Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 1/53

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 1/53 Apollo, Spaceshuttle, Melissa und Google: Fallstudien in Verlässlichkeit und Computermissbrauch Das Space Shuttle (1972 81) Teil 1: Die Entscheidung für das Shuttle Prof. Dr. Felix Freiling Dr. Maximillian Dornseif Vorlesung im Sommersemester 2006 Universität Mannheim

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 2/53 Rückblick und Ausblick (1/2) Das Apollo-Programm war die Grundlage für kühne Phantasien bezüglich der Realisierbarkeit bemannter Raumfahrtprojekte. Landung auf dem Mond innerhalb von 10 Jahren erreicht. Aber unvorstellbarer Aufwand und immense Kosten! Neue Pläne: bemannte Flüge zum Mars mit Nuklearraketen. Auf dem Weg dorthin: eine bemannte Raumstation und ein Space Shuttle für preisgünstigen Transport in den Orbit und zurück.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 3/53 Rückblick und Ausblick (2/2) Nach dem Sieg gegenüber den Russen im space race kommt das NASA-Budget unter immer größeren Legitimationszwang. Zum Ende des Apollo-Programms wird das NASA-Budget kräftig gekürzt. Wie soll man die ehrgeizigen Ziele mit einem schrumpfenden Budget erreichen? Schrumpfen der Pläne: der Flug zum Mars und später auch die Raumstation wird abgesagt. Die Air Force wird als mächtiger Verbündeter ins Boot geholt. Optimistische Kosten-Nutzen-Rechnungen sollen auch die Budget-Wächter umstimmen. Das geschrumpfte Shuttle gewinnt die Zustimmung der Nixon-Administration. Was am Ende übrig bleibt: Das Space Shuttle, wie wir es heute kennen.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 4/53 Literatur Heppenheimer: The Space Shuttle Decision [Hep02b], geschichtlicher Rückblick auf die Entwicklungen, die die Planung des Space Shuttle beeinflussten. Grundlage der heutigen Vorlesung. Heppenheimer: The Development of the Space Shuttle [Hep02a], wesentliche Grundlage für die kommenden Wochen; steht im Handapparat.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 5/53 Der Traum einer Raumstation [Hep02b, Ch. 1] Zunehmende Begeisterung für die Raumfahrt in den USA zu Beginn der 1950er Jahre. Collier s, ein Magazin bit 10 Millionen Lesern, bringt 1952 eine aufwändig bebilderte Serie über Raumstationen und bemannte Raumfahrt. Technischer Berater: Wernher von Braun. Prognose: Raumstation mit 100 Metern Durchmesser und 80 Mann Besatzung bereits 1967 im Erdorbit. Prognose: Raumflotte könnte von der Raumstation startend 1977 eine Gruppe von 50 Menschen für 6 Wochen zum Mond fliegen.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 6/53 Collier s Series Quelle: http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er/seh/coltech.html

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 7/53 Weitere Raumstation-Phantasien Arthur C. Clarke: The Exploration of Space erscheint 1951. Zahlreiche Science Fiction-Filme: Destination Moon (1950), When Worlds Collide (1951), The Conquest of Space (Farbfilm, 1953), Man in Space (Disney-Feature, 1954). Rückgriff auf frühe Visionäre: Robert Goddard, Hermann Oberth. Herman Potočnik (alias Hermann Noordung) beschreibt bereits 1929 eine kreisrunde dampfbetriebene Raumstation. Beeinflusste später auch von Braun und Stanley Kubrik in 2001: A Space Odyssey.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 8/53 Noordungs Raumstation [Hep02b, p. 10]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 9/53 Kubriks Raumstation (NASA #GPN-2003-00093)

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 10/53 Beflügelte Raketen [Hep02b, Ch. 2] Während Raumstationen noch lange Utopien blieben, wurde bereits an Raketen mit Flügeln gearbeitet. Flügel sollten ursprünglich die Reichweite der V2 auf bis zu 500 Kilometer erhöhen (Projekt A9). Nach dem Aufstieg ein langer Gleitflug mit Überschall. Tragflächen erweisen sich als zu instabil. Nach dem Krieg: Erforschung von Überschallflugzeugen mit der X-1 und der X-15 bis etwa 1963 (inklusive Hitzeschilder und Flug beim Wiedereintritt). 1950: Erste Versuche mit Festbrennstoffen (Firma Thiokol Chemical Corp.). Später: Minuteman und Polaris ICBMs.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 11/53 Forschungen zur Wiederverwendbarkeit Suborbitaler Aufstieg mittels Feststoffrakete, stufenweiser Abstieg unter Ausnutzung des lifting body-prinzips (Fachbegriff: dynamic soaring ). Erste Planungen 1958 mit der X-20 ( Dyna-Soar ). Projekt wird 1963 eingestellt, weil es keine militärische Option gibt (Bomber? Aufklärer?) und die Unterstützung des Verteidigungsministeriums wegbricht.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 12/53 X-20 (Dyna-Soar) Quelle: http://www.astronautix.com/craft/dynasoar.htm

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 13/53 Abkehr von der großen Raumstation [Hep02b, Ch. 2] Eine große bemannte Raumstation wird schnell fraglich: 1945 prognostizierte A.C. Clarke noch, dass die Besatzung einer Raumstation den Großteil ihrer Zeit mit dem Austausch von Vakuumröhren der Computer verbringen würde. 1953 schätze Wernher von Braun die maximale Lebensdauer einer Raumstation auf 60 Tage (so lange hielten Elektronikkomponenten in etwa). Aber dann 1959/1960: erste Spionagesatelliten. CIA-Projekt Corona enthält hochauflösende Kamera und hat zwei Kapseln, die verbrauchten Film zur Erde zurückbringen können. Funktioniert vollkommen autonom und zuverlässig. Filmkapseln wurden an Fallschirmen von Flugzeugen aus der Luft aufgeschnappt. Simulierte Gravitaion nur bei großen Besatzungen notwendig. Große Raumstationen benötigen auch große Raketen. Ansatz: eher kleinere Stationen mit kleiner Besatzung in der Schwerelosigkeit.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 14/53 NASAs unsichere Zukunft [Hep02b, Ch. 2] Planungen für die Zeit nach Apollo begannen zuerst bei den Raketenbauern: Saturn-Rakete musste als erste Komponente des Programmes fertig sein, d.h. der Höhepunkt der Entwicklung (und der Beschäftigung) war schon vor 1965. Wernher von Braun suchte bereits Anfang der 1960er ein neues Projekt für die Ingenieure seines Marshall Space Flight Center.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 15/53 Apollo Applications 1965 wird innerhalb der NASA das Saturn-Apollo Applications Program Office gegründet. Idee: weitere Anwendungen der Apollo-Hardware (nicht nur der Flug zum Mond). Erster Plan: Verwenden des großen Wasserstofftanks der zweiten Stufe einer Saturn I-B als fliegende Raumstation. Erster Start bringt Apollo-Raumschiff samt Besatzung in den Orbit. Zweiter Start bringt ein Adaptermodul mit Solarzellen auf einer Saturn I-B in den Orbit. Besatzung dockt an und baut den Wasserstofftank im All in eine Raumstation um (wet workshop-konzept). Missionszeiten von bis zu 56 Tagen geplant. Als zweites Modul: ein grosses Teleskop (Apollo Telecope Mount, ATM).

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 16/53 Apollo Applications Wet Workshop [Hep02b, p. 64]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 17/53 Vom Wet Workshop zu Skylab NASA Budget wird weiter gekürzt (alle Programme außer Apollo). Es bleibt Geld, um das Apollo Applications Program anzuschieben. Studien gehen über von wet workshop zu dry workshop (vorkonfigurierte und getestete Raumstation wird auf einer Saturn V direkt in den Orbit geschossen). Wurde später Skylab. Skylab: Begann als Teil von Apollo Applications, um die Apollo-Technik auszunutzen. Zur Verfügung steht eine Saturn V. Da die ursprünglichen Entwürfe mit einer (kleinen) Saturn I-B rechneten, war Skylab 6, 7 m statt möglicher 10 m im Durchmesser. Ausserdem war Skylab viel zu leicht für Saturn V. Drei Besatzungen 1973/74, die letzte blieb 84 Tage. Skylab verglüht nahezu unbenutzt 1979 in der Atmosphäre.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 18/53 Skylab (NASA #GPN-2000-001055)

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 19/53 Kosten der Logistik [Hep02b, p. 73] Studien sahen alle die routinemäßige Verwendung der Apollo-Raumschiffe und der Saturn-Raketen vor. Apollo 7 zusammen mit der Saturn I-B kostete 145 Millionen USD. Eine einzige Mondmission kostete 375 Millionen USD. Eine einzige Saturn V kostete 185 Millionen USD. Zum Vergleich: 1970 erhielt die National Science Foundation (ähnlich wie die DFG finanziert die NSF eine breite Palette von Grundlagenforschung in allen US-Universitäten) ein Budget von 440 Millionen USD. Populärer Vergleich: Das Ticket zum Mond kostet pro Nase 60 Millionen USD. Boeing 727 mit 131 Sitzen kostet 4,2 Millionen USD. Mit Wegwerf-Flugzeugen würde ein Ticket nur $30 000 kosten.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 20/53 Frühe Studien zu wiederverwendbaren Raumschiffe [Hep02b, p. 83]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 21/53 Details Links: Wiederwerwendbares Raumschiff (wie Dyna-Soar) auf einer Wegwerfrakete (hier Saturn I-B). Mitte (links und rechts): Zweistufiges vollständig wiederwerwendbares Raumschiff mit Raketenmotoren in beiden Stufen. Rechts: Vollständig wiederverwertbar mit Düsenmotoren in der ersten Stufe. Zahlreiche weitere Studien auf dem Markt: Lockheed Star Clipper [Hep02b, p. 88]. McDonnell Douglas Tip Tank (mit ausklappbaren Flügeln) [Hep02b, p. 90]. General Dynamics Triamese [Hep02b, p. 91].

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 22/53 Das Problem, sich festzulegen [Hep02b, p. 94ff] Das NASA-Budget wird von seinem Allzeithoch 1965 von 5,25 Milliarden USD auf 1969 lediglich 3,953 Billionen USD heruntergeschraubt. Der Flug zum Mond war einfach zu verstehen und zu verkaufen. Raumstationen bieten keinen unmittelbaren und fokussierten Legitimationsgrund hoher Ausgaben. Auch aus politischen Gründen ist NASA Mitte der 1960er Jahre noch ohne Nachfolger-Mission. Kritiker versuchen NASA auf eine große Mission festzulegen, um sie später wegen dieser Mission und ihrer Kosten zu attackieren. Konkrete Mission: Flug zum Mars mit Nuklearantrieben.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 23/53 Der Flug zum Mars und andere Träume [Hep02b, Ch. 3] 1968 waren die ersten Experimente mit einem nuklearen Raketenantrieb erfolgreich verlaufen: Prinzip: in einem Kernreaktor wird Wasserstoff auf mehrere Tausend Grad erhitzt. Das sich ausdehnende Gas tritt durch eine Düse aus und produziert Schub. Weit höhere Austrittsgeschwindigkeiten möglich als bei konventionellen Flüssigkeitsantrieben: 7450 m/s Nukleare Raketenantriebe wurden als notwendig für bemannte Mars-Missionen angesehen.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 24/53... Träume NASA-Administrator Paine (ab 1969) hat ehrgeizige Pläne: Ein computergesteuertes wiederverwendbares Space Shuttle für die kostensparende Logistik einer Raumstation. Weitere Komponenten: Space Tug: Ein Raumfahrtschlepper für die Verschiebung und den Transport von Lasten ausschließlich im All. Astronaut-tended Spacecraft: Satelliten und automome Flugkörper (Teleskope), die regelmäßig vom Shuttle gewartet werden können. Nuclear Shuttle: kräftiger Space Tug mit starkem und effizientem Nuklearantrieb.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 25/53 Konservativste NASA-Planungen 1969 [Hep02b, p. 150] Vorhaben erreicht bis Space Shuttle 1977 Space Tug 1981 Nuclear Shuttle 1981 Raumstation (12 Astronauten Besatzung) 1977 Raumstation (50 Astronauten) 1984 Raumstation (100 Astronauten) 1990 Raumstation im Mondorbit 1981 Mondbasis 1983 Marsexpedition 1986

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 26/53 Die Realitäten [Hep02b, p. 185]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 27/53 Die 1960er Jahre It is difficult to overstate the dismay with which America faced the communist threat of the postwar years. [Hep02b, p. 153] Apollo war eine politische Entscheidung: den Kommunisten sollte jeder Propaganda-Erfolg entzogen werden, auch auf technischem Gebiet. Weltraumforschung hatte hohes Prestige. Der Mond kam genau richtig und war ein Ziel, für das selbst die Sowjets noch große Leistungen erbringen mussten. Ende der 1960er Jahre hatte sich die Perspektive gewandelt: Man hatte den Kommunismus ausreichend eingedämmt. Der Krieg in Vietnam und die Rassenunruhen in den USA absorbierten nach Apollo 13 vollständig die Aufmerksamkeit von Öffentlichkeit und Politik.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 28/53 Erweiterungen der Möglichkeiten des Shuttle Schon in frühen Planungen wurden die Anforderungen an das Shuttle erweitert: Transport von Satelliten ins All und aus dem All zur Erde. Reparaturen von Satelliten im All. Vorübergehende Raumstation (mit Labor im Laderaum). Das Shuttle wird zur Allzweckwaffe, auch im wörtlichen Sinn. Die Air Force hatte nach dem Ausfall der U-2 Spionageflugzeuge 1960 großes Interesse am Shuttle [Hep02b, p. 194]: Spionagesatelliten waren unverwundbar und konnten praktisch die gesamte Sowjetunion fotografieren. Auflösung der Corona-Satellitenfotos 10 bis 20 Meter. CIA erklärt 1968 den bomber gap für nicht existent. Ein Shuttle würde die Möglichkeiten für strategische Aufklärung deutlich erweitern.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 29/53 Strategisches Potential eines Shuttle [Hep02b, p. 214f] Ein Shuttle als Spionagesatellit on demand: Start in eine Polarumlaufbahn (mit Blick auf die Sowjetunion). Fotografieren der interessanten Gebiete. Rückkehr zur Basis nach nur einer Erdumrundung (mit entwickeltem Film). Ein Shuttle als Satellitendieb: Geheimer Start des Shuttle. Einsammeln eines fremden Satelliten bevor der Besitzer etwas davon merkt (er könnte sich ja sonst verteidigen). Starts in einen Polarorbit benötigen freies Gebiet im Norden oder Süden. Air Force baut das eigene Raumfahrzentrum in Vandenberg (Kalifornien) aus.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 30/53 NASA und die Air Force [Hep02b, p. 203ff] Unterschiedliche Zuständigkeiten: NASA Apollo; Air Force Spionagesatelliten. Trotzdem Zusammenarbeit, im wesentlichen bei den ballistischen Raketen (Thor, Atlas, Titan). Entwicklung der Saturn I-B wird wegen der günstigeren Konkurrenz Titan III aufgegeben. Gemeinsames Projekt X-15. Aber auch teure Parallelentwicklungen: Dyna-Soar war ein Air Force-Projekt. Die Air Force hatte auch eine eigene Raumstation in Planung (MOL). 1969 beginnt das Shuttle als gemeinsames Air Force/NASA-Projekt eine neue Entwicklung.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 31/53 Zwei Konfigurationen [Hep02b, p. 210] Die vielen Vorschläge für ein wiederverwendbares Shuttle wurden auf zwei wesentliche Konfigurationen eingegrenzt: 1. NASA-Konzept von Maxime Faget: Zwei Stufen, beide mit Flügeln und Hitzeschild. Schneller Wiedereintritt (Sturzflug) ohne die große Hitzeentwicklung eines lifting body. Im finalen Unterschall-Gleitflug aus 6000 m wie ein Flugzeug. Die besten Flügel für diesen Zweck: kurze Stummel. 2. Air Force-Konzept von Alfred Draper: Dauerhafter Gleitflug bis zur Landung. Bei Gleitflug von hohen Mach-Zahlen zu niedrigen verschiebt sich der Auftriebspunkt im Flügel nach vorne. Der beste Flügel für diesen Zweck: ein Delta-Flügel.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 32/53 Fagets Shuttle-Konzept [Hep02b, p. 208]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 33/53 Vor- und Nachteile [Hep02b, p. 212] Vorteile des Stummelfügels: Weniger Fläche, die vor der Hitze des Wiedereintritts geschützt werden muss. Sehr viel leichter als ein großer Delta-Flügel. Vorteile des Delta-Flügels: Erzeugt bei hohen Geschwindigkeiten deutlich meh Auftrieb. Man kann das Landefahrwerk darin unterbringen. Möglicher Kompromiss: geschwungener Delta-Flügel.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 34/53 Optionen für Landung und Ladung Stummelflügel erlauben nur einen sehr schmalen Korridor für den Wiedereintritt (crossrange). Nach dem Start in eine Polarumlaufbahn von Kalifornien aus würde das Shuttle nach einer einzigen Erdumrundung mitten über dem Pazifik stehen. Nur ein Delta-Flügel hätte den nötigen Auftrieb, um in die USA zurückzugleiten. Air Force braucht im Laderaum Platz für große Spionagesatelliten [Hep02b, p. 225]: 4, 50 m 18, 28 m (Air Force) vs. 6, 70 m 9, 14 m (NASA) 18, 1 t in Polarorbit und 29, 5 t in Äquatorialorbit. Air Force forciert ihre eigenen Optionen, NASA gibt der Air Force was sie will.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 35/53 Das Shuttle als Retter in der Not 1970 schwenkt die NASA vollständig auf das Shuttle um. Wesentliche Investitionen gehen in neue Shuttle-Studien. Die Raumstation bleibt ein Fernziel. Air Force gibt politische Unterstützung (keine finanzielle für die Entwicklung). Shuttle wird als nationales Ziel verkauft. Letzter Widerstand im Bureau of Budget (BoB, eine Behörde, die über die Einhaltung von Ausgaben wacht). Zentrale Frage: Kosten der Raumfahrt! Preis pro Kilogramm im Orbit: Saturn V $2000, Ziel ist $40 to $100 pro Kilogramm. At $5 per pound the Hilton familiy would build a hotel in orbit. [Hep02b, p. 246]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 36/53 Der Glaube an kostengünstige Raumflüge Drei kritische Technologiebereiche, in denen deutliche Fortschritte zu erwarten waren, die Kosten senken würden: 1. Neue Raketenmotoren mit höherem spezifischem Impuls. Langlebige Motoren mit 10mal höherem Innendruck als F-1 oder J-2 und Turbopumpem mit 75 000 PS wurden bereits getestet (die Titanic hatte 55 000 PS). 2. Wiederverwendbares, wartungsfreundliches Hitzeschild. Neue Materialien auf Siliziumbasis wurden erprobt. 3. Weitgehend automatische Selbsttests und Checkout-Routinen vor dem Start. Checkout einer kompletten Apollo-Konfiguration benötigte 20 000 Menschen. Die Vision eines mit Sensoren gespickten Raumschiffes mit computerbasierter Selbstdiagnose. Zusammenarbeit mit der boomenden zivilen Luftfahrt, die ähnliche Probleme bei der Wartung hatte.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 37/53 BoB-Bedenken [Hep02b, p. 255ff] Warnung des BoB vor Budget-Überziehungen: Gemini und Apollo kosteten am Ende doppelt so viel wie ursprünglich veranschlagt. BoB berechnet den inflationsbereinigten Investmentnutzen: Shuttle wird als Hochrisikotechnologie eingeschätzt, weil kein direktes nationales Interesse am Projekt gesehen wird. Shuttle muss eine entsprechend hohe Rendite von 10% erwirtschaften, damit sich die Entwicklungsinvestionen rechnen. Ohne solche Aussichten würde sich das BoB gegen eine Bewilligung der Gelder sperren. Zentraler Punkt in allen Berechnungen: die geplante Anzahl von Flügen des Shuttle pro Jahr.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 38/53 Missionsprognosen BoB-Studien zeigen, dass die 10%-Rendite nur bei mindestens 55 Flügen pro Jahr erreicht werden könnte. NASA argumentiert, dass das Shuttle die Preise für Nutzlasten bei hoher Startfrequenz senken könnte. Satelliten müssten nicht mehr so zuverlässig sein, da sie repariert werden könnten. Shuttle schafft sich seinen Markt quasi selbst. BoB (nach der Wahl von Nixon 1970 umbenannt in Office of Management and Budget, OMB) fordert Ausdifferenzierung der Shuttle Studien: 1. Volle Wiederverwertbarkeit. 2. Hybrides System mit wiederverwendbarem Gleiter und Wegwerf-Booster. 3. Entwicklung eines komplett neuen Wegwerfsystems. 4. Aufbesserung bestehende Wegwerfsysteme.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 39/53 Die Mathematica-Studie NASA beauftragt die Firma Mathematica Inc. in New Jersey mit den Studien. Studien belegen ökonomische Vorteile des voll wiederverwendbaren Shuttle, werden aber vom OMB ignoriert. Break even point: 506 Flüge zwischen 1978 und 1990 (39 Flüge im Jahr). Berechnungen gehen vom Normalfall von 736 Flügen zwischen 1978 und 1990 aus (57 Flüge im Jahr). Auf den folgenden Folien: Mathematica-Prognose der zu erwartenden Entwicklungskosten [Hep02b, p. 280] Mathematica-Prognose unter Einbeziehung der Anzahl der Flüge [Hep02b, p. 282]

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Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 42/53 Abkehr vom voll wiederverwendbaren Shuttle (1/2) OMB besteht auf 10% Rendite, konzidiert aber die Möglichkeit, ein Shuttle zu entwickeln. NASA-Taktik: Entwicklungskosten senken, um Rendite schneller zu erreichen und peak budget zu senken. Designparameter: Bei einem zweistufigen Shuttle bestimmt die Geschwindigkeit bei der Stufentrennung (staging velocity) das Gewicht der beiden Stufen. Bei geringer Geschwindigkeit wird der Orbiter sehr groß und schwer, bei hoher Geschwindigkeit der Booster. Für ein Gesamtminimum an Gewicht kann man die entsprechende Geschwindigkeit berechnen (bei den aktuellen Designs ca. 3 km/s).

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 43/53 Abkehr vom voll wiederverwendbaren Shuttle (2/2) Grumman präsentiert unvoreingenommene Designs [Hep02b, p. 338]: Wasserstofftanks werden aussen am Orbiter angebracht und später abgeworfen werden. Staging velocity sinkt auf ca. 2 km/s und macht den Booster kleiner und Hitzeisolation einfacher. Nächster Schritt: auch den (schwereren) Sauerstoff in einen externen Tank. Externer Tank wird größer und schwerer, aber staging velocity sinkt weiter auf ca. 1, 5 km/s. Phasenprinzip bei der Entwicklung: Hohe Entwicklungskosten über mehrere Jahre aufsplitten. Zunächst einen existierenden Wegwerf-Booster nehmen und einen wiederverwendbaren Booster später entwickeln. 1971 war die sofortige Entwicklung eines zweistufigen voll-wiederverwendbaren Shuttles war gestorben.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 44/53 Adaptiertes Faget-Shuttle [Hep02b, p. 333]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 45/53 Externe Tanks [Hep02b, p. 339]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 46/53 TAOS [Hep02b, p. 372] Kosten pro Flug waren zwar noch kritisch, aber die Entwicklungskosten (insbesondere das Jahresmaximum) waren kritische Parameter in einem unter Druck geratenen Haushalt. Um niedrigere Entwicklungskosten zu erreichen, war man im OMB bereit, leicht höhere Kosten pro Flug zu akzeptieren. OMB sieht Budget-Überziehungen voraus. John Sullivan (OMB) schreibt 1971: A shuttle cannot be justified when using cost-effectiveness as a criterion. [Hep02b, p. 372] TAOS (Thust Assisted Orbiter Shuttle) als Alternative: Orbiter mit grossem externen Tank, flankiert von zwei Booster-Raketen (entweder mit flüssigem oder festem Treibstoff).

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 47/53 Ein Kompromiss [Hep02b, p. 374]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 48/53 Externe Tanks mit Boostern [Hep02b, p. 377]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 49/53 Zeit der Entscheidung [Hep02b, p. 380ff] Im September 1971 verlangt die NASA eine Entscheidung: Budget-Vorschlag für 1972 verlangt $228 Millionen für den Start der Shuttle-Entwicklung. OMB begutachtet den Vorschlag und empfiehlt: Das Shuttle verwerfen. Alternativ: die Entscheidung noch ein Jahr hinauszögern. Alternativ: Shuttle-Entwicklung beginnen aber Budget halbieren. Januar 1972 trifft NASA-Administrator Fletcher auf Präsident Nixon. Wahlkampf ist im vollen Gange (Nixon gewinnt klar gegen George McGovern, muss aber bald darauf wegen der Watergate-Affäre abtreten). Nixon findet gefallen am TAOS-Shuttle und stimmt dem Vorhaben zu. Kurze Zeit später geht der Zuschlag für die primäre Shuttle-Entwicklung an North American Rockwell (Wert des Auftrages: fast 3 Milliarden USD).

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 50/53 Fletcher und Nixon 1972 (NASA #GPN-2002-000109)

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 51/53 Finale Shuttle-Konfiguration [Hep02b, p. 429]

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 52/53 Zusammenfassung Zum Ende des Apollo-Programms wird das NASA-Budget kräftig gekürzt. Schrumpfen der Pläne: der Flug zum Mars und später auch die Raumstation wird abgesagt. Die Air Force wird als mächtiger Verbündeter ins Boot geholt. Optimistische Kosten-Nutzen-Rechnungen sollen auch die Budget-Wächter umstimmen. Nach dem Feilschen mit dem OMB gewinnt das Shuttle die Zustimmung der Nixon-Administration. Die Space Shuttle-Konfiguration, wie wir es heute kennen, war geboren.

Apollo, Space Shuttle, Melissa und Google (Sommersemester 2006) 53/53 Ausblick Nächste Woche: Das Shuttle im Kontext. Die Testflüge der Enterprise. Vorbereitungslektüre [Hep02a]. Literatur [Hep02a] T. A. Heppenheimer. Development of the Space Shuttle, volume 2 of History of the Space Shuttle. Smithsonian Institution Press, Washington and London, 2002. [Hep02b] T. A. Heppenheimer. The Space Shuttle Decision 1965 1972, volume 1 of History of the Space Shuttle. Smithsonian Institution Press, Washington and London, 2002.