Schub.

Problem Hitzeschutzschild

Später machten die Hitzeschutzkacheln Probleme. Die Kacheln wählte man um Gewicht zu sparen. Es gab auch Entwürfe mit Metallhitzeschutzschilden. Doch diese waren schwer. Da man den Orbiter aus Aluminium anstatt Titan baute (welches höhere Temperaturen verträgt) um kosten zu sparen wären Metallschutzschilde auch nicht ganz unproblematisch gewesen, da sie die Wärme gut leiten.

Der erste flugfähige Orbiter, die Columbia, hatte davon 34873 Stück. Diese dienten als Hitzeschutzschild, anstatt einem großen abschmelzenden Schild. Niemand hatte sich aber Gedanken gemacht, wie lange es dauert diese zu montieren, zu testen und auszuwechseln - insbesondere, wenn viele Kacheln Einzelstücke sind, welche individuell gefertigt werden.

Die Kacheln, die aus unterschiedlichen Materialen bestanden und Temperaturen von 350 Grad Celsius (Oberseite) bis 1600 Grad Celsius (Flügelvorderkanten) aushalten mussten, waren zuerst mit Silikongummi am Orbiter befestigt. Doch dies hielt nicht. Bei Windkanalversuchen platzen die Kacheln einfach ab. Bei einer Überführung der Columbia mit einer Boeing 747 SCA fielen tausende von Kacheln während des Fluges ab. Da viele Kacheln Einzelstücke waren, gab es keine Lagerhaltung, geschweige den Vorräte. Auch hier rächte sich das Sparkonzept, das eine Bevorratung nicht erlaubte. Alle Kacheln mussten einzeln nachgeordert werden und dies verzögerte den Erststart weiter. Vor allem waren sie aber nicht standardisiert. Zwischen zwei etwa 15 x 15 cm großen Kacheln gab es eine Fuge die nach dem Ankleben vermessen werden musste, dann wurde eine passende Zwischenkachel im Herstellerwerk produziert und zu Rockwell, dem Hersteller des Shuttles geschickt. Selbst beim Transport der Kacheln gab es Probleme: Sie kamen mit Rissen bei Rockwell an. Als im März 1979 die Columbia feierlich aus dem Herstellerwerk unter dem Applaus von 2000 Rockwell Angestellten herausgerollt wurde, waren 10000 Kacheln noch gar nicht installiert. 7500 schon installierte mussten wieder entfernt werden, weil die Oberflächenbeschichtung beim Transport beschädigt wurde. So arbeiteten an dem Orbiter Arbeiter die neue Kacheln installierten und andere die schon installierte mit Vakuumpumpen wieder entfernten. Dabei konnte wegen der "Produktion nach Maß" eine Person in 3 Wochen nicht mehr als 4 Kacheln an einer Stelle installieren. 200 Leute sollten ursprünglich die Kacheln montieren. Benötigt wurden aber 1000 die im 3 Schichtbetrieb rund um die Uhr arbeiteten.

Im Februar 1980 hatte man einen neuen Klebstoff namens Ludox gefunden, damit hielten nun endlich die Kacheln. Doch dafür musste der gesamte 8000 kg schwere Hitzeschutzschild demontiert und neu verklebt werden. Ein Start war vor Anfang 1981 daher nicht möglich.

Es war so nicht verwunderlich, dass die wichtigsten Aufnahmen beim Erstflug der Columbia die vom hinteren Heck waren, die prompt auch Stellen ohne Kacheln zeigten. Das erste was Commander John Young (Veteran mit Gemini und Apollo Erfahrung) nach der Landung tat, war es den Orbiter auf verlorene Kacheln an der Unterseite zu untersuchen. Die NASA orderte sogar vom US Militär Aufnahmen der Unterseite der Columbia, gemacht von KH-11 Aufklärungssatelliten um vor der Landung festzustellen ob Kacheln fehlten. 1827 Kacheln mussten nach dem Testflug ersetzt oder ausgetauscht werden. Man lernte daraus und verwandte bei den beiden folgenden Orbitern nur noch 21000 Kacheln. Im Durchschnitt haben so die 5 Orbiter 27000 Kacheln. Die Columbia hatte beim ersten Start sogar deren 34000.

Die Kacheln gerieten wieder 2003 in die Schlagzeilen, als ein leichter, bröseliger Schaumstoffklumpen, abgefallen von der Tankisolation der Columbia ein Loch in die härtesten und stabilsten Kacheln an der Flügelvorderkante schlug. Nach 20 Jahren in denen man sich mit abgefallenen Kacheln abgefunden hatte, wurde nun wieder schmerzlich daran erinnert, wie fragil der Schutz der Shuttles doch war.

Selbst 1981, kurz vor dem Start gingen die Pannen weiter. Ende Januar 1981 fand man beim Betanken ein Loch im Sauerstofftank, am 19.3.1981 gab es zwei Tote bei einem simulierten Countdown, als 6 Techniker in eine Kammer im Heck der Columbia gingen, in der eine reine Stickstoffatmosphäre herrschte. Als die Columbia am 10.4.1981 starten sollte, verhinderten Synchronisationsprobleme der Computer dies. Erst am 12.4.1981, genau 20 Jahre nach dem Flug Gagarins konnte die Columbia zu ihrem Erstflug starten. Selbst dieser war nicht ohne Pannen. Die Hitzeschutzkacheln, die in den Blickpunkt des öffentlichen Interesses geraten waren, erwiesen sich als unproblematisch. Die NASA verifizierte dies sogar mit Aufnahmen eines KH-11 Spionage Satelliten im Orbit von der nicht einsehbaren Unterseite. Aber am Boden gab es Schäden. Die Feststoffbooster erreichten ihren Startschub innerhalb von 0.6 Sekunden, dagegen dauerte es 5.0 Sekunden bis die F-1 Triebwerke der Saturn V auf ihren Nennschub kamen. Das Sprinklersystem, das mit Wasser die Druckwelle mindern sollte war dem nicht gewachsen und so gab es verbogene Halterungen, angekohlte Verbindungen und als schlimmstes eine Verbiegung der Halterungen des externen Tanks durch die Druckwelle beim Start. Bis zu STS-2 hatte man ein zweites Sprinklersystem installiert, welches dann die Druckwelle effektiv dämpfte.

Komm schon!

Die Explosion der Kosten

Schon während der Entwicklung wurde der Space Shuttle laufend teurer. Hier die entwicklungskosten des Shuttles:

Jahr
(Quelle)
NASA Gesamtbudget [Mill $] Space Shuttle Budget [Mill $] Anteil am Gesamtbudget Gesamtkosten [Mill $]
1969 3.530,2 0,0 0,00% 0,0
1970 2.991,6 9,0 0,30% 9,0
1971 2.631,4 160,0 6,08% 169,0
1972 2.623,4 115,0 4,38% 284,0
1973 2.541,4 200,0 7,87% 484,0
1974 2.421,6 475,0 19,62% 959,0
1975 2.420,4 805,0 33,26% 1.764,0
1976 2.748,8 1.206,0 43,87% 2.970,0
1977 2.980,7 1.288,1 43,21% 4.258,1
1978 2.988,7 1.348,8 45,13% 5.606,9
1979 3.138,8 1.637,6 52,17% 7.244,5
1980 3.701,4 1.870,3 50,53% 9.114,8
1981 4.223,0 1.994,7 47,23% 11.109,5

Ab 1977 machte der Shuttle fast den halben NASA Etat aus. Während an diesem Projekt nicht gespart wurde, wurde bei der unbemannten Raumfahrt, den Satelliten und Raumsonden stark gekürzt. Es gab kaum noch neue anspruchsvolle Projekte,

Start eines Sapce ShuttleUrsprünglich sollte der Space Shuttle für einen Startpreis von 10.5 Millionen Dollar (Preisbasis 1972) pro Flug starten. Dies war ca. 10 billiger als eine konventionelle Rakete, berechnet pro Kilogramm Nutzlast. (Sofern man die volle Nutzlast des Shuttles ausnutzt).

Doch schon 1977 wurde der Startpreis auf 24 Millionen Dollar revidiert. Im Jahre 1979 wurde angegeben, dass der Space Shuttle für 16.3 Millionen USD die Nutzlast einer Atlas Trägerrakete (1870 kg) und für 5.55 Millionen USD die Nutzlast einer Delta Trägerrakete (705 kg) transportieren könnte. Dies war immer noch weniger als die Kosten einer Atlas (25.4 Millionen USD) oder einer Delta (15.3 Millionen USD). Bei den ersten Erprobungsflügen 1981/82 wurde dann ein Startpreis von 70 Millionen Dollar angegeben. Zu diesem Preis wurden auch die ersten Satelliten transportiert.

Im Jahre 1980 gab man folgende Aufschlüsselung der Startkosten an:

Kosten [Mill.. USD]
Orbiter Herstellungskosten 600
Abschreibung und Zins 7.5
Wartung pro Flug 2
1004 t Feststofftreibstoff 4
750 t flüssiger Wasserstoff/Sauerstoff 0.38
10 t OMS Treibstoffe 0.01
Außentank 5
Startplatzoperationen 3.11
Versicherung 2.5
Abschreibung Feststoffraketen 2.5
Bergung und Instandsetzung 3
Summe 30
Summe, wenn Feststoffraketen nicht geborgen werden 44.5

Die Entwicklungskosten wurden 1982 wie folgt angegeben: (die Zahl von 1981 oben umfasst auch den Bau der weiteren Orbiter und die ersten beiden Testflüge).

Kosten [Mill. USD] Abweichung Soll

Gesamtentwicklung

9912 +292 %
Fertigung, Bau von Bodenanlagen 5603
davon Wärmeschutz Orbiter 315 +57 %
davon Haupttriebwerk 1403 +63.3 %
davon Außentank 597 +18.4 %
davon Feststoffraketen 564 -6,2 %
Fertigungskosten pro Flugeinheit [1981]
Orbiter komplett 1000 +96 %
Außentank 10.6
2 Feststoffraketen 11.9 +383 %
Flugkosten 71 +676 %

Bei diesem Kostenanstieg muss man aber auch die in den siebziger Jahren enorm hohe Inflation berücksichtigen. Als die Erprobung 1983 abgeschlossen war konnte man folgende Zwischenbilanz aufsetzen:

Was fehlt ?

Die NASA hatte nun zwar einen Space Shuttle, aber kein vollständiges System für alle Aufgaben.

Das Labor im Weltraum

Die Entwicklung eines Labors hatte man nach Europa vergeben. Das Spacelab war ein modulares, sehr flexibles Konzept das aus einer Druckkabine in zwei Längen und Paletten bestand auf die man Nutzlast montieren konnte die im Vakuum arbeitete. Innerhalb des Druckmoduls gab es standardisierte Racks, die man einfach austauschen konnte. So konnte man es in der Theorie einfach Experimente auswechseln und viel Forschung betrieben. In der Praxis standen dem die hohen Startkosten gegenüber die dazu führten, dass man nur wenig flog, aber die Astronauten sehr intensiv in die Experimente einlernte, damit diese auch ja klappten. In Europa gab es heftige Kritik an dem Umstand, dass man selbst das Spacelab entwickelte und es dann den USA praktisch schenkte (praktisch weil es als Gegenleistung einen "halben" Spacelab Flug gab). Die USA kauften später noch ein zweites Spacelab. Doch bei bemannten Projekten sind die Entwicklungskosten viel höher als die Fertigungskosten, so dass sie USA dafür nur einen Bruchteil der Entwicklungskosten zahlen mussten.

Später wurde das Spacelab durch das Spacehab ersetzt. Das Spacehab ist kürzer und besteht nur aus einem Druckmodul mit Einschüben. Es zeigte sich, das für viele Missionen das Spacelab überdimensioniert war vor allem weil die Raumfähren niemals die 30 Tage im Raum blieben die möglich waren. Das Spacehab eignet sich auch sehr gut zum Transportieren von Fracht die man in den Einschüben unterbringen kann. Beim Spacehab gab es anders als beim Spacelab noch viel Platz im Nutzlastraum, so dass man diesen nutzen konnte um Fracht zu transportieren.

Wartbare Satelliten

Als die Entwicklungskosten des Space Shuttles ansteigen gab es kein Geld für Komponenten die das System erweitern sollten. Für bemannte Einsätze gab es das Spacelab. Doch man versprach sich von der Reduktion der Startkosten auch neue Möglichkeiten beim Bau von Satelliten. Satelliten sollten bei Defekten zur Erde zurückgebracht werden. Instrumententräger sollten ausgesetzt werden und später zur Erde zurückgeführt werden. Bei modularer Bauweise wäre sogar eine Reparatur im Orbit möglich.

Einen Großteil der Aufgaben (den Transfer von der niedrigen Shuttle Umlaufbahn und umgekehrt) sollte ein Raumschlepper (englisch Space-Tug) leisten. Seine Aufgabe wäre auch eine Rettung Skylabs gewesen. Als dieses vorzeitig im Juli 1979 verglühte war dies auch das Ende des Raumschleppers. Er wäre in der Lage gewesen Satelliten in einer Bahnhöhe von über 1000 km zum Space Shuttle zu bringen und wieder zurückzubringen. Aufgetankt wäre er im Orbit worden, er wäre dort verblieben bis zu seinem nächsten Einsatz.

So machte es auch keinen Sinn wartbare Satelliten zu konstruieren, d.h. Satelliten die man im Orbit reparieren konnte. Es gab anfangs einige, später baute man wieder normale Satelliten. Bekannt wurden die Reparaturen von Solar Max (SMM) und Hubble und die Zurückführung von im Erdorbit gestrandeten Kommunikationssatelliten.

Oberstufen

Für den reinen Transport in eine höhere Umlaufbahn brauchte man Oberstufen. Die NASA prüfte eine Reihe von Vorschlägen und entschloss sich für den schlechtesten: Eine neue Oberstufe namens IUS mit für eine Feststoffoberstufe beeindruckenden Leistungsdaten aber geringer Nutzlast und hohen Kosten. Für Satelliten die kompatibel zur den bisherigen Trägern Atlas und Delta sein sollten (d.h. wahlweise vom Space Shuttle oder dem Träger gestartet werden konnten) entwickelte man zwei Spin-stabilisierte Oberstufen, die PAM-A und PAM-D. Von diesen wurde nur die letzte eingesetzt. Der Grund für die Wahl der IUS war, dass diese von der Industrie der Air Force schmackhaft gemacht wurde. Sie verfügte mit der IUS über eine Oberstufe die man auch auf der Titan einsetzen konnte. So konnte die NASA Mittel für eine eigene Oberstufenentwicklung einsparen und die IUS der Air Force mit verwenden.

Da man so wertvolle Nutzlast verschenkte und für Planetensonden keine Oberstufe hatte beschloss man relativ spät die Entwicklung der Centaur für den Space Shuttle. Dies war eine Anpassung der Centaur D der Atlas an den Space Shuttle. Vor ihrem Erstflug explodierte die Challenger und der Einsatz an Bord der Space Shuttles wurde verboten.

Langzeiteinsätze

Ein weitere Punkt war die Stromversorgung. Der Space Shuttle nutzte wie alle bisherigen NASA Kurzzeitmissionen Brennstoffzellen. Dies war bei dem Leistungsbedarf des Orbiters jedoch keine gute Wahl. Für Brennstoffzellen müssen sehr große Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff in Drucktanks mitgeführt werden. Bei einer 7 Tages Mission braucht der Orbiter Brennstoffzellen im Gewicht von 5 t. Das MSFC untersuchte einen entrollbaren Solargenerator und stellte einen für 12.5 kW elektrische Leistung her. Eine größere Version dieses Geräts mit einer Leistung von 70 kW und Batterien hätte die komplette Stromversorgung des Orbiters übernommen und dazu noch mehr Leistung als die Brennstoffzellen erbracht. Diese wären nur für den Start und die Landung nötig gewesen, wo der Solargenerator nicht entfaltet ist. Da ein solches Packet eigentlich recht preiswert zu entwickeln ist und bei jedem Start Gewicht einspart und dann auch 30 Tage Missionen ermöglicht hätte ist dies nicht nachzuvollziehen.

Die NASA versuchte in den der ersten Hälfte der achtziger Jahre vor allem die Wartungsintervalle zu reduzieren und nahm Änderungen an den Haupttriebwerken vor, die sich als besonders wartungsintensiv erwiesen. Man übertrug auch die Wartung an Rockwell. Dieses "Outsourcen" brachte der NASA viel Kritik nach Challenger ein, denn die NASA als Kunde konnte auf die Firmen viel mehr Druck ausüben als auf ihre eigenen Techniker. Das Geld für die Erweiterung des Systems fehlte. Als Challenger explodierte war erst recht kein Geld mehr da. Doch das ist Thema des nächsten Artikels.

Aufsatz zuletzt geändert: 24.8.2012

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.

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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.

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