Die Experten haben es schon herausgefunden: Die „80“ ist eine Anspielung an Jules Verne, das Shuttle braucht nur etwa halb so lang.

Die Ära des Space-Shuttles endet in diesem Herbst. Danach werden die verbleibenden Raumfähren eingemottet. Grund genug für AirMotion, dieses besondere „Flugzeug“ seinen Lesern etwas genauer vorzustellen.

Faszination Shuttle

Technikfreunde, Piloten, Ingenieure, Astronomen und alle, die sich für Luft- und Raumfahrt interessieren, haben es vermutlich schon etliche Male beobachtet, das immer wieder faszinierende Schauspiel, wenn sich ein Space-Shuttle majestätisch und kraftvoll in den Himmel erhebt. Die Faszination steigert sich noch mehr, wenn man sich einige Eckdaten des Space-Shuttles vor Augen führt, beispielsweise das Startgewicht von 2000 Tonnen. Zum Vergleich, das größte Zivilflugzeug der Welt, der Airbus A380, bringt es „gerade mal“ auf 500 Tonnen – und das vollbeladen mit über 800 Menschen an Bord.

Die drei Haupttriebwerke des Shuttles verbrennen in der Aufstiegsphase pro Sekunde 3,9 Tonnen an Wasserstoff und Sauerstoff. Dazu kommt noch der enorme Verbrauch von je 4 Tonnen (pro Sekunde!) festem Brennstoff der beiden sogenannten SRBs (Solid Rocket Boosters), sodass insgesamt etwa 10 bis 12 Tonnen Treibstoff und Sauerstoff pro Sekunde das Shuttle nach oben treiben. Der Tank einer Boeing 737 wäre dabei in 2 Sekunden aufgebraucht. Die Boeing fliegt in etwa damit aber mit 180 Leuten von Wien nach Dubai.

Die Funken, die man kurz vor dem Start unter dem Shuttle sieht, stammen von einem elektrischen Funkensprühsystem, das vorzeitig austretenden Wasserstoff sofort verbrennt, ohne dass sich eine gefährliche Menge ansammeln kann.

Beim Start selber werden dann innerhalb von 20 Sekunden Unmengen an Wasser (über eine Million Liter) unter die Triebwerke gesprüht, um die entstehenden Schallwellen zu dämpfen. Das Wasser dient also nicht der Kühlung, sondern nur dazu, das Shuttle und die Nutzlast vor Schäden zu bewahren, die der enorme Lärm verursachen könnte. Auf Englisch heißt dieses System „Sound Suppression Water System“.

Obwohl die Triebwerke eine Konstruktion der 1970er Jahre sind, wurde bis dato noch kein Raketentriebwerk mit größerer Leistungsfähigkeit entwickelt. Die Haupttriebwerke des Shuttles verbrennen reinen Wasserstoff mit 100% Sauerstoff. Diese beiden Gase werden bei minus 180 Grad im „ET“ gespeichert. „ET“ steht dabei für External Tank, also den früher weiß angestrichenen und mittlerweile in seiner rötlichen Grundierung verbleibenden riesige Außentank, der den größten Teil des startenden Shuttles ausmacht. Der weiße Anstrich wurde übrigens aus Gewichtsgründen weggelassen.

In den Triebwerken entsteht so eine extreme Hitze von 3300 Grad Celsius, dass selbst die Titan-Auskleidung der Brennkammern schmelzen oder sogar verdampfen würde, wenn sie nicht vom eiskalten Wasserstoff gekühlt würde. Alleine die Pumpen, die den Wasserstoff aus dem Tank, dann als Kühlmittel rund um die Titan-Brennkammern und schließlich in die Brennkammer selbst pumpen, haben etwa 5000 PS Leistung. Kein anderes Raumfahrzeug kann derart große und schwere Lasten in den Orbit fliegen wie das Shuttle – zur Internationalen Raumstation (ISS) kann das Shuttle z.B. gleichzeitig sieben Astronauten und eine Nutzlast von 16,4t transportieren.

Leben im Shuttle…

Das Space-Shuttle ist (ohne externen Tank und Booster-Raketen) 37,2m lang, hat eine Spannweite von 23,8m und ist daher von der Größe her in etwa vergleichbar mit einem mittelgroßen Verkehrsflugzeug, allerdings besteht der größte Teil aus der sogenannten Ladebucht. Diese lässt sich mit zwei Ladeluken öffnen, sodass z.B. Satelliten ausgesetzt oder eingefangen und auch Bauteile für die ISS ausgeladen und an die Raumstation montiert werden können.

Im hinteren Teil des Shuttles befinden sich die Haupttriebwerke, lediglich im vordersten Viertel ist der Crewbereich. Nur dieser Bereich ist mit Atemluft gefüllt, der Rest des Shuttles (insbesondere die Ladebucht) hat keine Druckkabine und ist daher gleich nach dem Start dem Vakuum des Weltalls ausgesetzt.

Der Besatzungsbereich hat ein Volumen von 65,8m³, dies ist in etwa soviel wie ein 26m² „großes“ Zimmer. Aufgeteilt ist der Crewbereich in zwei Decks: das Upper Deck mit dem Cockpit, welches beim Start dem Kommandanten, dem Piloten und einem weiteren Astronauten Platz bietet und das Lower Deck, welches weitere vier Astronauten beherbergt, die aber nur durch ein kleines Fenster nach außen blicken können. Es gibt insgesamt vier Schlafplätze, die sich allesamt auf dem Lower Deck befinden.

Oft wird im Orbit im Schichtbetrieb gearbeitet; während die eine Crew im Lower Deck schläft, ist die zweite Crew im Upper Deck bei der Arbeit. 8h wird gearbeitet, danach folgen 4h für Allfälliges, wie z.B. Essen, Erde beobachten und mit den Crewkollegen plaudern. Darauf folgen 8h Schlaf und mit weiteren 4h für Allfälliges ist ein 24h-„Tag“ komplett. Interessant ist, dass es im All ja keinen Tag wie auf der Erde gibt. Durch das Umkreisen der Erde mit 28.000 km/h erleben die Astronauten ca. alle 45min einen Sonnenauf- und -untergang. Es ist daher notwendig, sich einen „künstlichen Tag“ zu schaffen.

Welche Aufgaben erledigen nun die Astronauten an einem typischen Arbeitstag? Eine sehr spektakuläre Tätigkeit ist z.B. das Ausladen von Fracht aus dem Laderaum: Oft erfolgt das Ausladen im Orbit mithilfe von Astronauten, die dazu einen Weltraumspaziergang im Raumanzug unternehmen müssen. So ein Weltraumspaziergang klingt nach einer entspannenden Freizeitaktivität mit genialer Aussicht, ist aber eines der beanspruchendsten Manöver der Astronauten überhaupt. Bei einer Dauer von sechs Stunden wird regelrechte  Schwerarbeit geleistet, eine WC-Pause gibt es nicht, die Astronauten müssen sich mit Windeln helfen. Trotz der klimatisierten und gut isolierten Anzüge kommt man auf der Sonnenseite gehörig ins Schwitzen und auf der Schattenseite ins Frieren. Schon so mancher Astronaut musste auf seinem Weltraumspaziergang eine kurze Pause einlegen, z.B. um sich vom Schatten kurz in die Sonne zum Aufwärmen zu begeben.

Im Anzug herrscht ein niedriger Luftdruck, der dadurch ausgeglichen wird, dass reiner Sauerstoff geatmet wird. Die Belohnung für all die Mühen sind die wenigen Momente, die bleiben, um die schönste Aussicht auf „die Welt“ zu genießen. Als Beinahe-Astronaut kommt mir dabei stets eine Gänsehaut, wenn ich daran denke, welch intensives Erlebnis das sein muss…

Wie landet man nun so ein Shuttle?
Eine Kurzeinweisung

Der Beginn eines Rückkehrmanövers („Reentry“) ist der sogenannte „De-orbit-burn“: Das Shuttle wird dabei gegen die Flugrichtung ausgerichtet (also quasi umgedreht), sodass ein kurzes Zünden der Steuertriebwerke entgegen der Flugrichtung die Geschwindigkeit des Shuttles geringfügig verringert – es wird innerhalb von drei Minuten um etwa 300km/h abgebremst. Bei 28.000km/h kaum merklich, aber dennoch, verliert es dadurch an Höhe, bis sich in etwa 100km Höhe erstmals Luftwiderstand bemerkbar macht. Es folgt dann ein wahrer Höllenritt. Der NASA-Astronaut Douglas Wheelock beschrieb es mir bei einem Abendessen während meiner eigenen Astronauten-Selektion folgendermaßen: „It’s extremely violent. You just sit in there and think wowwww…“. Während das Shuttle durch die oberen Luftschichten gleitet, bremst es kontinuierlich ab. Durch Steilkurven nach beiden Seiten wird der Gleitweg korrigiert: Ist die Entfernung zum Landeplatz geringer als der Idealwert, wird mehr Schlangenlinie geflogen, sonst weniger. In 10km Höhe, also in Reiseflughöhe eines Passagierflugzeugs, beginnt dann der sogenannte Endanflug („final approach“). Im Vergleich: Beim Passagierflugzeug beginnt dieser in etwa 300 bis 1000m. Bis kurz vor der Landebahn fliegt das Shuttle etwa 18 Grad steil nach unten, sechs mal steiler als ein Flugzeug, dann wird in der sogenannte „preflare“-Phase die Nase angehoben und die Fluggeschwindigkeit von etwa 450 auf ca. 300 km/h verringert, nur wenige Sekunden vor dem Aufsetzen wird dann das Fahrwerk ausgefahren. Beim Verkehrsflugzeug fährt man das Fahrwerk etwa drei Minuten vor der Landung aus, um gegebenenfalls noch auf Probleme mit dem Fahrwerk reagieren zu können. Falls dieses beim Shuttle nicht ordnungsgemäß ausfährt, gibt es aber ohnedies keine Möglichkeit des Durchstartens. Der erste Landeversuch muss klappen. In dem Sinn ist das Shuttle wie ein Segelflugzeug – eines, das ich als Pilot liebend gerne einmal landen würde.

Nach dem Aufsetzen wird dann noch der Bremsfallschirm ausgelöst und erst bei Erreichen einer niedrigeren Geschwindigkeit werden dann die normalen Bremsen in den Rädern verwendet, um das Shuttle zum Stillstand zu bringen.

Im Shuttle spricht man übrigens nicht von Pilot und Copilot, sondern von Kommandant und Pilot (der entspricht dem Copiloten oder First Officer im Flugzeug). Der Pilot fliegt das Shuttle manuell im Anflug und übergibt kurz vor der Landung die Kontrolle an den Kommandanten, der die Landung durchführen darf. Der Pilot ist dann noch verantwortlich für das Ausfahren des Fahrwerks und die Aktivierung des Bremsfallschirms.

Die Aufgaben des Shuttles

Die Entwicklung des Shuttles war geprägt durch die Idee, dass sich das Shuttle zu einem kostengünstigen, wieder verwendbaren Raumflugsystem entwickelt, mit dem man bis zu 50 (!) Starts pro Jahr durchführen kann. Man ging damals davon aus, dass man die Ladebucht des Shuttles an kommerzielle Interessenten verkaufen könne und das Shuttle-Programm irgendwann ganz ohne staatliche Gelder auskommen würde.

Auf Englisch wird das Raumflugsystem Shuttle übrigens Space-Transportation-System, kurz STS genannt. So werden auch die Shuttle-Starts nummeriert: STS-1 war der Erstflug der Columbia am 12.4.1981, STS-134 wird der letzte Start eines Space-Shuttles sein und ist mit der Endeavour für November diesen Jahres geplant.

Die Verwendung des Space-Shuttles kann in drei Nutzungsphasen aufgegliedert werden:

In der ersten Phase von 1981 bis 1985, also bis kurz vor dem Challenger-Unglück, konzentrierte man sich auf das kommerzielle Satelliten-Transportgeschäft mit nur wenigen rein wissenschaftlichen Flügen.

Durch den Challenger-Unfall waren zunächst zwei Jahre Pause, danach begann die zweite Nutzungsphase mit wissenschaftlichen Aufgaben, Reparatur von Satelliten und staatlichen Satellitenstarts. Aus dem kommerziellen Transport hatte man sich fast gänzlich zurückgezogen.

Die dritte Nutzungsphase begann 1995. Damals dockte erstmals ein Space-Shuttle an die Raumstation MIR an. Neben dem politischen Signal näherte sich das Shuttle damit seiner letzten Bestimmung – dem Aufbau und der Betreuung von Raumstationen. Die russische Raumstation MIR wurde von der internationalen Raumstation ISS abgelöst, deren Transport und Zusammenbau im Weltall nur mit Hilfe des Space-Shuttles möglich wurde.

Neben diesen konkreten Aufgaben des Space-Shuttles wurden viele Technologien entwickelt, die für viele von uns aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken oder sogar überlebenswichtig sind: Mit Hilfe von GPS den Weg finden, Satelliten-Fernsehen, über Satellit telefonieren oder Medikamente gegen Knochenschwund, all dies wurde durch die Raumfahrt ermöglicht.

Was kommt nach dem Shuttle?

Die Pläne der NASA gehen in Richtung Rückkehr zum Kapselmodell, wie es die Anfänge der bemannten Raumfahrt waren. Ein Nachfolger für einen wiederverwendbaren Raumtransporter wird es in absehbarer Zeit nicht geben. Das heißt, die Ära des Space-Shuttles wird definitiv zu Ende gehen; nach derzeitigem Planungsstand wird im September 2010 der letzte Start eines Space-Shuttles stattfinden. Derzeit sind nur noch zwei weitere Starts geplant, wobei die letzten Shuttle-Flüge in erster Linie der Fertigstellung der ISS gewidmet sind.

Der Raumtransporter „Orion“, mit dem man die schrittweise Rückkehr auf den Mond plante, sollte direkt im Anschluss an die letzten Shuttle-Flüge zur Verfügung stehen. Bedingt durch Entwicklungsrückstände und Budgetkürzungen wird jedoch der frühestmögliche Zeitpunkt für einen Start das Jahr 2015 sein.

Aktuellen Vorstellungen von Präsident Barack Obama zufolge kippen allerdings die USA das Zwischenziel Mond und konzentrieren sich auf den Mars, frei nach dem Motto „auf dem Mond waren wir schon“.  Eine hoffnungsvolle Aussage von Obama besagt, dass er noch zu seinen Lebzeiten Astronauten auf dem Mars landen sehen möchte. Ein Ziel, dass trotz zahlreicher Hollywood-Visionen als sehr ambitioniert gesehen werden darf.

Text: DI Dr. Peter Woditschka