Space Shuttle: Das erste wiederverwendbare Raumschiff

Der ultimative Testflug: NASA

Der Columbia-Orbiter der NASA startet am 12. April 1981 mit dem ersten Shuttle-Flug der NASA, STS-1, himmelwärts. Kommandant der 54-stündigen Mission war der Astronautenveteran John Young mit dem damaligen Rookie-Flieger Robert Crippen als Pilot. (Bildnachweis: NASA.)



Das Space Shuttle der NASA war das erste wiederverwendbare Raumschiff der Welt. Es startete wie eine Rakete und kehrte wie ein Segelflugzeug zur Erde zurück und landete wie ein Flugzeug auf einer langen Betonpiste. Es wurde entwickelt, um große Nutzlasten – wie Satelliten – in die Umlaufbahn zu befördern und sie bei Bedarf zur Reparatur zurückzubringen.



Nach Testflügen mit dem Shuttle Enterprise (das nicht ins All flog) startete am 12. April 1981 die erste Space-Shuttle-Mission STS-1 an Bord des Orbiters Columbia. Das letzte fliegende Shuttle war Atlantis auf der STS-135-Mission im Juli 2011. Das Space Shuttle erlitt zwei große Katastrophen – am 28. Januar 1986 (Herausforderer) und 1. Februar 2003 (Kolumbien); 14 Astronauten starben bei den beiden Missionen.

Der größte Beitrag des Space Shuttles war der Bau der Internationalen Raumstation, die heute noch im Orbit ist, um jährlich Hunderte von wissenschaftlichen Experimenten zu menschlicher Gesundheit, Technik und anderen Themen durchzuführen. Das Programm ist auch für den Start und die Wartung des Hubble-Weltraumteleskops, den Besuch der russischen Raumstation Mir, den Start zahlreicher Satelliten und Sonden und die Durchführung von Tausenden und Abertausenden von wissenschaftlichen Grundlagenexperimenten in Erinnerung geblieben.



Space Shuttle Atlantis wird durch das Fenster eines Shuttle Training Aircraft (STA) gesehen, wie es von der Startrampe 39A bei der NASA startet

Space Shuttle Atlantis wird durch das Fenster eines Shuttle Training Aircraft (STA) gesehen, wie es von der Startrampe 39A im Kennedy Space Center der NASA auf der STS-135-Mission, 8. Juli 2011 in Cape Canaveral, Florida, auf dem letzten Shuttle startet Mission.(Bildnachweis: NASA/Dick Clark)

Space-Shuttle-Elemente und Start

Das Space Shuttle, offiziell Space Transportation System genannt, bestand aus drei Hauptkomponenten [ Infografik: Space Shuttle der NASA – von oben nach unten ]:



  • Zwei Feststoffraketen-Booster, die während des Starts den größten Teil des Schubs des Shuttles lieferten
  • Der riesige rostfarbene Außentank, der beim Start die drei Haupttriebwerke mit Kraftstoff versorgte
  • Der Orbiter, der die Mannschaftskabine, die Nutzlastbucht und drei Haupttriebwerke enthielt.

Die Solid Rocket Booster (SRBs) arbeiteten in den ersten zwei Flugminuten, um zusätzlichen Schub zu liefern, der benötigt wird, um das Shuttle in die Umlaufbahn zu bringen. Etwa 45 Kilometer hoch trennten sich die Booster vom Außentank und stiegen an Fallschirmen in den Atlantik ab. Sie wurden von Schiffen geborgen und zur Wiederverwendung aufbereitet.

Jeder Booster enthielt einen Festtreibstoffmotor – den größten, der jemals für die Raumfahrt entwickelt wurde. Jeder Motor enthielt mehr als 1 Million Pfund. (450.000 Kilogramm) eines Treibmittels, einer festen Mischung aus Ammoniumperchlorat und Aluminium , sowie ein Eisenoxid-Katalysator, um die Verbrennungsreaktion zu unterstützen, und ein 'Bindemittel' -Material, um alle Komponenten zusammenzuhalten, so der American Chemistry Council. Die gesamte Mischung hat die Konsistenz eines Radiergummis. Ammoniumperchlorat wird auch vom US-Militär in Raketen, Sprengstoffen, Leuchtraketen und Munition verwendet.

Der 15-stöckige, rostfarbene Außentank war die einzige Shuttle-Komponente, die nicht wiederverwendet wurde. Es speiste während des Starts mehr als 500.000 Gallonen Treibstoff – flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff – zu den Haupttriebwerken des Shuttles. Der Panzer war auch das „Rückgrat“ der Space-Shuttle-Struktur. Es unterstützte die Raketenbooster und den Orbiter.



Der externe Tank war der einzige Teil des Space Shuttles, der nicht von Start zu Start wiederverwendet wurde. Es diente als

Der externe Tank war der einzige Teil des Space Shuttles, der nicht von Start zu Start wiederverwendet wurde. Es diente als „Gastank“ für das Space Shuttle beim Start. Sobald er leer war, trennte sich dieser riesige orangefarbene Tank vom Rest der Apparatur und fiel auf die Erde zurück.(Bildnachweis: NASA)

Nachdem sich die Feststoffraketen getrennt hatten, beförderte der Orbiter den externen Tank in etwa 113 km Höhe über der Erde. Nachdem der Treibstoff verbraucht war, trennte sich der Tank und fiel entlang einer geplanten Flugbahn. Das meiste davon verbrannte in der Atmosphäre, der Rest fiel ins Meer.

Der Orbiter ist die Komponente, die die meisten Leute als 'das Shuttle' bezeichnen. Es war das Herz und das Gehirn des Systems und des eigentlichen Schiffes, das die Menschen in den Weltraum brachte und sie zurückbrachte. Der Orbiter hatte ungefähr die gleiche Größe wie ein DC-9-Flugzeug. Es war 37 Meter lang und hatte eine Flügelspannweite von 23 Metern. Der Mannschaftsraum, der sich im vorderen Rumpf befand, beförderte normalerweise Besatzungen von sieben Astronauten, aber gelegentlich auch weniger Personen. Die größte Besatzungsstärke für eine Shuttle-Mission betrug acht Astronauten.

Der mittlere Rumpf beherbergte eine 18 Meter lange Nutzlastbucht und einen Roboterarm. Die Bucht könnte Satelliten, Module mit ganzen Labors und Baumaterial für die Internationale Raumstation aufnehmen. Der hintere Rumpf enthielt das orbitale Manövriersystem, die Haupttriebwerke und das Seitenleitwerk. Kleinere Triebwerke an der Nase und am hinteren Rumpf des Shuttles wurden für kleine Fluganpassungen verwendet.

Kurze Entwicklungsgeschichte

Das Space Shuttle entstand aus mehreren Bemühungen, wiederverwendbare Raumschiffe zu entwickeln. Das X-15-Programm in den 1950er Jahren testete die Idee, ein Raumflugzeug zu fliegen. Auch die US Air Force führte in den 1960er Jahren Studien zu semi-wiederverwendbaren Raumfahrzeugen durch. Die NASA begann 1968 mit der Arbeit an einem Integrated Launch and Reentry Vehicle (ILRV), und 1969 erhielt die Entwicklung des Space Shuttles die Genehmigung vom damaligen Präsidenten Richard Nixon.

Die ursprüngliche Vision des Space-Shuttle-Programms bestand darin, ein Fahrzeug zu entwickeln, das sehr häufig (mehrmals im Monat) ins All startet, um bei Bedarf Satelliten einzusetzen und zu reparieren. Auch das Militär beteiligte sich aktiv an der Entwicklung, und die Nutzlastbucht des Shuttles (die Ausrüstung zu Satelliten in den Weltraum beförderte) wurde in der Designphase vergrößert, um größere Militärsatelliten unterzubringen.

Konkret forderte das National Reconnaissance Office, dass die Nutzlastbucht vergrößert wird und das Shuttle schließlich Polarmissionen durchführt, die für Satelliten geeignet sind, die gesamte Erdoberfläche darunter zu sehen. Die Air Force baute in Vandenberg, Kalifornien, eine Startrampe für polarumlaufende Missionen, aber die Idee wurde nach der Challenger-Katastrophe von 1986 aufgegeben. Obwohl in den 1980er Jahren mehrere Shuttle-Militärmissionen liefen, ging die Praxis nach der Explosion der Challenger zurück .

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Space-Shuttle-Aktivitäten

In den frühen Tagen des Space-Shuttle-Programms gehörten zu den Missionsaufgaben die Heranziehung von Zivilisten für die Durchführung von Experimenten und der Einsatz von Satelliten – sowohl zivilen als auch militärischen. Astronauten testeten gewagte Ausrüstung wie die Manned Maneuvering Unit, eine Art Jet-Rucksack, mit dem Besatzungsmitglieder das Shuttle ungebunden verlassen und Satelliten zur Reparatur abholen können. Andere Satelliten wurden mit dem Canadarm, einem Roboterarm, eingefangen und/oder eingesetzt.

Diese Aktivitäten ließen nach der Challenger-Space-Shuttle-Explosion von 1986 stark nach (und hörten dann auf), als klar wurde, dass Space Shuttles nur ein paar Mal im Jahr statt vieler starten konnten. Es gab Bedenken, dass die Astronauten riskante Weltraumspaziergänge machten. Außerdem wurden Militärsatelliten nach und nach auf Einwegraketen umgestellt, was häufigere Startmöglichkeiten zu geringeren Kosten ermöglichte.

Was sich bei Space-Shuttle-Missionen jedoch nicht änderte, war die Durchführung von Experimenten. In den 30 Jahren des Space-Shuttle-Programms nutzten etwa 355 einzelne Kosmonauten und Astronauten das Space Shuttle zum Starten, Landen oder beidem. Gemeinsam haben sie Tausende und Abertausende von Arbeitsstunden im Weltraum investiert, um alle Arten von Wissenschaft zu untersuchen, von der menschlichen Gesundheit über Ingenieurwissenschaften bis hin zu Astronomie und Tierversuchen.

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Das Space Shuttle flog zwischen 1994 und 1998 elf Mal zur russischen Raumstation Mir, wobei sieben amerikanische Astronauten längere Aufenthalte auf der Raumstation verbrachten. Dies war die erste große Weltraumkooperation zwischen Russland und den Vereinigten Staaten seit der Apollo-Sojus-Mission von 1975, als Amerikaner und Kosmonauten aus der Sowjetunion für einige kurze Tage im Weltraum andockten. Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion im Jahr 1991 stimmte die NASA einer Zusammenarbeit mit den Russen zu, die mit dem Shuttle-Mir begann und mit dem Programm der Internationalen Raumstation fortgesetzt wurde.

Die vielleicht berühmteste Aufgabe des Shuttles bestand darin, Astronauten, Teile und Ausrüstung zum Bau der Internationalen Raumstation zu bringen. Die Fertigstellung der Raumstation dauerte 13 Jahre und Dutzende von Shuttle-Missionen; die Gesamtzahl der Shuttle-Missionen, die an der Station angedockt wurden, betrug 37 oder mehr als ein Drittel der Gesamtzahl des Shuttles von 135 Missionen.

Die Internationale Raumstation ISS, gesehen vom Space Shuttle Atlantis im Juli 2011, auf dem letzten Flug des Shuttle-Programms.

Die Internationale Raumstation ISS, gesehen vom Space Shuttle Atlantis im Juli 2011, auf dem letzten Flug des Shuttle-Programms.(Bildnachweis: NASA)

Neben Hunderten von Stunden Astronauten-Weltraumspaziergängen gehörten zu den Hauptkomponenten, die das Space Shuttle selbst beisteuerte, das europäische Columbus-Labor, der Harmony-Knoten, der Tranquility-Knoten, das japanische Kibo-Labor, Sonnenkollektoren, Luftschleusen und der für Raumfahrzeuge verwendete Canadarm2-Roboterarm anlegen. Das Space Shuttle transportierte auch wichtige Ausrüstungsgegenstände, die für den Innenraum benötigt wurden, darunter Trainingsgeräte, Wissenschaftsständer, Toiletten und natürlich frische Lebensmittel.

Das Space Shuttle ist auch für seine wiederholt erfolgreiche Wartung des Hubble-Weltraumteleskops bekannt. Das Teleskop wurde am 25. April 1990 während der Space-Shuttle-Discovery-Mission STS-31 eingesetzt. Leider wurde ein Fehler im Spiegel des Teleskops entdeckt, der seine Fähigkeit, astronomische Beobachtungen durchzuführen, stark beeinträchtigte. Die NASA entsandte im Dezember 1993 eine Nachfolgemission, STS-61. Die Astronauten installierten mehrere Instrumente – darunter ein Fokuskorrektursystem – um den Erfolg zu vervollständigen und erhielten nach der Peinlichkeit des ersten Hubble-Starts weltweite Anerkennung.

Die NASA führte anschließend Wartungsmissionen in den Jahren 1997 (STS-82), 1999 (STS-103) und 2002 (STS-109) durch. Die letzte Wartungsmission wurde 2003 aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Astronauten nach der Columbia-Katastrophe zunächst abgesagt; Da sich Hubble auf einer anderen Umlaufbahn als die Internationale Raumstation befindet, konnte die Besatzung die Station nicht unterbringen, falls das Shuttle beschädigt wurde.

Astronomen befürchteten, dass zwischen dem Ende von Hubbles Lebenszeit und dem Beginn der Arbeit des James Webb-Weltraumteleskops, das ursprünglich 2010-11 starten sollte, aber 2021 starten soll, eine zu große Lücke bestehen würde Auf Aufschrei von Wissenschaftlern, der Öffentlichkeit und dem Kongress sagte der NASA-Administrator Sean O'Keefe 2004, dass er die Entscheidung überprüfen werde. Ein neuer Administrator, Michael Griffin, kam 2005 und genehmigte eine Wartungsmission für 2008. Die Wartungsmission wurde auf 2009 (STS-125) verschoben, um eine Datenverarbeitungseinheit hinzuzufügen, die eine im Orbit ausgefallene ersetzt. Die Mission wurde mit großem Erfolg und internationaler Aufmerksamkeit durchgeführt, und Hubble bleibt 2018 bei guter Gesundheit.

Die Spaceshuttles

Das Shuttle-Programm umfasste fünf Space Shuttles sowie den Testorbiter Enterprise. Hier sind einige bemerkenswerte Fakten zu jedem.

Während das Shuttle-Programm hauptsächlich im Weltraum durchgeführt wurde, Unternehmen wurde 1977 für Drop-and-Landing-Tests gebaut und förderte frühere Arbeiten der NASA und des Militärs an fliegenden Raumfahrzeugen. Enterprise führte erfolgreich eine Reihe strenger Tests durch, angefangen mit Taxiarbeiten bis hin zu mehreren Freiflügen und Landungen. Enterprise wurde auf Goodwill-Touren in mehrere Länder eingesetzt und ging dann in das Eigentum der Smithsonian Institution über. Es wurde vorübergehend im Stephen F. Udvar-Hazy-Flughafenanbau des Smithsonian National Air and Space Museum in Fairfax, Virginia, ausgestellt und dann im Jahr 2012 dauerhaft in das Intrepid Sea, Air and Space Museum in New York City verlegt.

Columbia (1981-2003):Dies war das erste Space Shuttle, das im Weltraum flog. Es führte mehrere Testflüge durch, die sich mit frühen Problemen mit dem Hitzeschild und den automatischen Landesystemen befassten. Die operativen Missionen begannen 1982. Zu den wichtigsten Missionsaktivitäten gehörten Spacelab, der Einsatz des Chandra-Röntgenobservatoriums und die Wartung des Hubble-Weltraumteleskops. Die letzte Mission, STS-107, endete am 1. Februar 2003 während der Landung katastrophal, als das Shuttle in der Atmosphäre zerbrach und seine siebenköpfige Besatzung tötete. Die Ursache wurde auf ein beim Start vom Außentank abgefallenes Schaumstück zurückgeführt, das in die Tragfläche prallte und ein Loch verursachte. Nach dem Untergang von Columbia wurden mehrere Designänderungen am Space-Shuttle-Programm vorgenommen, und es wurden neue Inspektionsverfahren entwickelt, um die Kacheln nach dem Start (während die Astronauten im Weltraum waren) zu untersuchen.

Herausforderer (1983-1986):Challenger wurde ursprünglich als Testfahrzeug gebaut und dann für die Raumfahrt aufgerüstet. Zu den wichtigsten Meilensteinen der Mission gehörten der Start des ersten Tracking- und Datenrelaissatelliten (mit dem die Shuttles in Kontakt mit der Mission Control blieben), das Fliegen der ersten amerikanischen Astronautin (Sally Ride), das Fliegen des ersten Afroamerikaners (Guion Bluford) und die erste Astronautenreparatur eines Satelliten (des Satelliten der Solar Maximum Mission). Das Shuttle explodierte am 28. Januar 1986 beim Start der Mission STS-51L und tötete alle sieben Astronauten an Bord. Die technische Ursache wurde auf das Versagen einer externen Booster-Raketendichtung zurückgeführt, aber auch Managementursachen wurden verantwortlich gemacht – einschließlich des starken Drucks auf das Shuttle-Programm, häufig zu starten. Die Katastrophe führte zu Konstruktionsänderungen, einer Sicherheitsüberprüfung (und Änderungen) des Shuttle-Programms und einer dauerhaften Verlangsamung der Shuttle-Startfrequenz.

Entdeckung (1984-2011): Discoverys erste Mission, STS-41D im Jahr 1984, wurde aufgrund eines Kraftstoffventilproblems abgebrochen, aber die Mission startete einige Wochen später sicher und setzte drei Kommunikationssatelliten frei. Es flog 39 Missionen – die meisten aller Shuttles – und einige der wichtigsten Nutzlasten, die es freisetzte, waren das Hubble-Weltraumteleskop, die sonnengebundene Raumsonde Ulysses und der Upper Atmosphere Research Satellite. Es flog sogar Merkur-Astronaut John Glenn im Alter von 77 Jahren und ist damit der älteste Mensch, der bisher im Weltraum flog. Discovery war auch das erste Shuttle, das nach der Challenger- und der Columbia-Katastrophe „Return-to-Flight“-Missionen flog. Es wurde nach seinem letzten Flug im Jahr 2011 außer Dienst gestellt und wird jetzt im Stephen F. Udvar-Hazy-Flughafenanbau des Smithsonian National Air and Space Museum in Fairfax, Virginia, ausgestellt.

Atlantis (1985-2011):Die erste Mission dieses Shuttles war eine geheime Militärmission im Jahr 1985, von der bis heute nur wenige Details bekannt sind. Zu seinen anderen Aktivitäten gehörten, drei Kommunikationssatelliten in einer Mission in die Umlaufbahn zu bringen, die Magellan-Sonde in Richtung Venus zu starten, die Galileo-Sonde in Richtung Jupiter zu starten, die meisten Missionen des Shuttle-Mir-Programms zu fliegen und die letzte Space-Shuttle-Mission zu fliegen ( STS-135 im Jahr 2011). Das Shuttle wurde außer Dienst gestellt und ist derzeit im Kennedy Space Center Visitor Complex in der Nähe des Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida, ausgestellt.

Bemühen (1992-2011): Endeavour wurde aus Ersatzteilen anderer Raumfähren als Ersatz für das 1986 explodierte Challenger-Raumschiff gebaut. um den Intelsat VI-Satelliten zur Reparatur in die Nutzlastbucht zu greifen. Endeavour führte mehrere wissenschaftlich orientierte Missionen durch und war das erste Shuttle, das am Aufbau der Internationalen Raumstation teilnahm. Nach ihrer letzten Mission im Jahr 2011 wurde die Endeavour außer Dienst gestellt und ist jetzt im California Science Center ausgestellt.

Zusätzliche Berichterstattung von Elizabeth Howell, guesswhozoo.com-Mitarbeiterin. Dieser Artikel wurde am 26. Januar 2021 von der guesswhozoo.com-Referenzredakteurin Vicky Stein aktualisiert.