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Die Keyhole-1 Satelliten

Die ersten Fotoaufklärer waren die Satelliten des CORONA-Programms, das vier Generationen durchlief und dann von dem GAMBIT-Programm abgelöst wurde. Diese Satelliten wurden als Keyhole (KH) bezeichnet und erhielten noch eine Nummer um die Generation zu kennzeichnen. Dies ist als Ergänzung zu der schon vorliegenden Beschreibung des Programms eine genauere der Satelliten und der Agena.

Die Keyhole Satelliten machten alle Aufnahmen auf fotografischem Schwarz-Weißfilm, der in eine Rückkehrkapsel (SRV - Satellite Reentry Vehicle) umgespult und dann zur Erde zurückgeführt wurde, wo er im Flug von umgebauten Transportmaschinen (zuerst eine C-119, dann eine C-130) über einen Vorbau eingefangen wurde, bei dem sich die Fallschirmleinen verhedderten. Wasserte die Kapsel, so sprangen Taucher ab um sie zu bergen. Die Bergung fand bei KH-1 aber erst bei den letzten Flügen statt, vorher galt es das komplexe Satellitensystem und die Aufnahmetechnik zu qualifizieren.

Dieser Artikel geht vor allem auf die erste Generation (Keyhole 1 oder CORONA C) ein. Vieles gilt aber auch für die folgenden Generationen bis zur letzten des CORONA-Programms (Keyhole 4B). Die Satelliten Keyhole 5 bis 12 gehören zu anderen Programmen, sind aber auch alle Fotoaufklärer (KH-5: ARGON, KH-6 LANYARD, KH-7 und 8: GAMBIT, KH-9, HEXAGON, KH-11/12: KENNEN - die CIA hat alle Programmnamen konsequent in Großbuchstaben geschrieben). KH-10 war vorgesehen für die bemannte Station DORIAN, die 1969 wegen ausufernden Kosten gestrichen wurde.

Vorgeschichte

Seit 1955 arbeitete die USAF an dem Waffensystem WS-117L, das einen Satelliten vorsah, der Streifen von 600 km Breite abfotografierte, aber mit einer relativ geringen Auflösung von 44 m. WS-117L wurde nie umgesetzt, es war chronisch unterfinanziert. 1958 teilte die US-Luftwaffe das WS-117L-Programm in drei separate Projekte auf: den Raketenabwehrsatelliten MIDAS, den "Entwicklungssatelliten" Discoverer (eine Tarnung für den Aufklärungssatelliten CORONA) und den Aufklärungssatelliten SENTRY. Ende 1958 benannte die Luftwaffe SENTRY in SAMOS um. Lockheed bekam den Auftrag für das Satellitensystem CORONA. Daher verwundert es nicht, dass sie den Satelliten in die Oberstufe integrierten, die ja auch von Lockheed gefertigt wurde.

Funktionsweise der Kamera

Die Geschichte beginnt schon vor den Satelliten, als ITEK einen neuen Kameratyp für das Spionageflugzeug U-2 entwickelt. Wie ein Satellit soll die U-2 auf einem festen Pfad über die Sowjetunion fliegen und dabei Aufnahmen machen. Es gibt nur einen Piloten, so kann er nicht gleichzeitig die Kamera bedienen und fliegen. Der Eingriff von außen musste daher minimal sein, trotzdem sollte der Erkenntnisgewinn maximal sein. Das erreichte ITEK, indem die Kamera möglichst viel Fläche ablichtet und so neben dem Primärziel auch die Umgebung erfasst – vielleicht gibt es ja auch dort Aktivitäten. Hinweis: die Abbildung rechts gibt die letzten Generation wieder. Diese hatte Stereokameras und war länger, der Aufvau ist aber derselbe.

Die Itek-Kamera wurde dann, wenn auch weiter entwickelt, in der U-2, SR-71, den Satelliten des Programms Corona eingesetzt. Die folgende Beschreibung wurde von der Apollo Panoramic Camera übernommen, die aus der KA-80 Kamera des Coronaprogramms entwickelt wurde. Sie unterscheidet sich in einigen Details, doch das Funktionsprinzip ist dasselbe.

Basis ist Film auf einer Rolle, mit einer ziemlichen Länge. Bei Apollo 127 mm Film von 1,9 km Länge, bei Corona C (KH-1) 70 mm Film von 914 bis 1080 m Länge bei der ersten Generation. Die Kamera besteht aus einem katadioptischen Teleskop (Kombination aus Linse- und Spiegelteleskop zur Reduktion der Länge). Hinter der Petzval-Linse, die um 360 Grad rotiert, befindet sich ein Umlenkspiegel, danach zwei weitere Spiegel, die einen Z-förmigen Strahlengang ergeben. Hinten ist dann die Fokusebene. Belichtet wird aber kein ganzes Bild, sondern es bleibt nur ein Schlitz frei, der sich über die Breite des Films erstreckt. Der Film selbst läuft hinter dem Fokus durch, von zwei Rollen plan gepresst, damit die Abbildung immer scharf ist. Das Durchziehen auf den Rollen machte bei den ersten Missionen von CORONA Probleme. Dabei entsteht statische Elektrizität, die, wenn sie sich entlädt, den Film belichtet. Das war ein Problem. Das zweite war, das der Film im Satelliten spröde wurde, riss oder den Filmtransport blockierte. Man experimentierte mit mehreren Trägerstoffen und startete sogar Missionen ohne aktive Kamera, um nur den Film zu testen. Erst mit der 13-ten Mission gelang die erste Bergung eines gut belichteten Films.

Die Geschwindigkeit ist sehr hoch. Der Transport des Films muss natürlich mit der Bewegung der Szene auf der Erde verbunden werden. Dazu gab es einen Velocity-Height Sensor, kurz V/H-Sensor. Das war ein lichtempfindliches Element im Fokus neben dem Film. Über einen Spiegel wurde das Blickfeld, das etwa 2 km groß war 4.000-mal pro Minute über den Scanbereich verschoben. Da sich die Szene durch die Geschwindigkeit bewegte, ergaben sich Veränderungen in der Helligkeit. Die Elektronik passte die Geschwindigkeit des Filmtransports so an, dass die Änderung nahe Null war. Auch dieses System war anfangs problematisch. Das Hauptproblem war die im Verhältnis zur Höhe hohe Geschwindigkeit. Eine U-2 machte Aufnahmen aus 20 km Höhe mit einer Geschwindigkeit von 250 m/s relativ zum Boden. Ein Satellit war zwar zehnmal weiter entfernt, aber bewegte sich mit 7.500 m/s relativ zum Boden, das System musste also dreimal schneller reagieren. Die ersten Missionen hatten noch keine Bewegungskompensation. Diese wurde laufend bei CORONA verbessert, was bei unveränderter Optik die Bodenauflösung von 12 auf 1,8 m erhöhte. Als zweiten Sensor gab es einen Lichtsensor, der die Helligkeit maß, was wichtig für die Belichtungszeit war. Die Belichtungszeit konnte angepasst werden, indem man die Schlitzgröße variierte zwischen 0,381 und 7,62 mm Breite. Variable Schlitzbreiten wurden aber auch erst bei späteren Generationen eingeführt.

Eine Aufnahme bestand so aus einem Streifen, der sich von vom Nadirpunkt quer zur Bewegungsrichtung erstreckte. Zum Rand hin wurde durch die perspektivische Sicht die Landschaft natürlich aus immer schrägerem Blickwinkel gesehen, was die Auflösung limitierte. So begrenzte man den Aufnahmebereich bei Apollo auf 108 Grad. Das Aufnehmen eines Panoramas dauerte bei der Apollokamera, die aus den Corona-Kameras gebaut wurde 2 Sekunden, in denen 1,2 m Film durchgezogen wurden. Ein solcher Zyklus wiederholte sich alle 6 Sekunden, sodass sich die Filmstreifen um 10 % überlappten. Die Zyklusdauer konnte variiert werden. Der Satellit war mit der Spitze in Nord-Süd-Richtung orientiert und die Kamera arbeitete senkrecht dazu, bildete also einen Streifen in Ost-West Richtung ab.

Spätere Generationen hatten zwei Kameras um 30 Grad im Blickwinkel zueinander verschoben. Stereoaufnahmen zeigen Objekte unter zwei Blickwinkeln und erlauben so eine Abschätzung der Größe von Objekten.

Das Kameragehäuse befand sich in einer kardanischen Aufhängung, die wiederum in einem Gehäuse fixiert war. Das System war vollautomatisch und es gab nur wenige Möglichkeiten einzugreifen. Im Wesentlichen konnte man die Kamera starten, stoppen oder den Film umspulen. Beim Umspulen landete der Film dann in einer Kapsel, die geborgen wurden. Spätere Generationen hatten mehrere Kapseln.

Das zeigt: es ging nicht darum, Details abzulichten und einzelne Fotos zu machen. Man konnte den Betrieb eigentlich überhaupt nicht aktiv überwachen. Die Kamera wurde durch Zeitgeber gestartet und gestoppt, die so eingestellt waren, das der Spionagesatellit das Zielgebiet bei der Aufnahme überflog. Durch die Unmenge an Film wurde daher relativ viel abgelichtet. Die erste erfolgreiche Mission bildete ein Fünftel der Ladefläche der UdSSR ab, insgesamt 4,2 Millionen Quadratkilometer ab. Trotzdem gab man sich Mühe Film zu sparen. Nach den ersten Generationen kamen bei steigender Startmasse zwei Weitwinkelkameras hinzu, die quadratische Aufnahmen aber mit einer Kantenlänge von über 100 km machten und nach vorne und hinten schauten, sodass sich die Aufnahmen überlappten. Sie dienten zum Anfertigen von Stereoaufnahmen niedriger Auflösung auf denen man größere Veränderungen, wie Bauvorhaben erkennen konnte. Es wurde ein militärisches Wettersatellitensystem, das DMSP geschaffen, um eine Vorhersage zu machen, ob ein bestimmtes Gebiet auch wolkenfrei war und dann die Programmierung der Zeitgeber angepasst.

Dieses Prinzip hat man dann auch bei den nächsten Generationen beibehalten. ITEK bekam den Zuschlag für die erste Kamera, bei gleicher Linse versprach ITEK eine theoretische Auflösung von 15 Fuss (etwa 4,5 m), während Fairchild eine von 60 bis 100 Fuss (18-30 m) versprach. Die Auflösung war bei diesen Satelliten nicht durch die Optik begrenzt wie dies heute der Fall ist, sondern durch das komplexe Gesamtsystem aus Film, Kamera, Filmtransport und Belichtungszeit, Bewegungskompensation, Blickwinkel und Entfernung vom Boden. Rein theoretisch hätte die Optik aus 200 km Distanz noch 1 m große Details auflösen können.

Auf CORONA folgte GAMBIT. Bei GAMBIT stammte die Kamera von Kodak, arbeitete aber nach demselben Prinzip. Durch eine größere Optik stieg die Auflösung auf 90 cm bei der ersten und 60 cm bei der zweiten Generation von GAMBIT an. Die Lunar Panoramic Camera von Apollo war eine zweite Adaption. Die Optik war dieselbe wie bei Corona, sie war aber umgerüstet worden auf 127 mm breiten Film.

KH-1 (Discoverer)

Das erste Programm bekam seinen Namen nach der Schreibmaschine von SMITH LC auf der es verfasst wurde: CORONA war der Projektname. (in Großbuchstaben). Die ersten Starts der KH Serie fanden schon 13 Monate nach Start des ersten amerikanischen Satelliten statt. Die KH-1 Satelliten wurden offiziell als Discoverer bezeichnet.

Beschreibung des Satelliten

KH-1 bis 4 waren in ihrer Form sehr ähnlich. Es handelte sich um zylindrische Körper mit einer kegelförmigen Spitze. Die Startmasse variierte zwischen 590 und 920 kg. Diese Angabe ist aber unsicher. Lockheed fertigte den Satelliten und die Agena. Die Kamera stammte bei der ersten Generation noch von Fairchild, die eine große Erfahrung bei der Herstellung von Luftbildkameras hatten. Intern heiß der Satellit "CORONA C"

Da die Satelliten aber fest mit der Agena A verbunden waren, entspricht dies der Gesamtmasse von Satellit und Oberstufe. Diese wog leer 544 kg. Allerdings ist auch diese Masse nicht nur die der Oberstufe, denn im Ausrüstungsteil der Agena war die Elektronik des Satelliten untergebracht, die Agena liefete den Strom und führte während der nur 1-2 Tage dauernden Missionen auch die gesamte Lageregelung durch - die Satelliten waren dreiachsenstabilisiert. Als die Agena B als Nachfolge eingeführt wurde, wog sie 580 kg bei Tanks, die alleine 233 kg wogen. So sollte man annehmen, dass eine Agena A mit halb so großen Tanks etwa 464 kg mit halb so großen Tanks wog und etwa 90 kg ihrer Trockenmasse auf die Subsysteme des Satelliten entfielen. Die Nutzlast für einen typischen Orbit betrug anfangs 885 kg mit Agena. Als Masse des Kamerasystems wurden 136 kg genannt, die Kapseln wogen weitere 88 kg, sodass die Nettonutzlast etwa 224 kg wog, was gut zu der Nutzlast von 250 kg passt, die für eine Agena A genannt werden.

Am Heck der Agena wurden später Sekundärnutzlasten befestigt. Bei den ersten Discoverer nutzte man dies schon aus. Allerdings nur ein Experiment, später waren es deutlich mehr. TOD (Transit-on-Discovery) war als Instrument bei Disoverer 9-11 und 14 installiert, beim letzten Saelliten, Discoverer 15 waren es Soctop 2 (Aftrack 2) ELINT und den Discoverer Optical Beacon. SocTop war eine Antenne mit Empfänger der Signale im Frequenzbereich von 2,5 bis 3,2 GHz empfing. Es ging nur um die Signalstärke, damit sollte die Position von Radaranlagen im Ostblock festgestellt werden.

Der erste Discoverer hatte einen VHF-Sender um ihn zu lokalisieren, einen RADAR-Verfolgungssender mit spezieller Kodierung und einen Telemetriesender im FM-Format mit 15 Kanälen, der die Daten von 97 Messstellen übertrug.

Der Durchmesser des Satelliten wurde von der Agena A Oberstufe diktiert und betrug 1.52 m, die Länge zirka 8 m. Alle KH Satelliten des Corona Programms (bis KH-4B) waren batteriebetrieben, da die Missionsdauer sehr kurz war. 136 kg entfielen auf die Filmausrüstung, eine Panoramakamera mit 61 cm Brennweite und einem Linsenobjektiv mit Blende 5 (12.2 cm Durchmesser). Die Auflösung am Boden betrug zuerst 12 m, verwendet wurde bei KH-1 ein Film mit einer Auflösung von 55 Linien pro Millimeter. Das theoretische Auflösungsvermögen lag je nach Bahnhöhe bei 6-7.5 m, doch die Kameras hatten jedoch keine Bewegungskompensation, sodass die praktisch erreichbare Auflösung deutlich schlechter war.

Die Kamera war auf einem drehbaren Rad aufgehängt. Beim Flug zeigte der Satellit mit der Spitze in die Flugrichtung und die Kameras drehten sich im Inneren 90 Grad gegen die Flugrichtung und bildeten so einen Streifen Land auf dem Film ab, wobei die Verzerrung anwuchs je weiter die Kamera zur Seite blickte. Nachdem die Kamera einen Streifen abgelichtet hat bewegte sie sich zurück und nahm den nächsten auf, wobei sich nun der Satellit im Orbit weiter bewegt hatte, so das der neue Streifen versetzt zum ersten war.

Ein Bild war 55 × 757 mm groß und wurde auf 70 mm Film gemacht. Die Bilder entstanden aus 167 bis 460 km Höhe und umfassten je ein Gebiet von 16 × 209 km bei nächster Annäherung.

Der gesamte 1080 m lange Film wurde in eine 88 kg schwere Kapsel gespult. Die Kapseln wurden von General Electric entwickelt und gefertigt. Die Firma wurde ausgewählt, weil sie schon die Hitzeschutzschilde für die Kernwaffen der Atlas entwickelte, und die Kapseln ähnlichen Belastungen wie diese "Reentry Vehicles" ausgesetzt waren. Die Kapseln hatten einen Durchmesser von 84 cm und eine Höhe von 67 cm. Die Kapsel wurde dann durch Zündung der Rückstoßraketen abgebremst. Das war komplex. Nach der Abtrennung von dem Satelliten zündeten zuerst zwei Spinraketen, die die Kapsel in eine Rotation um die eigene Achse mit 60 Umdrehungen pro Minute brachten. Dies stabilisierte sie. Danach feuerte ein einzelner Feststoffantrieb, der die Kapsel abbremste. Zuletzt zwei weitere Despinraketen, die die Rotation wieder stoppten. Jeder der fünf Antriebe war eine Fehlerquelle und konnte dazu führen, dass die Kapsel verloren ging. So wurden die Kapsel zuerst nicht abgebremst, sondern gelangten in höhere Orbits worauf man die Feststoffantriebe durch Kaltgasantriebe ersetzte. Für die Ortung hatte die Kapsel einen Peilsender und einen RADAR-Verfolgungssender. Die gesamte Abfolge wurde durch Timer durchgeführt. Vor der Abtrennung wurde die keramische Abdeckung der Satellitenspitze abgetrennt - die Satelliten hatten keine Nutzlastverkleidung und saßen mit der Agena direkt auf der Thor.

Die Kapsel wurde durch C-119 Flugzeuge während des Fallschirmabstiegs gefangen. Gelang dies nicht, so sprangen Froschmänner von einem Hubschrauber ab um an der Kapsel einen Bergungshaken anzubringen und sie so in den Helikopter zu ziehen. Da die Aufnahmen geheim waren, konstruierte man einen Isolationsstopfen so, dass er nach 18 Stunden im Salzwasser undicht wurde und so Wasser eindrang. Damit waren die Filmaufnahmen unbrauchbar, je nach eingedrungener Wassermenge konnten die Kapseln auch versinken. Später gab es auf den Kapseln Aufschriften in mehreren Sprachen, die eine Belohnung versprachen, wenn man die Kapsel ungeöffnet einem Angehörigen der US--Regierung wie Botschaftspersonal übergab. Die Entwicklung des Films fand dann am Boden statt. Untersucht wurden sie von Auswertern mit Lupen.

Missionsbeschreibung

Am 18. April 1958 wurden 7 Millionen Dollar für "schwarze Projekte", also ohne Angabe, wofür genau sie verwendet werden und 24 Millionen für die Entwicklung der Agena und Anpassung der Thor genehmigt. Das waren 11 Millionen Dollar mehr als noch vor neun Tagen beantragt. Die Kosten für das anspruchsvolle CORONA Projekt stiegen auch rasant an. Zum selben Zeitpunkt nahm man einen Finanzierungsbedarf von 78,5 Millionen Dollar für das CORONA-Projekt mit 19 Flügen an, doch schon im Oktober ergaben neue Zahlen von Lockheed einen Gesamtbedarf von 129 Millionen Dollar (1.447 Millionen im Wert von 2025). Als Folge wurden vier Flüge gestrichen, darunter als Tarnung vorgesehene, rein wissenschaftliche Flüge mit biomedizinischer Ausrichtung. Da die Satelliten eine Kapsel zur Erde zurückbringen konnten, wollte man so den Einfluss des Weltraums auf Tiere untersuchen. Es wurden schließlich 15 Satelliten gestartet und 16 gefertigt, einer wurde schon vor dem Start zerstört.

Demgegenüber wollte die CIA sogar 20 Flüge. Es knirschte hinter den Kulissen, denn finanziert wurde das Programm von der ARPA, einer Forschungsbehörde, die dem Verteidigungsministerium unterstand. Die Aufklärung war aber Aufgabe der CIA. Die CORONA-Satelliten und die Agena fertige Lockheed. Die Triebwerke stammten von Aerojet.

Mit dem Einsatz der Agena begann die Karriere der Thor als militärische Trägerrakete. Die KH-1 bis 4 Satelliten wurden die Hauptnutzlast. Bis 1960 erkundeten die USA mit U-2 Flugzeugen in großer Höhe die Sowjetunion. Der Abschuss einer U-2 mit dem Piloten Gary Powers am 1. Mai 1960 zeigte, dass die U-2 durch ihre Flughöhe von über 20 km nicht mehr geschützt waren. So wurde die Entwicklung der Aufklärungssatelliten forciert und die U-2 Flüge deutlich reduziert.

Angegeben wurde bei den Thor Agena A Starts nur die Orbitalmasse, also die Summe von Satellit und Agena A Oberstufe, da diese fest miteinander verbunden waren. Die reine Nutzlast war bedeutend kleiner als Orbitalmasse. Während diese mit rund 590 bis 835 kg angegeben wurde, entfiel nur ein kleiner Teil auf den Satelliten. Da die Avionik des Satelliten in der Agena verbaut war, ist es schwer zu sagen, wie viel der Discoverer Satellit wog. Mit Agena A wog der erste Discoverer je nach Quelle 590 bis 669 kg. 78 bis 140 kg soll die Nutzlast ausgemacht haben. Vor dem Start von Discoverer I entfernten Techniker Teile der nicht tragenden Struktur der Agena A. Bei der ersten Mission kam erschwerend noch hinzu, dass man noch nicht die endgültige Version der Agena hatte. Anstatt UDMH wurde Jettriebstoff JP-5 eingesetzt und das Bell-8001 Triebwerk war weniger schubstark als das Bell 8048 der folgenden Agenas.

Damit verringerte Lockheed ihr Gewicht, damit der Satelliten überhaupt in einen Orbit kam. Es gab, nachdem einige Satelliten nicht den Orbit erreicht hatten, ein „Gewichtsreduktionsprogramm“ bei der Thor und Agena. So wurden bei der Thor die Finnen entfernt. Weiterhin wurde die Thor betrieben, bis ihr der Treibstoff ausging. Normal war sie bei Erreichen einer vorgegebenen Endgeschwindigkeit sie abzuschalten.

Die Tatsache, dass bei der Trennung von der Thor durch das Verbrennen des ganzen Treibstoffs ihre Endgeschwindigkeit nicht bekannt war, verbunden mit der niedrigen Einschussbahnhöhe erforderte, dass die Agena auf 1,1 Grad genau auf den Horizont ausgerichtet wurde und die Zielgeschwindigkeit auf 30 m/s genau erreichte. Die Gewichtsreduktion führte dazu, dass in jedem Falle ein Orbit erreicht wurde, er war nur dann eben elliptisch. Die ersten drei Satelliten gelangten in einen polaren Orbit. Bei den folgenden lag die Bahnneigung niedriger bei rudn 80 Grad. Das reichte aus, denn der nördlichste Punkt der Sowjetunion ist Kap Fligely auf Franz‑Josef‑Land mit einem Breitengrad von etwa 81,9° Nord. Beim Festland st Kap Tscheljuskin bei rund 77,72° Nord der nördlichste Punkt. Die niedrigere Bahnneigung erhöhte etwas die Nutzlast. Aus dem gleichen Punkt sank das Apogäum ab. Das lag beim ersten Satelliten in 968 km Höhe bei den späteren Satelliten in der Regel zwischen 600 und 670 km, das niedrigste (geplante) Apogäum hatte Discoverer 11 mit 546 km. Neben der Nutzlaststeigerung hat eine mehr kreisförmige Bahn den Vorteil dass der Abbildungsmaßstab bei den Bildern nicht so stark variiert. Zuletzt sieht man hier auch den Effekt der Erfahrung mit der Agena-A Oberstufe, denn die elliptischen Bahnen wurden gewählt damit sicher ist, das die Satelliten in jedem falle einen Orbit erreichten.

Von den 405 Minuten des Countdowns der Rakete entfielen die ersten 390 Minuten auf die Überprüfung der Agena und nur die letzten 15 min auf die Thor. Sie war als Militärrakete ausgelegt, innerhalb von 15 Minuten zu starten. Die Thor Agena A setzte den Triebwerksblock DM 1812 ein. Er basierte auf dem DM18A und wurde für die Thor Able modifiziert. Die wesentliche Änderung war das Entfernen der Nasensektion. Da die Agena A fast den gleichen Durchmesser wie die Thor ab dem oberen Abschluss hatte, (1,52 Agena, 1,60 m) Thor konnte hier Gewicht eingespart werden. Die Thor erhielt eine einfache Steuerung auf Basis einer Radiolenkung. Diese wog 68 kg. Das bei den IRBM eingesetzte autonome System wurde entfernt, weil die Agena ihr eigenes Steuersystem hatte.

Zwar wurde nach dem Brennschluss der Thor die Agena A von der Thor getrennt. Sie zündete jedoch erst nach 321 s, auf dem Gipfelpunkt der ballistischen Aufstiegsbahn, da sie nicht wiederzündbar war. Sie musste so erst die richtige Bahnhöhe erreichen. Diese Freiflugphase ist energetisch ungünstig und kostete Nutzlast. Nach 456 Sekunden war eine niedrige Umlaufbahn erreicht. Das ließ noch Treibstoff für 5 Sekunden Brennzeit in den Tanks. Gesteuert wurde die Brennzeit der Agena A durch einen Timer, der beim Abheben gestartet wurde. Es gab keine aktive Vermessung der Bahn. Der Brennschluss erfolgte zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt. So wurden nur elliptische Bahnen erreicht. Discoverer I hatte zum Beispiel einen Orbit mit einem erdnächsten Punkt von 159 km und einer erdfernsten Distanz von 952 km. Alle Bahnen waren polare Bahnen

Die Agena A transportierte nur die "Discoverer-Satelliten", eine Tarnbezeichnung für die ersten Foto-Aufklärungssatelliten der USA. Alle Starts fanden zwischen 1959 und 1960 statt. Dies zeigt, wie wichtig dieses Programm für die USA war. Dabei gab es zahlreiche Rückschläge. Viele der Satelliten erreichten keine Umlaufbahn und es gelang lange Zeit nicht, die Kapseln mit den Filmen zu bergen.

Die erste Agena mit der Seriennummer 1019 zündete ihre Treibstoffsammeltriebwerke während eines Probecountdowns am 12.1.1959, noch vor dem ersten Start, als eine fehlerhafte Schaltung Strom zu dem Sequencer der Agena leitete. Die Agena spulte ihr Startprogramm ab, durchtrennte die Verbindung zur Thor, zündete die Treibstoffsammelraketen und warf Verkleidungsplatten für Antennen und den Horizontsensor ab. Durch die Treibstoffsammelraketen bildete sich eine rotbraune Wolke um die Agena und acht Arbeiter liefen um ihr Leben, da sie eine Explosion befürchteten. Im Blockhaus reagierte jemand schnell auf den Alarm und schaltete den Strom zur Agena ab. Die Agena saß nun auf der Thor, mit durchgetrennten Verbindungen in einer Wolke aus Salpetersäure. Erst als diese verflogen war, begann man mit Sicherungsmaßnahmen.

Die Agena 1019 wurde danach verschrottet, die Thor 160, auf der sie saß, dagegen wurde wiederaufbereitetet und für den Start von Discoverer XII im August 1960 eingesetzt. Das war möglich, weil sie noch nicht befüllt war und die Triebwerke der Agena noch nicht gezündet hatten.

Da die Agena nur diese eine militärische Nutzlast beförderte, hier eine kleine Geschichte der ersten Discoverer Satelliten. Das Programm steigerte die Komplexität iterativ. Die Agena A startete die erste Generation "Keyhole 1", abgekürzt KH-1. Der interne Projektname war "CORONA C". KH-1 waren Entwicklungsmuster, sie sollten das komplexe System erproben, bei dem im Orbit Filmaufnahmen gemacht wurden, dann musste der Film in eine Kapsel umgespult werden, die Kapsel zum richtigen Zeitpunkt durch Retroraketen abgetrennt werden und schließlich geborgen werden. Dazu kam, dass auch die Thor Agena parallel qualifiziert wurde, zahlreiche Starts schlugen fehl. So verwundert es nicht, dass diese erste Phase 16 Starts umfasste. Die Satelliten wurden offiziell als Discoverer (Entdecker) bezeichnet, eine Tarnbezeichnung, die noch mehrere Jahre aufrechterhalten wurde. Die Bezeichnung "CORONA" stammte von der mechanischen Koffer-Schreibmaschine CORONA von Smith LC, auf der die Anträge für das Projekt getippt wurden.

Die Satelliten bestanden aus einer Kapsel an der Spitze, in die der Film nach dem Durchlauf der Kamera landete und die für die Bergung abgesprengt wurde. Der Mittelteil bestand nur aus der Kamera. Die gesamte Elektronik und Batterien zur Stromversorgung befand sich im Instrumentenabteil der Agena. Eine Nutzlastverkleidung gab es nicht, die Satelliten endeten in einer aerodynamisch geformten Spitze. Ein Satellit war nur ein bis zwei Tage lang aktiv. Discoverer 14, der erste Satellit der Aufnahmen erfolgreich zur Erde zurückbrachte, wurde am 18. August 1960 gestartet, schon am nächsten Tag wurde die Kapsel geborgen.

Die Kameras aller Satelliten des Corona-Projektes funktionierten hatten als Optik eine lichtstarke Linse mit 12,7 cm Durchmesser und einer Brennweite von 61 cm bei den ersten Exemplaren. Der 70-mm Film wurde von einer Rolle in der Agena zu einer Spule in der Kapsel durchgezogen. Die Satelliten flogen mit der Spitze in Nord-Süd-Richtung. Bei der Aufnahme drehte sich die Kamera quer zur Flugrichtung und bildete so einen Streifen in Ost-West-Richtung ab. Der Film wurde synchron zur Drehung durchgezogen. Vor dem Film gab es einen Schlitz, durch den das Licht fallen konnte. In 2 Sekunden wurden 1,2 m Film durchgezogen. Durch die Bewegung wurde aus den belichteten Streifen dann ein Bild. Was man erhielt, war ein Streifen von - je nach Orbithöhe 18 bis 30 km in Nord-Süd Richtung - und mehreren Hundert Kilometern in Ost-West-Richtung. Eine Mission nahm so in wenigen Orbits mehrere Millionen Quadratkilometer auf. Bis diese mechanisch aufwendige Konstruktion fehlerfrei funktionierte, brauchte es etliche Anläufe. Die Satelliten waren durch die Lageregelungstriebwerke der Agena dreiachsenstabilisiert. Die durch Retroraketen abgebremsten Kapseln hatten einen Durchmesser von 84 cm und eine Höhe von 67 cm.

Discoverer I hatte keine Kapsel an Bord. Man verlor nach 730 Sekunden die Telemetrie von der Agena und gab offiziell an, dass der Satellit in der Antarktis niederging. Später veröffentlichte CIA-Berichte enthüllten, dass der Satellit einen Orbit erreichte, aber der Telemetrieempfang gestört war und man nur kurzzeitig Daten von ihm empfing. Er verglühte nach 18 Tagen am 17.3.1959.

Discoverer II hatte eine Kapsel an Bord, die wurde durch einen "menschlichen Fehler" aber eine halbe Erdumkreisung vom Zielpunkt entfernt deorbitiert. Jemand hatte den Zeitgeber falsch programmiert. Die Kapsel landete in der Nähe von Spitzbergen, ein geöffneter Fallschirm wurde beobachtet. Es gab Gerüchte, dass die Sowjets nach der Kapsel suchten und sie eventuell fanden. Die Kapsel enthielt aber nur "mechanische Mäuse", welche die Belastungen der Mission aufzeichnen sollten. Die ersten Missionen hatten vor allem Forschungscharakter. Es gelang zwischen den beiden Starts die Nutzlast der Thor Agena deutlich zu steigern. Discoverer II wog mit Agena schon 728 kg und gelangte auch in einen etwas höheren Orbit.

Discoverer III und IV erreichten beide durch Unterperformance der Agena keinen Orbit. Bei Discoverer III war die Agena falsch orientiert und der Satellit landete im Pazifik. Der Satellit funktionierte immerhin, erreichte ein Apogäum von 1200 km und funkte Daten über 13 Minuten. Beim nächsten Satelliten war der Schub der Agena zu gering. Discoverer III hatte erneut die mechanischen Mäuse an Bord und gilt als ein Instrumentierungs- / Forschungsflug, Discoverer IV verfügte erstmals über eine Kamera.

Discoverer V und VI erreichten einen Orbit, doch ihre Kameras fielen im ersten bzw. zweiten Umlauf aus. Bei Discoverer V war die Temperatur an Bord zu gering und Messungen legten nahe das der Film nicht vom Behälter in die Kamera gelangte. Die Kapsel wurde nach einem Tag abgetrennt, aber die Retroraketen erhöhten das Apogäum bis auf 1.703 km Höhe anstatt es abzusenken. Ebenso gab es keine Telemetrie von der Kapsel. Sie blieb bis zum 11.2.1961 im Orbit, während Discoverer 5 am 28.10.1959 verglühte. Dass der Film stecken blieb, wiederholte sich beim Nachfolger, wahrscheinlich aufgrund der gleichen Ursache. Diesmal wurde die Kapsel deorbitiert, konnte aber nicht gefunden werden.

Nach zwei Problemen mit dem Film und einem mit den Retroraketen hielt man das Programm an und begann die folgenden Missionen neu zu planen, mit besserer Instrumentierung auszustatten, um Probleme zu erkennen, auch wenn man dafür auf Ausrüstung verzichtete.

Discoverer VII erreichte durch Unterperformance der Agena einen zu niedrigen Orbit. Über den Betrieb der Kamera gibt es keine Angaben, aber die Kapsel trennte sich nicht vom Satelliten.

Discoverer VIII erreichte einen unbrauchbaren, zu exzentrischen Orbit mit einem 1.670 km hohen Apogäum für eine Bergung. Die Kamera fiel erneut vorzeitig aus. Die Kapsel konnte so nicht durch den Timer am Bord automatisch abgetrennt werden, das Kommando wurde manuell gesandt. Telemetrie wurde von einem Bahnverfolgungsschiff bei Alaska empfangen und die Daten zeigten, dass die Kapsel 370 km vorm Kurs entfernt war. Im Gebiet konnten Flugzeuge den Aufschlag im Pazifischen Ozean beobachten, der Fallschirm hatte sich nicht geöffnet und sie versank im Meer. Es wurde vermutet, dass der keramische Schutzschild, der die Kapsel beim Start schützte, nicht abgetrennt wurde und sie so zu schwer war.

Aber man hatte nun wenigstens Daten, um zu erkennen, wo das Problem beim Filmtransport lag. Das nützte bei den beiden nächsten Starts aber nichts, denn in beiden Fällen versagte die Thor und Discoverer IX und X wurden zerstört. Beim Discoverer IX hatte die Thor nach 145,1 Sekunden vorzeitig Brennschluss, die fehlende Geschwindigkeit konnte die Agena nicht aufbringen, sie hatte weil sie zu schon vor dem Start mit wenig Helium befüllt hatte selbst vorzeitig Brennschluss

Beim Nachfolger wich die Thor vom Kurs ab und wurde nach 56,4 Sekunden vom Range Safety Officer gesprengt. Immerhin funktionierte ein neues Kühlsystem beim Aufstieg, bei dem Wasser verdampft wurde und der Dampf die Wärme abführte, bei Discoverer IX.

Bei Discoverer XI versagte erneut das Bergungssystem. Das war eine große Enttäuschung, da man endlich das Problem der Kameraausfälle auf den Film zurückführen konnte. Die Acetatbasis versprödete und wurde durch eine Polyesterbasis ersetzt. Messungen zeigten, dass die gesamten 16 Pfund (ca. 7 Kilogramm) Film in die Rückkehrkapsel umgespult wurden. Doch bei der Abtrennung der Kapsel zündeten die Raketen nicht, die sie in eine schnelle Rotation zur Stabilisierung bringen sollten. Sie explodierte beim Wiedereintritt.

Die beiden folgenden Flüge verzichteten daher auf die Kamera und führten noch mehr Instrumente zur Diagnose mit. Discoverer XII erreichte durch eine Fehlausrichtung der Agena keinen Orbit. Ihr Horizontsensor fiel aus, und die Nase zeigte so 6 Grad nach unten.

Das ganze CORONA-Programm stand nun auf der Kippe, denn in wenigen Monaten sollte das konkurrierende SAMOS-Programm auf einer Atlas Agena starten - SAMOS verwandte auch eine hochauflösende Kamera, verzichtete aber auf die Rückführung des Films und entwickelte ihn an Bord und tastete ihn dann punktweise ab und übertrug die Daten. Später wurde die SAMOS-Kamera für das Lunar Orbiter Projekt eingesetzt, wo sie exzellente Bilder der Mondoberfläche lieferte. SAMOS umging daher die Bergung des Films, die bei 12 Starts bisher nicht geklappt hatte Die Projektverantwortlichen fürchteten daher, dass CORONA eingestellt wird.

Durch die Instrumentierung fand man Lockheed heraus, was das Problem bei der Abtrennung der Kapseln war: die Retroraketen mit Festtreibstoff konnten, wenn sie nicht simultan gezündet wurden, die Kapsel nicht abbremsen, sondern in einen höheren Orbit befördern. Man ersetzte sie durch ein System, das Kaltgas nutzte.

Discoverer XIII war der zweite nur instrumentierte Satellit und der erste Satellit, der die Kapsel erfolgreich 320 km von Hawaii entfernt niedergehen ließ. Helikopter fischten sie einige Stunden später aus dem Wasser. Die Kapsel wurde dann zwei Tage später von Präsident Eisenhower als erstes Objekt präsentiert, dass vom Weltraum wieder zurückkam. Ohne Kamera enthielt sie aber keinen Film.

Discoverer XIV hatte wieder eine Kamera an Bord. Erneut klappte das Bergen der Kapsel, obwohl sie 430 Meilen (ca. 692 km) vom Zielgebiet entfernt niederging. Diesmal wurde sie in der Luft von einer C-119 eingefangen. Dazu flog die Maschine mit einem V-förmigen Vorbau auf die Fallschirmleinen zu. Die Seile verhedderten sich an dem Vorbau und so wurde die Kapsel im Flug eingefangen.

Die Bilder waren von "außergewöhnlicher Qualität", die erwartete Auflösung wurde erreicht. Diese einzige Mission brachte als wichtigste Erkenntnis, dass es die befürchtete „Raketenlücke“ nicht gab. Damals mutmaßten die USA, die Sowjetunion verfügte über viel mehr Interkontinentalraketen als sie selbst. Tatsächlich verfügten die USA damals über doppelt so viele Interkontinentalraketen wie die UdSSR. Sie waren auf die Propaganda hereingefallen: Chruschtschow behauptete, die Sowjetunion würde „Raketen wie Würstchen am Fließband“ produzieren. Diese einzige Mission entdeckte 64 bisher unbekannte Luftwaffenstützpunkte, 26 Boden-Luft-Abschussbatterien und das bisher unbekannte Startzentrum der Sowjets in Plessezk. Discoverer XIV lichtete 4,2 Millionen km² der UdSSR ab, die Auflösung des Films betrug 55 Linien/mm, was minimal 11 m Auflösung entsprach. 914 m Film, fast die ganzen 9 kg, die mitgeführt wurden, wurden geborgen.

Der letzte Discoverer der ersten Serie (XV) funktionierte problemlos, bis die Kapsel geborgen werden sollte. Wieder ging sie außerhalb des Zielgebietes nieder und versank im Pazifik, bevor sie geborgen werden konnte. Die Ursache war eine falsche Orientierung für den Wiedereintritt kombiniert mit einem Zeitgeber, der falsch programmiert war.

15 der Starts waren sechs Fehlstarts, vier aufgrund der Agena und zwei auf das Konto der Thor. Aber das System wurde nicht aufgegeben. 1960 wurden 130 Flüge für CORONA mit einem Umfang von über 1,3 Milliarden US-Dollar geplant. Das erwies sich als präzise Prognose, denn es fanden genau 130 Starts der KH 1-4 Generation statt. 1959/60 fanden 31 Starts der Thor mit vier Oberstufen statt (Agena, Able, Ablestar, Delta), 19 davon entfielen auf die Agena A und B. Die Masse im Orbit (mit Agena) lag zwischen 618 kg (Discoverer 1) und 920 kg (Discoverer 7). Die Angaben sind aber nicht offiziell bestätigt.

Die Thor Agena A war die erste Trägerrakete, welche von der Vandenberg Air Force Base (VAFB) aus startete. Genutzt wurden die beiden Rampen 75-3-4 und 75-3-5, die für Thor IRBM CTL-Tests errichtet wurden. Das VAFB bot neben der militärischen Geheimhaltung den Vorteil, dass von VAFB Starts in einen polaren oder sonnensynchronen Orbit möglich sind. Dadurch kann die gesamte Erdoberfläche überwacht werden. Die amerikanische Ostküste und Inseln in der Karibik erlaubten vom Cape aus (ohne ungünstige Kurven zu fliegen) nur eine Bahnneigung von 27 bis 57 Grad. Der Start von Vandenberg, deckt dagegen den Bereich von 54 bis 104 Grad Inklination ab.

Startliste

Die Erfolgsquote bezieht sich auf die Starts nicht die Mission der Satelliten.

Für die Satelliten war offiziell die ARPA zuständig, welche die erste Generation entwickelte. Auf den Trägerraketen stand daher auch "ARPA" (siehe Foto). Betrieben wurden die Satelliten von der CIA bis am 25.8.1960 die NRO (National Reconnaissance Office) gegründet wurde, um die Aufklärung mit Satelliten die bisher von der USAF und CIA betrieben wurde in einer Organisation zu bündeln. CORONA war denn auch das erste Projekt der NRO. Zur Tarnung (die Existenz der NRO wurde erst 1992 enthüllt) stand aber weiterhin ARPA auf den Trägerraketen.

Die KH-1 Serie galt als Entwicklungsserie. Die operationellen Exemplare waren dann KH-2 (Discoverer 16 - 35 (10 Satelliten). Sie waren weitestgehend baugleich, nur hatte man die Filmmenge verdoppelt und verwandte fein-körnigeren Film mit einer Auflösung von 65 anstatt 55 Linien/mm, der 20 % kleinere Objekte abbilden konnte. Sie wurden mit der Thor Agena B gestartet. Die interne Bezeichnung war CORONA C' (ausgesprochen: Corona C Prime).

Referenzen:
R. Cargill Hall "Agena Draft History", November 1966
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Thor_DM-18_Agena-A_launches
"Thor the Workhorse of Space", Douglas, 1972 MDC GC370
Dwayne A. Day: "Things that almost go boom", The Space Review 4813
Dwayne A. Day: Lost over the horizon: Discoverer 1 explores Antarctica, The Space Review 1347
Dwayne A.Day: "Has anybody seen our satellite?", The Space Review 1352
Dwayne A. Day: "This spacecraft will self-destruct in 5, 4, 3, 2…", The Space Review 5079
Robert E. Andrews: My years working on black programs, the Space Review 3835
A History of Satellite Reconnaisance
The CORONA Story

Artikel zuletzt geändert: 22.8.2017

Bücher vom Autor über Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

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