23.04.2015
Erschienen in: 02/ 2014 FLUG REVUE

Mission zum MarsNASA: Space Launch System nimmt Gestalt an

Die NASA hat Großes vor und plant Flüge über die Erdumlaufbahn hinaus, doch dafür braucht sie eine machtvolle Trägerrakete. Das Space Launch System soll Flüge zum Mars wahr werden lassen.

Lange bevor die Space Shuttles in den Ruhestand geschickt wurden, musste man sich in den USA Gedanken darüber machen, wie künftig Astronauten und Fracht in die Erdumlaufbahn und darüber hinaus befördert werden konnten, denn nach der Ära der wieder verwendbaren Raumflugzeuge würde es weder geeignete Trägerraketen noch Raumkapseln geben. Mit der Apollo-ähnlichen Kapsel Orion hatte sich recht schnell ein Bewerber für den Crewtransport durchgesetzt, und auch die passende Rakete schien mit der Ares gefunden – als langes, schlankes Modell in der bemannten und als dickes, wuchtiges in der unbemannten Version. Sogar ein Probestart der Ares-I hatte bereits stattgefunden, doch dann musste das Programm abgebrochen werden – es wurde einfach zu teuer!

Orion indessen wurde weiter verfolgt, vor allem im Hinblick auf kommende Missionen über die Erdumlaufbahn hinaus, während die NASA für Flüge in die Erdumlaufbahn strategische Partnerschaften mit kommerziellen Partnern einging. Sie verteilte – und verteilt noch immer – großzügig Fördergelder für die Entwicklung von Dragon, Cygnus, New Sheperd oder Dream Chaser, und bis auf den letzteren, kleinen Raumgleiter treten alle Partnerunternehmen auch mit eigenen Trägerraketen zum Wettbewerb an. Nur der NASA fehlte etwas Großes für künftige Unternehmungen, etwas, mit dessen Hilfe man möglicherweise einst sogar den Mars erreichen könnte.

Nur kurze Zeit wurde über das Projekt Liberty von ATK diskutiert, mit der kryogenen Hauptstufe der Ariane 5 als Basis und variablen Oberstufen aus den USA, doch stellte sich bald – wieder einmal – heraus, dass US-Missionen „von nationaler Bedeutung“ nicht mit Hilfe europäischer Technologie verwirklicht werden durften. Es galt, das Fahrrad neu zu erfinden, vor allem musste es größer sein als alles bisher Dagewesene, denn nur eine solche Jahrhundertmaschine konnte dem US-amerikanischen Selbstverständnis entsprechen.

Im September 2011 war es dann soweit, als die NASA mit dem Space Launch System (SLS) das Projekt einer gigantischen neuen Trägerrakete vorstellte, mit deren Hilfe die großen Pläne der künftigen bemannten Raumfahrt der USA verwirklicht werden sollen.

„Jetzt können künftige Entdecker davon träumen, eines Tages auf dem Mars spazieren zu gehen“, rief NASA-Administrator Charles Bolden bei der Präsentation enthusiastisch aus. Gleichzeitig betonte er, dass man bei der Realisierung auf bewährte technische Lösungen setzen werde, wie etwa auf die Verwendung von vier Shuttle-Triebwerken RS-25D/E in der Haupt- und einem J-2X in der Oberstufe. Alle werden von Flüssigwasserstoff (LHX) und Flüssigsauerstoff (LOX) angetrieben, während in der Startphase wie schon bei den Space Shuttles mächtige Feststoffbooster zum Einsatz kommen. Unter der Projektleitung des Marshall Space Flight Centers sind eine 70- und eine 130-Tonnen-Version geplant, erstere für den Transport der bemannten Orion-Raumkapsel und letztere für Fracht, Ausrüstungen und wissenschaftliche Experimente.

Auch wenn recht schnell die Bezeichnung „Recycling-Gigant“ auftauchte, bekannte sich doch die NASA deutlich zu der modularen Architektur, denn weder unlösbare technische noch finanzielle Probleme sollten dieses Programm wie viele seiner Vorgänger frühzeitig zu Fall bringen. Vor allem wollte man unüberschaubare finanzielle Risiken vermeiden, denn die Verwendung existierender Technologien würde eine Menge Entwicklungskosten einsparen.

Schnelle Qualifikation des neuen Oberstufentriebwerks

SLS wird damit die erste neue Trägerrakete der sogenannten Exploration-Klasse seit der Saturn V vor mehr als 40 Jahren sein. Selbst die „kleine“ Variante soll zehn Prozent mehr Startschub entwickeln als einst die Mondrakete, in der Frachtversion werden es 20 Prozent mehr sein. Schon 2017 soll der erste Testflug unter der Bezeichnung Exploration Mission 1 mit einer unbemannten Orion-Kapsel stattfinden, und bis dahin wurde bereits eine Menge geleistet, doch ebensoviel Arbeit ist noch zu tun. Der erste bemannte Einsatz indessen ist für das Jahr 2021 geplant, wobei das Missionsziel noch nicht formuliert worden ist. Immerhin laufen die Verträge über den Betrieb der Internationalen Raumstation nach der derzeitigen Planung 2020 aus, und von einer Nachfolgerin ist derzeit nicht die Rede.

Die USA jedenfalls als einer der wichtigsten Partner in dieser internationalen Kooperation sehen ihre Zukunft in bemannten Flügen zu den Lagrange-Punkten, zu Asteroiden, möglicherweise zum Mond und schließlich zum Mars. Dafür ist schließlich die große Rakete gedacht, deren Realisierung, wie einst die Saturn, einer neuen, nationalen Anstrengung bedarf.

Hauptauftragnehmer für die Hauptstufe ist Boeing in Huntsville, Alabama, während die Montage in der Michoud Assembly Facility der NASA in New Orleans stattfinden wird. Als Triebwerke kommen die bereits erwähnten RS-25 von Pratt & Whitney Rocketdyne zum Einsatz, von denen zurzeit 15 Original-Exemplare eingelagert sind. In den Orbitern, die jetzt in Museen bestaunt werden können, sind nämlich nur Dummys installiert. Alle SSME (Space Shuttle Main Engines) haben bereits mit 100-prozentiger Zuverlässigkeit 135 Shuttle-Missionen zum Erfolg verholfen, doch werden wohl künftig neue gebaut werden müssen, denn die SLS-Komponenten sind nicht für eine Wiederverwendbarkeit ausgelegt.

Bei den ersten beiden Flügen der SLS werden je zwei aus fünf Segmenten bestehende Feststoffbooster von ATK in Brigham City, Utah, Starthilfe leisten, und Qualifikationsversuche haben bereits stattgefunden. Als Oberstufe für die beiden Exploration Flights wird Boeing die kryogene Zweitstufe der Delta IV integrieren, während für die künftige 130-Tonnen-Rakete an eine Oberstufe mit zwei J-2X-Triebwerken gedacht wird. Das J-2X, ebenfalls von Pratt & Whitney Rocketdyne, ist die erste Neuentwicklung eines US-amerikanischen LHX/LOX-Triebwerks für den bemannten Raumtransport seit mehr als 40 Jahren.

Tests des Prototyps E10001 begannen 2011 beim Stennis Space Center der NASA, und bereits beim achten Versuch dieser Erprobungsserie wurde die volle Brenndauer von 500 Sekunden erreicht, wie sie für einen realen Flug benötigt wird. Damit hat dieser Antrieb als erster in der US-Raketengeschichte am schnellsten die Qualifikation geschafft.

Naturgemäß gibt es bei der Realisierung des Programms eine enge Kooperation mit den anderen NASA-Zentren, so mit dem für die Orion-Kapsel verantwortlichen Johnson Space Center in Houston, Texas, und dem für die Startanlagen und den Flugbetrieb zuständigen Kennedy Space Center in Florida. Das Ames Research Center führt Tests und Analysen durch, das Glenn Research Center forscht in Bezug auf Kompositmaterialien und entwickelt die Nutzlastverkleidung, das Goddard Space Center kümmert sich um die Nutzlasten, das Stennis Space Center um die Erprobung der Triebwerke und das Langley Research Center um die Windkanaluntersuchungen. Die Gesamtleitung schließlich liegt bei der Explorations Systems Development Division des NASA-Direktorats für bemannte Raumfahrt.

Allerdings gibt sich die NASA derzeit offen in Beziehung auf Antriebe, Strukturen und Materialien, Avionik und Software sowie neue Herstellungsverfahren und hat Industrie und Forschungseinrichtungen aufgefordert, hierfür revolutionäre Lösungen zu entwickeln. Die neuen NASA-Ziele jenseits der Erdumlaufbahn rücken damit in greifbare Nähe.

FLUG REVUE Ausgabe 02/2014

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Matthias Gründer


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