Kitabı oku: «SPACE 2021»

SPACE 2021

Impressum

ePub-Edition Oktober 2020

Copyright © by VFR e.V., München

Alle Rechte vorbehalten

Initiator: Verein zur Förderung der Raumfahrt e.V., www.vfr.de

Herausgeber: Thomas Krieger

Organisation: Peter Schramm

Lektorat: Heimo Gnilka, Margit Drexler, Thomas Krieger, Peter Schramm, Stefan Schiessl

Titelmotiv: Die RIME Antenne (Radar for Icy Moons Exploration) der Raumsonde JUICE wird in einer anechoischen Kammer vermessen, ESA

Layout & Satz: Stefan Schiessl, www.exploredesign.de

Web: www.space-jahrbuch.de / eMail: space@vfr.de

ISBN 978-3-944819-49-5 (ePub)

Editorial
Liebe Leserinnen und Leser,

irgendwie erinnert mich das Jahr 2020 an einen Song aus meiner Jugend. Er stammt von Barry McGuire und trägt den Titel „Eve of destruction“. Zwei bemerkenswerte Zeilen aus dem Text lauten: “You may leave here, for four days in space, but when you return, it‘s the same old place”. In gewisser Weise trafen diese Worte auch für den Orbitalflug von Bob Behnken und Doug Hurley bei der SpaceX Demo-Mission 2 zu.

Fast schon beneidete man die beiden. Das Timing ihrer Mission, zufällig wie es sein mochte, war exquisit. Einfach mal den Planeten für zwei Monate verlassen und darauf hoffen, dass sich die Dinge bei der Rückkehr gebessert haben.

Hatten sie aber nicht. Es war danach weiterhin der gleiche, alte Ort. Ein Ort des Umbruchs, der an die zweite Hälfte der sechziger Jahre erinnerte. Ein Ort der Unruhen und Bürgerrechtsproteste in den USA, eine Pandemie die weltweit grassiert, und zum Zeitpunkt, an dem ich dies hier schreibe schon fast 30 Millionen Menschen weltweit befallen und fast einer Million Menschen das Leben gekostet hat. Eine dadurch hervorgerufene Rezession, die stark an die von 1929 erinnert, und die weiter wachsende Sorge um das aus dem Ruder laufende Klima.

Man war versucht, sich zu fragen, was denn in diesem Jahr noch alles hätte schief gehen können, unterließ es aber dann vorsichtshalber, denn es wäre gut möglich gewesen, dass man darauf tatsächlich eine Antwort bekommen hätte. Gleich wie schlimm die Dinge schon sind, unsere Lebenserfahrung zeigt, dass sie immer noch schlimmer werden könnten. Und wer weiß was tatsächlich noch kommt. Das Jahr läuft zum Zeitpunkt, an dem diese Zeilen entstehen, noch dreieinhalb Monate.

Auch die Raumfahrt war vom Virus betroffen. Ohne diesen wäre es ein Rekordjahr an Starts geworden. Aber manche Nationen wie etwa Indien oder zeitweise auch Europa fuhren ihre Aktivitäten zum Teil komplett herunter. Bei fast allen anderen kam es zumindest zu Verzögerungen, wie in China oder den USA.

Dennoch, es gab auch positive Ereignisse. Zum ersten Mal seit der Einstellung der Shuttle-Flüge waren US-Astronauten wieder von amerikanischem Boden in die Erdumlaufbahn geflogen. Für die USA schien der Orbitalflug von Bob Behnken und Doug Hurley wie eine Salbe auf die Wunde der Unruhen in den Städten, der hohen Arbeitslosigkeit und der politischen Zerrissenheit des Landes. Den beiden zuzusehen, wie sie ihren Weg zur Internationalen Raumstation und 62 Tage später wieder zurück zur Erde machten, das war schon eine Freude. Für Amerika war es endlich wieder ein verbindendes Element in diesen schwierigen Zeiten.

Damit genug des Räsonierens. Die Welt läuft weiter. Auch in der Raumfahrt. Auch die bereits begonnenen Programme gehen weiter, mögen sie auch gelegentlich ein wenig ins Stolpern geraten.

Das beweist auch unser diesjähriger Leitartikel in dem wir den „Wettstreit der Mondlander“ vorstellen. Aus fünf Angeboten wählte die NASA drei Unternehmen und Konsortien aus. Sie gehen jetzt in die nächste Phase im Kampf um den lukrativen Auftrag für den ersten bemannten Mondlander nach Apollo.

In zwei Artikeln stellen wir interessante Raumsondenprojekte vor, die im Berichtsjahr wichtige Meilensteine absolviert haben. Das ist zum einen die europäische Jupitersonde JUICE, der wir den Titel „JUICE – Endstation Ganymed“ widmen. Zum anderen ist es die US-Raumsonde Psyche, die fast zur selben Zeit wie JUICE starten soll. Die Reise geht bei ihr zu dem Metall-Asteroiden Psyche, der dem Raumfahrzeug auch seinen Namen gegeben hat.

Dann wollen wir den Status der Internationalen Raumstation beleuchten. Wussten Sie, dass der US-Schauspieler Tom Cruise da im kommenden Jahr hin will? Und dass das Ende der ISS unausweichlich eines Jahres kommen wird? Und wann das ist und was danach kommt? Wenn Sie an diesen Fragen interessiert sind, ist unser Beitrag „Tom Cruise und das Ende der ISS“ genau der Richtige für Sie.

Den meisten von Ihnen dürfte nicht bekannt sein, dass Indien derzeit ein eigenes bemanntes Raumfahrtprogramm aufbaut, und zukünftig sogar eine Raumstation betreiben will. Wir berichten darüber in „Indiens bemanntes Raumfahrtprogramm“.

Im Berichtsjahr wurden drei Raumsonden zum Planeten Mars gestartet. Alle drei werden ihr Ziel im Februar 2021 erreichen. Eine besonders komplexe Mission ist die der chinesischen Tianwen 1-Raumsonde. Wir berichten darüber und über die weiteren interessanten Pläne Chinas für die Erforschung des Sonnensystems.

Wenig bekannt ist, dass es die Seefahrt braucht, damit Raumschiffe fliegen können. Ein ausführlicher Beitrag befasst sich mit den Schiffen, welche die Raumfahrt überhaupt erst möglich machen.

Wie immer gibt es auch in diesem Jahr einen interessanten Beitrag zur Raumfahrtgeschichte. Dieses Mal geht es um Rudolf Nebel, einen heute fast vergessenen Raumfahrtpionier aus dem fränkischen Weißenburg.

Sind sie Gegner der Atomkraft? Dann sollten sie den Artikel „Atomkraft für die Raumfahrt“ am besten überspringen. Wir erläutern nämlich darin, dass wir langfristig auf Atomkraft nicht verzichten können, wenn wir unseren kosmischen Vorgarten jemals verlassen wollen.

In „Nicht unbedeutend“ berichten wir über die unbekannteren Mitglieder eines exklusiven Clubs. Wir beschäftigen uns darin mit den sogenannten „kleinen“ Nationen, die in der Lage sind, eigene Satelliten mit eigenen Trägerraketen von nationalen Weltraumbahnhöfen aus in den Orbit zu senden.

In „Vision 2040 – Jahr 1“ stellen wir Ihnen erste Ergebnisse zu unserem „Projekt Zeittunnel“ vor. Spannend zu sehen wie Sie, unsere Leser, sich die Entwicklung der Raumfahrt in der Zukunft vorstellen.

Wie schon im letzten Jahr weicht auch die Filmbesprechung für die Ausgabe SPACE 2021 vom normalen Standard ab. Das ist Covid geschuldet, denn dank (oder undank) dieser Epidemie haben es praktisch keine Science-Fiction Filme so rechtzeitig in die Kinos geschafft, dass wir einen richtigen „Blockbuster“ besprechen konnten. Deswegen haben wir uns einen „Straßenfeger“ der 60er-Jahre vorgenommen und einen Blick auf DIE SF-Serie meiner Jugend geworfen: „Raumpatrouille – Die Abenteuer des Raumschiffs Orion“.

Jedes Jahr ändern wir SPACE ein wenig. Unauffällig nur, um unsere Traditionsleser nicht zu verschrecken, aber doch genug, um auch neue Leser zu gewinnen. In diesem Jahr haben wir den klassischen Chronik-Teil mit den Starts (und bemannten Landungen) des Jahres um etwa 20 Prozent gekürzt. Dafür haben wir das „Raumfahrt-Panorama“ etwas ausgebaut. Dieser Teil beschäftigt sich mit Meldungen aus der Raumfahrt des vergangenen Berichtsjahres, der nichts mit Startaktivitäten zu tun hat, sondern mit Ereignissen und Personen.

Unser diesjähriger Science-Fiction Wettbewerb befasste sich mit dem Schwerpunkt „Weltraum-Tourismus“. Wie immer finden Sie die drei besten Beiträge im Buch. Freuen Sie sich darauf. Es sind drei sehr unterschiedliche Geschichten.

Neben den Artikeln widmen wir einen wesentlichen Teil des Buches wie immer einer ausführlichen Dokumentation aller Raumfahrtstarts in der SPACE-typischen Berichtsperiode, die für den aktuellen Band vom September 2019 bis August 2020 läuft. Wir haben damit in den bislang erschienenen 18 Bänden jede einzelne Mission, die seit dem 5. Januar 2003 in den Orbit oder darüber hinausging, im Detail dokumentiert.

Für die Zahlenfreaks unter unseren Lesern, und davon gibt es eine ganze Reihe wie wir wissen, haben wir wie jedes Jahr einen Block von über 20 Seiten zur Statistik des Jahres erarbeitet.

Gegen Schluss des Editorials findet sich auch immer der Platz, allen zu danken, die wesentlich zum Entstehen dieser Ausgabe beigetragen haben. Allen voran den beiden Hauptprotagonisten, unserem Grafiker, Layouter und Ideengeber Stefan Schiessl, der dafür sorgt, dass dieses Werk ein haptisches und optisches Erlebnis wird. Dank auch an Peter Schramm, den „General Manager“ des Projektes „SPACE“. Unterstützend tätig war in diesem Jahr wieder Lothar Karl, der Organisator des VFR-Science Fiction Kurzgeschichten-Wettbewerbs. Ein weiterer herzlicher Dank geht nach Berlin an unsere Lektorin Margit Drexler und nach Weilheim, wo Heimo Gnilka ebenfalls darüber wacht, dass das Buch so fehlerfrei wie möglich die Leserin und den Leser erreicht. Und zu guter Letzt wollen wir auch den Autoren unserer beiden Gastbeiträge danken, nämlich Alexandra Lein, der Projektleiterin des Antriebssystems der Jupitersonde JUICE und dem Historiker Thomas Wägemann vom Stadtarchiv Weißenburg.

Ein großes Dankeschön richten wir wie stets an dieser Stelle an unsere Sponsoren. Sie tragen jedes Jahr den Teil der Erstellungskosten, die mit den Verkäufen alleine nicht zu decken wären.

Ein paar Zeilen noch zu unserem Kontaktangebot. Wir haben es um zusätzliche Möglichkeiten erweitert, mit uns in Verbindung zu treten. Sie können uns zum Beispiel unter www.vfr.de mit der Mail-Adresse space@vfr.de schreiben. Noch ein wenig persönlicher und direkter geht es über unser Facebook-Konto www.facebook.com/SPACE.Jahrbuch, das fast tägliche Updates erlebt. Abonnieren Sie es und kommentieren Sie mit. Oder sehen sie sich unser spezielles SPACE-Portal unter www.space-jahrbuch.de an, wo sie neben interessanten Dingen um das Thema Raumfahrt auch Informationen zu unserem Jahrbuch und sein Entstehen erhalten und wo sie beim „Projekt Zeittunnel“ mitmachen können. Diese Seite ist auch der Ort, an dem sie die Bände vergangener Jahre nachbestellen können, die im Buchhandel möglicherweise schon vergriffen sind.

Wenn Sie Kritik für uns haben oder Lob, Tipps oder Meinungen, ein Problem oder eine Frage zu den Inhalten, wenn Sie sich schon mal die Ausgabe für das nächste Jahr reservieren wollen oder gerne der Tochter oder dem Sohn eins der Bücher schenken wollen, gerne auch signiert, wenn sie eine Prognose zum zukünftigen Verlauf der Raumfahrt abgeben wollen: nehmen Sie über eine der vielfältigen Möglichkeiten Kontakt mit uns auf. Wir freuen uns auf Ihr Feedback.

Und jetzt hinein ins Raumfahrtgeschehen. Wir wünschen Ihnen viel Freude bei der Lektüre von SPACE 2021. Bleiben Sie uns weiterhin treu und gewogen.

Im Namen des SPACE-Teams, Ihr Eugen Reichl

Themen im Fokus

Eine Barke, 110 x 80 Meter groß, modifiziert für den Meeresstart einer Langer Marsch 11, wird ins Startgebiet geschleppt.

Wettstreit der Mondlander

Bis zum März 2020 war der Weg zur Mondoberfläche umständlich aber klar und verlief wie folgt: Im Rahmen der ARTEMIS III-Mission fliegt eine vierköpfige Crew mit einem Orion-Raumschiff zum Mini-Gateway, einer rudimentären Kleinraumstation, die sich in einem sogenannten Halo-Orbit um den Mond befindet. Die Bezeichnung „Halo-Orbit“ geht zurück auf den NASA-Wissenschaftler Robert Farquhar, der erstmals Umlaufbahnen um Lagrangepunkte vorschlug. Es ist keine spezifische Abkürzung, sondern bezieht sich auf die Form des atmosphärischen Lichteffektes, die durch Reflexion und Brechung von Licht an Eiskristallen entstehen.

In diesem Halo-Orbit also legt die Orion an einem der Docking-Adapter des sinnigerweise HALO genannten Wohnmoduls des Gateway an. In diesem Fall ist HALO ein Akronym und bedeutet: HAbitation and Logistics Outpost. An einem weiteren Docking-Adapter dieses Moduls sollte dann schon idealerweise der Mondlander warten, der einige Wochen zuvor von der Erde kommend unbemannt dorthin geflogen ist. Nun ziehen zwei der vier Astronauten in diesen Lander um und machen ihn startklar. Die beiden anderen richten sich im Gateway ein. Die Mondcrew fliegt ab, landet auf dem Erdtrabanten, erledigt ihren etwa einwöchigen Forschungsauftrag und kehrt dann wieder zum Gateway zurück. Alle vier steigen wieder in die Orion und fliegen gemeinsam zurück zur Erde. So weit, so umständlich. Kritiker, allen voran Robert Zubrin von der Mars Society, wiesen schon früh darauf hin, dass für eine „simple“ und möglichst zeitnahe Mondlandung der Umweg über den Außenposten unnötig sei. Um Präsident Trumps Ziel einer Landung vor dem Ende des Jahres 2024 realisieren zu können, ist dieses Vorgehen sogar ziemlich kontraproduktiv. Genauso gut kann der Mondlander direkt in einen hohen Mondorbit transportiert werden (ein niedriger Orbit geht leider nicht, denn einen solchen kann die Orion aus eigener Kraft nicht erreichen). Also ist es am vernünftigsten, die Orion legt direkt dort an, ein oder zwei Astronauten bleiben zurück um die Orion zu steuern, die anderen zwei oder drei landen derweil auf dem Mond. Damit, so befand die NASA nach einigem Nachdenken, könne man das Gateway aus dem „kritischen Pfad“ nehmen und sei nicht darauf angewiesen, dass die ersten Module Ende 2024 auch an Ort und Stelle wären (im vorhin beschriebenen Halo-Orbit nämlich). Erst für nachfolgende Missionen, derzeit vorgesehen für ARTEMIS IV oder V in den Jahren 2025 oder 2026 soll der Gateway mit eingesetzt werden. So lange wird er dann auch nicht von Menschen besucht. Er sei aber, so die NASA, auf jeden Fall notwendig: Als Forschungsplattform, als Zwischenstation für den Crew-Wechsel, als Andock-Knoten für die Mondfähren, die in dieser späteren Phase wiederverwendbar und betankbar sein sollen, als energiesparende Möglichkeit, die Inklination der Mondumlaufbahnen späterer Landevehikel zu ändern, und später vielleicht auch als Absprungbasis für Flüge zu erdnahen Asteroiden oder zum Mars.

Gateway aus dem kritischen Pfad

Somit gehen die Vorbereitungen zur Errichtung des Gateway unverändert weiter, allerdings nun ohne den zeitlichen Druck, ihn unbedingt für die erste Mondlandung zu brauchen. Im Berichtszeitraum von SPACE 2021 hat die NASA dazu eine Reihe wichtiger Entscheidungen getroffen und Verträge auf den Weg gebracht. So wurde der Vertrag mit Maxar Industries (vormals Space Systems Loral) für die Lieferung des Energie- und Antriebsmoduls (Power and Propulsion Element, oder kurz PPE) unterzeichnet. Northrop Grumman erhielt den Auftrag für das schon erwähnte HALO-Modul, und SpaceX wird für die Versorgung des Gateway zuständig sein, und dafür den Dragon XL bauen und entwickeln. Damit weiterhin alles schnell geht, die Kosten aber im Rahmen bleiben, hat die NASA auch den Entschluss gefasst, PPE und HALO auf einer einzelnen Rakete zu starten. Die wird über eine erhebliche Leistungsfähigkeit verfügen müssen, um beide Module gleichzeitig auf den Mondtransfer zu bringen. Das Space Launch System kann es nicht sein, denn diese Rakete mit seiner geradezu absurden Komplexität und enorm langen Fertigungsdauer wird nur für die bemannten ARTEMIS-Missionen zur Verfügung stehen können. Bleiben also die Vulcan der United Launch Alliance (wobei hier die Frage ist, ob die für einen solchen Einsatz notwendige Version überhaupt schon 2023 zur Verfügung steht), die New Glenn (wobei auch hier die Frage offen ist, ob sie bis 2023 schon einsatzfähig ist) und die Falcon Heavy. Seien wir realistisch: wenn die Module tatsächlich bis 2023 fertig sind, dann kann es eigentlich nur die Falcon Heavy sein, denn die ist als einzige bereits heute einsatzbereit.

Aber wir stellten ja fest: So ganz dringlich ist die Sache mit dem Gateway nun nicht mehr, denn die erste, vielleicht auch die zweite Mondlandung der Nach-Apollo-Zeit werden jetzt direkt angegangen, ohne Umweg über den Gateway.

Die Auswahl

Nachdem auf der Gateway-Seite der Druck weggenommen ist, verschärft sich aber nun der Druck umso mehr, das eigentliche bemannte Mondlandesystem rechtzeitig zur Verfügung zu haben. Ende April 2020 wählte die NASA drei Unternehmen aus, die sich in den darauffolgenden zehn Monaten im „Endkampf“ um den lukrativen Auftrag für Entwicklung und Bau des HLS befinden. HLS, das ist in der NASA-Terminologie die Abkürzung für das „Human Landing System“. Die drei ausgewählten Unternehmen sind Blue Origin, Dynetics und SpaceX. Alle drei haben nicht nur sehr interessante, sondern vor allem auch drei extrem unterschiedliche Konzepte vorgelegt, mit denen sie das Ziel erfüllen wollen, zwei Menschen vor Ablauf des Jahres 2024 auf dem Mond zu landen. Insgesamt gibt die NASA für diese zehnmonatige Programmphase 967 Millionen Dollar aus. Das entspricht etwa 830 Millionen Euro. Die Geldmittel sind dabei recht unterschiedlich verteilt und spiegeln den momentanen „Glauben“ der Raumfahrtbehörde an die Realisierbarkeit der unterschiedlichen Konzepte wider. Blue Origin, das im Rahmen eines Konsortiums ein dreistufiges Transfer-, Lande- und Aufstiegsmodul in sehr klassischem Design vorsieht, erhält mit 579 Millionen Dollar etwa 60 Prozent der Gesamtmittel. Dieses Design ist konservativ in seiner Auslegung, das Konsortium beinhaltet eine ganze Reihe der „klassischen“ Raumfahrtfirmen und Teile der Konstruktion sind schon weit gediehen. Insofern glaubt die NASA, dass dieses Konzept am leichtesten und schnellsten zu realisieren ist.

Dynetics erhält 253 Millionen Dollar. Dieser Entwurf ist schon deutlich progressiver. Es ist ein zweistufiges Konzept mit einem verblüffend konstruktiven Ansatz, der das Problem des „Herauskletterns“ aus der Mondfähre elegant löst. Und schließlich SpaceX. So, wie man es von diesem Unternehmen erwartet, der mit weitem Abstand revolutionärste Entwurf. Das Konzept eines riesigen, auf dem Spaceship-Konzept basierenden, einstufigen und mehrfach wiederverwendbaren Landers mit schier unfassbaren Reserven. Dieses Design klassifizierte die NASA, wer will es ihr verdenken, als das am wenigsten realistische Unterfangen und ordnete ihm deshalb nur 135 Millionen Dollar zu.

Zwei Angebote fielen in der Bewertung durch und wurden von der NASA keiner weiteren Betrachtung für würdig befunden. Eines davon war das von Boeing. Das Unternehmen ist tief gefallen, in den letzten Jahren.

Blue Origin

Das Angebot von Blue Origin profitiert von den Erfahrungen von Lockheed Martin, Northrop Grumman und den Draper Laboratories, die je ein Element dieses dreistufigen Vehikels bauen sollen. Blue Origin bezeichnete diese Verbindung von drei erfahrenen Unternehmen als das „National Team“ und trifft damit genau den Duktus der Trump-Regierung. Grundgedanke des Entwurfes war es, dass jedes Element separat entweder an Bord einer New Glenn- oder einer Vulcan-Trägerrakete ins All gebracht werden kann. Diese beiden Raketen haben auch starke Verbindungen zu den drei Unternehmen. Blue Origin baut die New Glenn und das Haupttriebwerk für die Vulcan-Rakete der ULA, Northrop Grumman baut die Feststoffbooster für die Vulcan und Lockheed ist eine der beiden Muttergesellschaften der ULA, welche die Vulcan bauen und betreiben wird. Der Begriff vom National Team soll vermitteln: Wir sind eine eingespielte Mannschaft hochqualifizierter Unternehmen.

Alternativ könnten auch alle drei Komponenten der Kombination mit einem einzelnen Space Launch Vehicle (SLS) der NASA gestartet werden, doch ist absehbar, dass bis Ende 2024 davon nur drei Einheiten gebaut werden können, und die werden ausschließlich für den Transport der Orion-Kapsel benötigt. Der Lander des „National Teams“ kann sowohl direkt mit dem Orion-Raumschiff im Mondorbit gekoppelt werden, als auch mit dem Mini-Gateway, das ja bis Ende 2024 ebenfalls zur Verfügung stehen sollte. Die ersten ein- oder zwei Landungen des Artemis-Programms, das sind die Missionen 3 oder 4 sollen jedoch nach neuer Beschlussfassung ohne den Gateway erfolgen. Das bedeutet, es wird ein Direkt-Docking mit dem Orion-Raumschiff in einem weiten lunaren Orbit stattfinden.

Sobald die ARTEMIS III-Mondoberflächencrew in den Lander gewechselt ist, wird das auf dem Cygnus-Versorgungsmodul für die ISS basierende Transferelement von Northrop Grumman den Lander und die Aufstiegsstufe auf eine niedrige Mondumlaufbahn bringen. Danach koppeln Transferelement und das weiterhin miteinander verbundene kombinierte Lander- und Aufstiegselement voneinander ab. Nun übernimmt das von Blue Origin entwickelte Landeelement und bewerkstelligt den Abstieg zur Mondoberfläche. Diese Abstiegsstufe wird von zwei Blue Origin BE-7 Triebwerken angetrieben. Diese Raketenmotoren befinden sich bereits in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium.

Nachdem nach einer Woche Aufenthalt auf der Mondoberfläche die Aktivität der Landeastronauten beendet ist, bewerkstelligt die von Lockheed Martin zu entwickelnde Aufstiegsstufe den Rückstart in die Mondumlaufbahn. Der Lander bleibt zurück. Die Aufstiegsstufe steuert dann das wartende Orion-Raumschiff direkt an. Die Mondcrew steigt in die Orion um, wo sie von den dort verbliebenen Astronauten in Empfang genommen werden. Dann zünden sie das Haupttriebwerk und kehren wieder zur Erde zurück. Das Aufstiegselement ist im Prinzip mehrfach wiederverwendbar. Ob diese Wiederverwendbarkeit aber bei den „Single Sorties“ ohne die Verwendung des Gateway genutzt wird, ist derzeit noch nicht klar. Theoretisch könnte die Aufstiegsstufe sobald sie die Astronauten an der Orion abgesetzt hat und die Treibstoffreserven noch ausreichend sind, selbständig am – dann möglicherweise schon existierenden – Mini-Gateway anlegen. Im August 2020 schickte Blue Origin der NASA bereits ein 1:1 Mock-Up der Lander- und Aufstiegskombination ins Johnson Space Center. Mit diesem Modell kann die NASA bereits heute schon simulieren, wie sie Ausrüstung, Crew, Nachschubmaterialien, Experimente und Bodenproben aus dem Lander heraus und wieder hineinbringen kann. Außerdem wird das Cockpit-Layout nach ergonomischen Aspekten erprobt, die Sichtverhältnisse für die Landecrew aus den Fenstern, Sicherheits- und Praktikabilitätsaspekte überprüft und vieles mehr. Es sind viele Dinge, die eine Computersimulation nicht leisten kann und für die man das „echte“ Ding braucht. Das Mock-Up ist 12 Meter hoch und gibt schon eine recht gute Vorstellung von der realen Größe dieser Einheit. Eine unbemannte Testmission soll 2023 im selben Landegebiet erfolgen, in dem im Jahr darauf die bemannte Landung vorgesehen ist.

Am 28. August stellte die japanische Raumfahrtbehörde JAXA und der Automobilhersteller Toyota das Design für den bemannten Lunar Rover der ARTEMIS-Astronauten vor. Es wird als „Lunar Cruiser“ bezeichnet werden, in Anspielung auf ein populäres Automodell von Toyota, der „Land Cruiser“ SUV. Im Gegensatz zu diesem wird sein lunares Gegenstück aber mit Brennstoffzellen betrieben werden. Der Vertrag zwischen JAXA und Toyota war bereits im Juni 2019 unterzeichnet worden. Der Lunar Cruiser ist eine der japanischen Beteiligungen am ARTEMIS-Programm. Er soll etwa ab 2028 eingesetzt werden, wenn die lunare Basis ihren ersten Betrieb aufnehmen wird. Toyota wird das Projekt nicht ganz alleine stemmen, vielmehr sind eine Reihe namhafter weiterer japanischer Unternehmen wie etwa Mitsubishi Heavy Industries mit dabei. In Anlehnung an das „National Team“ von Blue Origin bezeichnet Toyota dieses Konsortium als „Team Japan“.

Dynetics

Der recht ungewöhnlich aussehende Entwurf von Dynetics trägt einen formellen NASA-Namen. Der lautet: DHLS. Das steht für Dynectics Lunar Human Landing System. Aber es hat auch noch einen wesentlich schöneren Namen, der von Dynetics selbst stammt: ALPACA. Ein Akronym für „Autonomous Logistics Platform for All-Moon Cargo Access“.

Es ist ein zweistufiges Design, oder, will man ganz genau sein, ein zweieinhalbstufiges. Es sieht einem flachen Bungalow ähnlicher als einem Raumschiff. ALPACA verfügt über zwei horizontal angedockte Treibstoffmodule, die wiederum ihrerseits modular aufgebaut sind, so dass sich der Lander beim Abstieg zum Mond von leeren Tanks trennen kann. Angetrieben wird das Gerät von acht baugleichen Raketentriebwerken, die für die Landung wie für den Aufstieg verwendet werden. Auf jeder Seite der Crew-Kabine befinden sich vier davon. Diese Raketenmotoren entwickelt Dynetics selbst. Wie der Entwurf von Blue Origin kann auch das System mit unterschiedlichen Trägerfahrzeugen auf den Transfer zum Mond gebracht werden, aber auch genauso nur mit dem SLS in einem Stück. Und genauso wie bei Blue Origin kann das DHLS entweder direkt mit dem Orion-Raumfahrzeug gekoppelt werden, oder der Transfer der Crew und der Ausrüstung geschieht über das Mini-Gateway.

Besonders hoch bewertet wurden von der NASA für diesen Entwurf zwei Aspekte, nämlich zum einen, dass der Lander für Astronauten sehr leicht zu verlassen ist, weil die Crew-Kabine sehr tief sitzt. Anders als bei den Entwürfen der Konkurrenten müssen sie sich nicht erst auf eine Klettertour über viele Meter einlassen, bevor sie den Boden erreichen. Der andere Aspekt war, dass sich der Dynetics-Entwurf schnell in einen unbemannten Frachtlander umwandeln lässt. Dynetics baut sein Fahrzeug in Zusammenarbeit mit nicht weniger als 25 anderen Aerospace-Firmen, von denen noch nicht einmal alle aus den USA stammen. Der größte Partner ist die Sierra Nevada Corporation. Sie wird das Besatzungsmodul entwickeln. Hier sollen die Erfahrungen einfließen, die Sierra Nevada gegenwärtig mit der Entwicklung des Dream Chaser-Raumfahrzeugs macht, mit dem ab dem kommenden Jahr Versorgungsflüge zur Internationalen Raumstation durchgeführt werden, und mit dem Lunar Gateway-Habitat, das ebenfalls bei Sierra Nevada entsteht. Andere klangvolle Namen der US-Aerospace-Szene, die mit im Boot sind, sind Maxar oder L3Harris. Im Dynetics-Team mit dabei ist auch – aus europäischer Sicht interessant – Thales Alenia Space. Die Draper Laboratories, die schon Teil des Blue Origin Teams sind, sind auch bei Dynetics mit dabei. Eine gute Strategie von Draper, garantiert zu gewinnen. Pro Mission benötigt Dynetics drei Starts mit der Vulcan von United Launch Alliance. Diese Starts sollen im Abstand von zwei Wochen erfolgen. Die erste Rakete startet ALPACA, die beiden anderen jeweils ein Treibstoffmodul. Alle drei Module werden auf langsamen, indirekten Bahnen (mit einer Flugzeit von bis zu drei Monaten) zum Mond entsendet und treffen erst dort aufeinander, wo sie sich dann automatisch verkoppeln. Vom Zeitpunkt, an dem das erste Vehikel startet bis zum Abschluss einer Mission können so bis zu zehn Monate vergehen. Der eigentliche Aufenthalt auf dem Mond soll dabei anfänglich nicht länger als acht Tage dauern. Bei späteren Missionen kann das bis auf 42 Tage gesteigert werden. Die ALPACA-Kapsel kann für kurzdauernde Aufenthalte zwei Menschen für eine Woche beherbergen. Sollen später dann, wie geplant, vier Personen zur Mondoberfläche absteigen, dann wird es in der Kabine ein wenig zu eng. In diesem Fall müsste eine Unterkunft auf dem Mond errichtet werden. Das ALPACA-Modul ist mehrfach wiederverwendbar. Ist eine Mission abgeschlossen, wartet das Habitat-Modul in der Mondumlaufbahn auf die „Nachlieferung“ neuer Treibstoffmodule von der Erde und kann danach eine weitere Mission durchführen.

SpaceX

Das dritte Vehikel, das die NASA auswählte, ist eine Variante des Starships von SpaceX. Es ist der einzige der drei Entwürfe, der nicht nur voll wiederverwendbar sondern auch zusätzlich einstufig ausgelegt ist. Das lunare Starship verfügt gegenüber der Erdorbit-Version über eine Reihe von Modifikationen, mit denen es den Anforderungen der NASA-Ausschreibung angepasst wurde. Direkt am Mond ist diese Variante die Einfachste, benötigt aber in der Flugvorbereitung in der Erdumlaufbahn eine ganze Reihe von Orbitalstarts und ein noch nie zuvor erprobtes Betankungsmanöver, um das Vehikel flugklar zu bekommen. Zunächst starten mehrere Starship-Tanker in die Erdumlaufbahn um ein weiteres Starship, das Depot, zu betanken. Ist das Depot aufgefüllt folgt das bemannbare lunare Starship. Im Erdorbit findet das Rendezvous mit dem Depot statt, das lunare Starship erhält eine volle Ladung Treibstoff, und begibt sich schließlich auf die translunare Transferbahn. Die Treibstoffzuladung ist so groß, dass damit alle Manöver am Mond bewältigt werden können. Vom Einbremsen in die Mondumlaufbahn, der Landung selbst bis zum Rückstart in den Mondorbit. Auch das Starship kann entweder am Orion-Raumfahrzeug oder an das Mini-Gateway anlegen. Wobei es sich bei der immensen Größe dieses Vehikels eher umgekehrt verhält. Das Gateway und/oder die Orion legen am Starship an. Wie seine Erdorbit-Variante vertraut auch das lunare Starship für größere Geschwindigkeitsänderungen (wie den Einschuss in die lunare Transferbahn oder das Bahnmanöver für das Einschwenken in die Mondumlaufbahn) dem Raptor-Triebwerk von SpaceX. Für die Landung gibt es aber spezielle Raketenmotoren, die nahe der Spitze des Raumfahrzeugs angebracht sind. Damit soll die Staubbildung bei der Landung verringert werden, die sich als eines der größeren Probleme bei der Durchführung einer Mondlandung herausgestellt hat. Diese Starship-Variante ist nicht dafür vorgesehen, wieder auf der Erde zu landen. Stattdessen soll sie in einer Mondumlaufbahn bleiben und dort vielfach wiederverwendbar sein. Das Starship übertrifft alle NASA-Anforderungen um ganze Größenordnungen. Unter anderem hat es eine Nutzlastkapazität für die Landung von etwa 100 Tonnen. Das ist mehr als das Fünffache der Mitwettbewerber.

SpaceX bot der NASA außerdem einen Testplan an, der sich deutlich von dem der anderen Unternehmen unterscheidet. In einem Zeitraum von nur gut zwei Jahren, bis Ende 2022 will SpaceX eine Flugdemonstration des Starship mit seinem Super Heavy-Booster durchführen, die Wiederverwendung eines bereits geflogenen Starship demonstrieren, einen Treibstofftransfer zwischen zwei Starships im Orbit demonstrieren, eine Langzeitmission mit einem Starship durchführen und einen Flug in den cislunaren Raum. All das, bevor dann Ende 2022 oder Anfang 2023 eine lunare Landedemonstration durchgeführt werden soll. Nicht verwunderlich, dass sich die NASA bei diesen Ankündigungen, die direkt einem Science-Fiction Roman entsprungen zu sein scheinen, skeptisch und verhalten zeigte. Es war aber trotzdem mutig von ihr, SpaceX Fördermittel zu gewähren. Die werden aber tatsächlich nur einige wenige Prozent der Gesamtkosten abdecken. Somit ist das eher ein symbolischer Akt der NASA. Noch gar nicht angesprochen ist eine implizite Möglichkeit dieses Missionsdesigns: Im Prinzip braucht es – in einem nur wenig erweiterten Plan – die Orion gar nicht mehr. Die Starship-Crew könnte genauso gut bereits in der Erdumlaufbahn zusteigen oder überhaupt von der Erde aus mit dem Starship starten. Das Einbeziehen einiger zusätzlicher Elemente, wie ein zusätzliches Erdrückkehr-Starship oder auch nur einfach eine Crew-Kapsel von SpaceX könnte das ganze Szenario mit dem superteuren Orion/SLS-System auflösen. Diese Möglichkeit ist sozusagen der „Elefant im Raum“, den bislang von offizieller Seite noch niemand ansprechen mag.

Der Weg vorwärts

Sehen wir von derlei Spekulationen einmal ab und halten uns nur an das, was die NASA gegenwärtig plant. Danach soll im Februar 2021 die endgültige Entscheidung über den oder die Lieferanten des HLS fallen. Dann steht ein administrativer Meilenstein an, der als „Continuity Review“ bezeichnet wird. Eines, wahrscheinlich aber eher zwei Unternehmen werden dann ausgewählt, ein Vehikel für die Durchführung einer unbemannten Demo-Mission zu bauen.

Aus diesen wahrscheinlich zwei Bewerbern wird nach der Demo-Mission ein einzelner Anbieter ausgewählt, der den Mondlander für die ARTEMIS III-Mission im Jahre 2024 bereitstellt. Also genau das Vehikel, welches die Orion-Crew dann verwendet, um damit zur Mondoberfläche abzusteigen, sich dort etwa eine Woche aufzuhalten und wieder in die Mondumlaufbahn zurückzukehren. Insgesamt will die NASA für das komplette Entwicklungsprogramm des Mondlanders bis Ende 2024 18,4 Milliarden Dollar ausgeben.

Zum Zeitpunkt, an dem diese Zeilen entstehen, wird am Kennedy Space Center eben die erste Orion für die noch unbemannte ARTEMIS I-Mission vorbereitet. Die SLS-Trägerrakete wird gleichzeitig im Stennis Testzentrum der NASA für den entscheidenden Green Run-Test präpariert. Dabei wird die erste Stufe auf dem Prüfstand für achteinhalb Minuten gefeuert. Danach werden die Testdaten ausgewertet und – sollte der Versuch zufriedenstellend verlaufen sein – die Rakete ebenfalls zum Kennedy Space Center transportiert. Der Start in eine weite Mondumlaufbahn ist derzeit für Ende 2021 vorgesehen. Die Mission wird nach derzeitiger Planung etwa 26 Tage dauern.

Etwa im August 2023 folgt mit ARTEMIS II die erste bemannte Mission des ARTEMIS-Programms. Sie wird nach gegenwärtiger Planung (Stand September 2020) auf einer sogenannten freien Rückkehrbahn zum Mond und zurück fliegen. Dabei werden vier Astronauten an Bord sein und etwa 10 Tage zusammen an Bord der engen Kapsel verbringen müssen. Dann kommt die Stunde der Wahrheit. Die ARTEMIS III-Mission, die erstmals zur Mondoberfläche führt, und dabei einen der beschriebenen Landevehikel einsetzt, ist derzeit für den Oktober 2024 angesetzt. Sie wird etwa 30 Tage dauern.

JUICE – Endstation Ganymed
Von Lampoldshausen ins Mondsystem des Jupiter

Im Mai 2012 wurde JUICE, der JUpiter ICy Moon Explorer, als erste große Mission im Rahmen des Cosmic Vision Programms der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) ausgewählt. Generelles Ziel des Vorhabens ist Jupiter. Aber nicht nur alleine ihm gilt bei dieser Expedition die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler, mehr noch gilt sie dreien seiner vier großen Monde: Europa, Callisto und vor allen Dingen Ganymed. Aufgabe der Mission ist nichts weniger als die Suche nach einem Ort, an dem in unserem Sonnensystem außerhalb der Erde Leben möglich ist.

Bereits 2005 wurde der aktuelle Planungszyklus der ESA gestartet, die auf den vorausgegangenen Programmen „Horizon 2000“ (1984 – 1994) und „Horizon 2000 plus“ (1995 – 2004) aufbaut. Nur durch langfristige Planung ist die kontinuierliche Arbeit mit einer großen Anzahl Beteiligter aus den ESA-Mitgliedsstaaten möglich. Das aktuelle Programm trägt den Namen „ESA Cosmic Vision 2015-2025“, und wie seine Vorgänger beschäftigt es sich mit Fragen der Astronomie und Astrophysik, der Erforschung des Sonnensystems und den Grundlagen der Physik. Einer der diesem Programm zugrunde liegenden Gedanken ist es dabei, mit einem Einsatz von nur einem Euro pro Jahr und ESA-Bürger mehr über das Universum zu erfahren und ganz nebenbei die europäische Raumfahrtindustrie auf Weltstandard zu halten. 80 Cent von jedem Euro für dieses Programm gehen dabei an die Industrie. Vier große Fragestellungen bilden die Grundlage der aktuellen Vision: Wie ist das Universum entstanden und woraus besteht es? Welche Rolle spielen dabei die grundlegenden physikalischen Gesetze des Universums? Wie ist unser Sonnensystem aufgebaut? Wie entstehen Planeten und ermöglichen Leben wie wir es kennen?

Um diesen großen Fragen auf den Grund zu gehen, werden im Cosmic Vision-Programm nach und nach auf der Grundlage von Vorschlägen aus den Mitgliedsstaaten Missionen ausgewählt. Um mit dem diesem Programm zugewiesenen finanziellen Rahmen möglichst viel Wissenschaft betreiben zu können, wechseln sich immer zwei kleine oder mittelgroße mit einer großen Mission ab. Eine kleine Mission ist beispielsweise CHEOPS. Das Akronym steht für CHaracterizing ExOPlanet Satellite und beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit unsere Erde ein typischer Planet ist, oder ob sie vielleicht eine Ausnahme darstellt. Das Antriebssystem für CHEOPS wird übrigens von der ArianeGroup GmbH aus Lampoldshausen geliefert. Eine Mission der mittleren Kategorie ist EUCLID. Auch sie ist mit 20 Newton-Triebwerken aus Lampoldshausen ausgerüstet. Benannt nach dem Mathematiker Euklid von Alexandria wird sich dieses Weltraumteleskop mit der Erforschung von dunkler Energie und Materie befassen. JUICE schließlich ist eine große Mission. Ein Vorhaben, das bei der NASA unter dem Begriff „Flagship-Mission“ laufen würde.

Die Mission

Der Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems. Ein Gasriese mit fast 80 Monden. Die Erforschung des Jupiters und drei seiner vier großen Monde, nämlich Ganymed, Europa und Callisto wird uns helfen, das komplette System besser zu verstehen. Mit JUICE können wir möglicherweise herausfinden, ob dort einst die Voraussetzungen für das Entstehen von Leben gegeben waren oder vielleicht es sogar heute noch sind. JUICE wird Jupiters große Begleiter miteinander vergleichen und sich gegen Ende seiner Reise insbesondere auf Ganymed konzentrieren. Ganymed ist der größte Mond unseres Sonnensystems. Er ist noch größer als der Planet Merkur. Er verfügt über einen festen und einen flüssigen Kern, ein eigenes Magnetfeld und möglicherweise, aber auch das soll JUICE herausfinden, einen Ozean unter einem etwa 40 Kilometer dicken Eispanzer. JUICE wird das erste Raumfahrzeug überhaupt sein, das auf die Umlaufbahn des Mondes eines anderen Planeten einschwenkt. Eine solche Reise stellt besondere Anforderungen an die Sonde. Vor allem hinsichtlich Energieversorgung, Strahlung, Magnetismus und der „Planetary Protection“. Letztere ist eine Vereinbarung der raumfahrtbetreibenden Nationen, Planeten und Monde, die potentiell Leben tragen könnten, vor biologischer Kontaminierung von der Erde zu schützen.

JUICE benötigt eine Solarzellenfläche von fast 100 Quadratmetern. Die ist notwendig, um auch am Ende der Mission, weit weg von der Sonne und dem harschen Strahlungsfeld des Jupiters ausgesetzt, noch über genügend Energie zu verfügen. Sie erzeugen auf Höhe der Erdbahn etwa 20 Kilowatt an elektrischer Leistung. In der Umlaufbahn um den Jupiter werden es nur noch 820 Watt sein. Um zum Jupiter zu gelangen, also zu einem der äußeren Planeten unseres Sonnensystems, muss JUICE allerdings zunächst in das innere Sonnensystem fliegen. Es ist nämlich eine Gravitationsunterstützung durch die Planeten Venus, Erde und Mars notwendig. In der Nähe der Venus wird die Sonneneinstrahlung dabei so intensiv, dass die Solarpaneele von unserem Zentralgestirn abgewendet werden müssen, um nicht beschädigt zu werden. Um das hohe Strahlungsniveau im Jupitersystem überleben zu können, werden soweit möglich hoch strahlungsresistente Materialien ausgewählt. Alle sensiblen Bauteile, beispielsweise in der Elektronik, werden mit metallischen Schutzschilden abgeschirmt. Übrigens ist auch eine besondere magnetische Reinheit erforderlich, denn eines der Hauptziele der Mission, die Erforschung der magnetischen Felder im Jupitersystem, kann nur dann erreicht werden, wenn die sensiblen Instrumente nicht durch die eigenen Magnetfelder der Raumsonde gestört werden. Um die möglicherweise „habitablen“ Eismonde vor Viren, Bakterien oder Sporen von der Erde zu schützen erfüllen die Missionspläne die schon erwähnten „Planetary Protection Guidelines“ zu 100 Prozent. Dabei geht es darum, andere Himmelskörper nicht mit biologischem Material von der Erde zu kontaminieren. Wenn wir uns ansehen, welch großen Einfluss vergleichsweise kleine Eingriffe in Ökosysteme auf der Erde haben (denken Sie nur an die ökologischen Schäden die beispielsweise die aus Europa eingeführten Katzen in Australien anrichten, oder die Ziegen auf den Galapagos-Inseln) kann man sich vorstellen, was mit biologischem Material von der Erde auf anderen Planeten und Monden passieren könnte. Dazu kommt, dass künftige Missionen fälschlicherweise Lebensformen finden und dem Planeten (oder in diesem Fall dem Mond) zuordnen könnten, die gar nicht von da stammen, sondern von uns selbst dorthin gebracht wurden. Als wäre das nicht schon Herausforderung genug, spielt auch die Zeit eine entscheidende Rolle. Um die bestmögliche Planetenkonstellation für den Start zu treffen, muss die Mission bereits zehn Jahre nach der Auswahl durch die ESA fliegen. Nur so ist ein maximaler Aufenthalt im Jupitersystem möglich. Für ein derartig großes und komplexes Unterfangen ist das eine enorme Herausforderung. Missionen vergleichbarer Komplexität sind da – angefangen von den ersten Projektstudien bis hin zum Start – durchaus schon mal doppelt so lange in Vorbereitung.

Die Projektorganisation

Als Hauptauftragnehmer wählte die ESA für die Realisierung des Projektes Airbus in Toulouse aus, die sich mit ihrem Systemvorschlag gegenüber anderen bedeutenden Mitkonkurrenten durchgesetzt hatte. Der offizielle Programmstart erfolgte im Juli 2015. Danach führte Airbus eine Ausschreibung durch, in dem die Entwicklung und der Bau der Subsysteme ausgeschrieben wurden. Im nachfolgenden Wettbewerb setzten sich neben der ArianeGroup GmbH in Lampoldshausen für das Antriebssystem noch folgende weitere Hauptauftragnehmer durch: Airbus Spanien: Struktur/Abschirmung/Thermal-Design. Airbus in den Niederlanden für die Solargeneratoren. CRISA in Spanien: Elektrik. Antwerp Space: Kommunikation. Airbus Friedrichshafen ist verantwortlich für die Auslegung des elektrischen Systems, die Betreuung der Instrumente und die AIT-Aktivitäten an und mit der Raumsonde (AIT ist die Abkürzung für Assembly Integration & Test).

Das Angebot der ArianeGroup GmbH in Lampoldshausen für das Antriebs- und Lageregelungssystem wurde vom Hauptauftraggeber am höchsten bewertet. Hier war sicher die jahrzehntelange Expertise in vielen vorangegangenen ESA-Missionen wie Exomars, Herschel/Planck, das Automated Transfer Vehicle (ATV) und das Orion-Antriebsmodul mit ausschlaggebend. Und natürlich das Wissen, dass dort immer ein bisschen mehr möglich gemacht wird als anderswo. Flexibilität ist eine der großen Stärken der Spezialisten im Hardthauser Wald (in dem Lampoldshausen liegt). Somit konnten für den Standort Lampoldshausen die Arbeiten offiziell mit der Auftragserteilung im Juni 2016 durch den Hauptauftragnehmer Airbus Toulouse beginnen. Als Nutzlast hat JUICE insgesamt elf Instrumente aus den verschiedenen beteiligten ESA-Mitgliedsstaaten an Bord. Deutschland ist dabei mit zwei Instrumenten an der Mission beteiligt, nämlich mit GALA (dem GAnymed Laser Altimeter) vom Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR) und mit SWI (für Submillimeter Wave Instrument) vom Max Planck Institut in Göttingen. Mit GALA wollen die Wissenschaftler die Topographie des Mondes, sowie die durch die Gezeiten verursachten Änderungen seiner Form untersuchen. Durch diese Messungen erhofft man sich einen indirekten Nachweis der Existenz eines Ozeans unter der dicken Eisschicht. Mit SWI wird die Stratosphäre und die Exosphäre des Jupiters untersucht und die Exosphären und Oberflächen der Eismonde. Die anderen Forschungsinstrumente an Bord der Sonde kommen aus Frankreich, Italien, Holland, Schweden und England. Sie werden von den dortigen Agenturen und Institutionen entwickelt und national finanziert. Für manche dieser Experimente könnte es übrigens aus heutiger Sicht zeitlich sehr eng werden, das „Fenster“ für die finale Integration noch zu erreichen. Hier gilt: Wer nicht rechtzeitig fertig wird, bleibt daheim.

Das Antriebssystem von JUICE

Die großen Herausforderungen der Mission an die Raumsonde gelten insbesondere auch für das Antriebssystem. Sollte ein Instrument bei der Ankunft im Jupitersystem nicht funktionieren, wäre das ein herber Verlust, aber die Forschungsreise könnte trotzdem fortgesetzt werden. Funktioniert jedoch das Antriebssystem nicht, dann bedeutet das automatisch das Aus für die Mission. Deswegen stand das CPS (für: Chemical Propulsion System) schon während der Vorstudienphasen im Brennpunkt der Aufmerksamkeit der ESA. So mussten neue Tanks für die große erforderliche Menge an Treibstoff entwickelt werden. Es mussten viele Redundanzen eingebaut werden für den Fall, dass einzelne Komponenten versagen sollten. Und es wurde eine große Anzahl von Tests, beispielsweise mit dem Haupttriebwerk, durchgeführt, um sicher zu stellen, dass das komplette System den besonderen Bedingungen der Reise und des mehrjährigen Aufenthaltes im Jupitersystem widerstehen kann. Die JUICE-Plattform ist bislang die größte Satelliten-/Raumsondenstruktur die in Lampoldshausen mit einem Antriebssystem ausgestattet wurde. Das CPS von JUICE besteht dabei aus den folgenden Hauptkomponenten:

 Zwei Tanks für insgesamt drei Tonnen Treibstoff (Hydrazin) und Oxidator (Stickstofftetroxid), die innerhalb der Zentralstruktur der Sondenplattform übereinander installiert sind.

 Drei Helium-Drucktanks für die Bedrückung der Treibstofftanks. Sie werden benötigt, um den Triebwerken über die komplette Missionsdauer hinweg ausreichend Treibstoff für den Betrieb zuzuführen.

 Ein Triebwerk mit einer Leistung von 400 Newton für die Hauptmanöver, wie zum Beispiel das Abbremsen zum Einschwenken in das Jupitersystem.

 Für Lageregelung und Orbitanpassungen sind sechs 10 Newton- und vier 22 Newton-Triebwerke an Bord. Dieses System ist aus Redundanzgründen doppelt vorhanden. Es gibt also ein zweites, paralleles System mit weiteren sechs 10 Newton- und vier 22 Newton-Raketenmotoren. Die insgesamt acht 22 Newton-Triebwerke bilden außerdem den Plan B für das Abbremsmanöver. Sollte aus irgendeinem Grund das 400 Newton-Triebwerk versagen, wäre das alles entscheidende „Orbit-Insertion-Maneuvre“ auch mit diesen Triebwerken möglich.

 Redundante Ventile und Regler zur zeitweisen Isolation und Regelung von Druck und Treibstoff.

 Filter, welche die empfindlichen Bauteile vor potenziellen Partikeln schützen.

 Eine große Anzahl von Sensoren zur Überwachung von Druck und Temperatur.

 Ein weit verzweigtes Rohrleitungssystem, welches das gesamte CPS miteinander verbindet.

Der Status

Seit der Projektauswahl bei der ESA im Mai 2012 steht der Starttermin Juni 2022 eisern und unverrückbar fest. Das ist gelinde gesagt ungewöhnlich in der Raumfahrt, wenn nicht gar einzigartig. Aber jetzt wird doch langsam die Zeit knapp. Jede noch so kleine Abweichung in der Fertigung bringt den kompletten Zeitplan in Gefahr und erfordert neue Wege, um es dennoch zu schaffen. So wurde entschieden, nicht wie geplant lediglich das Antriebssystem in Lampoldshausen zu integrieren, sondern auch vorher und teilweise sogar parallel den Harness (das ist die komplette elektrische Verkabelung) vorzubereiten. Auch Teile der MLI, das ist die „Multi Layer Insulation“, quasi der „Pullover“ des Satelliten und das, was später so schön silbern und golden glänzt wurden dort angebracht. Daneben wurde auch an der Struktur noch geändert und ergänzt. Zeitweise arbeiteten vier Teams von unterschiedlichen Firmen an unterschiedlichen Subsystemen gleichzeitig an der Satellitenstruktur. Vom frühen Morgen bis zum späten Abend. Am Wochenende und über die Feiertage. Teilweise sogar im Mehrschichtbetrieb.

Um Zeit zu sparen war das CPS schon so weit wie möglich vorintegriert und getestet worden. Im September 2019 wurde die Satellitenplattform angeliefert und danach wurde in Rekordzeit das Antriebssystem in diese Struktur integriert. Es waren sieben unglaublich intensive Monate. Bevor JUICE zur nächsten Station geschickt wurde, musste das komplette System noch ausgiebig getestet werden. Im April 2020 verließ die Struktur den ArianeGroup-Standort Lampoldshausen in Richtung Friedrichshafen. Dort erfolgt nun die finale Integration. Weitere Subsysteme werden dort fertiggestellt und integriert, die Instrumente werden dort eingebaut und die Sonde wird für die abschließenden Gesamttests vorbereitet. Diese werden nahezu das gesamte Jahr 2021 in Anspruch nehmen. Bei allen Herausforderungen zeigte sich hier die Kraft einer gemeinsamen Vision und einer gemeinsamen Aufgabe. Es war egal, von welcher Firma und aus welchem ESA-Mitgliedsland jemand kam und welche Muttersprache jemand sprach. Alle, wirklich alle kämpften um das gemeinsame Ziel, den Zeitplan für einen Start im Jahr 2022 einzuhalten.

Bei den finalen Abnahmetests auf Satellitenebene in Friedrichshafen wird das CPS noch einmal durch die Experten aus Lampoldshausen überprüft. Anfang 2022 geht es dann per Flugzeug nach Französisch Guyana zum Europäischen Weltraumbahnhof in Kourou. Hier wird das Antriebssystem bei den sogenannten Final System Performance Tests nochmals auf mögliche Transportschäden gecheckt. Dann, kurz vor dem Start, wird es mit den Treibstoffen betankt und danach unter Betriebsdruck gesetzt.

Die lange Reise

Anfang Juni 2022 soll JUICE mit einer der letzten Ariane 5-Raketen auf seine lange Reise gehen. Das Antriebssystem wird dabei schon unmittelbar nach dem Start betriebsbereit gemacht und danach bis zum letzten Tag der Mission im Einsatz bleiben. Im Verlauf des Fluges zum Jupiter sind fünf sogenannte „Swing-by-Manöver“ notwendig. Ein physikalischer Trick, bei dem die Raumsonde durch Vorbeiflüge an Planeten quasi „Schwung“ holt, um zusätzlich Fahrt aufzunehmen. Drei dieser Manöver finden im Gravitationsfeld der Erde statt, eines an der Venus und eines am Mars. Sie sind aufgrund des hohen Gewichtes der Raumsonde – sie wiegt beim Start fast fünf Tonnen – erforderlich. Bei diesem Gewicht ist ein „Direktschuss“ zum Jupiter mit einer Ariane 5 unmöglich. Aber auch mit der „Schwungtechnik“ dauert es fast siebeneinhalb Jahre, bis das Ziel erreicht ist.

Der Weg zum Ziel

Im Juni 2022 erfolgt durch die Ariane 5 ECA der Einschuss in eine Sonnenumlaufbahn mit einer hyperbolischen Überschussgeschwindigkeit von 3,15 Kilometer pro Sekunde (also 3,15 Kilometer pro Sekunde mehr, als es für eine Fluchtbahn aus der Erdgravitation notwendig ist). Nach einer Umkreisung der Sonne auf dieser Bahn erfolgt im Mai 2023 ein erstes Gravitationsunterstützungsmanöver mit einem Vorbeiflug an der Erde in einem Abstand von 12.700 Kilometern. Fünf Monate und eine halbe Runde um die Sonne später erfolgt ein Swing-by an der Venus, dieses Mal in einem Abstand von 9.500 Kilometern. Eine weitere Sonnenumkreisung danach erfolgt im September 2024 der zweite Erdvorbeiflug. Jetzt in einem Abstand von nur 1.950 Kilometern und bei schon viel höherer Geschwindigkeit als beim Abflug am Heimatplaneten vor mehr als zwei Jahren. Weitere fünf Monate später wird am Mars Schwung geholt, der im Februar 2025 in einem Abstand von 1.100 Kilometern passiert wird. Im November 2026 wird das letzte Mal Schwung geholt. Wieder an der Erde und dieses Mal in einem Abstand von 3.700 Kilometern. Danach hat JUICE genug Fahrt aufgenommen, um in einer weiten Kurve die Marsbahn hinter sich zu lassen, den Asteroidengürtel zu durchqueren, und schließlich den Jupiter anzusteuern.

Den erreicht die Sonde im Oktober 2029. Ein naher Vorbeiflug an Ganymed nimmt schon geringfügig Fahrt weg, bevor dann siebeneinhalb Stunden später das entscheidende Brennmanöver für das „Einbremsen“ in die Jupiter-Umlaufbahn erfolgt. Das ist der alles entscheidende Moment für das Antriebssystem aus Lampoldshausen. Danach hat JUICE zunächst eine enorm langgestreckte elliptische Trajektorie erreicht. Die Bahnanalytiker nennen so etwas einen „capture orbit“, eine Geschwindigkeit, die gerade eben ausreicht, um in eine Umlaufbahn einzutreten. Diese Bahnellipse ist zunächst so weit, dass die Sonde erst im Mai 2030 dem Jupiter wieder sehr nahe kommt. Nun wird die Bahn um den größten Planeten des Sonnensystems nach und nach immer enger. Im Oktober 2030 wird ein erster Vorbeiflug an Europa erfolgen, im April 2031 an Callisto und Ende Januar 2032 noch einmal an Europa und sogar an Io. Im September 2032 erfolgt das „Einbremsen“ in einen elliptischen Orbit um Ganymed. Dieser Orbit wird im Februar 2033 zirkularisiert. Das nominale Einsatzende ist momentan mit Februar 2034 kalkuliert. Reicht der Treibstoff, dann kann das noch verlängert werden. Dann wäre eine erweiterte Mission mit einer weiteren Absenkung der Umlaufbahn auf 200 Kilometer möglich. Die Orbitalkontrolle übernimmt dabei immer noch das Antriebssystem aus Lampoldshausen. Seine finale Aufgabe wird es sein, ganz zum Ende der Mission hin, JUICE gezielt auf Ganymed zum Absturz zu bringen.

Zur Autorin

Alexandra Lein – Master of Science, ArianeGroup Lampoldshausen – Projektleiterin für das Antriebssystem JUICE. Kam mit Umwegen über die öffentliche Wirtschaft, Automobilindustrie und Medizintechnik zur Raumfahrt. Seit nunmehr 12 Jahren ist sie bei der ArianeGroup GmbH in Lampoldshausen.

Tom Cruise und das Ende der ISS

Zuvor hatte sie es vehement abgelehnt und die einzelnen Vorstöße der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos in diese Richtung stets etwas angesäuert kommentiert. Im Mai 2019 änderte die NASA aber überraschend ihre Haltung: Von nun an will auch sie Weltraumtouristen zulassen. Für 35.000 Dollar pro Tag kann jeder, der ein kommerzielles Vorhaben beabsichtigt, die Internationale Raumstation (ISS) besuchen. Das sind allerdings nur die Übernachtungsgebühren. Dazu kommen noch die Kosten für den Transport in einem Crew Dragon-Raumschiff von SpaceX oder einem Starliner von Boeing. Die berechnen 50-70 Millionen Dollar pro Person. Obendrauf gibt es ein ganzes Sammelsurium nicht gerade niedriger Nebenkosten. Insgesamt ist so ein Flug zum Außenposten der Menschheit alles andere als ein Schnäppchen. Aber grundsätzlich: Es geht.

Eine wichtige Voraussetzung für den Weg in diese Richtung brachte das Jahr 2020 mit dem Einsatz des ersten bemannten kommerziellen Zubringersystems zur ISS. Die US-Astronauten Bob Behnken und Doug Hurley erreichten im Mai die Raumstation erstmals in der Geschichte der Raumfahrt an Bord eines weitgehend privatwirtschaftlich entwickelten und gebauten Vehikels. Die Privatwirtschaft, in dem Fall also SpaceX, wird das System auch selbst betreiben. Die NASA wird zukünftig nur noch die Sitze buchen.

Privatwirtschaftlich und kommerziell ausgerichtet soll in Zukunft auch die ISS werden – zumindest teilweise. Weltraumtourismus gilt dabei als eindeutig kommerzieller Zweck. Es ist also nun kein Problem mehr, dass SpaceX im Mai 2020 verkündete, dass für den Herbst 2021 drei nicht genannte „Passagiere“ einen Trip zur Raumstation gebucht haben – Passagiere, die keine Berufsastronauten sind.

Im selben Monat gab die NASA bekannt, dass sie mit Tom Cruise in Kontakt stehe, um einen Film an Bord der Internationalen Raumstation zu drehen. Keine Reportage und keine Dokumentation – nein, einen Action-Film. Es wäre nicht außergewöhnlich wenn dessen Titel „Top Gun 3“ oder „Mission Impossible – The sky is no limit“ oder so ähnlich lauten würde. Die NASA verkündete, dass sie „exited“ sei, mit dem berühmten Filmstar zusammen zu arbeiten. Wörtlich hieß es, „We need popular media to inspire a new generation of engineers and scientists to make NASA’s ambitious plans a reality”. Also: Wir brauchen die Mainstream-Medien um eine neue Generation von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu inspirieren, die ambitionierten Pläne der NASA Wirklichkeit werden zu lassen.

Die Betriebskosten müssen runter

Tom Cruise wird, so scheint es momentan, mit dem Filmregisseur und Kameramann Doug Liman und einer noch unbekannten dritten Person zur Raumstation fliegen. Das Transportmedium wird eine Crew Dragon von SpaceX sein. Der Start wird auf einer Falcon 9 erfolgen. Die Flugdauer wird wahrscheinlich 30 Tage nicht überschreiten. Das ist das Maximum, das die NASA gegenwärtig für kommerzielle Besucher erlaubt.

Die Internationale Raumstation befindet sich heute überwiegend unter NASA-Management. An dieser Stelle werden die Russen ein wenig mosern, denn auch in Moskau gibt es ein Kontrollzentrum, aber angesichts der generellen Kostenverteilung ist es so. Die vielen Versuche, die Betriebskosten der ISS zu senken haben in der Vergangenheit nur wenige Früchte getragen. Nach wie vor zahlt die NASA etwa vier Milliarden Dollar jährlich für ihren Betrieb. Ein Betrag, der für die zukünftigen ehrgeizigen Pläne der US-Weltraumbehörde für den Mond und den Mars fehlt. Diese Kosten müssen also runter und dafür muss die ISS für eine möglichst breite Palette von Anwendern attraktiv werden. In dieser Richtung ist einiges in Bewegung gekommen. Schauen wir uns dazu den Zeitraum von Mitte September 2020 bis etwa Ende des Jahres 2021 an. Schon diese Zeitspanne wird, verglichen mit der Vergangenheit, einen geradezu tumultuösen Betrieb auf der ISS mit sich bringen. Gleichzeitig ist es eine Zeit, in der wir mit dem Start des Tianhe-Zentralmoduls der chinesischen Raumstation die Eröffnung eines zweiten, parallelen Außenpostens im Orbit erleben werden. Zwei Raumstationen, die gleichzeitig in Betrieb sind. So etwas hat es bislang noch nicht gegeben. Sehen wir uns dazu die Details an, soweit sie zum Zeitpunkt des Entstehens dieses Artikels bekannt sind.

Die ISS bis Ende 2021

Anfang September 2020, zum Zeitpunkt an dem diese Zeilen entstehen, befindet sich lediglich die dreiköpfige Crew von Sojus MS-16 mit Chris Cassidy, Anatoli Iwanischin und Iwan Wagner an Bord der ISS. Zuvor hatten Bob Behnken und Doug Hurley die Crew Dragon DM-2 Mission erfolgreich abgeschlossen und waren am 2. August im Golf von Mexiko gelandet. Die Rückkehr von Sojus MS-16 ist, nach 195 Tagen im Orbit, für den 22. Oktober 2020 geplant. Ein schwieriger Zeitpunkt, denn nur wenige Tage zuvor werden kurz hintereinander zwei neue Mannschaften an Bord der ISS erwartet. Eine sehr knappe Zeit für die Übergabe der Raumstation.

Derzeit sieht es so aus, dass die dreiköpfige Crew von Sojus MS-17, bestehend aus den beiden russischen Kosmonauten Sergei Ryschikow und Sergei Kud-Swertschkow, sowie der NASA-Astronautin Kathleen Rubins am 14. Oktober zur ISS starten sollen. Die haben dann etwa sieben Tage Zeit, die Raumstation von Cassidy, Iwanischin und Wagner zu übernehmen. Recht viel länger kann die Sojus MS-16 Crew tatsächlich nicht an Bord bleiben, denn die technische Gewährleistung ihres Raumschiffs läuft nach 200 Tagen im All ab, und die haben sie zu diesem Zeitpunkt bis auf fünf Tage ausgeschöpft. Bei bemannten Raumflügen wird nur im äußersten Notfall am Mindesthaltbarkeitsdatum gedreht. Sojus MS-16 ist noch kaum zwei Tage zurück auf der Erde, da soll auch schon der SpaceX Crew-1 Flug auf die Reise gehen. Mit den Astronauten Michael Hopkins, Victor Glover, Soichi Noguchi und Shannon Walker. Klappt das, dann ist Ende Oktober 2020 zum ersten Mal in der 21jährigen Geschichte der ISS die Sollstärke von sieben Langzeitbesatzungsmitgliedern erreicht. Zusammen bilden sie nun die Expedition 64.

Irgendwann während des ersten Drittels ihres Aufenthaltes, derzeit sieht es nach Dezember aus, sollte Boeing den zweiten unbemannten Testflug seines Starliners durchführen, die Mission OFT-2. Die erste Mission erreichte ja wegen eines Software-Problems nicht die Raumstation, so dass der Testflug nun wiederholt werden muss. Wenn es diesmal klappt wird es an der ISS ein interessantes Bild zu sehen geben. Alle drei bemannten Raumtransportsysteme befinden sich dann gleichzeitig an der ISS: Sojus, Crew Dragon und Starliner. Während also letzterer noch unbemannt unterwegs ist, wird es für SpaceX sicher eine Genugtuung darstellen, dass ihr Raumschiff nun schon den zweiten bemannten Einsatz durchführt.

Im zweiten Drittel ihres Aufenthaltes werden sie etwas erleben, das es nur in einer kurzen Transferphase zwischen der dem Untergang geweihten russischen Raumstation Mir und der noch sehr infantilen Internationalen Raumstation um den Jahreswechsel 2000/2001 gab: Zwei Raumstationen gleichzeitig im Orbit, denn das Tianhe-Basismodul der chinesischen Raumstation soll im Februar oder März starten. Anfang April 2021 findet erneut ein sehr dicht getakteter Schichtwechsel auf der Station statt. Zu diesem Zeitpunkt könnte die ISS dann kurzfristig mit 14 Personen belegt sein. Zunächst startet am 30. März die SpaceX Crew-2 Mission mit Robert Kimbrough, Megan McArthur (der Ehefrau von Bob Behnken), Akihido Hoshide von der JAXA und Thomas Pesquet von der ESA. Nur zwei Tage später folgt nach gegenwärtiger Planung Sojus MS-18. Und das wird mit Oleg Nowitzki, Pjotr Dubrow und Andrei Borisenko zum ersten Mal seit 21 Jahren eine rein russische Crew sein. Wenige Tage danach, das Datum steht noch nicht genau fest, kehrt die Space X Crew-1 (mit Glover, Hopkins, Walker und Hoshide) wieder zur Erde zurück, gefolgt von der Besatzung von Sojus MS-17 am 9. April 2021. Die drei russischen Neuankömmlinge werden gut zu tun haben, denn im April soll zunächst das Nauka-Modul mit einer Proton M-Trägerrakete gestartet werden. Am 23. April legt Progress MS-16 zusammen mit dem Pirs-Modul von der ISS ab. Dadurch wird der Dockingknoten frei, an dem dann Nauka wenige Tage danach anlegen kann. Nauka ist das erste neue Großmodul der ISS seit vielen Jahren.

Im Juli wird die Besetzungslage in der ISS weiter verwirrend bleiben. Werfen wir deshalb einen kurzen Blick nach China, wo etwa um diesen Zeitraum die dreiköpfige Crew von Shenzhou-12 am Tianwe-Modul anlegen soll und dann dort für etwa zwei bis drei Monate bleiben wird. Während ihres Aufenthaltes wird sie möglicherweise noch die Ankunft des Tianzhou 2-Raumfrachters und des zweiten großen Raumstationsmoduls mit der Bezeichnung Wentian miterleben. Die zeitliche Verteilung ist aber noch ungewiss. China hat für die Inbetriebnahme seiner nationalen Raumstation auf jeden Fall zwischen Juli 2021 und Dezember 2022 vier bemannte Shenzhou-Missionen vorgesehen. Nach dem Dezember 2022 ist die Aufnahme des permanenten Betriebs der chinesischen Raumstation geplant.

Bei positivem Ausgang des unbemannten OFT-2 Testfluges werden im Juni 2021 auch die ersten Astronauten mit Boeings Starliner an der ISS eintreffen. Dieser Einsatz ist mit einer Dauer von mehr als 100 Tagen von vorneherein als Langzeitflug geplant. Kommandant ist Christopher Ferguson von Boeing (ein früherer NASA-Astronaut). Begleitet wird er von den beiden NASA-Astronauten Michael Finke und Nicole Mann. Das hat nun zur Folge, dass die ISS bis in den August hinein mit zehn Personen besetzt ist.

Sollte die momentan gültige Planung halten, dann wird es Anfang August für etwa eine Woche wieder ziemlich belebt auf der ISS, denn der Start der SpaceX Crew-3 am 12. August überschneidet sich mit der Rückkehr des SpaceX Crew-2 um etwa eine Woche. Die vierköpfige Besatzung von SpaceX Crew-3 ist derzeit noch nicht vollständig benannt. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich dann elf Personen auf der ISS. Dazu kommen die vermutlich drei Taikonauten der chinesischen Raumstation womit erneut 14 Menschen gleichzeitig im Orbit wären.

Eine Frage ist nun, wo die eingangs erwähnte „Spezialmission“ eingeflickt wird. Irgendwann im Herbst sollen nämlich auch Tom Cruise, Doug Liman und eine noch ungenannte dritte Person zusammen mit Chris Cassidy von Axiom Space zu einem Flug von etwa 30 Tagen Dauer zur ISS starten, um dort – ein Novum in der Geschichte der Raumfahrt – einen offiziellen Filmdreh durchzuführen. Am 8. September startet von Baikonur aus eine Spezialversion des Progress-Versorgungsschiffes mit der Bezeichnung Progress MS-UM. Dieses Fahrzeug bringt das neue Prichal Docking-Modul zur ISS und macht es am Nauka-Modul fest. Prichal verfügt über sechs Docking-Ports. Am 5. Oktober 2020 stößt auch Sojus MS-19 zur Station. Sie steht unter dem Kommando von Anton Schkaplerow. Mit ihm fliegen Andrei Babkin und Sergei Korsakow. Nun sind zehn Personen an Bord, bis am 13. Oktober Sojus MS-18 zur Erde zurückkehrt. Gegen Ende Dezember kommt auch die Zeit für den zweiten bemannten Starliner-Flug, nämlich die Mission CST-1. Hier steht die Besatzung schon weitgehend fest. Kommandantin wird Sunnita Williams sein, als Pilot fungiert Josh Cassada und mit an Bord werden Janette Epps sein und möglicherweise Matthias Maurer, der deutsche ESA-Astronaut. Das hängt aber stark von der Verfügbarkeit der Starliner-Kapsel ab, denn zum Zeitpunkt an dem diese Zeilen entstehen müssen ja noch zwei Testflüge absolviert werden.

Wundern Sie sich nicht, wenn die eine oder andere Besatzung in einem Jahr etwas anders aussieht und sich auch die Ansätze für die Zeitplanung etwas verschieben. Was dieses Bild aber vermittelt: Es kommt viel Bewegung in den Betrieb der ISS. Die ruhigen Zeiten, wo man auf Jahre hinaus die jeweils zwei Besatzungen pro Jahr kannte, sind vorbei. Ab jetzt werden die Dinge ziemlich dynamisch – und dieser Zustand wird anhalten. Zumindest für eine Reihe von Jahren. Meine Schätzung: Bis etwa 2030.

Die ISS in zehn Jahren

Was nun kommt ist nicht mehr als eine qualifizierte Vermutung. Es kann auch ganz anders kommen. Katastrophen, politische Erdrutsche oder ähnliches können innerhalb von Tagen jegliche Planung über den Haufen werden. Aber gehen wir davon aus, dass die Weltlage nicht schlimmer wird als sie es heute ist, sich keine neuen Pandemien, gewaltigen Naturkatastrophen und Weltwirtschaftskrisen ereignen, dann könnte das Schicksal der ISS um das Jahr 2030 wie folgt aussehen:

Überraschenderweise existiert sie noch immer, obwohl ihr baldiges Ende schon für die frühen 2020er-Jahre prognostiziert wurde. Doch um 2030 oder nicht allzu lange danach zeichnet sich das Ende ihrer Existenz ab. Gegen Materialermüdung kann auch politischer Wille nichts ausrichten.

Die ISS ist in den letzten 10 Jahren stark gewachsen. Es gibt neben Nauka noch mehrere russische Module, die neu hinzugekommen sind. Das Unternehmen Axiom Space hat im Jahr 2030 insgesamt vier Module am US-Segment angekoppelt. Damit ist der Samen für die weitere Nutzung vieler dieser Komponenten bereits gesät. So werden aus der ursprünglichen großen Internationalen Raumstation die Keimzellen für eine Reihe kleinerer und auf spezielle Aufgaben fokussierter Stationen entstehen.

In den frühen 30iger Jahren wird die ISS also im Weltraum auseinandergebaut. Viele Module können weiter verwendet werden, an manchen aber hat der Zahn der Zeit so genagt, dass man sie stilllegen muss.

Ein großer Teil der ursprünglichen Raumstation bleibt übrig. Um sie zu „entsorgen“ gibt es mehrere Möglichkeiten. Die eine besteht darin, in einer aufwendigen Aktion, die viel Treibstoff, Organisation und Kosten in immenser Höhe verursachen würde, die nicht mehr brauchbaren Komponenten gezielt über dem Südpazifik zum Absturz zu bringen. Der größte Teil würde dabei verglühen, einiges würde den Rücksturz zur Erde aber überstehen und tausende von Metern tief im Pazifik versinken.

Diese Möglichkeit wird heute viel diskutiert. Ich glaube aber nicht daran. Wenn man die Teile der ISS unbedingt entsorgen will kann man sie mit einigen wenigen Flügen des Starships von SpaceX abholen, zur Erde bringen und ins Museum stellen.

Die andere Möglichkeit ist viel schöner, organisatorisch einfacher und vor allem viel, viel billiger. Die bestünde darin, die ISS auf eine höhere Umlaufbahn zu schieben, vielleicht 1.000 Kilometer hoch, aber noch unterhalb der Strahlungsgürtel der Erde. Dort erklärt man sie zum Weltkulturerbe. Als Besichtigungspunkt für spätere Touristen und Historiker. In dieser Höhe bliebe die Bahn der ISS für viele Jahrzehnte stabil, ohne dass große Investitionen an Treibstoff und Antriebsinfrastruktur nötig sind. Man könnte einen solchen Orbit als die 100-Jahresbahn bezeichnen. Alle fünf bis zehn Jahre würde ein geringer Schub eines chemischen Antriebsmoduls genügen, um diese Bahn stabil zu halten. Oder ein preiswertes elektrisches Antriebssystem schiebt es mit gelegentlichen langdauernden, schwachen Schüben wieder die paar Kilometer an Höhe zurück, die sie im Laufe der Jahre verlieren mag. Dort verbleibt sie dann als im wahrsten Sinne des Wortes leuchtendes Symbol für den Abschluss der ersten Phase der bemannten Raumfahrt und den Beginn des nächsten Schrittes, der Nutzung des cislunaren Raumes und der ersten bemannten Expeditionen zum Roten Planeten. Die Axiom-Module werden mit einem zusätzlichen Steuerungs- und Antriebsmodul versehen und bilden danach eine kleine eigene Raumstation. Ähnlich verhält es sich mit den noch verwendbaren Modulen des russischen Segments, das ebenfalls eine eigene kleinere nationale Raumstation von der Größe der ehemaligen Raumstation Mir bilden wird. Internationale Module, die noch verwendbar sind, können zum lunaren Gateway verbracht werden und dort noch den Rest ihrer Lebenszeit nützlich sein.

Alles zusammen sollten um das Jahr 2030 oder bald danach insgesamt mindestens fünf Raumstationen existieren. Eine private US/Internationale Station, eine russische und eine chinesische Station, sowie eine kleine indische Raumstation. Nummer fünf ist das lunare Gateway und möglicherweise bahnt sich dann auch schon die permanent besetzte Mondstation an. Das Ende der Internationalen Raumstation wird somit der Anfang von etwas Neuem, Vielfältigerem und Größerem werden.

Bis zum Mars und weiter – Chinas Weg ins Sonnensystem

Zwischen dem 19. und 30. Juli machten sich drei Raumfahrzeuge auf den Weg zum Roten Planeten. Zuerst startete die Sonde „Al Amal“ (arabisch für: Hoffnung) an Bord einer japanischen Trägerrakete des Typs H2A-202. Zum Schluss machte sich der Plutonium-betriebene Rover Perseverance mit dem kleinen Ingeniuity-Mars Helikopter der NASA auf die Reise. Zwischen diesen beiden, am 23. Juli, trat auch Chinas komplexe Orbiter/Lander-Kombination mit dem Namen Tianwen-1 an Bord einer Trägerrakete des Typs Langer Marsch 5 die lange Reise zum Mars an.

Alle drei werden im Februar 2021 den Mars erreichen. Al Almal wird in eine Umlaufbahn einschwenken, genauso wie Tianwen-1. Perseverance wird einen Direktanflug unternehmen, ohne erst in eine Umlaufbahn einzuschwenken. Für eine reine Rover-Mission wäre das unnötig. Der Name “Tianwen” bedeutet: “Fragen an den Himmel”. Er entstammt einem historischen Gedicht aus dem dritten vorchristlichen Jahrhundert. Dort stellt der Dichter Qu Yuan Fragen zur Astronomie, die aber unbeantwortet bleiben. Diese Antworten sollen nun mit Tianwen-1 und ihren nachfolgenden Sonden gefunden werden. Schon die bewusste Nummerierung deutet klar darauf hin, dass China die Absicht hat, in Zukunft weitere Raumfahrzeuge zum Mars zu entsenden.

Tianwen-1 wurde von der China Aerospace Science and Technology Corporation (kurz: CAST) entwickelt und gebaut. Es ist nicht der erste Versuch Chinas, den Roten Planeten zu erreichen. Aber es ist der erste Versuch, es selbständig zu schaffen und es ist das erste Mal, dass ein Land gleich bei seinem ersten selbständigen Versuch ein derartig hoch ambitioniertes Vehikel mit Orbiter, Lander und Rover auf die Reise schickt. Am 8. November 2011 machte sich schon einmal eine chinesische Marssonde auf den Weg, die kleine, nur 115 Kilogramm schwere Yinghuo-1. Er war als Zusatznutzlast an der russischen Phobos-Grunt Raumsonde befestigt und sollte sich nach Erreichen des Marsorbits von dieser trennen. Tatsächlich schaffte es die Zenit-Trägerrakete aber nur bis in die Erdumlaufbahn. Der Einschuss in die Mars-Transferbahn misslang. Phobos-Grunt und Yinghuo-1 traten am 15. Januar 2012 wieder in die Erdatmosphäre ein und verglühten über dem Ostpazifik und Chinas erste Marsmission nahm ein ebenso unrühmliches wie unverschuldetes Ende.

Gemischte Resultate am Mars

Landungen auf dem Mars sind auch im Jahre 2020 eine der schwierigsten astronautischen Übungen. Es gibt eigentlich nur ein Land, das diese Meisterklasse wirklich beherrscht: Die USA. Die Sowjetunion hat seinerzeit eine ganze Reihe von Versuchen unternommen, das zu bewerkstelligen. Doch nur eine einzige ihrer Landesonden – Mars 3 – gab nach der Ankunft auf der Oberfläche des Roten Planeten auch ein Lebenszeichen von sich. Für genau 20 Sekunden, dann war sie tot. Zu wenig, um mit den damaligen Mitteln auch nur ein einziges Bild zu übertragen.

Auch die Europäer haben es schon zweimal probiert. Beide Versuche endeten als Fehlschlag. Andere Nationen haben sich an dieses komplexe Unterfangen bislang gar nicht erst herangewagt. In den frühen Tagen der Raumfahrt tastete man sich langsam und schrittweise an den Mars heran. Es begann in den sechziger Jahren mit Vorbeiflügen in größeren Abständen. Der erste erfolgte mit Mariner 4, die den Mars am 15. Juli 1965 in einem Abstand von knapp 10.000 Kilometern passierte. Als erste Orbitsonde trat Mariner 9 am 14. November 1971 in eine Marsumlaufbahn ein. Die erste erfolgreiche Landung mit einem stationären Lander schaffte Viking 1 am 20. Juli 1976, und der erste erfolgreiche Rover, der nur knapp zwölf Kilogramm schweren Sojurner, wurde mit dem Mars Pathfinder zum Roten Planeten gebracht. Die NASA unternahm bislang insgesamt neun Versuche, auf dem Mars zu landen und war dabei nicht weniger als acht Mal erfolgreich.

Warum ist es denn eigentlich so schwierig auf dem Mars zu landen? Schuld daran ist seine dünne Atmosphäre. Gar keine Atmosphäre wäre von einem Ingenieur-Standpunkt aus wesentlich einfacher, denn man müsste nur einen einzelnen Landemodus bedienen: Den Abstieg unter Raketenkraft. So aber müssen drei verschiedene Modi präzise aufeinander folgen.

Zunächst hat man es mit einem atmosphärischen Eintritt in die Planetenatmosphäre zu tun, bei dem mittels eines Hitzeschildes zunächst ein großer Teil der Eintrittsgeschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde abgebaut werden muss. In der zweiten Phase einer Marslandung muss ein mehrstufiges Fallschirmsystem benutzt werden, um von hoher Überschallgeschwindigkeit auf etwa 100 Meter pro Sekunde abzubremsen. Unterhalb dieser Geschwindigkeit ist ein Fallschirm unwirksam, denn die Luft ist auf dem Mars viel zu dünn. Daher muss in der dritten Phase die Restfahrt mittels Raketentriebwerken eliminiert werden. In manchen Fällen, bei kleineren Landern, muss danach noch ein Airbag den Landestoß absorbieren. Bei großen Nutzlasten in der Curiosity- und Perseverance-Klasse – diese Fahrzeuge wiegen auch auf der Erde schon über eine Tonne – braucht es das überaus diffizile Skycrane-Verfahren, um sie intakt abzuliefern. Nicht zuletzt wegen der nahezu unfassbaren Komplexität des Vorgangs und seinen vielen Unwägbarkeiten bezeichnen die NASA-Ingenieure diese Landungen gerne als die „Sieben Minuten des Terrors“, ein Begriff, den nun auch die chinesischen Ingenieure übernommen haben. An all das wagen sich die chinesischen Raumfahrtingenieure gleich bei ihrer ersten eigenständigen Mission zum Roten Planeten. Ein Zeichen für großes Raumfahrt-Knowhow und vor allem auch für ein handfestes Selbstbewusstsein. Um der Komplexität des Verfahrens noch eins obendrauf zu setzen versucht sich China nicht nur mit einer Orbiter/Lander-Kombination, sondern führt auch noch einen komplexen Rover mit sich.

Das Raumfahrzeug

Tianwen-1 ist ein massives Fahrzeug, das dem Anspruch eines Landes gerecht wird, zur absoluten Spitze der Weltraumnationen zu gehören. Um dieses Raumfahrzeug überhaupt starten zu können, brauchte es eine der leistungsfähigsten Trägerraketen der Welt: Die Langer Marsch 5. Sie ist in derselben Leistungsklasse angesiedelt wie die Delta 4 Heavy, die nur noch von der Falcon Heavy von SpaceX übertroffen wird. Tianwen-1 besteht aus drei Komponenten: Dem Orbiter, dem Lander und einem Rover. Die beiden letzteren werden vom Hitzeschild umschlossen, einem kurvilinearen Kegel, der einer fliegenden Untertasse ähnelt. Die Bodenplatte dieses Kegels hat einen Durchmesser von 3,4 Metern. Diese Platte besteht aus einem ablativen Hitzeschild, der aus ähnlichem Material gefertigt wurde, wie der Hitzeschild der bemannten Shenzou-Raumkapseln. Der Orbiter alleine weist ein Startgewicht von 3.175 Kilogramm auf. Er wird den Roten Planeten mit sechs Instrumenten aus der Umlaufbahn aus beobachten. Seine Aufgabe ist es auch, sich selbst und die Lander/Rover-Kombination in eine Umlaufbahn einzubremsen und den Ort für die Landung genau zu definieren. Seine eigene Ausrüstung mit Instrumenten besteht aus einer hoch auflösenden Kamera mit einem maximalen Auflösungsvermögen von fünfzig Zentimetern pro Bildpunkt, einer Kamera mit mittlerem Auflösungsvermögen von 100 Metern für Kontextaufnahmen, einem Magnetometer, einem Spektrometer zur Bestimmung von Mineralien und Erzen, einem Bodenradar mit einer Eindringtiefe von mehreren hundert Metern und einem Teilchendetektor für Ionen und neutrale Partikel zum Studium der Wechselwirkung zwischen der Marsatmosphäre und dem interplanetaren Raum. Der solarbetriebene Rover ist zwei Meter lang und 1,65 Meter breit. Er wiegt 240 Kilogramm und ist damit insgesamt etwa 25 Prozent größer als die US-Rover Spirit und Opportunity der frühen 2000er-Jahre. Er soll die Utopia Planitia-Region erforschen und ist dafür mit insgesamt sechs Instrumenten ausgerüstet, nämlich einem Radar, mit dem der Boden bis in eine Tiefe von 100 Metern untersucht werden kann, einer Multispektralkamera, Navigations- und Terrainkameras für den Fahrbetrieb, einem Detektor für chemische Verbindungen, einem Magnetfelddetektor und meteorologischen Messinstrumenten. Dieser Rover wird mit einem Landefahrzeug zur Oberfläche gebracht, das über Hitzeschild, Fallschirm und Retroraketen verfügt. Das gesamte Raumfahrzeug mit seinen drei Komponenten und dem beim Eintritt in die Atmosphäre alles umschließenden Hitzeschild ist beim Start mehr als fünf Tonnen schwer.

Tianwen-1 – Der Missionsablauf

Zum Zeitpunkt, an dem diese Zeilen entstehen, ist die Mission bereits sicher auf dem Transfer zum Mars. Der Start klappte einwandfrei, was gerade bei der Langer Marsch 5 keine gesicherte Sache war. Es war erst der fünfte Start einer Langer Marsch 5, und eine der vier vorausgegangenen Missionen war ein Fehlschlag gewesen. Traditionell treten Startversager vorwiegend bei den frühen Missionen neuer Trägerraketen auf, deswegen dürfte der Blutdruck der chinesischen Ingenieure bei diesem Start nicht gerade niedrig gewesen sein. Nun folgt die Transferphase, in der sich das Raumfahrzeug noch befinden wird, wenn die meisten der SPACE-Leser diese Ausgabe in den Händen halten. Im Februar trifft Tianwen-1 am Mars ein und führt ein Brennmanöver durch, nach dessen hoffentlich erfolgreichem Abschluss es sich auf einem sehr langgezogenen sogenannten „Capture Orbit“ befindet. Dessen Umlaufdauer wird etwa zehn Tage betragen, bei einer Inklination zum Äquator von 11,8 Grad. Aus dieser vorläufigen Umlaufbahn wird sich das Raumfahrzeug nach und nach mit Hilfe mehrerer weiterer Brennmanöver auf seinen Arbeitsorbit begeben, der ein Periaris von 265 Kilometern und ein Apoaris von 12.000 Kilometern aufweisen soll und dabei über die Marspole führt. Frühestens im April, wahrscheinlich aber im Mai, wird sich das Lander/Rover-Modul vom Orbiter trennen und seinen Abstieg durch die Mars-Atmosphäre zur Oberfläche antreten. Zunächst bremst der Lander so stark ab, dass er die obersten Schichten der Mars-Atmosphäre erreichen kann. Sobald er dort angekommen ist, beginnt die aerodynamische Abbremsung mittels des Hitzeschildes. Die Eintrittsgeschwindigkeit in die Marsatmosphäre beträgt dabei 17.300 Kilometer pro Stunde. Innerhalb von 290 Sekunden wird diese Geschwindigkeit auf 1.650 Kilometern pro Stunde reduziert.

Zu diesem Zeitpunkt wird das Fallschirmsystem aktiviert, das die Geschwindigkeit innerhalb von 90 Sekunden auf etwa 350 Kilometer pro Stunde reduziert. In dieser Flugphase trennt sich der Lander auch vom unteren Teil des Hitzeschildes. Danach trennt sich der Lander vom Fallschirm und der oberen Kappe des Schildes und dann beginnt die propulsive Schlussphase der Landung. 80 Sekunden dauert es, bis die Geschwindigkeit vollständig abgebaut ist. Etwa 100 Meter über der Oberfläche steht der Lander zunächst still. In diesem Zeitraum scannt er den Boden unter sich ab, bis er eine ebene und weitgehend steinfreie Fläche gefunden hat. Dieser Prozess kann bis zu 100 Sekunden dauern, so lange reicht der Treibstoff. Danach erfolgt der endgültige Abstieg zur Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von 3,6 Metern pro Sekunde. Das Landegebiet liegt in der Utopia Planitia Region, unter dessen Oberfläche ein gigantisches Wasserreservoir in Form von Eis vermutet wird. Die darin gebundene Wassermenge ist so groß wie die des Lake Superior in den USA, einer der größten Süßwasserseen der Erde. Bald nach dem Aufsetzen klappt der Lander zwei Rampen aus, über die der Rover auf die Oberfläche des Mars rollen kann. Der Tianwen-Orbiter stellt das Funkrelay mit der Erde für den Rover dar. Die nominale Missionsdauer ist mit 90 Tagen ausgelegt, doch hoffen die chinesischen Wissenschaftler auf einen wesentlich längeren Einsatz. Vielleicht erinnern sie sich noch: Die beiden US-Marsrover Spirit und Opportunity, die im Januar 2003 auf dem Mars landeten blieben bis zum 25. Mai 2011 und 10. Juni 2018 im Einsatz und auch sie waren jeweils nur für 90 Tage auf dem Mars ausgelegt.

Chinas weitere Pläne am Mond…

Die Mission zum Mars wird keine Einzelaktion im Weltraum jenseits der Erdumlaufbahn bleiben. Über Chinas Mondambitionen haben wir in SPACE schon öfters berichtet. An der nächsten Mission zum Erdtrabanten können sich die SPACE-Leser bereits in etwa um das Erscheinungsdatum von SPACE 2021 freuen, wenn Chang’e 5 am 24. oder 25. November auf die Reise gehen wird.

Chang’e 5 ist eine Probenrückführ-Mission. Die erste seit Luna 24 im August 1976. Bei diesem Flug werden die Ereignisse, anders als bei der langfristig ausgelegten Reise von Tianwen-1, Schlag auf Schlag erfolgen. Nach dem Start mit der Langer Marsch 5 wird die insgesamt 8,2 Tonnen schwere Sonde zunächst auf eine Transferbahn zum Mond gebracht. Nach drei Reisetagen soll das Vehikel dann im Rahmen mehrerer Bahnanpassungsmanöver in eine Mondumlaufbahn in 200 Kilometern Höhe einschwenken. Dort koppelt der Lander ab, und geht zwei weitere Tage später im Gebiet des Mons Rümker im Mare Procellarum nieder. Danach folgen die Probenentnahmen. Nach längstens zehn Tagen fliegt die Aufstiegsstufe mit den Proben zurück in die Umlaufbahn und legt wieder am Orbiter an. Dann findet der automatische Transfer der Proben in die Landekapsel im Inneren des Orbiters statt und die Aufstiegsstufe koppelt wieder ab. Der Orbiter mit der Rückkehrsonde zündet sein Triebwerk und fliegt wieder in Richtung Erde. Sobald alle Kurskorrekturen abgeschlossen sind, gibt der Orbiter die Landesonde frei, die dann nach etwa drei Tagen gesamter Transferzeit vom Mond mit etwa zwei Kilogramm Bodenproben in der Wüste Gobi landen soll.

Eine weitere Probenrückführmission dieser Art ist für 2023 mit Chang’e 6 geplant. Ein noch höherer Komplexitätsgrad wird mit Chang’e 7 erreicht, die 2024 starten soll. Die Mission besteht aus drei Elementen: Einem Orbiter in einem Halo-Orbit um den Mond, der den Quequia-Relaysatelliten ersetzen soll, einem Mondorbiter, der in einer sehr niedrigen Umlaufbahn nach Bodenschätzen und Mineralien Ausschau halten soll, und einem Lander, der am Südpol nahe des Terminators aufsetzen soll. Mit an Bord werden dann ein wesentlich leistungsfähigerer Rover als die beiden Yutu’s von Chang’e 3 und 4 sein, sowie ein raketenbetriebenes Erkundungsfluggerät, mit dem sich schnell größere Distanzen auf dem Mond zurücklegen lassen. Mit ihm sollen vor allen Dingen ständig im Schatten liegende Stellen in der Nähe des Landeplatzes für Analysezwecke untersucht werden.

Chang’e 8, mit einem Start 2025 oder 2026, wird als Vorbereitungsmission für bemannte chinesische Mondlandungen gesehen. Hauptzweck dieser robotischen Mission soll die versuchsweise Produktion von Bauelementen aus Mond-Regolith mittels eines 3D-Druckers sein. Im August 2020 hat China eine etwas detailliertere Planung für ihr bemanntes Mondvorhaben veröffentlicht. Demzufolge soll die chinesische Mondstation international betrieben werden. Das spiegelt sich auch in der Bezeichnung des Projektes wider, das jetzt „International Lunar Research Station“ heißt. Diese Basis soll am lunaren Südpol errichtet werden. Erste bemannte chinesische Mondlandungen mit Kurzzeitaufenthalten sollen ab dem Jahr 2030 erfolgen. Mit ihnen wird das Gelände der zukünftigen Station im Detail erkundet und Technologien erprobt. Zwischen 2030 und 2035 soll – weitgehend von Robotern – eine permanente Basis aufgebaut werden. Diese Basis wird in den Aufbaujahren schon für Kurzzeitaufenthalte besucht. Ab dem Jahr 2036 könnte sie als permanente und internationale Basis in Betrieb genommen werden. Russland hat bereits öffentlich Interesse an einer Teilnahme an dieser angemeldet. Auch die ESA zeigt sich verhalten interessiert, obwohl die europäische Raumfahrbehörde bereits beim Esprit-Modul des ARTEMIS-Gateway mitmacht und für die Orion-Raumschiffe der NASA das Service-Modul liefert.

…und im Sonnensystem

China will aber auch im Sonnensystem auf Erkundung gehen. Zunächst können wir davon ausgehen, dass es eine Tianwen 2-Mission geben wird, bei dem die Ersatzeinheiten von Tianwen-1 verwendet werden. China hat auch bekannt gegeben, im Startfenster des Jahres 2028 eine Probenrückführmission zum Mars zu starten. Ursprünglich war das erst für 2030 vorgesehen und hätte den Einsatz einer einzelnen Langer Marsch 9 erfordert. Es wäre allerdings fraglich gewesen, ob diese Rakete (die im Übrigen auch für die bemannten chinesischen Mondlandungen benötig wird) bis dahin zur Verfügung steht. Die vorläufig geänderten Pläne sehen nun im November 2028 den Start einer Langer Marsch 3B-Rakete mit einem Lander und einer zweistufigen Aufstiegsrakete vor, sowie einer Langer Marsch 5, die einen Erdrückkehr-Orbiter in eine Marsumlaufbahn entsendet. Die Proben sollen 2031 zur Erde gelangen.

2024 will China eine außerordentlich komplexe Asteroidenmission mit der Bezeichnung „Zheng He“ beginnen, benannt nach dem Kommandanten der chinesischen Forschungsflotte im 15. Jahrhundert. Als Trägerfahrzeug soll eine Langer Marsch 3B eingesetzt werden, was ein Hinweis darauf ist, dass das Gesamtgewicht der Sonde bei unter vier Tonnen liegen wird. Das erste Ziel dieser Raumsonde wird der erdnahe Asteroid 2016 HO3 (469219 Kamoʻoalewa) sein. Zheng He wird hier landen. Bei der extrem geringen Schwerkraft dieses Himmelskörpers sollte man aber eher von „festmachen“ sprechen, und etwa ein Kilogramm an Bodenproben aufnehmen. Dabei sollen auch ein Mini-Rover und ein Nano-Orbiter abgesetzt werden. Etwa zwei bis drei Jahre nach dem Start wird „Zheng He“ zur Erde zurückkehren, einen nahen Vorbeiflug am Heimatplaneten durchführen, und eine kleine Rückkehrkapsel mit dem Gestein abwerfen, die in der Wüste Gobi landen soll. Danach macht sie sich auf zum Kometen 133P/Elst-Pizarro, den sie sieben Jahre später erreicht. In dieser Zeit wird sie wahrscheinlich einen „Gravity Assist“ am Planeten Mars erhalten und möglicherweise noch einen Vorbeiflug an einem weiteren Asteroiden durchführen. Das Unternehmen erfordert einen hohen Geschwindigkeitsbedarf, den elektrische Triebwerke decken sollen.

Um 2029 soll eine Forschungssonde zum Jupiter und seinem Mondsystem fliegen. Die Flugbahn soll dabei ähnlich verlaufen, wie die der europäischen Raumsonde JUICE, mit Gravitations-Unterstützungsmanövern an Erde, Venus und Mars. 2036 soll sie dann in eine Umlaufbahn um den Gasriesen einschwenken. Hauptforschungsgebiet sind neben Jupiter selbst vor allem die galileischen Monde, und hier vor allem Ganymed.

Und nicht zuletzt peilt China in den frühen 30er-Jahren eine Uranus-Mission an, die den Planeten etwa 2040 erreichen soll. Mit diesem Vorstoß in die absolute Weltspitze der Raumfahrtnationen ist China dann auch eine Weltmacht im äußeren Sonnensystem.

Gangayaan – Indiens bemanntes Raumfahrzeug

Russland hat eines, China hat eines und die USA haben sogar zwei. Auch Europa unternahm gelegentlich Anläufe sich so etwas zuzulegen, konnte sich am Ende aber nie dazu durchringen, es auch tatsächlich fertig zu stellen. Dagegen hat sich heimlich, still und leise und weitgehend unbemerkt von der westlichen Öffentlichkeit auch Indien eines zugelegt. Was mag das wohl sein?

Wir sprechen von einem bemannten Raumfahrtprogramm. Dessen Anfänge in Indien gehen bereits zurück bis ins Jahr 2006, eigentlich aber sogar noch 22 Jahre früher. Zwischen dem 3. und 11. April 1984 flog der Luftwaffenoffizier Rakesh Sharma als Gast des sowjetischen Interkosmos-Programms mit Sojus T-11 als erster und bislang einziger Inder in den Weltraum. Dieser Flug zeigte sich aber für Indien zunächst als raumfahrttechnologische Sackgasse. Über eigene Kapazitäten und Fähigkeiten für die Durchführung bemannter Raumfahrt verfügte Indien seinerzeit nicht und so blieb Sharmas Mission ein „One-Trick-Pony“ – eine einzelne, alleinstehende Mission aus der kein Programm erwuchs. Zurzeit von Sharmas Flug verfügte Indien noch nicht einmal über eine sinnvolle Trägerkapazität. Im Jahre 1979 war immerhin auf dem neuen Startplatz, der Shriharikota Rocket Launching Station (SRLS), die SLV 3 startbereit. Die erste Mission im Jahre 1979 war noch ein Fehlschlag, aber im Jahre 1980 hatte Indien seinen ersten eigenen Satelliten mit einer eigenen Trägerrakete in den Orbit gebracht: Rohini 1. Dieser Träger, man würde ihn heute als „Nano-Launcher“ einstufen, denn er konnte nur wenige Kilogramm Nutzlast in den Orbit bringen, war dennoch die Keimzelle der unabhängigen indischen Trägerraketenentwicklung. Seit dieser Zeit verfolgt Indien konsequent den Weg der Autonomie im Weltraum. Immer fortschrittlichere Raumfahrzeuge und Raketentypen wurden gebaut, und heute sind es Träger wie das Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV) und das Geostationary Satellite Launch Vehicle (GSLV) die aus dem einstigen Raumfahrt-Entwicklungsland eine der bedeutenden Weltraummächte des Planeten gemacht haben. Eine Raumfahrtnation, die in absehbarer Zeit Europa überholen wird.

Das Programm

Erste Studien zur Vorbereitung eines bemannten Raumfahrtprogramms begannen bereits im Jahre 2006 unter der generischen Bezeichnung “Orbital Vehicle”. Geplant war zu diesem Zeitpunkt eine simple Kapsel mit einer Flugdauer von maximal einer Woche, die nach vollendeter Mission im Meer landen sollte. Dieser Entwurf wurde im März 2008 der indischen Regierung vorgelegt und die zugehörige Finanzierung beantragt. Die wurde jedoch nur zu einem kleinen Bruchteil gewährt. Damit verblieb das Vorhaben im Vorentwicklungsstadium. Immerhin konnte in dieser Zwischenphase im Januar 2007 ein Flugtest mit einer maßstäblich verkleinerten, nur 550 Kilogramm schweren Kapsel durchgeführt werden. Der Versuch und die Kapsel trugen die Bezeichnung „Space Capsule Recovery Experiment“ (SRE).

Ursprünglich war im Programmvorschlag von 2008 der erste – noch unbemannte – orbitale Testflug für das Jahr 2013 festgelegt. Dieser Plan wurde dann auf 2016 revidiert. 2012 und 2013 verschlechterten sich die Aussichten für das Vorhaben jedoch erneut und schließlich stand das Orbital Vehicle-Programm unmittelbar vor der Stornierung. Im Februar 2014 wurde aber das indische Raumfahrtbudget erheblich aufgestockt, und damit auch das Gangayaan-Projekt wiederbelebt. Durch die formelle Bestätigung für die Durchführung des Vorhabens durch Ministerpräsident Narenda Mori am 15. August 2018 im Rahmen des 13. Fünf-Jahres-Planes wurde das Programm schließlich fest in der staatlichen Planung verankert.

Für die Planung der Flüge und die Vorbereitung der Crews wurde eine eigene Astronauten-Trainingseinheit in Bangalore geschaffen. Beim Training der Astronauten unterstützt auch Russland, das daneben auch noch wichtige Subsysteme liefert, wie das Lebenserhaltungssystem und das Thermalkontrollsystem.

Bis Anfang 2020 war der erste bemannte Flug für den August 2022 geplant. Trotz aktueller Verschiebungen durch die Corona-Pandemie soll dieser Termin, das ist die feste Absicht der indischen Regierung, weiterhin bestehen bleiben. Das Gangayaan-Team spricht von einer Zeitreserve von acht Monaten, die das Vorhaben hat. Das Zieldatum ist wichtig für Indien, denn es markiert den 75. Jahrestag der indischen Unabhängigkeit. Die Gesamtkosten für das Gangayaan-Vorhaben werden mit knapp 1,4 Milliarden Euro beziffert, was für ein bemanntes Raumfahrtprojekt sensationell niedrig wäre.

Der Träger: die GSLV Mark III

Der Name lässt vermuten, dass es sich beim GSLV Mark III nur um eine Variante oder Weiterentwicklung der GSLV Mark II handelt. Dem ist allerdings nicht so, denn tatsächlich ist sie eine weitgehend neue Rakete. Die GSLV Mark III ist Indiens Schwerlastträger für die Starts von Satelliten in geostationäre Transferbahnen, Flüge von Raumsonden zu Mond und Planeten, und eben für die Unterstützung des zukünftigen bemannten indischen Raumfahrtprogramms. Sie besteht aus einer Basis-Stufe mit der Bezeichnung L110, die von zwei Vikas-Triebwerken angetrieben wird, zwei S200-Feststoffboostern und einer mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff betriebenen Drittstufe mit der Bezeichnung C25. Das Vikas-Triebwerk geht im Übrigen zurück auf den Raketenmotor, den die europäischen Trägerraketentypen Ariane 1 – 4 in ihren ersten und zweiten Stufen verwendeten. Ursprünglich war es ein reiner Lizenznachbau, inzwischen hat sich das von Indien verbesserte Design aber schon weit vom Original entfernt. Die Rakete weist eine Startmasse von 630 Tonnen auf und kann etwa zehn Tonnen in eine erdnahe Umlaufbahn und etwa vier Tonnen Nutzlast auf eine geostationäre Transferbahn transportieren. Die Nutzlastverkleidung umschließt ein Volumen von 100 Kubikmetern. Sie ist neun Meter lang und hat einen Durchmesser von fünf Metern. Den Orbitalflügen ging am 18. Dezember 2014 ein suborbitaler Einsatz voraus. Der erste Orbitaleinsatz des Trägers erfolgte am 5. Juni 2017.

In einem Verbesserungsprogramm soll etwa ab 2022 die L110-Zentralstufe durch eine Stufe mit der Bezeichnung SCE-200 abgelöst werden, die mit Kerosin und flüssigem Sauerstoff arbeitet. Das einzelne Triebwerk dieser Stufe basiert auf dem ukrainischen RD-810 Triebwerk von Juschnoje und soll einen Startschub von 1.820 Kilonewton leisten. Dadurch soll die Nutzlastkapazität für den geostationären Transferorbit auf 6.000 Kilogramm steigen. Für den niedrigen Erdorbit wird die Nutzlast bis auf 12.000 Kilogramm anwachsen, womit Gewichtssteigerungen in späteren Gangayaan-Versionen gut aufgefangen werden können.

Raumfahrzeug und Testflüge

Die Bezeichnung „Gangayaan“ bedeutet in Sanskrit so viel wie „Himmelsfahrzeug“. Entwickelt und hergestellt wird es von Hindustan Aeronautics Limited. Betreiben wird es der Auftraggeber, die Indian Space Research Organisation (ISRO). Das Raumschiff ist für eine zwei- bis dreiköpfige Besatzung ausgelegt. Es besteht aus zwei Komponenten: dem etwa 3,6 Tonnen schweren Crew-Modul und dem etwa drei Tonnen schweren Service-Modul. Zusammen werden sie als „Orbitalmodul“ bezeichnet. Das Raumfahrzeug wiegt damit etwa 600 Kilogramm weniger als ein bemanntes Sojus-Raumschiff, 1,5 Tonnen weniger als eine Shenzhou oder vier Tonnen weniger als ein Crew Dragon. Alles in allem ist Gangayaan also sehr leicht, wobei bedacht werden muss, dass für diese vorläufige bemannte Ausführung einiges an Ausrüstung noch fehlt, die erst später gebraucht wird, wie zum Beispiel ein Rendezvous- und Dockingsystem. Das Service-Modul verfügt über zwei flüssigkeitsbetriebene Haupttriebwerke. Für die Sicherheit der Astronauten wird das Orbital Vehicle mit einem Startrettungssystem ausgerüstet, das bereits vor dem Start „scharf“ geschaltet wird und die Flugphasen bis zum Beginn des Betriebs der zweiten Stufe abdeckt. Bereits im Frühjahr 2009 wurde ein Mock-Up in Originalgröße der Gangayaan-Kapsel an das Satish Dhawan Raumfahrtzentrum für das Training der Astronauten geliefert. Am 13. Februar 2014 übergab die Hindustan Aeronautics Limited den ersten Boilerplate-Prototypen an die ISRO für die Durchführung des Experimentes mit der Bezeichnung CARE (für: Crew Module Atmospheric Re-entry Experiment). Eine „Boilerplate“ ist ein Dummy, ein nur teilweise funktionsfähiges Vehikel, das aber dem originalen Raumfahrzeug genau nachgebildet ist. Es wird für die Test von Komponenten, Subsystemen und Systemen eingesetzt Bei der ISRO wurde diese Kapsel mit verschiedenen Systemen ausgerüstet, wie etwa dem Lebenserhaltungssystem und dem Navigations- und Flugführungssystem, und dann für den Versuch vorbereitet. Dieser erste Flugtest mit einer originalgroßen Kapsel fand am 18. Dezember 2014 statt. Die Mission war gleichzeitig der erste Testeinsatz der GSLV Mark III-Rakete. Der Start erfolgte um 9:30 Uhr Ortszeit an der Rampe 2 des Sathish Dhawan-Weltraumbahnhofs. Dabei wurde die Boilerplate-Kapsel auf eine suborbitale Flugbahn geschickt, die bis in 180 Kilometer Höhe führte. In einer Flughöhe von 126 Kilometern trennte sich die Kapsel von der Rakete, flog die geplante Parabel ab und landete etwa 25 Minuten später im Golf von Bengalen in der Nähe der Nikobaren. Der Test wurde als extrem erfolgreich bezeichnet. Alle Subsysteme funktionierten gut, ebenso das Fallschirmsystem und der Hitzeschild, der bei diesem Flug bis zu einer Temperatur von 1.600 Grad Celsius belastet wurde. Für die Tests des Startrettungssystems, ein klassischer Fluchtturm wie ihn auch die Mercury-, Apollo- und Sojus-Raumfahrzeuge verwendeten (und in letzterem Fall immer noch verwenden), sind zwei Versuche vorgesehen. Der erste fand am 5. Juli 2018 statt. Dabei wurde ein sogenannter Pad Abort simuliert, also ein Rettungsfall bei dem die Trägerrakete entweder noch auf der Startrampe steht oder erst eine geringe Flughöhe erreicht hat. Es wird auch noch einen sogenannten Inflight Abort-Test geben, also einen simulierten Flugabbruch in größerer Höhe und bei höheren Geschwindigkeiten. Dessen Datum stand aber bei Redaktionsschluss noch nicht fest.

Die Mission

Vor dem ersten bemannten Orbitalflug werden zwei unbemannte Testflüge stattfinden. Die erste Testmission war eigentlich für Dezember 2020 geplant. Dies dürfte nun aber durch die Corona-Epidemie wahrscheinlich eine Verzögerung von sechs bis acht Monaten erfahren. Ein zweiter orbitaler Testflug sollte sechs Monate darauf stattfinden.

Bei beiden Missionen soll eine instrumentierte Testpuppe den Platz eines Astronauten einnehmen. Diese Puppe ist beinlos, weiblich und mit einem Kommunikationssystem ausgerüstet. Sie kann einige grundlegende Funktionen an Bord des Raumfahrzeugs wahrnehmen. Der Name dieser Puppe, oder wie es die ISRO lieber hört des „Androiden“, ist Vyommitra.

Sechs Monate nach dem zweiten unbemannten Testflug soll der erste bemannte Einsatz erfolgen. Den bezeichnet die ISRO im Übrigen ebenfalls als „Testmission“. Spätestens im August 2022, wenn Indien den 75. Jahrestag seiner Unabhängigkeit feiert, sollte Gangayaan etwa eine Woche lang in den Orbit starten. Noch ist nicht klar, ob zwei Astronauten fliegen werden, oder nur einer. Das Raumfahrzeug ist aber im normalen Einsatzbetrieb für drei Besatzungsmitglieder ausgelegt. Es wird im Übrigen auf jeden Fall eine rein männliche Crew sein, denn in Russland trainieren derzeit ausschließlich (insgesamt sechs) Männer. Die Trägerrakete wird das Raumschiff in eine Erdumlaufbahn mit einer Höhe von 300-400 Kilometer bringen. Beim Flugprofil einer GSLV Mark III, mit dem relativ schubschwachen aber sehr effizienten Wasserstoff-Sauerstoff-Triebwerk der zweiten Stufe dauert das etwa 16 Minuten. ISRO will bei diesem Flug vier biologische Experimente und zwei Mikrogravitationsexperimente durchführen. Die Mission ist auf eine Dauer von fünf bis sieben Tagen ausgelegt. Vor der Landung und nach der Zündung eines der beiden Haupttriebwerke für das Retromanöver wird die Gerätesektion abgeworfen. Die Landung soll im Arabischen Meer vor der Provinz Gujarat erfolgen. Eine Reserve-Landezone liegt im Golf von Bengalen. Das Crew- Modul ist mit zwei Hauptfallschirmen ausgerüstet, kann aber auch mit nur einem einzelnen Schirm sicher landen. Die Fallschirme reduzieren die Geschwindigkeit von etwa 780 Kilometer pro Stunde, ausgehend von der „Terminal Velocity“ (also der Fallgeschwindigkeit der Kapsel unter Berücksichtigung der atmosphärischen Bremsung) auf unter 40 Kilometer pro Stunde beim Auftreffen auf das Wasser.

Wie geht es nach diesem ersten Orbitaleinsatz weiter? Die Pläne dafür liegen bereits auf dem Tisch. Gangayaan muss dafür in der nächsten Phase des bemannten indischen Raumfahrtprogramms mit der Fähigkeit für die Durchführung von Rendezvous- und Docking-Manövern ausgestattet werden. Auch ein Ziel für Indiens Raumschiff ist bereits in Vorbereitung. Bei einer Pressekonferenz anlässlich der Chandrayaan 2-Mondmission am 13. Juni 2019 gab der ISRO-Vorsitzende Dr. Kailasavadivoo Sivan bekannt, dass Indien den Bau einer nationalen Weltraumbasis ins Auge fasse. Diese aus zwei Modulen bestehende Kleinraumstation könnte bereits im Zeitraum 2025-2027 realisiert werden. Wir haben es eingangs bemerkt: Indien verfolgt konsequent den Weg zur Autonomie im Weltraum. Der Aufstieg zu den ganz großen Weltraumnationen ist fest in der indischen Raumfahrt-Agenda fixiert.

Schiffe für die Raumfahrt

Die Sache mit den Schiffen in der Raumfahrt begann im Apollo-Programm mit der Entwicklung der Saturn-Trägerraketen. Der Bau dieser gigantischen Träger war nicht nur ein ungeheures technisches Unterfangen, es war auch eine logistische Herausforderung erster Ordnung. Komponenten von über 20.000 Auftragnehmern und Unterauftragnehmern mussten nicht nur rechtzeitig fertig gestellt werden, sondern auch rechtzeitig bei den großen NASA-Centern eintreffen, damit sie dort geprüft und zu größeren Einheiten integriert werden konnten.

Die einzelnen Stufen der Raketen waren bei ihren ausgedehnten Reisen auf Seewegen und Kanälen bis zu 70 Tage unterwegs. Eine andere Transportmöglichkeit als Schiffe gab es für die gewaltigen Teile nicht. Andernfalls hätte man die Produktionsstätten allesamt am Cape konzentrieren müssen. Die Fertigungsanlagen der Saturn-Erststufen fanden ihre Heimat in Michoud, einem östlichen Vorort von New Orleans. Um die Erststufe der Saturn I und ihre zunächst noch auf den Zeichenbrettern stehenden Nachfolger in Serie zu bauen, benötigte man eine riesige Werkshalle. Unbedingt notwendig dafür war eine Anbindung an die nationalen Wasserwege, um die gewaltigen Geräte bewegen zu können. Die monströse Größe des ins Auge gefassten Startvehikels und die Notwendigkeit, dass die Herstellungswerke, Testanlagen und das Startgelände untereinander zugänglich sein mussten, brachten noch einen zusätzlichen limitierenden Faktor ins Spiel: man benötigte nicht „irgendwelche“ Wasserwege, man benötigte Kanäle und Seerouten, die garantiert ganzjährig eisfrei waren. Die logische Wahl für diese Kombination von Faktoren war der Süden der USA, und hier vor allem die Golfküste. Hier gab es ein durchgehend mildes, schnee- und eisfreies Klima und ein gut ausgebautes System von Kanälen mit Zugang zu den Seewegen. Michoud liegt etwa 25 Kilometer östlich des Stadtzentrums von New Orleans. Dort gab es ein wahres Mammut-Gebäude mit einer überdachten Fläche von 170.000 Quadratmetern. Es war Bestandteil eines Komplexes mit 3,5 Quadratkilometern Größe, der sich direkt am Wasser befand. Hier war während des zweiten Weltkriegs zunächst eine Schiffswerft gewesen, danach ein Werk für Frachtflugzeuge und während des Koreakrieges eine Fabrik für Panzermotoren. Der Komplex war hervorragend geeignet, und so wählte ihn Wernher von Braun im September 1961 als Fertigungsstätte für die neuen Großraketen aus. Hier bauten dann die NASA und die Firma Chrysler die ersten Stufen für die Saturn I und die Saturn IB, und Boeing die ersten Stufen der Saturn V. Beeinflusst wurde die Wahl von Michoud auch dadurch, weil man nicht nur Fertigungsstätten, sondern auch – möglichst ganz in der Nähe und natürlich ebenfalls mit dem Schiff erreichbar – Testanlagen von nie zuvor gekannten Dimensionen brauchte. Man wollte ja möglichst nahe an den Fertigungsstätten die Abnahmetests für die produzierten Fluggeräte durchführen. Sicherheits- und Lärmschutzvorschriften erforderten ein ungeheures Areal, welches nicht nur die Teststände aufnehmen konnte, sondern gleichzeitig auch als akustische Pufferzone diente, und die gab es im Grenzgebiet zwischen Mississippi und Louisiana, gut 70 Kilometer vom Werk in Michoud entfernt. Die zweite Stufe der Saturn V, S-II genannt, wurde in Kalifornien von North American gefertigt. Nach der Produktion musste sie mit dem Schiff zur Mississippi Test Facility (MTF) transportiert werden. Das war ein mehrere tausend Kilometer langer Seeweg zunächst nach Mittelamerika, dann durch den Panama-Kanal und schließlich wieder hinauf in den Golf von Mexiko. Der Weg für die S-IC Stufen, die in Michoud hergestellt wurde, war dagegen zunächst nur gut 70 Kilometer lang. Sie wurde mit einer Kanalbarke zur MTF gefahren. Nach den Tests wurden sowohl die S-II als auch die S-IC (und davor schon die S-I und die S-IB der Saturn I-Raketen) wieder auf Barken verladen und ans Cape nach Florida transportiert. Die Logistik für die dritte Stufe der Saturn V, S-IVB genannt, war nicht weniger komplex, obwohl sie um einiges kleiner war. Sie wurde bei Douglas in Los Angeles gebaut. Hier mussten die aber immer noch recht großen Stufen durch den dichten Verkehr von Los Angeles zum Hafen transportiert werden, wo es dann mit Barken zu den Testanlagen von Douglas in der Nähe von Sacramento ging, danach zu den Tests nach Huntsville und schließlich ans Cape.

Die Flotte des Marshall Space Flight Center

So ergab es sich, dass Mitte der 60er Jahre das Marshall Space Flight Center eine ganze Flotte von Transportschiffen betrieb. Das erste war die Palaemon, eine 79 Meter lange Barke, die aus dem Bestand der Navy kam. Bei einem Trip von Huntsville zum Kennedy Space Center legte so eine Barke dabei 3.500 Kilometer zurück und brauchte dafür mehrere Wochen. Von den Docks am Tennessee ging es erst hinüber zum Mississippi, dann bog man südlich von Baton Rouge in den Gulf Intracoastal Waterway zum St. Georg Sound, über den Golf von Mexiko zur San Carlos Bay, danach durch den Okeechobee Waterway quer durch Florida nach Stuart bis zur Atlantikküste, und dann den Florida Intracoastal Waterway hinauf zum Cape Canaveral Barge Canal. Durch die Nutzung der Intracoastal Waterways vermied man weitgehend die offene See. Trotzdem musste man immer noch 450 Kilometer übers Meer fahren. Die Route war aber vorsichtshalber so gelegt, dass die Barken immer höchstens 80 Kilometer zum nächsten Schutzhafen hatten. Sie waren in der Regel mit zwölf Mann Besatzung unterwegs. Fünf Mann für die Schiffsführung, sechs Begleittechniker und eine Person als „Missionschef“ mit der Gesamtverantwortung für den Transport. Die Reisen dieser Schiffe waren legendär. Die Palaemon blieb nicht lange alleine. Mit steigendem Transportbedarf wurde ihr bald die Barken Promise, die Poseidon, die Compromise und die Orion zur Seite gestellt. Was die Transporte der dritten Stufen betraf, schickte man sie zunächst mit Ozeanfrachtern auf ihre weite Reise. Mit der S-II Stufe ging das aber nicht, denn die war zum einen zu groß, um einfach verladen werden zu können und überdies mussten sie besonders vorsichtig behandelt werden. Ende 1963 beschaffte sich daher die NASA zunächst das Docklandungsschiff Point Barrow von der Navy, das zuvor in der Arktis Dienst gemacht hatte. Damit wurden ab 1964 S-IVB und S-II Stufen transportiert. Später kaufte die NASA noch die Taurus, einen weiteren hochseetüchtigen ehemaligen Militärfrachter. Nach ihrer Ankunft in New Orleans kamen weitere 14 Tage auf der Flussbarke dazu. Erst den Mississippi und den Ohio hinauf, und dann in den Tennessee-River bis nach Huntsville. Die erste Strecke ging über 1.396 Kilometer bis Cairo in Illinois und dauerte zehn Tage, wo die Schlepper gewechselt wurden. Dann ging es 76 Kilometer den Ohio hinauf bis Paducah in Kentucky, wo dann auf dem Tennessee-River die verbleibenden 521 Kilometer bis Huntsville absolviert wurden. Für die Kurzstreckentransporte zwischen der Produktionsstätte in Michoud und den Testständen am MTF gab es zwei offene Barken, die Little Lake und die Pearl River. Sie bildeten einen Tür-zu-Tür Transportservice und konnten direkt an die Teststände heranfahren. Dann gab es insgesamt sieben Tankschiffe. Jedes hatte einen Thermoscontainer für 875 Kubikmeter flüssigen Wasserstoff an Bord. Sie waren am MTF stationiert, holten ihre kalte Fracht in New Orleans ab und unterstützten so die Brennläufe der S-II und der S-IV auf den Testständen in Mississippi.

Keine Schiffe – Massiver Nachteil für das Sowjetische Mondprogramm

Ein massiver Nachteil für das sowjetische Mondprogramm war das Fehlen solcher Wasserwege. Besonderes Kopfzerbrechen bereitete die Frage des Transportes der N1-Mondrakete. Der Träger war für die Beförderung als komplette Einheit viel zu groß. Das OKB-1 schlug daher vor, die Komponenten in Samara zu produzieren, die N1 dort zusammenzubauen und zu testen um sie danach wieder komplett auseinanderzunehmen und in Einzelteilen nach Baikonur zu transportieren. Dort sollte sie in einem gewaltigen neuen Montagegebäude, ganz in der Nähe der Startanlage, wieder zusammengebaut werden.

Der Plan fand bei den Entscheidungsträgern in der Regierung zunächst wenig Anklang. Sie scheuten die Kosten für ein massives neues Gebäude in Baikonur, das ausschließlich für die N1 vorgesehen war. In den Jahren 1962 und 1963 liefen deshalb eine Reihe von Studien, wie man die Rakete als Ganzes von Samara aus dorthin transportieren konnte. Darunter waren so exotische Vorschläge wie der Bau eines gewaltigen Luftschiffes, das in der Lage war, 250 Tonnen (das Gewicht der leeren Rakete) zu transportieren. Man dachte auch über eine Art riesigen Aero-Katamaran nach, der aus zwei über einen Steg miteinander verbundenen Luftschiffen bestand, welche die Rakete in die Mitte nahmen und dann damit zum Startort flogen. Weniger exotisch, aber nicht weniger teuer, war die Idee des Baus einer 1.300 Kilometer langen Spezialautobahn von der Wolga bis zum Startplatz.

All diese Pläne wurden schließlich wieder aufgegeben, und man kam schweren Herzens wieder auf den ursprünglichen Ansatz des OKB-1 zurück: den Bau einer riesigen Fertigungshalle am Startplatz. Die dort angelieferten Einzelteile durften dabei lediglich so groß sein, dass man sie auf dem Schienenweg dorthin transportieren konnte. Das stellte sich vor allem bei den Tanks als problematisch heraus. Diese Komponenten wurden (und werden) traditionell schon aus Dichtigkeitsgründen stets als monolithische Strukturen gefertigt. Doch hier ging das nicht. So blieb nichts anderes übrig, als in Samara lediglich die blütenblattfömigen Einzelsegmente zu fertigen, die erst in der Endmontagehalle in Baikonur zusammengeschweißt werden konnten. Dieser komplexe Vorgang des Bauens, des Demontierens, des Transportes in hunderten von Waggons, das Rütteln und Schütteln während der eineinhalbtausend Kilometer langen Fahrt und dem erneuten Zusammenbau barg alleine schon eine Unzahl möglicher Fehlerquellen in sich. So hat sich die Sache mit den Schiffen – von Ausnahmen abgesehen – durchgesetzt. Fast alle Raumfahrtnationen, die große oder sehr große Raketen bauen, nutzen sie. Und nicht länger nur als reines Transportmittel, sondern zunehmend auch als Start- und Landeplattformen. Sehen wir uns die Schiffsflotten der großen Raumfahrtinstitutionen und -unternehmen jetzt einmal an. Die nachfolgende Schilderung erhebt dabei keinen Anspruch auf Vollständigkeit, denn neben den genannten Schiffen werden gerade bei Barken oder den SpaceX-Droneships auch immer wieder kurzzeitig gemietete Schlepper mit eingesetzt.

Die aktuelle NASA-Flotte: Nur noch ein Schiff

Die Zeiten, an denen die NASA selbst eine große Flotte an Schiffen betrieb, sind vorbei, seit die US-Raumfahrtbehörde die gesamten Startaktivitäten der Privatindustrie übergeben hat. Allerdings nur „fast“ die gesamten Startaktivitäten, denn eine Großrakete ist der NASA noch geblieben, und das ist auch gleich die größte Rakete der Welt: Das Space Launch System des ARTEMIS-Programms. Davor betrieb die NASA aber mehr als 30 Jahre lang zwei Schiffe, die dafür eingesetzt wurden, die Booster der Space Shuttles nach dem Start zu bergen. Das waren die MV Liberty Star und die TV Freedom Star. Während der manchmal mehrjährigen Pausen im Shuttle-Programm wurden die beiden Schiffe auch als Schlepper und als Forschungsschiffe eingesetzt. Die beiden Fahrzeuge waren Spezialschiffe mit einer Bruttoraumzahl von 750. Sie waren 54 Meter lang, elf Meter breit und hatten einen Tiefgang von 3,7 Metern. Die beiden Schiffe waren fast 30 Kilometer pro Stunde schnell und verfügten über eine Reichweite von 11.000 Kilometern. An Bord waren 20 Besatzungsmitglieder. Zehn Personen für die Bedienung des Schiffs, zehn weitere für die Bergung der Booster. Nach der Einstellung des Shuttle-Programms wurden die beiden Einheiten als Ausbildungsschiffe an die US Handelsmarine-Akademie übergeben. Aktiv im Dienst ist dagegen die Barke Pegasus. Sie wird gebraucht, um die massiven Elemente des Space Launch Systems von Louisiana zu den Testzentren und ans Cape zu bringen. Die Pegasus war 1999 für das Shuttle-Programm gebaut worden, und transportierte zunächst bis 2011 die Shuttle-Außentanks von Michoud ans Cape bevor sie dann für das SLS-Programm modifiziert wurde. Die Pegasus ist 94 Meter lang und 15 Meter breit. Sie hat zwar drei Dieselgeneratoren an Bord, verfügt aber über keinen eigenen Antrieb. Bei ihren Fahrten wird sie von Schleppern gezogen.

Arianespace – Toucan und Colibri fahren für Europa

Um große Raketenkomponenten von Europa nach Französisch Guyana zu bringen, wo sich das Satellitenstartgelände der Europäischen Raumfahrt befindet, setzt die ESA zwei sogenannte „Ro-Ro-Schiffe“ ein: Die MN Colibri und die MN Toucan. Das MN steht dabei für die Betreibergesellschaft, die „Morbihannaise et Nantaise de Navigaton“. Beide Schiffe sind nach Vögeln benannt, die im Dschungel Französisch-Guyanas leben. Ro-Ro, das steht übrigens für Roll on – Roll off. Ein Schiffstyp, der den Fähren ähnelt, die von und zu den Britischen Inseln oder nach Skandinavien eingesetzt werden. Die MN Colibri und die MN Toucan werden aber nicht nur dafür verwendet, im Pendelverkehr zwischen Bordeaux und Cayenne Teile wie die erste und zweite Stufe der Ariane 5, Ariane 6 und Vega-Raketen zu transportieren, oder die Vehicle Equipment Bay, die Nutzlastverkleidungen und die SYLDA-Satellitendispenser. Sie werden auch für Transporte von und zu den europäischen Raumfahrtstandorten eingesetzt, sofern diese am Meer liegen. Die MN Colibri wurde im Jahre 2000 gebaut. Sie ist 116 Meter lang und 20 Meter breit, bei einem Tiefgang von 4,1 Metern und einer Bruttoraumzahl (BRZ oder Gross Tonnage) von 9.141. Die Bruttoraumzahl ist ein Volumenmaß. Die Nachfolgeeinheit der immer noch bekannteren Bruttoregistertonne. Die MN Toucan ist fünf Jahre älter als die MN Colibri aber fast genauso groß und mit einer BRZ von 9.125 auch praktisch genauso voluminös. Der Heimathafen dieser beiden Schiffe ist Marseille. Ihre Höchstgeschwindigkeit liegt bei 16 Knoten.

United Launch Alliance

Auch die United Launch Alliance, Herstellerin der Atlas- und Delta-Raketen und zukünftiger Produzent der Vulcan, besitzt ein Transportschiff. Es heißt „RS Rocket Ship“ und ist die frühere „Delta Mariner“, die schon Boeing für denselben Zweck verwendet hatte. Die „RS Rocket Ship“ ist in Art und Größe in etwa mit den beiden Transportschiffen der Arianespace vergleichbar. Auch sie ist ein Ro-Ro-Schiff, 95 Meter lang, 28 Meter breit, 15 Meter hoch mit einem Tiefgang von 4,6 Metern und einer Bruttoraumzahl von 8.700. Ihre beiden Maschinenanlagen sind jeweils für den Hochsee- und den Flussschifffahrtsbetrieb optimiert. Auf dem offenen Meer erreicht sie bis zu 15 Knoten, beim Flussbetrieb bis zu fünf Knoten. Ihre Besatzungsstärke liegt zwischen 16 und 20 Personen. Das Schiff hat schon eine recht bewegte Geschichte hinter sich. Es lief schon einmal auf eine Sandbank auf und rammte einmal eine Brücke. Das Schiff trug dabei kaum Schaden davon, aber von der Brücke mussten 100 Meter erneuert werden, was einen Multimillionenbetrag kostete.

Sea Launch

Sea Launch verfügt über zwei Schiffe und eine sehr bewegte Geschichte. Zum einen die Sea Launch Commander, das Kommandoschiff. Ein großes Schiff mit einer Länge von 203 Metern, einer Breite von 32 Metern und einem Tiefgang von acht Metern und einer Bruttoraumzahl von 50.023. Sie nimmt neben der Schiffsbesatzung, dem technischen Personal der Zenit-Raketen und der Startkontrollcrew auch noch zwei Zenit-Raketen auf, die erst im Startgebiet auf die Odyssey-Startplattform transferiert werden. Das Schiff verfügt über eine Höchstgeschwindigkeit von etwas über 19 Knoten (36 Kilometer pro Stunde). Das andere „Schiff“, die Odyssey, war ursprünglich eine Erdölplattform bevor es zur mobilen Startplattform für die Zenit 3SL Raketen umgebaut wurde. Sie verfügt über einen eigenen Antrieb, ist 137 Meter hoch und 67 Meter breit. Sie kann um 35 Meter in das Wasser abgesenkt werden, und bildet dann eine sehr stabile Plattform für die Durchführung der Starts. Im Normalbetrieb sind 68 Besatzungsmitglieder an Bord, die für einen Start allesamt auf die Sea Launch Commander evakuiert werden. Das Schicksal von Sea Launch ist ungewiss. Der letzte Start von dort erfolgte im Jahr 2007. Nach mehreren Besitzerwechseln liegen derzeit beide Schiffe in einem Hafen bei Wladiwostok und harren einer ungewissen Zukunft.

Die SpaceX-Flotte

Die zahlenmäßig bei weitem größte Seeflotte setzt derzeit SpaceX ein. Nicht weniger als 10 Schiffe fahren unter der Flagge dieser Firma. Was darauf beruht, dass das Unternehmen als derzeit einziges weltweit nicht nur die ersten Stufen ihrer Trägerraketen, sondern die Nutzlastverkleidungen birgt, um sie wiederzuverwenden und obendrein noch eine enorme Startfrequenz hat. Nur beim Start sehr leichter Nutzlasten ist es der Erststufe möglich, wieder zum Startort zurückzufliegen. Bei allen anderen muss zwangsläufig eine parabelförmige Bahn in Flugrichtung abgeflogen werden. Die Landung erfolgt dann auf einem Schiff, denn alle Starts, sei es von Cape Canaveral aus oder von der Luftwaffenbasis Vandenberg, führen über Wasser. Bei den Nutzlastverkleidungen ist es sogar niemals möglich, sie wieder zum Festland zurück zu bringen. Sie müssen immer auf der offenen See geborgen werden. Heimathafen all dieser Schiffe ist Port Canaveral in Florida. Die „werkseigene“ Flotte von SpaceX umfasst zwei sogenannte „Droneships“, die „Of course I still love you“(häufig als OCISLY abgekürzt) und die „Just read the instructions“ (JRTI). Beide Namen sind der Science-Fiction-Story „Das Spiel Azad“ des schottischen Autors Iain Banks entnommen. Droneships werden sie deswegen genannt, weil sie zur Zeit ihres Einsatzes, also wenn sie eine Raketenstufe erwarten, autonom und ohne Besatzung arbeiten. Sie halten in dieser Phase ihre Position dann automatisch auf den Zentimeter genau. Die Droneships können nur kurze Distanzen selbst fahren. Ihre vier 300 PS-Motoren sind hauptsächlich zum Halten einer Position vorgesehen. Um in das Zielgebiet zu kommen benötigen sie Schlepper. In der Regel verlassen sie Port Canaveral fünf bis sieben Tage vor einem Start und begeben sich in das zwischen 600 und 1.250 Kilometer entfernte Zielgebiet. Nach der Bergung einer Stufe brauchen sie ähnlich lange wieder zurück. Bedenkt man, dass die genauen Starttermine aus den unterschiedlichsten Gründen häufig nicht eingehalten werden können, kommen leicht Aufenthaltsdauern auf See von drei Wochen oder mehr zusammen. Auf den Droneships gibt es Vorrichtungen, welche die gelandete Stufe auf Deck fixieren. Sie wurde konstruiert nachdem es einen Fall gab, bei der eine zuvor sicher gelandete Stufe einige Tage später beim Rücktransport nach Port Canaveral auf hoher See bei schwerem Seegang über Bord ging. Diese Vorrichtung wird „Octograbber“ genannt. Die beiden Droneships sind Umbauten der Marmac 303 (JRTI) und 304 (OCISLY) die 2013 von der Signal International Werft hergestellt worden sind. Sie sind jeweils 91 Meter lang und 52 Meter breit. Die Spannweite der Landebeine einer Falcon 9 beträgt 18 Meter. Für die Bergung der Nutzlastverkleidungen gibt es die GO Ms. Tree und die GO Ms. Chief. Gut erkennbar sind sie an den riesigen Netzen mit denen sie im günstigsten Fall die an einem Flächenfallschirm herabschwebenden Fairings aus der Luft auffangen. Aber auch aus dem Wasser gefischte Nutzlastverkleidungen werden wiederverwendet, vorausgesetzt sie bleiben unbeschädigt. Die Schiffe sind mit 63 Meter Länge und elf Metern Breite sehr schlank. Die Bruttoraumzahl beträgt etwa 500. Der Tiefgang beträgt etwa zwei Meter und die Höchstgeschwindigkeit etwa 25 Knoten. Für Unterstützungszwecke gibt es die GO Quest und die NRC Quest. Sie dienen dazu, Ausrüstung und Personal für die Droneships bereit zu halten. Auf dieses Schiff wechseln die Besatzungen der Drone Ships vor einer Bergungsaktion. In der Regel brechen diese Schiffe erst etwa ein bis zwei Tage nach den Drone-Ships auf, denn sie sind wesentlich schneller als die von Schleppern gezogenen Barken. Die GO Quest und die NRC Quest sind 52 Meter lang und 12 Meter breit. Für die Zwecke der Bergung der bemannten Crew Dragon Kapseln und der unbemannten Dragon Cargo Einheiten gibt es die GO Searcher und die GO Navigator. Sie sind ähnlich groß wie die GO Quest und die NRC Quest, haben aber ganz andere Aufbauten. Unter anderem eine Hubschrauber-Landeplattform, die fast 40 Prozent der Größe des Schiffes einnimmt. Gelegentlich hilft die GO Navigator bei der Bergung von Nutzlastverkleidungen aus. Und schließlich gibt es noch zwei gut motorisierte Schlepper, die „Finn Falgout“ und die „Lauren Foss“, mit denen die Droneships in das Zielgebiet und wieder zurück geschleppt werden. Die beiden sind jeweils etwa 45 Meter lang und 12 Meter breit mit einer Brutto-Raumzahl von 930 und 820. Die Finn Falgout ist übrigens bereits 45 Jahre alt, die Lauren Foss ist dagegen erst 17.

Blue Origin Landing Platform

Das Blue Origin „Landing Platform Ship“, oder kurz LPS, wird derzeit als schwimmende Landeplattform für die Erststufe der New Glenn-Rakete ausgebaut. Ursprünglich war es ein Ro-Ro-Schiff der Stena-Linie, die es im Jahre 2007 in Betrieb nahm. Dort lief es bis 2018 in einer bewegten Geschichte und unter wechselnden Namen, bis es schließlich von Blue Origin für den genannten Zweck gekauft und seither modifiziert wird.

Das Schiff ist, verglichen mit den Landeplattformen die SpaceX verwendet, sehr groß. Es ist 183 Meter lang, 26 Meter breit und hat voll beladen einen Tiefgang von 7,4 Metern. Die Bruttoraumzahl beträgt 21.100. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei über 40 Kilometer pro Stunde. Neben den insgesamt sieben Antriebs- und Stromgeneratoren an Bord gibt es noch ein System von vier Schubdüsen und Propellern, mit denen das Schiff bei Landungen präzise auf der Stelle gehalten werden kann.

Chinas Raumfahrt-Flotte

Für Raumfahrtzwecke hat China die Yuanwang-Flotte (das könnte man mit „Weite Sicht“ übersetzen) etabliert. Von diesen Schiffen gibt es zwei vollständig unterschiedliche Baureihen: Bahnverfolgungsschiffe und Transporter. Die Schiffe mit den Nummern Yuanwang 1 bis Yuanwang 7 gehören zur ersteren Klasse. Diese Schiffe werden auch für militärische Zwecke verwendet, beispielsweise um Telemetriedaten von Interkontinentalraketen bei Übungseinsätzen zu empfangen oder deren Bahnen genau zu vermessen, oder Raumfahrzeuge oder Teile davon zu bergen. Sie sind mit riesigen Antennenanlagen ausgerüstet. Drei der älteren Schiffe sind inzwischen außer Dienst gestellt. Die Einheiten Yuanwang 3, 5, 6 und 7 sind weiterhin als Bahnverfolgungsschiffe im Dienst. Sie können zwischen drei und vier Monaten ohne weitere Versorgung auf See bleiben und verfügen über mehrere hundert Besatzungsmitglieder. Die Schiffe sind sehr groß. Ihre Länge liegt zwischen 210 und 240 Metern, die Bruttoraumzahl liegt bei über 50.000 und sie sind für ganz andere Zwecke gebaut als Raketenteile zu transportieren. Bahnüberwachungsschiffe, das nur nebenbei, existierten und existieren auch in der Sowjetunion und in Russland. Diese Schiffe wie die „Juri Gagarin“, die „Kosmonaut Wladimir Komarow“ und die „Marschall Krylow“ erlangten einige Berühmtheit. Insgesamt verfügte die Sowjetunion zu ihren besten Zeiten über zehn solcher Schiffe. Natürlich gab es sie auch in den USA vor der Zeit, als die TDRS-Satelliten diese Aufgabe weitgehend übernahmen.

Doch hier wollen wir uns nur die die beiden Einheiten Yuanwang 21 und 22 ansehen. Bei ihnen handelt es sich um klassische Transportschiffe. Ihre Hauptaufgabe besteht derzeit darin, die großen Komponenten der Trägerraketen des Typs Langer Marsch 5 und Langer Marsch 7 vom Herstellerwerk zum Startzentrum Wenchang zu transportieren.

Das Kosmodrom Wenchang ist vorläufig nur für die Starts von Trägerraketen der Typen Langer Marsch 5 und 7 vorgesehen. Mittelfristig wird sie noch die Langer Marsch 8 aufnehmen, langfristig auch die Langer Marsch 9, Chinas zukünftige Großrakete für Schwerlast-Transporte. Anders als die anderen chinesischen Startzentren verfügt Wenchang auch über einen Seehafen, an dem die großen Komponenten der neuen Trägerraketengeneration angelandet werden können. In Xichang, Jiuquan und Taiyuan dagegen können Raketenkomponenten nur mittels Schienentransport angeliefert werden. Schon aus diesem Grund starten Chinas neue Großraketen nicht von dort. Yuanwang 21 und 22 haben jeweils eine Brutto-Raumzahl von 9.100. Sie sind 130 Meter lang, 19 Meter breit und haben einen Tiefgang von 5,8 Metern. Ihr Anlande-Hafen befindet sich im nahe gelegenen Quinglan. Von dort werden die Komponenten auf einer Spezialstraße zum technischen Bereich des Spaceports gebracht.

Die Yuanwang 21 wurde am 6. März 2013 in Dienst gestellt, Yuanwang 22 am 28. Juni desselben Jahres. Konstruiert wurden die beiden Schiffe von der China Southern Shipbuilding Ltd., gebaut wurden sie von der Jiangnan Shipyards Ltd. Ganz am Schluss soll nicht unerwähnt bleiben, dass China seit Juni 2019 für einige Starts der Langer Marsch 11 eine umgebaute Barke einsetzt, die im Gelben Meer vor der Küste der Provinz Shandong stationiert wird. Über technische Daten dieser Barke ist so gut wie nichts bekannt. Ausgehend von den verfügbaren Bildern scheint sie etwa 110 x 80 Meter groß zu sein. Auf dieser Barke wurden zwei Bauten errichtet, von denen eine ein Startturm ist.

Schifffahrt und Raumfahrt, wie man hier sieht, gehören auch im 21. Jahrhundert noch eng zusammen.