Die frühen Jahre der bemannten Raumfahrt: Erfolgsrezept R7

50 Jahre bemannte Raumfahrt sind auch 50 Jahre Mentalitätsgeschichte.

Teilt man die 50 Jahre seit den ersten bemannten Raumflügen in zwei Epochen, dann fand das "Abenteuer Raumfahrt" fast ausschließlich in den ersten 25 Jahren statt.
Allerdings hätte man das 1986 wohl nicht so gesehen. Vor fünf Jahren schrieb ich in diesem Blog über den Unfall des Space Shuttle "Challenger". Darin erwähnte ich, dass der Unfall der "Challenger" eine öffentliche Diskussion über den Sinn der bemannten Raumfahrt nach sich zog, die ungleich tiefgreifender und erbitterter war, als die nach dem Absturz des Space Shuttles "Columbia" am 1. Februar 2003, als ebenfalls sieben Astronauten umkamen. Den Hauptgrund vermutete ich darin, dass 1986 die Space Shuttles noch "High Tech"-Symbole waren. 2003 war das nicht mehr der Fall, sie waren nur noch "Arbeitspferde", ihr Einsatz Routine, ein Totalverlust war kein nationales und internationales Schockereignis mehr. Dass "Tschernobyl" und "9-11" zwischen "Challenger" und "Columbia" lagen, trug sicher auch dazu bei, dass Raumfährenunglücke keine Mentekel-Funktion mehr hatten. Ein weiterer Faktor: der in den 1980ern befürchtete "Krieg im All" und die erbitterte Systemkonkurrenz im "Kalten Krieg" war nach 1989 kein brisantes Thema mehr.
Beide Unfälle zeigen, dass auch "Routine-Raumfahrt" gefährlich ist. Dass man in der Tat von Routine in der bemannten Raumfahrt sprechen kann, wird vielleicht am Besten daran deutlich, dass seit dem 31. Oktober 2000 7:52:47 UTC sich immer Menschen im Orbit befanden, und die vorangegangene "Epoche" ohne Menschen im All gerade einmal die sechs Tage zwischen der Landung von STS-92 und dem Start von Sojus-TM-31 dauerte.

Aus heutige Sicht wurde in den Anfangsjahren der Raumfahrt ungeheuer viel riskiert. Juri Gagarin hatte nur eine 50 zu 50 Chance, seinen Raumflug zu überleben. Die US-Amerikaner waren etwas "vorsichtiger".
Bis Mitte der 1960er Jahre hatte die UdSSR mit ihren Wostok-Raumschiffen gegenüber dem US-amerikanischen Mercury-Programm die Nase weit vorn.
Der UdSSR gelangen folgende Erstleistungen:
  • der erste bemannte Raumflug: Wostok 1 (April 1961)
  • der erste Gruppenflug: Wostok 3 und Wostok 4 (August 1962) Die Bahnen waren sorgfältig so berechnet worden, dass sich die beiden Raumschiffe bis auf 6 km näherten. Die Annäherung erfolgte nicht durch aktive Steuerung der Raumschiffe, das schafften zuerst die US-amerikanischen Raumschiffe Gemini 7 und Gemini 6 (Dezember 1965)
  • die erste Frau im All, Walentina Tereschkowa, Wostok 6 (Juni 1963)
  • das erste mehrsitzige Raumschiff: Woschod 1 (Oktober 1964)
  • der erste Ausstieg in den Weltraum: Woschod 2 (März 1965)
Außerdem dauerte der längste sowjetische Wostok-Raumflug 4 Tage, 23 Stunden und 8 Minuten (Waleri Bykowski mit Wostok 5), Der längste Flug eines Mercury-Raumfahrzeugs, Gordon Cooper mit Mercury-Atlas 9 "Faith 7" dauerte gerade einmal 1 Tag, 10 Stunden und 19 Minuten, und beanspruchte die Reserven des Raumfahrzeugs bis aufs Äußerste.

Es ist heute bekannt, dass das Wostok-Raumschiff beim Flug Juri Gagarins technisch noch nicht voll ausgereift war, wofür der Ausstieg des Kosmonauten per Schleudersitz vor der eigentlichen Landung nur das auffälligste Zeichen war. Der Hochleistungsfallschirm und das Bremsraketensystem, die bei späteren sowjetischen Raumflügen eine Landung auf festen Land möglich machten, kamen erst 1964, bei Woschod 1 zum Einsatz.
Woschod 1, bei dem sich drei Kosmonauten regelrecht in eine Kapsel hineinquetschten, die genau so groß war wie die vorher eingesetzten einsitzigen Wostok-Kapseln, gilt als "Stuntflug", der allein deshalb durchgeführt wurde, um den US mit ihrem zweisitzigen Gemini-Raumschiff zuvor zu kommen. Dass die Woschod nur eine modifizierte Wostok war, blieb der Öffentlichkeit erst einmal verborgen, genau so, wie die vielbeachtete Tatsache, dass die Kosmonauten keine Raumanzüge trugen, nicht der behaupteten "großen Zuverlässigkeit" des Raumfahrzeugs, sondern der Enge der Kabine geschuldet war.
Die zweisitzige Woschod 2 war kein reiner Propagandaflug, mit dem ersten Außenbordeinsatz wurden wertvolle Erfahrungen für spätere Flüge gesammelt - allerdings Erfahrungen, die Alexei Leonow fast das Leben gekostet hätten, da sich sein Raumanzug so stark aufgebläht hatte, dass er große Schwierigkeiten mit dem Wiedereinsteigen in die Luftschleuse hatte. Da die Kapsel undicht war, musste der Flug vorzeitig abgebrochen werden, Woschod 2 landete etwa 2000 Kilometer vom vorgesehenen Landeplatz entfernt im Ural, und zwar in einem tief verschneiten, dichten und völlig unzugänglichen Wald. Die Bergung der Kosmonauten dauerte doppelt so lange wie der Flug. Der nächste bemannte Raumflug der UdSSR, Sojus 1, endete mit einer Katastrophe: Wladimir Komarow starb, als seine Rückkehrkapsel nach einem an Pannen reichen Flug hart auf dem Boden aufschlug, da der Hauptfallschirm sich nicht richtig geöffnet hatte.

In den US gab es von Anfang an Stimmen (darunter auch von aktiven Astronauten), die meinten, die USA wären, im Vergleich zu den UdSSR, bei ihren ersten Raumflügen viel zu vorsichtig gewesen, und hätten so Ersterfolge "verschenkt".
Die erste unbemannte erfolgreiche Erdumkreisung eines Mercury-Raumfahrzeugs, Mercury Atlas 4, fand aber erst am 13. September 1961 statt - noch so große Tollkühnheit hätte nichts daran ändern können, dass der ersten Mensch, der die Erde in einem Raumschiff umkreiste, ein Sowjetbürger gewesen wäre.
Ein Dauerrekord, der die fast fünf Tage von Wostok 5 überboten hätte, war mit Mercury nicht möglich - mit vielen Modifikationen wären maximal drei Tage Flugzeit möglich gewesen.
Die Erstleistung "erste Frau im All" hat die NASA wohl tatsächlich "verschenkt". Es gab schon eine Auswahl von 13 geeigneten Astronauten-Anwärterinnen: die Mercury 13. Die NASA bestand aber darauf, dass Astronauten Erfahrungen als Testpiloten haben mussten, und damals gab es praktisch keinen weiblichen Testpiloten.
Doppelflüge waren erst bei "Gemini" geplant, da der logistische Aufwand für zwei Raumfahrzeuge im All, die sich nicht aktiv annähern konnten, den Aufwand nicht Wert erschienen. Tatsächlich waren die beiden Doppelflüge der UdSSR eher von propagandistischem Wert, beide "Weltraummächte" hatten längst bewiesen, dass sie Satelliten in die dafür nötigen präzisen Bahnen bringen konnten.

Bleibt also noch der "erste Mensch im All" - und das scheint mir tatsächlich der einzige Fall gewesen zu sein, wo die USA die Nase hätte vorn haben können, hätte die NASA mehr riskiert. Beim suborbitalen Flug Mercury-Redstone 2 am 31. Januar 1961 war ein Schimpanse an Bord, der den 16 Minuten 39 Sekunden kurzen "Raumsprung" überlebte. Allerdings verlief der Flug alles andere als glatt, das Risiko wäre vielleicht mit dem Gagarins vergleichbar gewesen. Hinzu kommt als Begründung, weshalb Mercury-Redstone 2 besser bemannt geflogen wäre, dass die "Affenflüge" nach Ansicht der Astronauten ihre Leistung in den Augen der Öffentlichkeit abqualifizierten, nach dem Motto: "eine Mercury fliegen kann doch jeder Affe".

Der tatsächlich Grund, wieso die UdSSR bis Mitte der 1960er Jahre "im All die Nase vorn" hatte, war nicht in erster Linie die größere Risikobereitschaft, sondern die R7 - genannt "Semjorka". Über diese vielleicht wichtigste Rakete der Raumfahrtgeschichte, die in modernisierter Form noch heute als Grundstufe der Sojus-Trägerrakete dient, schrieb Eugen Reichl einen hervorragenden Beitrag in seinem Astras Spacelog: Die Semjorka - Juri Gagaris Trägerrakete Teil 1 - Teil 2.
Semyorka Rocket R7 by Sergei Korolyov in VDNH Ostankino RAF0540
Eine "Semjorka" R7 mit Wostok-Oberstufe
(Foto: Sergei Arssenev - CC Attribution-ShareAlike 3.0 Unported)

Die R7 war die erste Interkontinentalrakete, ihr Zweck war es, abgefeuert vom Territorium der UdSSR eine Wasserstoffbombe von 5,5 Tonnen Masse zu Zielen in den USA zu bringen. Da damals die USA eine erdrückende Überlegenheit bei der Anzahl schwerer Bomber hatte, und es angesichts der ebenfalls starken Luftabwehr der NATO ungewiss war, dass sowjetische Bomber die USA mit ihren tödlichen Fracht erreichen könnten, waren schwere Raketen aus Sicht der damaligen UdSSR-Führung der einzige Weg, die USA von einem atomaren Erstschlag gegen ihr Land oder eine von sowjetische Generälen bis zum Ende der UdSSR befürchtete Invasion der NATO-Truppen abzuschrecken.

Allerdings war die R7 eine militärisch kaum brauchbare Rakete. Bis die UdSSR tatsächlich eine jederzeit einsatzfähige, aus Silos abgefeuerte Interkontinentalrakete hatte, schrieb man 1963. Etwa gleichzeitig waren die USA so weit - das "Gleichgewicht des Schreckens" - "wer zuerst schießt, stirbt als Zweiter, und zwar totsicher" war geschaffen und die Menschheit in kollektive Geiselhaft genommen.

Das US-Gegenstück zur R7 war die Atlas, die 1959 einsatzbereit war. Da die USA eine relativ leichte Wasserstoffbombe entwickelt hatten, waren die Anforderungen an die Atlas deutlich geringer als an die R7.
Der "Sputnik-Schock" im Jahr 1957 rührte nicht zuletzt daher, dass die UdSSR ihre Interkontinentalrakete eher als die USA einsatzbereit hatte, und diese offensichtlich auch noch erheblich stärker als die Atlas war.
Eines hatte die Atlas aber mit der R7 gemeinsam: sie war eine lausige Waffe und eine großartige Trägerrakete. Eine Weiterentwicklung der Atlas, die Atlas V, ist heute noch im Dienst - ein interessantes Detail: die Atlas V ist mit einem russischen RD-180 Triebwerk ausgestattet. Während aber die Atlas V kaum mehr etwas mit der originalen Atlas gemeinsam hat, entsprechen die Zentralstufe der 1. Stufe und die vier seitlichen Booster der heutigen Sojus-Trägerraketen von der Konstruktion her noch der alten R7 - im Detail verfeinert und verbessert, aber immer noch unverkennbar Koroljows Konstruktion aus den 50er Jahren. Die Vorteile dieser "Oldtimer-Rakete": sie ist preisgünstig in der Fertigung, verwendet relativ preisgünstige Treibstoffe (Kerosin und Flüssigsauerstoff), kann, je nach geforderter Nutzlast, mit den unterschiedlichsten Oberstufen geflogen werden und ist sehr zuverlässig.

Zurück zur den Anfangsjahren der bemannten Raumfahrt. Die R7 mit der Wostok-Oberstufe konnte eine Nutzlast von ca. 4700 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn bringen. Die Atlas D, in der im für die Mercury-Raumflüge verwendeten Konfiguration, schaffte lediglich eine Nutzlast von ca. 1400 kg für die niedrige Erdumlaufbahn.

Die kegelförmige Mercury-Kapsel hatte eine Gesamthöhe (mit Bremstriebwerkteil) von 3,51 m, einen Durchmesser von 1,89 mm, der Innenraum hatte ein Volumen von 1,7 m³. Im Orbit hatte sie eine Masse von 1,3 t. Die Mercury-Raumkapsel war so eng, dass die Astronauten witzelten, man flöge nicht in ihr, sondern zöge sie an.

Die Wostok war dagegen beinahe "groß" zu nennen - jedenfalls von außen. Sie bestand der kugelförmigen Landekapsel (Durchmesser: 2,3 m, Kabinenvolumen: 1,6 m³, Masse: 2,46 t) und dem doppelkegeligen Geräteteil (Durchmesser: 2,43 m, Länge: 2,25 m, Masse: 2,27 t), welcher im wesentlichen das Bremstriebwerk samt Treibstoffen beinhaltete.

Obwohl die Wostok-Kapsel erheblich größer war, war ihr Innenraum also etwas kleiner als der der Mercury-Kapsel! Das lag vor allem am in die Wostok eingebauten voluminösen Schleudersitz, und dem Umstand, dass bei einer kugelförmigen Wiedereintrittskapsel die ganze Oberfläche mit einem bis zu 13 cm starken Hitzeschild umgeben werden muss - die Mercury-Kapsel hatte nur an der stumpfen Seiten einen Hitzeschild. Außerdem konnte nur etwa die Hälfte des Innenvolumens der Wostok-Kapsel für die Kabine ausgenutzt werden - was in dieser Graphik der Wostok gut zu erkennen ist.
Allerdings waren die Instrumente und das Lebenserhaltungssystem in der Mercury sozusagen um den Astronauten herum eingebaut, weshalb die Wostok doch weniger beengt war als die US-Kapsel. (Die Woschod muss, obwohl der Schleudersitz fehlte, unglaublich eng gewesen sein!)
Entscheidend war aber, dass die Wostok sehr viel mehr Vorräte aufnehmen konnte, und daher eine größere Ausdauer hatte: sie konnte zehn Tage im Orbit bleiben, die Mercury gerade einmal zwei!
Man kann die Wostok als "genial-einfach" bezeichnen, tatsächlich war sie im Vergleich zur Mercury (und erst recht zu ihrem Nachfolger, der tatsächlich genial konstruierten Sojus) eher "primitiv" zu nennen.
Ihre größere Leistungsfähigkeit gegenüber der Mercury verdankte sie dem erheblich höheren Gewicht, was sie wiederum der der leistungsfähigen R7 verdankt.

Das Erfolgsrezept der bemannten Raumfahrt der UdSSR und Russlands ist bis heute Koroljows Rakete!

Mehr über die ersten Raumschiffe (eher wohl: Raumboote) in Michael Khans Artikel mit dem bezeichnenden Titel Klaustrophobie gefällig? Die ersten Raumschiffe
Köppnick - 15. Mai, 09:15

Ich hatte mir ausgerechnet, dass ich wahrscheinlich die Jahre um 2030 / 2040 noch mit guter Gesundheit erleben kann und so bei der ersten Marsexpedition Augenzeuge sein darf. Diesen Glauben habe ich inzwischen verloren.

Diese Verhaltensänderung der großen Raumfahrtnationen hat auch etwas damit zu tun, dass man nach dem Wegfall der Systemkonkurrenz mehr die Risiken und die Kosten sieht. Das ist einerseits verständlich, andererseits aber auch sehr schade.

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