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Einsatzgeschichte des Space Shuttle

Die Explosion der Kosten

Ursprünglich sollte der Space Shuttle für einen Startpreis von 10.5 Millionen Dollar (Preisbasis 1972) pro Flug starten. Dies war zu dieser Zeit (1972) etwa 10 mal billiger als eine konventionelle Rakete, berechnet pro Kilogramm Nutzlast. (Sofern man die volle Nutzlast des Shuttles ausnutzt).

Doch schon 1977 wurde der Startpreis auf 24 Millionen Dollar revidiert. Im Jahre 1979 wurde angegeben, dass der Space Shuttle für 16.3 Millionen USD für kommerzielle Kunden die Nutzlast einer Atlas Trägerrakete (1870 kg) und für 5.55 Millionen USD die Nutzlast einer Delta Trägerrakete (705 kg) transportieren könnte. Dies war immer noch weniger als die Kosten einer Atlas (25.4 Millionen USD) oder einer Delta (15.3 Millionen USD) zu dieser Zeit. Bei den ersten Erprobungsflügen 1981/82 wurde dann ein Startpreis von 71 Millionen Dollar angegeben. Zu diesem Preis wurden auch die ersten Satelliten transportiert. Wobei die Ausnutzung der gesamten Nutzlastbucht galt. Bei kleineren Nutzlasten, wie dies normal war, war der Preis entsprechend geringer. (Für den Transport der Satelliten die vor dem Challenger Unglück gestartet wurden, berechnete die NASA zwischen 21 und 23 Millionen USD pro Start).

Im Jahre 1980 gab man folgende Aufschlüsselung der Startkosten an:

Kosten [Mill. USD]
Orbiter Herstellungskosten 600
Abschreibung und Zins 7.5
Wartung pro Flug 2
1004 t Feststofftreibstoff 4
750 t flüssiger Wasserstoff/Sauerstoff 0.38
10 t OMS Treibstoffe 0.01
Außentank 5
Startplatzoperationen 3.11
Versicherung 2.5
Abschreibung Feststoffraketen 2.5
Bergung und Instandsetzung 3
Summe 30
Summe, wenn Feststoffraketen nicht geborgen werden 44.5

Start eines Sapce ShuttleAls die Erprobung 1983 abgeschlossen war konnte man folgende Zwischenbilanz aufsetzen:

Eine vernünftige Politik wäre es gewesen, den Space Shuttle nun nur noch für Missionen einzusetzen die bemannt sein mussten, wie Spacelab Flüge und weiterhin Satelliten mit einer Trägerrakete zu starten. Doch genau das konnte die NASA nicht. Zum einen hatte man wegen dem Shuttle die Produktion von Trägerraketen langsam aber sicher gesenkt, so dass es nun einen Satellitenstau gab. Vor Challenger warteten 90 Satelliten und andere Nutzlasten auf ihre Beförderung mit dem Space Shuttle.

Davon profitierte die Europarakete Ariane, die bald über 30 Nutzlasten in ihren Auftragsbüchern hatte und ab 1988 mit der Ariane 4 die Nutzlast und Startrate verdoppeln konnte, während die amerikanischen Konkurrenten erst wieder die Produktion ankurbeln mussten. Seitdem hält Ariane über 50 % der Starts im freien Markt. Europa hatte im Gegenteil einen Run auf die Ariane zu verbuchen. Dafür gab es mehrere Gründe:

Daneben gab es nun auch viele militärische Nutzlasten die zu schwer oder zu groß für die Titan 3 Trägerrakete waren. Erst nach dem Challenger Desaster gab die Air Force die Entwicklung der Titan 4 in Auftrag, die eine mit dem Space Shuttle vergleichbare Nutzlastkapazität hatte. Die Shuttles mussten also fliegen, auch wenn jeder Start ein Verlust für die NASA darstellte. Seit der Shuttle nach dem Challenger Unglück mehr transportiert, gab es von der NASA keine Angabe zum Startpreis mehr. Es gab nur missionsabhängige Kosten bei denen die kosten für die Mission bezahlt werden müssen. Doch selbst bei einem einfachen Satellitentransport entsprach dies nicht den realen Kosten. Das liegt daran, dass die ganzen Fixkosten nicht in der Kalkulation enthalten sind. Diese machen aber den Großteil der Kosten aus. Dazu zählen nicht nur die Wartung sondern auch das Personal am Cape und die Lieferverträge, die feste Summen pro Jahr umfassen. Dafür nur ein Beispiel. Im Jahre 2002 änderte die NASA einen Kontrakt mit Lockheed über die Lieferung von 35 externen Tanks. Die einzige Änderung war eine Reduktion die Mindestabnahmemenge von 8 auf 6 Stück pro Jahr. Die Stückzahl von 35 blieb gleich, nur die Frist verlängerte sich von 2006 auf 2008. Obgleich also genauso viele Tanks abgenommen wurden erhöhte dies den Wert des Kontraktes von 809 auf 1150 Millionen USD. Das bedeutet das die NASA nur für eine um 2 Jahre längere Dauer Geld zahlt, weil Lockheed natürlich die Arbeiter weiter bezahlen muss. Es wäre für die NASA sogar billiger gewesen 8 Stück pro Jahr abzunehmen und 2 dann auf eine Müllhalde zu kippen, das hätte nur 1079 Millionen USD gekostet. Am deutlichsten wurde dies als der Shuttle nicht flog : Nach dem Verlust von Challenger und Columbia. Man sollte meinen nun würde das Shuttle Programm weniger Geld benötigen, schließlich fanden jeweils über 2 Jahre keine Flüge statt. Das Gegenteil war der Fall, man brauchte zusätzliches Geld für die notwendigen Nachbesserungen.

Die realen Startkosten bekommt man viel einfacher heraus. Anstatt den NASA Ankündigungen zu glauben muss man nur die Mittel für das Space Shuttle durch die Anzahl der Flüge teilen. Diese lagen 1994 bei 3850 Millionen USD bei 7 Flügen. 1999 hatte man durch Umstrukturierungen die Kosten gesenkt und seitdem kostete das Shuttle Programm etwa 3.2 Milliarden Dollar pro Jahr bei maximal 6-8 Flügen.

Datum Kosten [Mill. USD] Bemerkung
1972 10.5 Preisbasis 1972
1975 18 Preis für 1977 auf 1975 Preisbasis
1977 24 Preisbasis 1980
1979 39-49 Hochgerechnet aus den Transportkosten für Atlas und Delta
1981 73 % höher als Flüge mit Raketen nach internem Papier
1983 38 Subventionierter Preis für erste kommerzielle Flüge
1984 83.2 interne NASA Berechnung der Shuttle Startkosten
1986 151 Direkte Zuordnung von Kosten zu Flügen (inklusive Wartung)
1985-88 71 Festlegung der Kosten für kommerzielles Starts vom Weißen Haus um keine Kunden an Ariane zu verlieren
1987 257 Interne Berechnung der Startkosten im Mittel von STS 1-20
1988 164 Startkosten bei Wiederaufnahme der Flüge
1989 275 Zahlung des DoD für militärische Mission STS-27 an die NASA
1994 322 Reine Startkosten des Space Shuttles über die gesamte Laufzeit gerechnet
1994 550 Tatsächliche Kosten pro Flug im Finanzjahr 1994 (Gesamtkosten/Flüge)
1998 440 Flugkosten nach Modernisierung der Flotte
2005 1300 Flugkosten der ausstehenden Flüge ermittelt nach Haushaltsmittel/Flüge

Schon bevor Challenger explodierte, im Jahre 1986 hatten die Shuttles bei den Kosten normale "Wegwerf" Raketen eingeholt. Im Jahre 1986 kostete ein Pfund Nutzlast befördert mit einem Shuttle 3150 Dollar, mit einer Delta 3275, einer Atlas 4500 und einer Titan 5100 Dollar. Dies galt aber nur wenn man die maximale Nutzlast ausschöpfte. Bei den Raketen war dies weitgehend der Fall, doch die Space Shuttles nutzten ihren Nutzlastraum nur teilweise. Das lag am Zeitplan. Ein Kunde will z.B. einen Kommunikationssatelliten der Delta Klasse gestartet haben. Der Shuttle könnte von der Größe des Nutzlastraumes etwa 7 dieser Satelliten befördern, doch dies ist etwa so viel wie die USA in einem dreiviertel Jahr gestartet haben. So lange will kein Kunde warten, also flog der Shuttle mit 2 Satelliten. Der riesige Nutzlastraum und die hohe Nutzlastmasse wurde selten ausgenutzt, einfach weil es zu viele kleine Nutzlasten gab.

Der Shuttle wird nicht operationell

Offiziell war die Flugerprobung mit dem vierten Flug abgeschlossen, 2 Flüge weniger als vorgesehen. Auch dies geschah unter dem Druck, dass man möglichst schnell Nutzlasten transportieren musste. Doch fast jeder der Flüge bis zum 25.sten Start eines Space Shuttles am 28.1.1986 wies Probleme auf. Diese gab es bei verschiedenen Stellen:

Zwar sind Pannen bei einem neuen System nichts neues. Doch wies der Space Shuttle davon sehr viele auf, und es gab keine Tendenz, dass diese weniger werden würden. Nach 24 Starts war der Space Shuttle noch nicht operationell geworden: Es war noch keine Routine damit ins All zu starten. Es war nicht problemlos, geschweige denn preiswert und es gab keine ausreichende Flugfrequenz. Dies alles sollte sich jedoch noch bessern, versprach die NASA... Zumindest die Startzahl stieg: Im Jahre 1985 flogen 4 Shuttles schon neun mal, da der letzte Shuttle, die Atlantis ihren Erstflug erst am 3.10.1985 hatte, sprach alles dafür, dass es 1986 noch mehr Starts werden würden. Das Jahr 1986 sollte mit der 25.sten Shuttle Mission beginnen. Wichtige Nutzlasten wie die Raumsonden Ulysses, Galileo, dem Teleskop Hubble  und 2 militärische Aufklärungssatelliten galt es zu starten. 14 Flüge waren 1986 geplant, davon alleine 4 für das Rüstungsprogramm SDI. 1987 sollten es schon 19 sein. Doch wegen schlechten Wetters verzögerte sich die 25.ste Mission mit dem Space Shuttle Columbia immer mehr. Schließlich drängte man auf einen Start um den Flugplan nicht zu gefährden. Am Tage vor dem Fehlstart berichtete die Tagesschau von katastrophalen Ernteausfällen in Florida: Im Sonnenstaat der USA gab es eine Kältewelle und Orangen und Zitronen gefroren an den Bäumen.

Die Challenger Katastrophe und ihre Folgen

Challenger ExplosionAm 28. Januar 1986 explodierte der Space Shuttle Challenger nach 72 Sekunden Flug. Dieses Unglück hatte weit reichende Folgen für das Shuttle Programm. Zuerst wurde die Ursache des Unglücks gesucht und dabei eine Reihe von Fehlern des Managements, die eine hohe Startrate den Sicherheitsinteressen vorgezogen hatten, aufgedeckt. Ursache waren Dichtungsringe aus Gummi, die beim Start innerhalb von Millisekunden den Zwischenraum zwischen den Segmenten der SRB abdichten sollten.

Die SRB bestehen aus 8 Segmenten aus 18 mm dickem Walzstahl, die ineinander greifen. An vier Stellen müssen diese von innen nach außen von Gummidichtungen abgedichtet werden.

Bei der Konzeption der SRB konnte die NASA sich nicht dazu durchringen, Gummiringe zu ordern, die radialen und axialen Belastungen Stand hielten. Die verwendeten Gummiringe waren nur bei axialen Belastungen wirksam und dichteten erst ab 0 Grad Celsius ab.

Bei kaltem Wetter ist Gummi spröde und es konnte sich nicht schnell genug ausdehnen. Die Challenger stand 38 Tage lang bei Minustemperaturen auf der Startplattform. Vor dem Start war es -4° Celsius kalt, es gab Eiszapfen an den Gerüsten der Startplattform.

So brannten zuerst die Gummiringe beim Start durch. Schon beim Start sieht man auf den Überwachungsvideos zuerst eine weiße, dann braune Wolke am rechten SRB, das war eine Gummidichtung, die schon 0.445 Sekunden nach dem Start verbrannte. Die Lücke wurde dann jedoch durch Ablagerungen die beim Abbrand entstehen wieder verstopft. Im Laufe der Zeit stieg der Druck in den SRB an und Verbrennungsgase gerieten ins Freie. Dies war nach 59 Sekunden der Fall. Die Flamme aus dem SRB durchtrennte die Befestigung des rechten SRB wie ein Schweißbrenner. Der SRB schlug gegen den Wasserstofftank und der austretende Wasserstoff führte nach 72 Sekunden zur Explosion. Techniker wussten von dem Problem mit dem Gummi bei niedrigen Temperaturen. Der am Cape befindliche Techniker von Thiokol wollte den Start am 28.1.1986 nicht freigeben. Die Chefingenieure von Thiokol wurden vom Management der Firma gedrängt, dem Start zuzustimmen, weil dieser im Vorfeld schon 6 mal verschoben wurde. Man ließ also ein Shuttle starten, von dem man genau wusste, das ein lebensnotwendiges System nicht bei den herrschenden Temperaturen ordnungsgemäß funktionieren würde.

Der Bericht stellte auch andere Versäumnisse und Mängel fest. Sowohl an der Technik (748, davon alleine 114 bei den Boostern) wie auch dem Management. Es gab z.B. keine Qualitätskontrolle der Zulieferer durch die NASA. Die NASA hatte 1982 die komplette Wartung der Orbiter an Rockwell übertragen. Praktisch bedeutete dass, dass die NASA die Kontrolle über den wichtigsten Teil des Shuttles dessen Hersteller übertrug. Auch dies war ein Kritikpunkt der Roger Kommission: Für Thiokol, Martin-Marietta und Rockwell war die NASA Kunde und Auftraggeber. Wenn die NASA unbedingt einen Zeitplan einhalten wollte, so war gab es seitens des Managements der Firmen Druck auf die Techniker und Ingenieure das OK zu erteilen, auch wenn sie meinten dass man eine Anormale oder einen Vorfall der letzten Mission noch genauer untersuchen sollte bevor man erneut startet. An diesem System hat die NASA aber auch bis heute nichts geändert. Nach wie vor startet die NASA nur die Shuttles, die gesamte Wartung und Modernisierung übernehmen Vertragsfirmen.

Der Bericht listete nicht weniger als 220 Schwachstellen und 30 neuralgische Punkte auf, bei denen ein Totalverlust von Shuttle und Besatzung drohten. Das Problem mit den Gummiringen war nicht neu. Bei jedem der 4 vorhergegangenen Starts die bei niedrigen Temperaturen erfolgten hatte man Beschädigungen der Gummiringe entdeckt, teilweise waren sie sogar angekohlt. Bei Starts bei höhern Temperaturen kam dies auch vor, aber "nur" bei 4 von 16 Flügen. Mehr noch: Schon im November 1982 hatte man dem System die Zulassung 1R entzogen. "1R" heißt im Nasa Jargon: "Verlust der Besatzung beim Scheitern, aber Redundant vorhanden", weil sich gezeigt hatte, das der zweite redundante Gummiring wahrscheinlich nicht rechtzeitig genug einen Ausfall des ersten Ringes abfangen konnte. Kurzum: Man hatte ein System ohne Redundanzen, bei dem man wusste, das die Ringe in 4 vorhergehenden Missionen bei denen es sogar noch wärmer gewesen waren immer beschädigt wurden.

Man untersuchte auch die bisher erfolgten 24 Starts und der Leiter der Unterkommission Chefastronaut John Young resümierte: Bei 12 der 24 bisher erfolgten Starts war die Besatzung Katastrophalen Risiken ausgesetzt. "Es gibt nur einen Beweggrund solch einem potentiell gefährlichen System die Fluggenehmigung zu erteilen - Der Druck des Flugplans. wir standen unter ständigem Druck zu starten ohne vollständige Avionik, von Sensoren bis Computern....". Dies war die Aussage von John Young. Pilot der ersten Shuttle Mission. Sein Copilot Bob Crippen sagte zum 25 jährigen Jubiläum des Erststarts. "Der Space Shuttle konnte meiner Meinung nach etwa 12 mal pro Jahr fliegen. Doch viele im Management wollten, das er 20 oder sogar 30 mal pro Jahr fliegt".

Das Shuttle Programm musste gründlich überarbeitet werden. 400 kleinere und 56 größere Änderungen waren nötig. Obgleich Thiokol schon bei Beginn des Shuttle Programms in Kritik stand blieb man bei dem Zulieferer. Der Vertrag wurde deswegen vergeben, weil Thiokol in Nevada, einem "schwach entwickelten" Gebiet produziert, nicht weil Thiokol große Erfahrungen mit Feststofftreibwerken hatte. Die Firma produzierte zwar Satellitenantriebe, jedoch keine so großen Booster wie die SRB. Die Firma Alliant, welche die großen Booster für die Titan 3+4 baute, ging dagegen leer aus. Die Dichtungsringe blieben als Schwachstelle und so gab es auch 1995 beim Start der Atlantis erneut Probleme mit diesen Ringen. Diesmal jedoch hielten Sie.

Es musste ein neuer Space Shuttle (die Endeavor) gebaut werden und die Sicherheit der Astronauten erhöht werden. Dies geschah über eine aufsprengbare Außenluke und neue Schutzanzüge mit Fallschirmen. Beim Challenger Unglück hätte dies aber nichts genützt, da die Astronauten keine Zeit zum Ausstieg hatten. Die Kosten lagen bei 2.8 Milliarden USD für die Endeavor und 2.4 Milliarden USD für Änderungen. Dadurch waren alle Flüge für 2 Jahren 8 Monate gestoppt. Zugleich ergaben sich aber auch Folgen für das Shuttle Programm. Das Militär das schon bisher mit dem öffentlichen Interesse an dem Shuttle unzufrieden war, zog sich nach den Verzögerungen endgültig aus dem Programm zurück. Auch wurde vom US Präsident Ronald Reagan festgelegt, dass nach dem Zwischenfall keine kommerziellen Nutzlasten mehr transportiert werden sollten. Die Starts von Nutzlasten mit Raketen wurden privatisiert, so dass die Hersteller der Raketen diese auf dem freien Markt anbieten konnten. Seitdem gibt es keine Angaben mehr über die Kosten eines Fluges, sondern nur über die einer Mission, d.h. inklusive der Abwicklung der Mission und den Kosten für das Spacelab oder andere mitgeführte Geräte. Eine Abschätzung der wahren Startkosten ist daher schwierig. Experten vermuten aber dass der reelle Startpreis mindestens bei 400-500 Millionen Dollar liegt. Im Rahmen der ISS Unterhaltskosten geht die NASA von Startkosten nur für die Zubringerflüge von 435 Mill.. USD pro Start aus. Angesichts dieser Kosten wundert es nicht, das heute die Raumfähren nur noch 6-8 mal pro Jahr starten, obgleich etwa 12 Starts pro Jahr technisch möglich wären. Das Shuttleprogramm kostet die NASA derzeit 3.2-4 Milliarden. USD pro Jahr, mehr als ihr Gesamthaushalt für das wissenschaftliche Programm.

Verlustwahrscheinlichkeit eines Orbiters.Im Jahre 1989 veröffentlichte die NASA im Dokument "Office of Technology Assessment, “Shuttle Fleet Attrition if Orbiter Recovery Reliability is 98 Percent,” August 1989, p. 6." eine Abschätzung wie wahrscheinlich es ist noch einen Orbiter zu verlieren. Die "Zuverlässigkeit" (Sprich Verlust eines Orbiters mit Besatzung) des Space Shuttles wurde damals zwischen 97 und 98 Prozent eingeschätzt und die links abgebildete Grafik gibt eine Wahrscheinlichkeit für 98 Prozent an. Nach dieser Grafik liegt die Wahrscheinlichkeit für einen Verlust eines weiteren Orbiters bis zu STS-107 (Flug der Columbia und deren Verglühen beim Wiedereintritt) bei über 50 %. Auswirkungen hatte dies allerdings nicht. Im Gegenteil, weil die folgenden Flüge alle glückten, wog man sich in trügerischer Sicherheit.

Die beförderten Nutzlasten änderten sich nach der Challenger Katastrophe. In den ersten Jahren musste noch ein Stau abgearbeitet werden und es gab Starts von Planetensonden (Magellan, Galileo und Ulysses) und Missionen für das DoD. Danach folgten Missionen mit dem Spacelab und seinem Nachfolger dem Spacehab. Mitte der neunziger gab es eine Reihe von Shuttle-MIR Andockmanöver. Mit dem ab 1998 begonnenen Aufbau der ISS zeigten sich auch die Grenzen des Space Shuttle: Der Aufbau ging langsamer voran als geplant und fast alle Shuttle Flüge dienten nun dem Aufbau der ISS.

Nach der Wiederaufnahme der Flüge

Die ersten Flüge nachdem die Discovery am 29.9.1988 die Starts wieder aufgenommen hatte genossen nun wieder die volle Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit. Niemand hatte nach dem Verlust der Challenger gedacht, dass die Shuttles mehr als zweieinhalb Jahre am Boden bleiben würden. Doch diese Zeit war notwendig um alle Schwachstellen zu finden und zu beseitigen. Auch gab es einen Stau von wichtigen Nutzlasten abzubauen und der Space Shuttle konnte glänzen: Er beförderte große und sperrige Großobservatorien (Compton, Hubble), Planetensonden (Galileo, Ulysses, Magellan) und glänzte mit spektakulären Reparaturmissionen (Hubble Service Mission 1, Intelsat VI F2 Reparatur). Gestrichen wurden vor allem Flüge mit dem Spacelab. Ab 1989 änderte sich auch die NASA Politik und man startete nun wieder vermehrt Verlustraketen. Kommerzielle Flüge wurden ganz vom Flugplan gestrichen. Das gleiche galt für militärische Flüge. Lediglich einige Nutzlasten für die es keine andere Startgelegenheit gab fanden noch statt.

Doch wenige Jahre später ließ das Interesse der Öffentlichkeit wieder nach und es mehrten sich die Stimmen, die fragten, warum man noch die Space Shuttles betrieb. Russland hatte 1987 die Trägerrakete Energija getestet und 1988 das Shuttle Buran - und danach beide Programme eingestellt. Es fehlte der Wettlauf der Systeme, dafür konnten die Russen mit immer längeren Aufenthalten an Bord der Mir glänzen.

Doch Russland fehlte nach dem Zusammenbruch Anfang der neunziger Jahre Geld, auch für die Raumfahrt. die NASA sah dies als Chance sich neu zu profilieren. Man vereinbarte mit Russland eine Zusammenarbeit : Der Space Shuttle transportierte einen von den USA gebauten Adapter zur MIR und konnte fortan andocken. Bei jedem Shuttle Besuch flog ein US Astronaut mit und wurde beim nächsten Besuch wieder abgeholt. Als Ausgleich brachte der Shuttle jedes mal einige Tonnen Fracht mit, wahrscheinlich floss auch Geld, doch dies wurde offiziell nie bestätigt.

Die NASA verkaufte dies in der Form, dass man die Mir am Leben erhielte und dass nur der Shuttle dazu in der Lage wäre. Als Nutzen bekamen die Amerikaner Langzeiterfahrungen im All. Die letzten stammten noch von Skylab 1973/74. Durch die sich häufenden Ausfälle von Systemen wurden diese sogar noch wertvoller als geplant. Wichtig war aber die öffentliche Wirkung für das Shuttle Programm. Die erste Mir Mission war STS-63 am 3.2.1995, die letzte von 10 Missionen STS-91 am 2.6.1998.

Ab 1998 begann dann der Bau der Raumstation ISS, die so konzipiert war, dass die meisten Bauteile von dem Space Shuttle ins All gebracht werden sollten. Sehr bald zeigte sich, dass der Space Shuttle damit überfordert war. Mit 6 Flügen pro Jahr verzögerte sich der Ausbau immer mehr, wobei es auch noch Extraflüge gab, weil sich das russische Modul Sarja verspätete und die ISS an Bahnhöhe verlor und Teile ausfielen und ersetzt wegen musste. Vor der Columbia Explosion flog der Shuttle fast nur noch die Raumstation ISS an und andere Missionen waren im Flugplan kaum noch vorgesehen.

Die Ursachen der Kostenexplosion

Shuttle KostenDer Space Shuttle der ist das erste wieder verwendbare Startgerät. Ähnlich wie die ersten Raketen der USA recht hohe Startkosten aufwiesen, ist es auch beim Space Shuttle dieser Prototyp Charakter gegeben. Aus heutiger Sicht sind es zwei zusammen kommende Fehler die den Space Shuttle so teuer gemacht haben:

NutzlastDie genauen Kosten des Shuttle Programms hat der Autor versucht zu ermitteln. Das war nicht einfach, weil es ab einem bestimmten Zeitpunkt keine elektronischen Quellen mehr gibt. Die Flugkosten von 1984-205 (einschließlich, aber ohne Nachtragshaushalt)  betrugen 74.4 Milliarden USD. Dazu kamen 17 Milliarden Entwicklungskosten von 1972-1984. Die Zahlen von 1972-84 und 1984-1989 lagen nur als Summen vor. Die USA haben in 33 Jahren also 91.3 Milliarden USD für den Space Shuttle ausgegeben. In manchen Jahren machte das Space Shuttle Budget das halbe NASA Budget aus. Andere Berechnungen von  Roger Pielke Jr, Weltraumexperte der University of Colorado ergeben inklusive der Modifikationen für die Wiederaufnahme der Shuttle Flüge bis 1990 65 Milliarden Dollar (Wert 1990), damit Flugkosten bis dahin von 1,7 Milliarden Dollar mit und 1,1 Milliarden Dollar ohne Entwicklungskosten.

Dabei gab es von 1992 - 2000 ein über 8 Jahre laufendes Upgradeprogramm, dass die Shuttle Flotte renovieren sollte. Das Programm hatte daneben auch das Ziel die Kosten zu stabilisieren. Zwischen 1990 und 2000 stiegen die Kosten eines Shuttle Starts nur noch um 34 %, was bei der relativ hohen amerikanischen Inflation in der Summe sogar einer Kostensenkung um 20 % entsprach. Eine Reihe von Vergleichen die im Jahre 2000 publiziert wurden sind hier abgebildet.

Wo es nur ging wurden neue Materialen und Technologien eingeführt. Die Triebwerke haben zum Beispiel eine dreimal höhere Betriebssicherheit. Sensoren und Computer sollen eine kritische Situation 1 Sekunde erkennen bevor sie kritisch wird. Die Hitzeschutzkacheln wurden in der Zahl reduziert und ihre Montage vereinfacht. Das Cockpit erhielt neue Instrumente mit LCD Monitoren. Der Tank wurde um 3400 kg leichter. In der Summe steigerte das Programm die Nutzlast des Orbiters um 8 Tonnen, erniedrigte die Startkosten um 20 Prozent und machte die Shuttles um 82 Prozent sicherer und die Zahl der Probleme um 70 Prozent. Doch dies war nicht sicher genug. Beschämend ist in der Retrospektive, dass man vor der Umrüstung überhaupt startete: Schließlich informiert uns die Grafik, dass 1992 noch das Risiko eines "katastrophalen Verlustes beim Start" - Nette Umschreibung für einen Fehlstart mit Todesfolge für die Besatzung - bei 1:78 lag, also nur in etwa so gut wie bei eingeführten Trägerraketen wie der Delta.

Die Columbia Katastrophe

Am 1.2.2003, fast auf den Tag 17 Jahre nach Challenger verglühte ihre Schwester Columbia beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Noch größer ist nun der Schock, nachdem die letzten 80 Flüge erfolgreich verliefen, auch wenn interne NASA Statistiken von einem katastrophalen Flug auf 438 Flüge ausgingen. Diese Tatsache wurde 3 Jahre vorher noch öffentlichkeitswirksam präsentiert. Bedeutete sie doch eine Reduktion um 82 Prozent gegenüber der Sicherheit die es 1992 (also nach Challenger) gab.  Das Unglück hat Folgen:

Explosion der CoulmbiaOb man ISS dann als Projekt endgültig begräbt (Die NASA kündete schon 2001 an, wegen der explodierenden Kosten nur 3 anstatt 7 Mann Kernbesatzung aufrecht zu erhalten), oder man mehr Bauteile mit Ariane 5 / Protons startet (die aber auch beide Probleme haben: Die Proton hat eine sehr schlechte Zuverlässigkeit und kann keine voluminösen Bauteile transportieren. Ariane 5 hat nach dem Fehlstart der EC-A Version auch ein Design Review vor sich), ist nun völlig offen.

Ursache für den Verlust der Columbia war ein Stück Schaumisolierung von der Größe einer Aktentasche und etwa 1 kg Gewicht, welches beim Start sich vom externen Tank löste und mit zirka 230 m/s auf die T- förmigen RCC Panels an dem Flügel aufprallte. Es riss ein Loch in die Flügelkante über dem linken Fahrwerk. Es war schon früh als Ursache vermutet worden, da es die einzige Unregelmäßigkeit beim Start war. Doch war zuerst bezweifelt worden, dass, das relativ leichte Material einen so gravierenden Schaden auslösen könnte. Doch Tests mit Schaumstoffpaneele, die man mit derselben Geschwindigkeit auf RCC Panels schoss, gaben bis zu 40 × 40 cm große Löcher. Später muss sich das beschädigte Panel vom Shuttle gelöst haben, denn am 18.1.2003 registrierte eine RADAR Überwachung ein Objekt, das sich von Columbia fortbewegte. Ohne das Panel, das sich an der Kante befindet wo man mit den größten Temperaturen beim Wiedereintritt rechnen muss, konnte das mehrere Tausend Grad heiße Plasma in den Flügel eindringen und diesen zerstören.

Risiko eines UnfallsDies war ein Schock für die NASA. Nach der Challenger Katastrophe hatte man festgestellt, dass die Shuttles lange nicht so sicher waren wie angenommen und man auch leichtsinnig im Programm vorgegangen war. Doch seitdem waren nicht nur fast 80 Flüge geglückt, sondern man hatte die Shuttles sicherer gemacht, laufend modernisiert und auch der Ablauf war eingespielt. Nun war man sich sicher ein zwar teures, aber zuverlässiges Gefährt zu haben. Nun riss leichter Schaumstoff ein Loch in Kohlenfaser verstärkte Panels, einem der härtesten und strapazierfähigsten Materialen die man zur Verfügung hat. Wie viele Zeitbomben schlummern noch im Shuttle Programm ? Waren die Russen doch schlauer gewesen, als sie bei ihren seit 35 Jahren kaum veränderten Sojus Kapseln geblieben sind, die zwar klein waren aber eben auch sehr robust ? Tatsache ist: Es gab vorher schon bei den Starts sich ablösende Schaumstoffteile und man hatte angenommen, dass sie keine Gefahr darstellen, weil sie so leicht sind. Tatsache ist aber auch: Die Tanks sind mit einer einfachen Polyurethan Schaumstoffisolierung besprüht. Bei den Saturn Trägerraketen verwandte man dagegen ein dreidimensionales Fiberglasnetz, das in den Polyurethan Schaum eingelassen war und sich im inneren der Tanks befand. Allerdings stand bei deren Konzeption Sicherheit im Vordergrund und nicht Nutzlast- und Kostenmaximierung.

Die Kommission welche den Unfall untersuchte konnte nicht nur den Schaumstoff als Ursache dingfest machen, sondern wie schon bei der Challenger Katastrophe die sich fast auf den Tag genau 17 Jahre früher ereignete Versäumnisse im NASA Management. Obgleich sich seit der ersten Mission regelmäßig Schaumstoffteile vom Tank lösen und es auch 2 Flüge vor Columbia ein sehr großes Stück löste, hatte man bei der NASA dies nie ernst genommen. Vor Wiederaufnahme der Shuttle Flüge muss nicht nur diese Gefahr beseitigt werden, sondern die Kommission empfiehlt auch Verfahren auszuarbeiten um in Zukunft eine Reparatur im Orbit zu ermöglichen.

Die Folgen von Columbia

Seit dem Columbia-Unglück am 1. Februar 2003 hat die NASA nach und nach alle Sicherheitsfragen klären können und die Raumtransporterflotte nachgerüstet. Die wichtigsten Verbesserungen sind:

Da Bush mit der Verkündigung seines Marsprogramms auch angeordnet hat den Space Shuttle bis 2010 stillzulegen ist dessen Zukunft nun abzusehen: Er wird nur noch zum Aufbau der ISS benötigt. Dies ist die Folge einer Empfehlung des Untersuchungskomitees. Diese besagt, dass wenn der Shuttle eine Mission durchführt, die nicht zu einer Raumstation führt (so dass dort die Besatzung unterkommen kann und mit Sojus Kapseln zur Erde zurückkehren kann) es Maßnahmen zur Reparatur im Orbit geben soll. Es wird aber kaum noch Missionen geben, die nicht zur ISS führen, da mit 3 Orbitern schon der Aufbau schwierig ist. Das Problem ist dass nun durch die Sicherheitsanforderungen die Vorbereitungen für jede Mission viel länger dauern und zudem immer ein Rettungsshuttle bereit stehen muss - der in dieser Zeit nicht auf die nächste Mission vorbereitet werden kann. Während vor dem Verlust der Columbia durchschnittlich 5-8 (im Mittel 6-7) Missionen pro Jahr stattfanden sind es nun nur noch 3 pro Jahr. Für 2009 und 10 sind jeweils 5 geplant. Die Columbia flog übrigens nie zur ISS und auch vorher nur viermal in fünf Jahren. Der verzögerte Ausbau kommt im wesentlichen durch die erhöhten Sicherheitsanforderungen zustande.

Um die Shuttles den Empfehlungen des Untersuchungskomitees anzupassen musste die NASA weitere 2.3 Milliarden. USD in das Shuttle pumpen. Ein dicker Batzen Geld, mehr als das doppelte der Kosten mit denen man gerechnet hat. Diese Summe steht auch in Kontrast zu denen die eine neue Planetensonden und Satelliten kosten dürfen: 2004 startet die NASA die Raumsonden MESSENGER und Deep Impact, jeweils weniger als 300 Millionen USD teuer. Die Raumsonde New Horizons konnte nur gebaut werden weil der Kongress sich für die 550 Millionen USD teure Sonde stark gemacht hat. Das zeigt die Probleme welche die NASA derzeit hat, deutlich.

STS-121 TankNach dem RToF (Return To Flight) Flug der Discovery zeigte sich, dass der Tank immer noch nicht soweit sicher ist, dass er keine Teile verliert. Die NASA hat den nächsten Flug vom September 2005 auf März 2006 (später sogar Juli 2006) verschoben. Im Gegenteil : Nun stehen die Flüge erneut zur Disposition, um Kosten zu sparen um die Rückkehr zum Mond besser zu finanzieren. Dies würde aber mindestens 5-10 Milliarden an Vertragsstrafen mit sich ziehen, zum einen an US Raumfahrthersteller die langfristige Lieferverträge mit der NASA haben und zum anderen an ausländische Raumfahrtagenturen die sich darauf verlassen haben, das die Shuttles ihre Module zur ISS bringen.

Im Oktober 2005 wurde bekannt, dass die NASA nicht nur plant die noch ausstehenden 28 Missionen auf 19 zu verringern (allerdings inklusive einer von vielen Wissenschaftlern und zunehmend auch der breiten Öffentlichkeit geforderten weiteren Hubble Service Mission), sondern auch für diese nicht die Finanzmittel zur Verfügung stehen. Es fehlen 5.6 Milliarden USD. Über die Startkosten nach Columbia gibt es nur Schätzungen. Dividiert man aber die beantragten Haushaltsmittel für die nächsten Jahre durch die Anzahl der noch geplanten Flüge, so kommt man nach dem RToF auf die unglaubliche Summe von 1.3 Milliarden USD pro Flug.

Gleichzeitig wird immer deutlicher, dass der Shuttle Nachfolger, das CRV nicht vor 2014 zur Verfügung stehen wird, womit die Lücke zu dem Ende der Shuttle Flüge immer größer wird.

Nachinspektionen ergaben im Dezember 2005 noch weitere Probleme. Eine Nachinspektion der Daten ergab, dass die Discovery ein Sauerstoffleck hatte und zwar kein kleines. Die Discovery verlor beim Aufstieg 100.000 m³ gasförmigen Sauerstoff (Die Volumenangabe weil man diese Daten aus Sammelflaschen die Luft beim Aufstieg sammeln rekonstruiert hat). Dies entspricht einer Verlustrate von 370 g/Sekunde. Bei der Inspektion des nächsten Orbitertanks gab es wieder Risse im Schaumstoff, die ein unakzeptables Sicherheitsrisiko darstellen. Der nächste Start ist so vom Mai auf den Juli 2006 gerutscht.

Um die 6 Milliarden die fehlen einzusparen erwägt die NASA nach einer Meldung vom Dezember 2005 die Atlantis auszumustern und die Flugzahl auf 12 zu kürzen. Die Wahl fiel deswegen auf die Atlantis, weil sie anders als die Discovery nicht auf einen Flug vorbereitet wird. Die Endeavour steht nicht zur Disposition weil sie der leichteste und modernste Orbiter ist und gerade generalüberholt wird. Vorerst ist dies als "Wink mit dem Zaunpfahl" zu sehen - an den Kongress, damit dieser weitere Mittel frei gibt. Doch sollte es bei der Finanzierungslücke bleiben so dürfte der NASA kaum etwas anderes übrig bleiben.

Im Februar 2006 wurde aus diesen Verlautbarungen Gewissheit. Atlantis wird 2008 ausgemustert werden. Bis dahin wird Sie noch 5 Flüge durchführen. Danach wird Sie als Ersatzteillager für die beiden noch verbleibenden Orbiter dienen.

ISS und die ausufernden Shuttle Kosten haben im Februar 2006 zu einer NASA Langzeitplanung geführt, die vor allem die wissenschaftliche Gemeinde schockierte. Praktisch alle anspruchsvollen Projekte sollten ab 2007 gestrichen werden. Selbst schon fast fertig gestellte Missionen wie Dawn oder Sofia sollten eingestellt werden. Letztere beiden konnten dank nationaler und internationaler Proteste gerettet werden. Im Juli 2006 machte die demokratische Senatorin Barbara Mikulksi den Vorschlag der NASA 2 Milliarden USD zusätzlich zukommen zu lassen. Zum einen um die Zusatzkosten durch den Verlust der Columbia aufzufangen und zum andern um andere Kosten die durch die Wirbelstürme im letzten Jahr entstanden abzufedern. Der Vorschlag lehnt sich an die zusätzlichen Mittel an welche die NASA nach dem Challenger Unglück bekam. Doch es ist offen ob dies bei der derzeitigen Haushaltslage durchgeführt wird - Schließlich kostet der Krieg im Irak jede Woche in etwa dieselbe Summe.

Das Risiko

Das Auseinanderbrechen der Columbia hat schmerzlich klar gemacht, dass der Space Shuttle auch nur ein Raketensystem ist, vergleichbar mit der Ariane 4, die z.B. auch 3 Fehlstarts auf 116 Einsätze hat. Anders als bei russischen Sojus Kapseln muss die Besatzung aber mit einem erheblichen Restrisiko leben. Eine Sojus Kapsel ist relativ kompakt gebaut. Durch die kugelförmige Konstruktion ist auch eine Fehllage nicht so gravierend. Der Hitzeschutzschild ist aus einem Stück und kann nicht so leicht beschädigt werden. Das Risiko beim Wiedereintritt ist dadurch erheblich geringer als beim Shuttle. Auch beim Start verfügt die Sojus über einen Fluchtturm (Ein Raketentriebwerk das die Kapsel im Falle einer Fehlfunktion von der Trägerrakete wegschießt). Dies war bei einem Fehlstart am 26.9.1982 die Rettung für die Besatzung. Das Sojus Programm war durchaus nicht frei von Fehlstarts. Eine Mission erreichte keinen Orbit, andere mussten notlanden. Doch stets konnten sie sich auf ihre robuste Kapsel verlassen. Ein solches System verfügt der Shuttle nicht. Wie bei Challenger kann man auch bei Columbia nur konstatieren, dass die Besatzung keine Möglichkeit gehabt hätte sich zu retten.

Vielleicht ist die Sojus Technologie veraltet (Sie ist auch seit 1967 im Einsatz), aber sie bietet einer Besatzung mehr Schutz. Es gab mindestens 3 Havarien mit Sojus Kapseln, bei denen die Besatzung gerettet werden konnte:

In 3 unterschiedlichen Phasen des Fluges konnte die Kapsel durch Rettungssysteme und robuste Auslegung die Besatzung retten. Man kann mit der Sojus zwar keine Satelliten reparieren, aber für einen einfachen Zubringerdienst zur Weltraumstation, wie es auch die Aufgabe des Space Shuttles ist, reicht sie völlig aus. Für den reinen Nutzlasttransport setzen heute alle Nationen (auch die USA) lieber unbemannte Träger ein. Der entscheidende Fehler des Shuttles war, dass er alles erledigen sollte, auch Dinge wofür man kein bemanntes Raumfahrzeug braucht.

Das grundsätzliche Problem ist dass heute die amerikanische Öffentlichkeit es nicht akzeptiert, dass Astronauten bei ihrem Einsatz ums Leben kommen können. Dies ist zwar heute unwahrscheinlicher als zu Mercury und Gemini Zeiten, doch es ist immer ein Restrisiko da, dass eben doch erheblich über dem eines Verkehrsfluges liegt. Man hat mit Milliardenaufwand der Space Shuttle versucht sicherer zu machen, konnte ihn aber nie so sicher machen wie eine Kapsel. Es wundert daher nicht, dass man heute den Shuttle einmotten will.

Was kostet ein Menschenleben ?

Eine Besonderheit des Shuttle Programms ist dass im wesentlichen die Programmkosten nach der Challenger Explosion und Columbia angestiegen sind, während die Zahl der Flüge abgenommen hat. Die folgende Tabelle stellt dies dar:

Ereignis Startkosten
vor Challenger 151 Millionen USD
vor Columbia 435 Millionen USD
nach Columbia 677 Millionen USD*

* Ermittelt durch Teilen des Budgets 2007 durch Anzahl der geplanten Flüge

Die folgende Tabelle zeigt eine andere Rechnung: Was hätte ein Flug gekostet wenn man einfach so weiter gemacht hätte wie bisher, d.h. mit einem höheren Risiko gelebt hätte und statt dessen einen neuen Orbiter gebraut hätte wenn einer nach einem Start/Wiedereintritt verloren ging. Baukosten eines Orbiters 1986 : 1.8 Milliarden USD

Ereignis Verlustrisiko Startkosten
Risiko Challenger 1:25 223 Millionen USD
Risiko Columbia 1:88 456 Millionen USD

Es zeigt sich: Es lohnt sich wirtschaftlich nicht, für die Besatzung, die Shuttles sicherer zu machen. Die NASA wäre sicherlich preiswerter mit einer Abfindung der Hinterbliebenen in einer zweistelligen Millionenhöhe gefahren. Aber die Shuttles müssen sicher sein, denn dies fordert die Öffentlichkeit und genau dies ist das Problem dieses Gefährts. Die Kosten sind dafür exorbitant. Bei 7 Toten pro Shuttle Verlust kostet die Reduktion des Risikos von 1:25 auf 1:88 pro Person 1908 Millionen USD.

25 Jahre Space Shuttle und andere Trägerraketen

Als der Space Shuttle in Dienst gestellt wurde erschien seine Nutzlastkapazität riesig. Die damals im Westen verfügbaren Trägerraketen hatten folgende Nutzlasten für erdnahe Bahnen.

Schon die ersten Shuttle Flüge zeigten, dass dieser mit der für kommerzielle Starts optimierten Ariane schwer mithalten konnte. Im Jahre 1980 veröffentlichte die NASA eine Hochglanzbroschüre mit dem Titel "We deliver" in der vor dem Erststart der Space Shuttle als zuverlässiges und schnell verfügbares Transportgerät angepriesen wurde. Das Gegenteil war allerdings der Fall. Ariane wurde erfolgreich, weil 2 Satelliten die Nutzlast bilden konnten und die Kosten für jeden Satelliten so niedriger als bei den amerikanischen Trägern waren. Der Space Shuttle konnte zwar nominell mehr Nutzlast transportieren, doch in der Praxis waren es nie mehr als 2 Satelliten. Das ergab sich einfach aus der Tatsache dass kommerzielle Kunden nicht Monate warten konnten, bis der Nutzlastraum des Space Shuttles ausgebucht war. So mussten schon die ersten Starts subventioniert werden, während die Ariane innerhalb von wenigen Jahren gravierend in ihrer Leistung gesteigert wurde.

Trotzdem hielt man an dem Konzept fest und wollte wenigstens die US Satelliten nur noch mit dem Space Shuttle starten. Als 1986 die Challenger verloren ging gab es nur noch eine Handvoll Trägerraketen und keine laufenden Produktionsordern mehr - Bei Bauzeiten von etwa 2 Jahren für eine Rakete. Danach begann ein Umdenken bei der NASA. Der Space Shuttle sollte nun keine kommerziellen Nutzlasten transportieren und auch nur Satelliten, wenn es anders nicht möglich war. Anfangs waren dies vor allem auf den Shuttle ausgelegte Nutzlasten später relativ schwere Nutzlasten.

Die US Trägerraketen wurden privatisiert, aber die Regierung zahlte die Weiterentwicklung über Festaufträge mit Startpreisen über den Marktpreisen. 25 Jahre später hatten die gleichen Trägerraketen folgende Nutzlasten:

Die Trägerraketen haben die Nutzlast des Space Shuttles erreicht, während die Kosten nur moderat angestiegen sind und pro Kilogramm Nutzlast sogar deutlich gesunken sind. Hier zeigt sich die Schwäche des Space Shuttles : Es ist ein in sich geschlossenes System, welches schon vor dem ersten Start durchoptimiert ist. Natürlich gab es in den letzten Jahrzehnten Verbesserungen, doch es war nicht möglich wie bei anderen Trägerraketen die Nutzlast durch weitere Booster, verlängerte Stufen oder bessere Triebwerke zu steigern.

Insbesondere Ariane ist hervorzuheben. Sie wurde parallel zum Space Shuttle entwickelt und nicht wenige zweifelten an dem Erfolg von Ariane. Warum sollte man eine Trägerrakete neu entwickeln, wenn die USA ihre Trägerraketen durch den Space Shuttle ersetzen ? Doch zeigte sich, dass die Wegwerfrakete Ariane mit ihrem auf kommerziellen Transport ausgerichtetem Konzept erfolgreicher war als der Space Shuttle.

Der fehlende Nachfolger

X-43Schon in den achtzigern suchte die NASA nach einem Nachfolger für den Space Shuttle, der die Startkosten des Shuttles unterbieten sollte. Ende der achtziger Jahre wurde das Projekt einer Grundstufe die in Höhen über 30 km durch Staustrahltriebwerke Mach 6-12 erreicht aufgelegt. Diese sollte dann einen kleineren mit Raketentriebwerken angetriebenen Shuttle als Oberstufe starten. Der Vorteil liegt darin, das man bis zu dieser Geschwindigkeit den Sauerstoff der Luft als Antrieb nutzt und der Sauerstoff macht 6/7 des Shuttle Treibstoffes aus, man könnte so die Startmasse erheblich reduzieren. In der Reagan Ära, als Geld für jede Technologie die "zukunftsorientiert" war, zur Verfügung stand, wurde dieses Projekt begonnen, wobei als "Nebenprodukt" auch ein mit Mach 6 fliegendes Verkehrsflugzeug entstehen sollte.

Nach einigen Jahren Forschung wurde das Projekt Anfang der neunziger stillschweigend eingestellt: Zwar gelang es tatsächlich Fortschritte bei den Staustrahl Triebwerken zu erzielen, doch grundsätzliche Probleme mit den enorm hohem Beanspruchungen von Tragflächen und Material bei 6-12 facher Schallgeschwindigkeit und die Aufheizung durch Reibung auf bis über 1000°C konnten nicht gelöst werden. Die Struktur und die Tragflächen hätten die Beanspruchung nicht ausgehalten. Das Projekt hatte bis dahin 3.3 Milliarden. USD gekostet.

X33 Venture StarDoch schon wenige Jahre später gab es zwei neue konkurrierende Projekte: X-33 von Lockheed mit NASA Beteiligung und das NASA eigene Venture Star Projekt. Beide gingen von herkömmlicher Technologie aus, (d.h. verwandten nur Raketentriebwerke) wollen aber einen einstufigen Raumtransporter verwirklichen, bei dem der geräumige Bauch den Treibstoff aufnimmt, die dreieckige flache Form Flügel weitgehend überflüssig macht und es nur einen kleinen Nutzlast und Mannschaftsraum gibt - ausgelegt für den Transport von Satelliten und nicht längere Orbit Missionen. Wie beim Shuttle sollten die Kosten auf ein Zehntel reduziert werden. Doch die Nutzlast schon einer herkömmlichen einstufigen Rakete ist gering. Und über Jahre hinweg gelang es nicht beide Projekte so leichtgewichtig zu konstruieren, das nur auch der leere Orbiter hätte starten können. Anfang 2001 wurde das NASA Projekt gestoppt, kurz darauf stellte auch Lockheed seine Pläne ein. Beide Projekte kosteten zusammen über 1.4 Milliarden. USD.

Gerne wird betont, dass die Shuttles in ihrer Konzeption noch aus den Siebziger stammen. Doch dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass sie völlig veraltet sind. Ob die Shuttles veraltet sind hat vielmehr damit zu tun wie weit sich die Technologie weiter entwickelt und dies ist in der Raumfahrt anders als zum Beispiel in der Consumer Industrie. Auch in der Luftfahrt tun heute noch Flugzeuge ihren Dienst die zur gleichen Zeit wie die Space Shuttles konzipiert wurden wie z.B. die zivilen Flugzeuge Boeing 737, 747, Airbus 300 und die militärischen F14,F15,F16 und Tornado. Das Space Shuttle Triebwerk ist heute noch das leistungsfähigste seiner Art. Man hat auch die Shuttles immer wieder modernisiert, so das ein neues System wahrscheinlich nicht gravierend leistungsfähiger wäre. Wahrscheinlich wäre es aber preiswerter im Unterhalt, weil man sicher das System so konzipieren würde, dass nicht so viel gewartet werden muss.

Der Flugplan nach dem Verlust der Columbia

Für die Versorgung der ISS müssten die Shuttles noch bis 2015 Jahre im Einsatz bleiben. Frühestens dann steht mit der Orion Kapsel ein Nachfolger zur Verfügung. Die Orion Kapsel wird die Form der Apollo Kapseln haben (ein Kegel), jedoch größer sein und auf dem neuesten Stand der Technik Sie soll 6 Personen transportieren, dazu auch Fracht. Die Entwicklung der dafür notwendigen Trägerrakete Ares I hat sich aber stark verzögert, wodurch auch der erste bemannte Testflug von 2005 bis 2008 um mehr als 1 Jahr von 2014 auf Ende 2025 verschoben hat.

Jedoch will die Bush Regierung die Shuttles nach dem Aufbau der ISS außer Dienst stellen. Dies soll schon 2009/2010 erfolgen. Ein Nachfolger wird derzeit aber noch nicht entwickelt und stände wenn man jetzt beginnen würde nicht vor 2015 zur Verfügung. Kurz vor dem "Return to Flight" Start der Discovery wurden Pläne der NASA laut, auch die Anzahl der Flüge zum Aufbau der ISS von 28 auf 15 zu reduzieren.

Als dann die folgenden Flüge alle klappten und das Schaumstoffproblem nicht mehr auftrat, schob man weitere Flüge ein, welche den vollständigen Ausbau der ISS garantieren sollen. Möglich war sogar noch eine Service Mission zum Weltraumteleskop Hubble. Nach den NASA Plänen (Stand August 2009) wird der 134 Shuttle Flug der letzte der Flotte sein, geplant für September 2010.

Die Ausmusterung des Space Shuttles war eine politische Entscheidung: Der frühe Termin, 5 Jahre bevor ein neues bemanntes Raumfahrzeug zur Verfügung steht, hatte den Grund, dass die Mittel die dadurch frei werden, eben für den Nachfolger benötigt werden, da das NASA Budget nur soweit erhöht wird um die Inflation zu kompensieren.

Mit den sich in den letzten Jahren verschlechternden Beziehungen zu Russland gab es einen Stimmungswandel bei der NASA und auch in der Politik. NASA Chef Griffin sprach von einer Verlängerung des Betriebs der ISS bis mindestens 2020 (auch die Finanzierung der ISS sollte 2016/7 auslaufen, um Geld für das Orion/Altair/Ares Programm frei zu machen).

Beide Präsidentschaftskandidaten haben angekündigt die Entscheidung nach Fertigstellung der ISS keine weiteren Flüge durchzuführen zumindest teilweise revidieren. Obama sprach von mindestens einem weiteren Space Shuttle Flug, McCain über die Verschiebung bis Orion verfügbar ist.

Das Problem, ist dass dafür 2 Milliarden Dollar Pro Jahr nötig sind unabhängig vom Flug eines Space Shuttles, der weitere Kosten aufwirft. In Florida sind alleine 6400 Personen am Space Shuttle beteiligt, weitere in den Zuliefern für den Tank, die Booster und die Wartung des Orbiters. Viel Zeit bleibt nicht, so sollte der Abbau der Montagehallen für die externen Tanks diesen Herbst beginnen.  Weitere Flüge des Space Shuttles zur ISS machen auch die Sojus Kapseln nicht unnötig: Diese benötigt man immer noch als Rettungsboot, da ein Space Shuttle nicht monatelang an der ISS angedockt bleiben kann. Seine Stromversorgung auf Basis von Brennstoffzellen ist für Kurzzeitmissionen von maximal 2 Wochen Dauer ausgelegt.

Shuttle Cargos

Shuttle CargoEbenfalls aus den achtziger Jahren stammten Pläne den Shuttle zu modernisieren oder eine unbemannte Mission für reine Frachttransporte zu entwickeln. Es gab hier mehrere Pläne. Zuerst wollte man die jeweils 2 Feststofftriebwerke durch Triebwerke der Titan 2 ergänzen. Mit mehr Triebwerken und Treibstoff hätte man 5.5 t mehr Nutzlast transportiert. Doch es war abzusehen, das man damit nicht die Kosten würde senken können.

Als SDI dann in den achtzigern in die Planung kam war klar, man für die unzähligen Laser, Partikel und Projektilwaffen einen Schwerlasttransporter benötigt, analoges galt für die damals geplante (und 15 Jahre unter dem Namen ISS verwirklichte) Raumstation Freedom. Hier dachte man daran, im Orbiter einfach alles Auszubauen was man für eine Besatzung braucht - die vordere Sektion mit Kabine, Lebenserhaltungssystem, Druckmodul etc. Das alleine hätte die Nutzlast um 15 t auf 45 t gesteigert (Man darf nicht vergessen: Auch der Orbiter mit seinen 68-75 t Leermasse ist Nutzlast, er gelangt ja auch in den Orbit). Mit 4 Feststofftriebwerken und einem verlängerten Tank hätte man diesen Wert auf 60-75 t erhöhen können, wobei ein Start wahrscheinlich preiswerter als der eines Space Shuttles gewesen wäre. Diese Vorgehensweise wäre konsequent gewesen, denn der Space Shuttle war ja bemannt konzipiert weil er eine Raumstation versorgen soll. Beim reinen Satellitentransport braucht man keine Besatzung.

??????????????????????????????????????????????????????????????????Als letztes Konzept verzichtete man auf die Flügel und kam zu dem SDLV - Einem Schwerlasttransporter der den Startpreis auf ein Drittel reduzieren sollte. Dieser verwendet von den Space Shuttle System nur noch den Tank und die Feststofftriebwerke und die Hecksektion des Orbiters. (Bild rechts)

In einer NASA Studie für eine bemannte Marsmission von 1997 taucht dieser Plan neben anderen wieder auf. Analoge Entwicklungen gab es Mitte der achtziger Jahre für neue Oberstufen, man wollte die feststoffangetriebene IUS durch Antriebe mit lagerfähigen Treibstoffen mit höherem spezifischem Impuls und geringerer Leermasse ersetzen, doch nach dem Wegfall von kommerziellen Satelliten blieben als Nutzlasten für die IUS nur die TDRSS Satelliten übrig, die dann auch bald aus Kostengründen mit Atlas Raketen gestartet wurden. Zeitweise war an eine kyrogene wieder verwendbare Oberstufe auf Basis der Centaur gedacht.

Eine Bilanz

Nach einem im Jahre 2003 beschlossenen Dekret der Bush Regierung werden nach Fertigstellung der Raumstation ISS die Space Shuttles außer Dienst gestellt. Dies wird um das Jahr 2009/10 geschehen. Damit hoffte man Gelder für Bushs Marschpläne frei zu bekommen, denn derzeit gehen die Hälfte des NASA Etats nur an die Space Shuttle Flotte. Das Einstellen der Space Shuttle Flüge wäre also kein Verlust sondern ein Gewinn für das unbemannte Programm der NASA.

Bis 2010 wird die Shuttle Flotte etwa 140-150 Flüge gemacht haben. In dem Zeitraum von 1969-2010 wird der Betrieb des Space Shuttles 120 Milliarden Dollar gekostet haben. Teilt man die Starts durch die Kosten, so kostet ein Flug des Space Shuttles also mindestens 800 Milliarden Dollar. Dabei transportierten die Shuttles bis zum 100.sten Flug im Schnitt nur 14.4 t Nutzlast. Dies entspricht ziemlich genau der Nutzlast einer Titan 34D Trägerrakete, die allerdings nur 150 Millionen USD kostete. Da die US-Raketen beim Wegfall des Shuttles öfters gestartet wären, hätte man enorme Summen einsparen können, mit denen die USA zum Beispiel Raumstationen unterhalten hätte können. Der russische Weg einer Raumstation zu der mit kleinen Kapseln Nachschub und Mannschaften gebracht werden, war schließlich ein voller Erfolg. MIR wurde erst aufgegeben, als ISS gebaut wurde und sich Russland nicht zwei dieser Projekte leisten konnte.

Was kommt danach? Derzeit entwickelt wird ein Mini Shuttle, das CRV (Crew Return Vehicle) dessen Testversion unter der Bezeichnung X-38 seit Jahren getestet wird. Doch es ist kein Raumschiff für lange Einsätze, sondern ein Rettungsboot für Astronauten der ISS. Wie schon oben erläutert, scheiterten alle Versuche einen Nachfolger zu etablieren schon in der Vorphase, weil man eine einstufige Lösung nicht so leichtgewichtig bauen kann, dass sie in den Orbit gelangt.

Damit ist man im Prinzip wieder bei der gleichen Fragestellung wie 1968/69: Wie soll eine zweistufige Lösung aussehen? Die Wirtschaftlichkeit würde auch heute zu einer Kombination von wieder verwendbaren und nicht wieder verwendbaren Gerät tendieren, wenn es auch unwahrscheinlich ist, dass man genau das Shuttle Konzept erneut umsetzt. Es gibt in den letzten 30 Jahren nicht technische Entwicklungen die es ermöglichen würden ohne Starthilfe in den Orbit zu gelangen. Man müsste also eine zweistufige Lösung anstreben.

Hopper Vorläufer PhenixLetztendlich ist der Space Shuttle so teuer, weil er sehr wartungsaufwendig ist. Nach jedem Flug vergehen mindestens 3 Monate in denen das Shuttle auseinander genommen, inspiziert und wieder zusammengesetzt wird. Der Tank und die Feststoffraketen sind dagegen preiswert. Das Shuttle System hat einen Fixkostenanteil von 81 %. Es gilt also vor allem die wieder verwendbare Komponente preiswerter zu machen, indem man weniger reparieren und warten muss und so die Startfolge erhöhen kann. Die Anforderungen an den Orbiter sind viel größer als an eine erste Stufe. Gleichzeitig macht der Orbiter ein so großes Gefährt nötig. Der Orbiter macht 70 % der Masse aus, die in einen Orbit gelangt. Bei Raketen liegt dieser Anteil bei 30 %. Eine Folgerung ist es also nicht die Oberstufe wieder zu verwenden, sondern die Unterstufe.

Die europäische Studie Hopper nutzt z.B. eine Raumfähre, die unbemannt in 130 km Höhe fliegt und dann eine (nicht wieder verwendbare) Oberstufe mit der Nutzlast aussetzt, die dann mit eigenem Antrieb das All erreicht. Man will hier also Kosten sparen indem man die Belastungen kleiner hält (suborbitaler Flug anstatt Orbitgeschwindigkeit) und man nicht bemannt startet. Ein Prototyp wird in verkleinerter Form als Phoenix schon getestet. Ob es jemals zu einem europäischen Shuttle kommen wird ist noch offen.

Würde man heute ein neues System konzipieren so würde man sicher zwei Dinge entkoppeln: Die Beförderung von Personen und die von Fracht. Personen könnte man auch durch ein kleines Shuttle mit 10-20 t Gewicht transportieren. Der gesamte riesige Nutzlastraum fiele weg, der Shuttle könnte massiver und sicherer gebaut werden, er müsste dann weniger überholt werden. Nutzlast könnte man mit Raketen billiger transportieren. Wobei man z.B. daran denken könnte teure Erststufen zu bergen. Würde man dies bei der Delta 4 Heavy mit den 3 CBC Boostern tun, so würde man 95 % der Startmasse wieder verwenden können.

Lockheed CEVIm Jahre 2004 hat die NASA eine Ausschreibung für den Shuttle Nachfolger ausgegeben: Das Crew Exploration Vehicle (CEV). Wieder gibt es mehrere Vorschläge. Davon wird einer ausgewählt werden und bis zum Jahr 2014 gebaut werden. Dem neuen NASA Chef Michael Griffin ist dieser Zeitraum zu lang. Es gehe nicht an, meint er, dass die USA vier oder fünf Jahre überhaupt kein Transportmittel hätten, um Menschen ins All zu transportieren. Zehn Jahre Entwicklungszeit für das CEV sei zu lange. Selbst das Mondlandefahrzeug sei in sechs Jahren fertig gestellt worden. "Es erscheint mir inakzeptabel, dass es bis 2014 dauern sollte, das gleiche zu schaffen, wenn wir schon das entsprechende Know-how haben". Allerdings ist die NASA seitdem weitaus bürokratischer und träger geworden. Die Ausschreibung geschah im Dezember 2004 und bis zum 2.5.2005 hatten Firmen Zeit Vorschläge zu unterbreiten. Es gab zwei Gruppen von Firmen die Vorschläge machten. eine unter der Leitung von Lockheed Martin und einer unter der Leitung von Northrop Grumman und Boeing. Bis 2008 soll eines der beiden Konzepte ausgewählt sein - auch dies zeigt wie bürokratisch die NASA inzwischen ist, wenn man alleine 3 Jahre braucht bis ein Vorschlag geprüft ist. (Damit braucht das CEV sogar mehr Zeit für die Fertigstellung als der Space Shuttle).

Das Lockheed-Martin Konzept ist inzwischen schon vorgestellt worden. Es ist ein 21.2 m langer und knapp 40 t schwerer Shuttle der mit einer normalen Rakete gestartet wird. Er wird durch Fallschirme abgebremst und landet eher wie eine Sojus Kapsel als wie der derzeitige Shuttle. (Bild links)

Trägerakete soll ein Shuttle Feststoffbooster mit einer kryogenen Oberstufe sein. Für Mondmissionen ist ein zweiter Flug mit einer Betankungsstufe notwendig.

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 128 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation, das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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