Kitabı oku: «SPACE 2021», sayfa 5
…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.
