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Überflüssige Fakten über das Apollo Programm

Die Sammlung dieser Einträge entstand aus Einträgen für meinen Blog. Der Ton ist daher etwas flapsiger als sie es von anderen Seiten auf dieser Webpräsenz gewohnt sind.

"Program Alarm"

1202 AlarmMit diesen Worten begann ein Vorfall bei der Apollo 11 Landung, den ich in meiner kleinen Serie "40 Jahre erste Mondlandung" besser beleuchten will. Fangen wir mal an mit der Sicht, welche die Öffentlichkeit mitbekam. Hier der Mitschnitt der Kommunikation:

102:38:26 Armstrong: (With the slightest touch of urgency) Program Alarm.

102:38:28 Duke: It's looking good to us. Over.

102:38:30 Armstrong: (To Houston) It's a 1202.

102:38:32 Aldrin: 1202. (Pause)

102:38:42 Armstrong (on-board): (To Buzz) What is it? Let's incorporate (the landing radar data). (To Houston) Give us a reading on the 1202 Program Alarm.

Erst rund 10 Sekunden später bekam Armstrong die Antwort mit dem Abstieg weiter zu machen (genauer gesagt: Zu diesem Zeitpunkt steuert der LGC (Lunar Module Guidance Computer) noch voll automatisch, die Crew kontrollierte nur die Ausgaben und verglich sie mit Landepunkten die sie zu einer bestimmten Zeit überfliegen sollte).

102:38:53 Duke: Roger. We got you...(With some urgency in his voice) We're Go on that alarm.

Dieser Alarm taucht nochmal auf:

102:42:19 Aldrin: Program Alarm. (Pause) 1201

102:42:24 Armstrong: 1201. (Pause) (On-board) Okay, 2000 at 50.

102:42:25 Duke: Roger. 1201 alarm. (Pause) We're Go. Same type. We're Go.

Als bei

102:43:15 Armstrong (on-board): I'm going to...

Armstrong die Steuerung mit dem Einrasten von P66 auf semiautomatisch umstellt (nicht, wie immer behauptet wird, auf manuell - keine der Mondlandungen benutzte diesen Modus) verschwinden die Programmalarme. Dafür hat die Besatzung nun das Problem, dass sie ihren Landeplatz um 4 Meilen verpasst hat und einer mit Felsen übersäten Gegend herunter kommt.

Soviel zu dem Vorkommnis selber. Nun die Einschätzung aus dem Kontrollzentrum. Dort hatte Steve Bales die Einschätzung weiter zu machen weiter gegeben. Er hatte vor sich eine Karte, in der stand welche Programm Alarme einen Abbruch bedeuten und welche nicht, soweit die Erklärung. Der 1201 und 1202 Programmalaram bedeuteten eine Überlastung des Bordcomputers, der nun neu startete und nieder priorisierte Tasks verwarf, darunter die Anforderung von Aldrin den DeltaH Wert auszugeben, die letzte Aktion, die diesen Alarm auslöste.

Steve Bales hatte diese Tafel geschrieben, nachdem einen Monat vorher bei einem Training der Flugkontrolleure die Programmalarme durchgespielt worden waren und Gene Kranz bei einem 1201 Fehler den Abbruch der Mission anordnete - zu Unrecht, wie er später von den SimSups erfuhr. Was ihn (wie er in seiner Autobiografie schreibt) besonders ärgerte ist, dass er, der so viel Wert auf Missionsregeln legt, eine der Grundlegenden Regeln gebrochen hatte: Es musste neben dem Alarm auch eine Abweichung geben - also die Kontrolle musste verloren sein oder etwas musste nicht mehr funktionieren, damit die Landung abgebrochen wird. Darauf hin gab es eine Revision der Regeln, die auch in die Bücher wanderte. Steve Bales hatte durch seine zusätzlich angefertigte Karte den schnellsten Zugriff, und konnte so als erstes die Antwort geben. Man wusste also in der Flugkontrolle, dass dieser Alarm nicht kritisch war.

Was jedoch unklar war, war die Ursache. Nach der Landung bekam das MIT IL, welches den LGC und seine Software entwickelte, einige Anrufe von der NASA, die sicher gehen wollte, dass der Fehler nicht nach der Landung beim Rückstart auftrat. Es zeigte sich, dass die primäre Ursache war, dass das Rendezvous Radar von Aldrin aktiviert worden war. Aldrin wollte sicher gehen, dass es funktionieren würde, wenn er es im Falle eines Abbruchs brauchte und hatte dies auch vorher mit dem MIT geklärt. Die Vorgehensweise stand auch im Buch für die Abstiegsprozeduren. Doch anders als im Simulator, wo der Switch keine Bedeutung hatte, wurde nun das Radar aktiviert. Das verursachte an und für sich auch nicht das Problem. Das Landeradar war auch zusammen mit dem Computer getestet worden. Er musste eigentlich in dem gewählten Modus die Daten nicht verarbeiten, sondern nur auslesen. Das Problem war, dass anders als beim MIT wo dies getestet wurde, Radar und Computer an einer Stromversorgung hingen und die Phasen dieser nicht abgestimmt worden waren. Das dies ein Problem bedeuten konnte, war schon 1968 bemerkt, aber nicht korrigiert worden. Das führte dazu, dass Zähler im LGC unkontrollierbar inkrementiert und dekrementiert wurden, als er versuchte die einkommenden Daten zu synchronisieren. Das verursachte 15 % zusätzliche Last. Der LGC war ausgelegt für 85 % Maximallast - nun war er bei 100 %. Eine weitere Anforderung konnte nun zu einer Überlastung führen. In diesem Falle war es Aldrins Anweisung den DELTAH Wert auszugeben.

Doch war die Mission gefährdet? Nein. Der LGC war so programmiert worden, dass eine BAILOUT Routine nun aktiv wurde. Sie startet ihn neu und er verwarf dabei alle niedrig priorisierten Tasks - Der LGC war für seine Zeit extrem modern in der Programmierung: Er hat eine Prioritätensystem, das dafür sorgte, dass er niedrige priorisierte Aktivitäten erst nach den wichtigen Berechnungen ausführte. Weiterhin war eine Anforderung der NASA gewesen, dass man ihn im laufenden Betrieb jederzeit neu starten konnte und er an den Stellen weiterarbeitete, an denen er vorher war - das machte beim Softwaredesign einige Probleme - aber hier bewährte es sich. Der LGC (im heutigen Sinne vergleichbar mit einem Microcontroller) startete im Bruchteil einer Sekunde neu. Die Besatzung merkte keinerlei Beeinflussung des Kontrollverhaltens. Nur die Anzeige von (nicht für die Landung relevanten) Daten fror kurz ein. Die wichtigsten Angaben wie Höhe, Winkel, Geschwindigkeit wurden laufend aktualisiert. Nun ja, eine Einschränkung gab es: Die DELTAH Anforderung von Aldrin wurde ignoriert. Die Bodenkontrolle übermittelte ihm nun die Werte. Sobald Armstrong die Handsteuerung übernahm und den semiautomatischen Modus aktivierte, ging die Arbeitslast des Computers zurück und es gab keine Überlastung mehr.

So war die Lösung relativ einfach: Beim Aufstieg musste das Rendezvous Radar nur in den aktiven Modus gestartet werden, bei dem der Bordcomputer die Daten verarbeitete. Bei diesem konnte der Synchronisationsfehler nicht auftreten. Folgende Missionen sollten dann auch eine Synchronisation der Phasen der Stromversorgung bekommen.

Die gesellschaftliche Bedeutung des Vorfalls ist aber das genaue Gegenteil dessen, was tatsächlich passierte: Steve Bales bekam zusammen mit den Astronauten einen Tapferkeitsorden (stellvertretend für die Flugleitung) weil er die Mission vor dem Scheitern bewahrte. In der Folge erscheinen viele Artikel welche das eingreifen von Menschen rühmten der die Mission rettete, während Computerfehlern sie fast zum Scheitern brachten. (Wahlweise Steve Bales oder Armstrong). Dabei ist nichts weiter von der Wirklichkeit entfernt. Bis heute hält sich diese Vorstellung (ich verweise hier auch mal auf einen Kommentar von Michel van zum Blog).

Da ganze hatte gesellschaftlichen Einfluss. Als ich meine ersten Computererfahrungen machte galten "Computerfehler" noch aus beleibte Ausrede. So nach dem Motto: Computer sind fehleranfällig, fallen aus und sind blöd. Meine Erfahrung ist eine andere und seit ich selbst eine Vorlesung in der Programmiersprache Delphi halte bringe ich meinen Studenten bei: "Der Computer macht nicht was Du denkst, sondern was Du programmierst" und "Wer Blödsinn programmiert wird Blödsinn bekommen".

UFO Alarm

Nach 3 Tagen im All sah Aldrin aus dem Fenster und er sah etwas komisches. Es war heller als jeder Stern und es war nicht ganz punktförmig wie es Sterne sind. Es sah aus wie ein Zylinder. Als er es durch das Teleskop betrachtete (Gedacht für die Navigation hatte die Columbia zwei Teleskope mit zweifacher und 28 facher Vergrößerung an Bord) sah es aus wie ein "L". Aldrin schätzte es auf 100 Meilen entfernt. Er machte Collins und Armstrong aufmerksam und sie sahen es auch. Nun entbrannte eine Diskussion was es ist und wie man die Bodenkontrolle fragen könnte. Schließlich hörten Millionen von Menschen den Sprechfunkt mit. Die wahrscheinlichste These war, dass es die ausgebrannte S-IVB Oberstufe war, die auch einen Mondkurs einschlug. Nach dem TLI (Translunar Injection) entfernte sich aber zuerst Apollo 11 von der S-IVB, führte später auch noch einige kleinere Kurskorrekturen durch und die S-IVB selbst entließ den Treibstoff durch das Haupttriebwerk, wo er zwar nicht verbrannte, aber durch die heiße Brennkammer verdampfte und so auch noch einen kleinen zusätzlichen Schub erzeugt - die S-IVB würde somit einen anderen Kurs als Apollo 11 einschlagen und in eine Sonnenumlaufbahn gelangen. So nach 2 Tagen, 12h, 45 min und 46 s kam folgende Anfrage von Neil Armstrong:

060:45:38 Armstrong: Houston, Apollo 11.

060:45:41 Duke: Go ahead, 11. Over.

060:45:46 Armstrong: Do you have any idea where the S-IVB is with respect to us?

Das schien unverfänglich genug zu sein und in der Tat hat in Houston niemand kapiert was hinter dieser Anfrage steckte. So wurde dies auch so kommentiert:

060:45:50 Duke: Stand by.

"PAO: This is Apollo Control at 60 hours, 47 minutes. We just got a call from the spacecraft requesting that we give them the position of the S-IVB in respect to the spacecraft and we're currently coming up with that bit of information, so we'll stand by."

Nach 3 Minuten kam die Antwort:

060:49:02 Duke: Apollo 11, Houston. The S-IVB's about 6,000 nautical miles from you now. Over.

060:49:14 Armstrong: Okay. Thank you.

Doe S-IV B war also über 11.000 km von Apollo 11 entfernt sie konnte es nicht sein. Doch was war es dann?

Die Apollo Besatzung vermutete nach dem Flug es wäre ein SLA - Die Abkürzung steht für "Saturn Lunar Adapter". Zwischen S-IV und dem CSM befanden sich 4 SLA, welche die Mondfähre umgaben. Als sich das CSM sich abtrennte wurden die 4 SLA abgetrennt und die Mondfähre lag frei und konnte angekoppelt werden. Jedes der vier Teilstücke war ein gebogenes Trapez in Form eines Viertelkreises. Es hatte einen Durchmesser von 3.91 am Service Module und 6.60 m an der Basis und eine Höhe von 8.5 m.

Nun kann es ein SLA sein, dass die Astronauten gesehen haben? Zuerst einmal die Entfernungsschätzung von 100 Meilen ist bedeutungslos - wie will man im Weltraum eine Entfernung schätzen? Es gibt keine Vergleichsmöglichkeit. Aber nehmen wie mal an, es wären tatsächlich 100 Meilen (161 km) gewesen. Dann würde ein Element von 8.5 x 5.2 m (Mittel aus 3.9 und 6.6 m Breite) Größe bei 80 % Reflexionsgrad müsste eine Helligkeit von -3,2 Mag bei 161 km Entfernung besitzen (abgeleitet aus den Werten des Vollmondes mit -12.6 mag und 12 % Reflexionsfähigkeit).

-3,2 Mag ist in der Tat heller als jeder Stern, nur die Venus kann mit -4,4 mag noch heller werden. Ein SLA könnte es also gewesen sein, wenn diese Entfernung von 100 Meilen stimmen würde. Anders als die Saturn IVB Stufe ändert es seinen Kurs nicht nach der Abtrennung. Trotzdem sollte Apollo 11 durch die Midkurs-Korrekturen sich von den SLA nicht nur in der Horizontalen entfernt haben, sondern auch in der Bahnrichtung. so fand am ersten Tag eine Kursveränderung um 5.2 m/s statt - Über 40 weitere Stunden müsste Apollo 11 rund 75 km in der Bahnrichtung von jedem SLA entfernt haben - diese müssten nun hinter dem Fahrzeug sein.

Trotzdem spricht viel dafür, dass es ein SLA war, denn sie S-IVB ist zwar größer, aber in 6000 Meilen Entfernung sicher nicht mehr so hell. Über das Objekt selbst ist sich die Besatzung nicht ganz einig. Im Teleskop sah es aus wie ein Zylinder (Aldrin) oder zwei verbundene Ringe (Armstrong). Aldrin ist sich sicher bei der Rotation einen Hohlzylinder gesehen zu haben, was für eine S-IVB spricht. Die S-IVB hat eine Länge von 17,8 m bei einem Durchmesser von 6.6 m. Aus rund 11100 km Entfernung wäre sie nur noch 0,12 x 0,32 Bogensekunden groß, was deutlich unter der Auflösung des menschlichen Auges liegt. Selbst mit 28 facher Vergrößerung (durch das Teleskop) hat das Auge nur eine Auflösung von rund 2 Bogensekunden. Die Besatzung hätte es mit Sicherheit nicht als ausgedehntes Objekt wahrnehmen können. Ein SLA in 100 Meilen Entfernung wäre dagegen mindestens 6. Bogensekunden groß gewesen - Deutlich über der Auflösung des Auges bei 28 facher Vergrößerung. So spricht vieles für ein SLA in naher Entfernung. Die 100 Meilen (es können auch 50 gewesen sein, aber bestimmt nicht 200) sind dann sogar eine gute Schätzung.

Wer es genau nachlesen will. Der tue es hier. Man suche nach "Do you have any idea where the S-IVB is with respect to us?"

So bleibt nur die Lösung SLA (diese sind aber nicht zylinderförmig) oder, ich wage es kaum auszusprechen - wollten tatsächlich die Außerirdischen, von denen Buttlar und Däniken seit Jahrzehnten sprechen, nun endlich auch die Mondlandung live beobachten. Könnten wie sie nicht mal kontaktieren? Es gibt noch jede Menge Leute auf der Erde, die behaupten wir waren niemals auf dem Mond....

Die ersten Worte auf dem Mond

In wenigen Wochen jährt sich der Flug von Apollo 11 zum vierzigsten Male. Es wird wieder einige Dokumentationen und Spielfilme geben. Einer lief ja schon: Moonshot. Natürlich wird auch erneut ein Thema diskutiert werden: Die ersten Worte von Neil Armstrong auf dem Mond "A small step for men, but giant leap for mankind". Über diese Worte und den Ursprung. Es gibt die unterschiedlichsten Theorien dazu: Die Extreme sind: Der Spruch fiel Neil Armstrong spontan ein und die Worte wurden vom NASA Management gewählt und Neil dürfte keine anderen sagen.

Beides ist nach meinen Recherchen unwahr. Die übereinstimmendste Version, die ich von verschiedenen Büchern gelesen habe, (wobei man natürlich auch nicht weiß wer von wem abgeschrieben hat) ist diese: Die NASA wusste natürlich, dass die erste Mondlandung ein Ereignis sein würde, dass in die Geschichtsbücher eingeht. Sicher gab es dort Vorstellung, was Neil Armstrong sagen könnte. Es gab aber keine Anweisung oder gar eine vorgefertigte Verlautbarung. Neil Armstrong wurde aber auf die Bedeutung des Momentes von Deke Slayton hingewiesen und dass er die Worte gut wählen sollte. Verschiedene Versuche, die Worte vorher aus ihm herauszulocken, scheiterten. Noch heute ist Armstrong einer der Astronauten die kaum über ihre Mission reden.

Verschiedene Astronauten berichten, das es keine Vorschrift gab. Das passt auch nicht zur NASA, die sonst den Astronauten viele Freiheiten ließ und bei der Missionsplanung auf maximale Entscheidungsfreiheit der Besatzung achte (ich lese gerade das Buch Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight (Inside Technology) und da wird klar wie komplex die Entscheidungswege waren und wie sich das Design des Computers und der Software sich wandelte, aufgrund der Anforderungen der Missionsplanung änderte (Es war zuerst an eine weitaus passivere Rolle gedacht und bis zuletzt gab es den Vorschlag doch eine Mondlandung unbemannt durchzuführen um das Abstiegsprogramm zu testen - wegen der Folgen auf das Programm wenn diese misslang wurde das nicht ernsthaft erwogen).Pete Conrad wettete mit einer Journalistin sogar, dass er genau einen Satz sagen würde - bekam diese aber nie wieder zu sehen.

Was aber auch gesichert ist, ist das Neil Armstrong die Sache anders sah: Für ihn waren die ersten Worte nach der Mondlandung die bedeutungsvolleren. Schließlich war diese der riskanteste Teil des Unternehmens. (Auf einer Skala von 1-10 für das Risiko taxierte Armstrong den "Moon Walk" als 1 und die Landung als 13!). Daher hatte er sich Gedanken über die Worte nach der Landung gemacht und hier auch jemanden eingeweiht: Charles Duke, der vorgesehen war als Capcom für die Mondlandung. Schließlich musste Charlie Duke mit dem "Tranquality Base: The Eagle has landet" etwas anfangen und es korrekt wiedergeben, auch wenn die Verbindung verrauscht und vielleicht unverständlich war.

Doch wie sieht es mit den Sätzen auf dem Mond aus? Nach eigenem Bekunden hat sich Neil erst nach der Landung, vor dem Ausstieg wieder darüber Gedanken gemacht, als die Spannung abfiel und das Ereignis anstand. Ist das glaubhaft? Ich denke ja. Dazu passt auch, dass er einen Fehler machte: Es fehlt ein "a" (A small step for a man, but a giant leap for mankind" - unwahrscheinlich wenn sich jemand diesen Satz sehr lange überlegt hat und vielleicht sogar geprobt, damit er auch gut klingt. Ehrlich gesagt für mich klingt es eher so wie schnell raus gesprochen, damit es vorbei ist.

Soviel für heute. Morgen geht es um die UFO Sichtungen der Apollo 11. Ach ja: Die ersten Worte auf dem Mond waren andere: Wenn man den Kontakt der Landebeine als Landung interpretiert so ist alles nach Aldrins "Contact Light" technisch gesprochen schon von der Mondoberfläche:

102:45:40 Aldrin: Contact Light.

102:45:43 Armstrong (on-board): Shutdown

102:45:44 Aldrin: Okay. Engine Stop.

102:45:45 Aldrin: ACA out of Detent.
102:45:46 Armstrong: Out of Detent. Auto.

Das Attitude Control Assembly war einer der "Joysticks" mit denen die Astronauten über den LGC das Triebwerk steuerten. Er musste deaktiviert werden, damit nicht die Lageregelungsdüsen ansprangen um eine vermeintliche Fehlausrichtung zu korrigieren.

102:45:47 Aldrin: Mode Control, both Auto. Descent Engine Command Override, Off. Engine Arm, Off. 413 is in.

In Adresse 413 des AGS (Apollo Guidance System) stand die Höhe. Mit dieser Anweisung überschrieb Aldrin eventuell falsche Daten des eigenen Navigationssystems auf Basis von Gyroskopen. So wusste nun der Bordcomputer, falls es einen Not stärt geben sollte, dass sich die Eagle auf Höhe 0 befindet, selbst wenn vielleicht die Gyros etwas andere Werte liefern (diese mussten in regelmäßigen Abständen neu kalibriert werden).

102:45:57 Duke: We copy you down, Eagle.

102:45:58 Armstrong (on-board): Engine arm is off. (Pause) Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed.

Wer es noch genauer wissen will: Das ganze Transscript findet sich auf der Website Apollo Surface Journal.

 Sind Testpiloten die besseren Astronauten?

Wer einmal die Biographien von den Apollo Astronauten liest, der findet eines Gemeinsamkeit: Eine gewisse Abneigung gegenüber der 4.ten Gruppe aus Wissenschaftlern, die 1965 rekrutiert wurden. Sie vertraten die Meinung, Raumschiffe sollten durch Piloten, besser Testpiloten geflogen werden. Doch stimmt dies? Nun ein Argument ist dass Testpiloten einen kühlen Kopf auch in kritischen Situationen bewahren. Das mag so sein. Doch zum einen waren nicht alle Astronauten Testpiloten, sondern viele auch reguläre Piloten mit großer Erfahrung und zum anderen gab es während jedes ganzen Programmes kaum Situationen die ein sofortiges, reflexartiges Handeln erforderten: Im Gegenteil. Das Bestreben der Missionskontrolle war es solche Situationen zu vermeiden und Zeit zu gewinnen, auch um die Situation vom Boden aus zusammen mit der Mannschaft lösen zu können.

Das nächste Argument ist das Raumschiffe besser durch Piloten gesteuert werden, die sich mit solchen Systemen ja auch besser auskennen. Doch gerade hier zeigte die Wirklichkeit, dass dem nicht so wahr. Zum einen hatten die Raumkapseln recht wenig mit einem Flugzeug zu tun. Zu den Kontrollen die ein Pilot kannte, kamen mehr und mehr Schalter, Regler und Knöpfe. Im Apollo CSM sollen es über 300 in der Konsole gewesen sein. So viele, dass die Apollo 12 Besetzung einige Zeit brauchte als sie nach dem Blitzeinschlag einen Schalter umlegen musste und der wohl bislang nie in den Simulationen zum Einsatz kam.

Der zweite gravierende Einwand ist aber dass sich ein Raumschiff komplett anders fliegt als ein Flugzeug. Die ersten Erfahrungen gab es schon recht für im Gemini Programm, als McDivitt an die ausgebrannte Core 2 Stufe der Titan andocken sollte. Er machte es wie beim Flugzeug: Beschleunigen um den Abstand aufzuholen. Doch was passierte? Er entfernte sich von der Stufe und sie tauchte nach unten weg. Wer im Orbit beschleunigt erhält mehr Fliehkraft, weitet den Orbit zu einer Ellipse auf (Effekt 1: Core Stufe taucht nach unten weg, weil man einen höheren Orbit erreicht). Weiterhin bedeutet ein ausgeweiteter Orbit eine höhere Umlaufzeit - die Stufe hat auf dem niedrigeren Orbit eine höhere Umlaufgeschwindigkeit und umrundet die Erde schneller. Als Folge konnte die Stufe so nicht eingeholt werden. Der richtige Weg war abzubremsen, einen niedrigeren Orbit einzuschlagen wo man schneller war, bis man an der Stufe ankam und dann schnell den Orbit wählte. Das genaue Gegenteil wie beim Fliegen. Zu geringe Treibstoffvorräte und dadurch abgebrochene Manöver waren ein Dauerproblem bei Gemini, obwohl die Gemini Kapseln mehr Treibstoff als ein Space Shuttle hatten, der einen Teil dessen braucht um überhaupt den Orbit zu erreichen. Später gab es Computerunterstützung: Der Computer gab eine Vorgabe (Winkel und Betrag) und die Besatzung verfolgte Anzeige und hörte auf wenn sie auf Null sprang.

Bei Apollo hatte man nicht den Luxus, dass die Besatzung wertvollen Treibstoff mit ihren Flugkünsten verpulverte: IM CSM konnten die Astronauten noch die Programmnummer einrasten und dürften dann auf "Proceed" drücken - Das gesamte Manöver führte der Computer aus der die Geschwindigkeit, Vektor und die Zeit überwachte. Beim LM steuerte der Computer das LM über 8.5 Minuten bis es in 600 Fuß Höhe angekommen war. Dann  dürften die Astronauten übernehmen wenn sie wollten und den Endanflug durchführen - schon in geringer Höhe und geringer Geschwindigkeit angekommen. Beim Rückstart lief alles gesteuert durch den Computer. Mit fliegerischem Können hatte es gar nichts mehr zu tun.

Dabei wären bei den Apollo Missionen auf dem Mond durchaus Wissenschaftler von Nutzen gewesen um die besten Bodenproben zu finden. Für die Experimente benötigte man Ingenieure, aber diese Fachkenntnis konnten sich sowohl Piloten wie auch Wissenschaftler aneignen. Trotzdem schaffte es nur ein Wissenschaftler auf den Mond: Harrison Schmidt, bei der letzten Mondmission. Und dies auch nur durch massiven Druck seitens höherer NASA Ebenen, die den Eindruck verwischen wollten, Apollo wäre ein Selbstzweck. Drei weitere Wissenschaftler flogen auf Skylab mit und einer dieser dreien auch auf dem Space Shuttle.

Mythos fast gescheiterte Mondlandung

Heute will ich mal einen zweiten Mythos abklopfen, nämlich den das Apollo 11 mit dem letzten Sprit gelandet ist. Auch gestern habe ich wieder gehört, dass es nur noch für 20 Sekunden Treibstoff sind. Andere Zeiten die ich mal gehört habe sind 10 Sekunden (selten) und 30 Sekunden (häufiger). Doch was sagt das überhaupt aus? Wie kann man das in den Kontext der anderen Missionen einordnen (war es vielleicht normal mit so einig Treibstoff zu landen? Schließlich ist jeder Liter Treibstoff der nach der Landung übrig bleibt überflüssiges Gewicht, das besser in Ausrüstung investiert wäre).

Also die historischen Tatsachen. Der Bordcomputer steuerte das LM zum vorgesehenen Landegebiet - zumindest auf Basis der Navigationsdaten die er hatte. (Mike Collins konnte Apollo 11 nicht aus dem Orbit ausmachen, was für eine deutliche Abweichung vom vorgesehenen Flugpfad spricht). Dieser Kurs führt direkt in einen großen Krater. In 500 Fuß (150 m) Höhe übernahm Armstrong die manuelle Steuerung. Das war bei 4:06:43:15 Missionszeit.

Er überflog den Krater und wollte dahinter landen. Bei 4:06:44:00 fragt Armstrong nach dem Treibstoff und bekommt von Aldrin die Rückantwort  "Acht Prozent". Doch hinter dem Krater angekommen, nun in 200 Fuß Höhe ah er einen weiteren Krater und danach noch einen. Er hob die Fähre erneut auf 270 Fuß an, auch weil unterhalb von 100 Fuß höhe Staub aufgewirbelt wurde und die Sicht schlechter wurde. Als die Eagle nun erneut auf 160 Fuß angekommen war (inzwischen ein Geröllfeld überfliegend) kam die erste Warnung nun in Mission Control. Dort Bob Carlton, Systems Control Engineer signalisierte, das der Treibstoff "Low Level" erreicht hatte. Ab diesem Punkt isst der Treibstoff nicht mehr präzise messbar, da der Boden stark kurvenförmig ist und sich die Mondfähre auch neigt.

Bei 100 Fuß Höhe signalisierte Aldrin bei 4:06:44:45 "Quantity Light". Das Licht ging schon an bei 44:31 und startete in Mission Control einen "Bingo Countdown". Nun waren die Treibstoffmengen auch nicht mehr in der Eagle bestimmbar. Sie lagen nun aber unterhalb von 5.6 %. basierend auf den Verbrauchswerten zählte man nun in Mission Control 94 Sekunden lang herunter, bevor der Treibstoffverbrauch kritisch wurde. Nach dieser Frist hat die Besatzung noch 20 Sekunden Zeit zu Landen. Die Missionsregeln sahen vor, dass dies bei unter 50 Fuß Höhe in 20 Sekunden möglich ist und über 100 Fuß muss abgebrochen werden. Dazwischen liegt es im Ermessen der Besatzung wobei die meisten Besatzungen zwischen 50 und 70 Fuß in dem Training noch sicher landeten.

Bei 4:06:45:02 gibt Capcom Charlie Duke die erste Meldung über Bingo durch "60 seconds". Zu diesem Zeitpunkt ist die Eagle in 60 Fuß Höhe und sinkt mit 2 Fuß pro Sekunde. Als die nächste Warnung kommt ("30 Seconds" bei 4:06:45:31 ist die Eagle schon in 20 Fuß Höhe und sinkt mit 0.5 Fuß/Sekunde. Bei 4:06:45:40 signalisiert "drin "Contact Light" - das Bedeutet eines der Landebeine hat aufgesetzt. Damit ist die Eagle gelandet auch wenn das Triebwerk noch weiter arbeitet. Selbst wenn nun der Treibstoff ausgehen würde, wäre es egal. Armstrong hat dann noch einige Probleme das Triebwerk abzustellen und so ist es erst 4 Sekunden später ausgeschaltet.

Dies sind nun die Daten. Nimmt man die zusätzlichen 20 Sekunden nach "Bingo", so hatte die Eagle noch 41 Sekunden nach dem Kontaktlicht und 37 Sekunden nach dem Abschalten Treibstoff. Die Analyse der Daten nach dem Flug zeigte, dass die Eagle noch 770 Pfund Treibstoff hatte - genug für 50 weitere Sekunden Flug bei der Sinkrate. Es war knapp, denn jede andere Mission hinterließ mindestens 500 Pfund mehr Treibstoff, aber es war nicht kritisch. 50 Sekunden sind eine lange Zeit und auch wenn in der Schlussphase die Eagle wenig Treibstoff braucht  Die Gesamtzuladung betrug 18000 Pfund, also verblieben noch rund 4.2 % des Treibstoffs (inklusive nicht nutzbarer Reste). Das klingt nach wenig, man sollte aber bedenken, dass von den maximal 2470 m/s um die die Geschwindigkeit geändert werden kann (Maximal, weil die zusätzliche Ausrüstung bei den folgenden Landungen dies sukzessive reduzierten) alleine 1700 m/s benötigt wird um die Orbitalgeschwindigkeit abzubauen. Dazu kommen noch Gravitations- und Lenkungsverluste. Selbst unter optimistischen Zuständen stehen der Besatzung also nur ein kleiner Bruchteil der Treibstoffvorräte zur Verfügung. Bei einer nominellen Landung hätte die Decent Stage rund 12 Minuten gebrannt. Bei Apollo 11 brannte sie (nach einem Start bei 4:06:33:11) genau 12 Minuten 29 Sekunden, also 29 Sekunden mehr als geplant - so gesehen sind die rund 50 Sekunden Resttreibstoff verglichen mit den rund 29 Sekunden die der Abstieg brauchte ein recht komfortables Polster.

Warum gibt es von Neil Armstrong keine Bilder?

Eine gute Frage und vielleicht erst mal eine Erläuterung. Alle Hasselblad Bilder die von der EVA bei der ersten Mondlandung von einem Astronauten gemacht wurden zeigen Edwin "Buzz2 Aldrin. Neil Armstrong ist auf einigen zu sehen, aber niemals absichtlich fotografiert sondern als Bestandteil der Szene. Dazu gibt es noch die Aufnahmen der 16 mm Kamera vom LM aus das ihn zeigt und die verschwommenen Videoaufnahmen (auch bedingt, dadurch das bei Apollo 11 aus Zeitgründen das Entfalten der S-Band Antenne entfiel). Die Frage ist nun: War dies Absicht?

Es gibt darüber verschiedene Meinungen. Die eine ist, dass Buzz es wohl einfach vergessen hat. Dafür gibt es Gründe. Zum einen wurde während des ganzen Trainings niemals geprobt sich gegenseitig zu fotografieren, es war auch nicht vorgesehen. Die Astronauten sollten den Mond und die Experimente fotografieren und ihre Arbeit dokumentieren. Weiterhin waren sie im Zeitplan hinterher (weswegen auch die Entfaltung der S-Band Antenne entfiel, die viel bessere Fernsehsignale geliefert hätte - auch dies wäre publizistisch wichtig gewesen, genauso wie Astronautenfotos) das weite ist, dass die Astronauten in dem Bewusstsein arbeiteten, dass ihnen einige Hundert Millionen Menschen zugucken und sie eine historische Erstleistung vollbringen - da ist es natürlich wenn sie noch mehr auf die Arbeit fokussiert sind.

Ein dritter Grund ist die Aufteilung der Zeit: Es gab nur eine Hasselblad Kamera. Sie musste jeweils von Armstrong an Aldrin weitergegeben werden. Meistens hatte Armstrong sie in der Hand, der vielleicht auch das Potential der Fotios erkannte. Aldrin war auf andere spektakuläre Fotos fixiert: Von ihm stammen die Fotos vom Mondboden mit und ohne Fußabdruck und des Moonboots wie er gerade angehoben werden. Auch diese Bilder sind sehr prominent und haben ihren Einzug in die Geschichtsbücher gemacht. Armstrong wurde als Commander gewählt weil er kein ausgeprägtes Ego hat, er wollte sich niemals in den Vordergrund rücken und hat sich auch nach der Mondlandung weitgehend aus der Öffentlichkeit zurückgezogen und gibt kaum Interviews - anders als Aldrin. Vielleicht lag es ihm einfach auch nicht zu sagen "Buzz, mach mal eine Aufnahme von mir". Angesichts dessen was ich bisher über ihn in der Biographie gelesen habe halte ich das durchaus für möglich.

Was sagen nun einige Prominente zu dem Thema.

Meine persönliche Meinung? Ich halte es für unwichtig. Es ist wie Collins und Kraft anmerken: Man sieht nur einen Astronauten im Anzug. Wenn Collins, als Mannschaftskamerad erst realisiert, dass es Aldrin ist, wenn man es ihm sagt, dann sagt dies doch alles aus: solange man nicht das Gesicht erkennt ist es eben ein Astronaut und nicht Armstrong oder Aldrin. Ich wusste es auch nicht bis ich vor einigen Jahren mal das Apollo Surface Journal nach den Fotos durchsucht habe. Ich halte es auch nicht für wichtig. Genauso wie der Wert eines Erdaufgangs über der Mondoberfläche nicht davon abhängt, ob es der allererste fotografierte (von Apollo 8) ist oder nicht.

Wer programmiert den Apollo Computer?

Diese Frage scheint eine sehr triviale zu sein. Doch es gab eine lange Diskussion als sie damals aufkam. Zur Erklärung muss man in die Zeit zurückblicken: Computer waren damals große Monster die in Schränken saßen, weitere Schränke nahmen Magnetplatten oder noch häufiger Magnetbandgeräte auf. Eingaben gab es auch per Lochstreifen, Lochkarte und als modernste Neuerung per Terminal (eine Schreibmaschine, bei ganz modernen Rechnern sogar mit Monitor). Doch diese Technik war für Apollo zu groß. Apollo setzte zwar auch einen miniaturisierten Rechner ein, aber bei den Einschränkungen an Gewicht und Masse, war seine Leistung beschränkt. Technisch gesehen bestand der AGC (Apollo Guidance Computer) aus identischen Schaltungen: Jede Schaltung war ein NOR Gatter aus 3 Transistoren und 4 Widerständen. Etwa 5000 dieser Gatter bildeten dann die Logic des Computers. Der Speicher wurde unterteilt in einen zur Laufzeit beschreibbaren Speicher und einen Festwertspeicher unterteilt. Im letzteren wurde das Programm vor der Mission durch Verdrahtung fest abgelegt. Das wesentliche war, dass der vom MIR entwickelte Computer eine Spezialanfertigung für Apollo war, den es so nicht käuflich zu erwerben gab. Er war ausgelegt auf die Bedürfnisse der Mission: Die Verarbeitung von Prozessdaten und Berechnung von Navigationsinformationen und Steuerung des Antriebs.

Über die Programmierung gab es nun einen Streit. Das MIT wollte ihren Programmierer natürlich selbst programmieren. Auf der anderen Seite argumentierte die Industrie, welche die Raumschiffe baute, dass ihre Ingenieure viel mehr von dem Raumschiff verstehen, als die Programmierer vom MIT. Es wäre viel einfacher wenn die Ingenieure einfach das Programmieren lernen würden, anstatt den Programmieren die gesamte Technik mit ihren zahllosen Details zu vermitteln.

Aus der heutigen Zeit erscheint dies etwas befremdlich. Wir sind es gewohnt, das es Informatik als eigene Ingenieurswissenschaft gibt und Programmierer Hardware programmieren. Aber damals war diese Disziplin noch jung und vor allem war es eine Spezialanfertigung. Das unterscheidet den AGC von einem heute üblichen Microkontroller. Wert heute einen ARM Prozessor, einen Intel 8251 oder einen embedded Power-PC Prozessor einsetzt, der kann einen C-Compiler  einsetzen, ein Realzeit Betriebssystem nutzen und dazu linken. Diesen Komfort hatten die Programmierer des AGC nicht. Sie hatten nicht mal Assembler, also die Möglichkeit die Befehle durch einfach merkbare Abkürzungen zu ersetzen wie z.B. ADD, INC, MOV für Addieren, Erhöhen um 1 oder Laden von Werten aus dem Speicher. Alles wurde in Bits auf dem Papier codiert und dann direkt in den Festwertspeicher übertragen.

Auf dieser Ebene ist dann die Programmierung dann schon mehr eine Konstruktionstätigkeit und daher waren die Einwände auch berechtigt. Die Entscheidung war nicht einfach, doch zwei Argumente waren schließlich ausschlagegebend. Zum einen der exzellente Ruf des MIT auch in ingenieurstechnischen Belangen und zum zweiten das man die Hardware und Software als einen Gesamtkomplex ansah - Wenn das MIT auch die Software entwickelte, so war eine Fehlermöglichkeit ausgeschaltet, die entstehen konnte wenn die Software getrennt von der Hardware entwickelt wurde.

FreitagMehr zum Apollo Guidance Computer finden Sie in meinem Aufsatz "Computer in der Raumfahrt Teil 1"

Wie genau navigieren Computer?

Eine der Entwicklungen zwischen Mercury und Apollo, ist die zunehmende Bedeutung von Computern. Bei Mercury spielten Sie eine gewisse Rolle am Boden. Doch die Missionen waren so kurz, dass sie vorwiegend zur Datenaufbereitung dienten, wobei auch hier das meiste noch analog geschah. In der Kapsel selbst gab es analoge Schaltkreise. Der Pilot selbst konnte jedoch nicht viel machen. Im wesentlichen konnte er die Steuerdüsen direkt steuern, wobei es aber auch noch ein automatisches System gab, dass im Zweifelsfall von der Bodenkontrolle ausgelöst werden konnte. Trotzdem gab es einige Konfusion, als Carpenter sehr viel Treibstoff bei Manövern verbrauchte, welche die Bodenkontrolle als "überflüssig" ansah.

Bei Mercury hatten die Astronauten noch wenig Einfluss auf das Design der Kapsel. Da die Rekrutierung der Astronauten erst nach dem Programmbeginn erfolgte. Sie konnten immerhin einiges durchsetzen, denn ursprünglich sollte die Kapsel keine Fenster haben und die Astronauten sollten nicht selbst steuern können. Trotzdem sprachen die Mercury Astronauten von sich als "Passagiere".

Bei Gemini hatten die Piloten eine viel wichtigere Rolle. Sie waren wirklich "Herr ihres Raumschiffs" und steuerten alle Manöver selbst nach Abtrennung von der Titan. Doch es zeigte sich auch, dass Pilotenfähigkeiten hier nichts nützten - Die Bewegung im Orbit gehorcht anderen Gesetzmäßigkeiten als der Flug auf der Erde. Bei den frühen Missionen war der Treibstoffverbrauch zu hoch und es mussten Kopplungsmanöver oder Orbitänderungen gestrichen werden, weil die Vorräte knapp wurden. Doch Gemini hatte auch den ersten Bordcomputer an Bord. Seine Kapazität und Rechenleistung war noch begrenzt, doch er entpuppte sich als wertvolle Ergänzung. Sieben Programme standen zur Verfügung und eines davon lieferte die Vektordaten für die Kopplungsmanöver und überwachte die Steuerung durch die Astronauten, die nun nur noch die Anzeige auf dem Display "Nullen" mussten. Später kam zu dem Bordcomputer mit seinem begrenzten Speicher noch ein Bandlaufwerk hinzu, das weitere Programme aufnehmen konnte. Der erste Einsatz dessen war bei Gemini 8. Dort bewährte es sich gleich bei der Notlandung.

Der Einsatz von Computern war ein wichtiger Punkt bei Gemini. Im Laufe der Mission sollte er immer mehr Aufgaben durchführen. Die letzten Missionen setzten den Computer z.B. zur Steuerung der Landung ein und er steuerte die Kapseln genauso präzise wie die Astronauten ins Zielgebiet. Eine Lehre von Gemini war, dass der Computer die Besatzung bei Routinetätigkeiten entlasten konnte und die Steuerung durch den Computern nicht denen von Menschen unterlegen ist.

Apollo versuchte einen Ausweg aus einem Dualismus zu finden: Zum einen war der Computer integraler Bestandteil der Mission. Ohne den Computer (in identischer Ausführung, aber unterschiedlichen Programmen in der Kommandokapsel und dem Mondlander) wäre die Mission nicht möglich gewesen. Auf der einen Seite gab es die Möglichkeit die Mission voll durch den Computer fliegen zu lassen, die auch anfangs vorgeschlagen wurde. Auf der anderen Seite sollten die Astronauten so viel Verantwortlichkeit wie möglich haben. Das hätte aber eine enorme Arbeitslast bedeutet. Es gab einen Kompromiss: Die Astronauten konnten in jeder Phase selbst steuern. Deiser manuellen Modi wurden allerdings nie genutzt, stattdessen beim Abstieg oft die semiautomatischen Modi, bei denen die Astronauten z.B. die Vorwärtsbewegung des Mondlanders übernahmen, die Sinkgeschwindigkeit aber vom Computer gesteuert wurde, oder sie beides kontrollierten, die räumliche Lage aber durch den Computer beibehalten wurde und er die Lageregelungsdüsen steuerte.

Beim Kommandomodul erfolgten alle Kurskorrekturen nach den Gesetzen der Orbitalmechanik und wurden vollständig durch den Computer gesteuert. Die Rolle der Astronauten hatte aber noch einen weiteren Aspekt: Obwohl technisch möglich, übermittelte die Bodenkontrolle keinerlei Daten direkt in den Computerspeicher. Alle Navigationsdaten wurden den Astronauten mündlich übermittelt, diese schreiben sie auf, lasen sie laut vor und tippten sie dann ein. Das führte dazu, dass bei Apollo 13, als Notfall Prozeduren fällig waren, sehr schnell das Papier im Raumfahrzeug zu Ende ging.

Eine Kontroverse war, ob die Mondmission nicht völlig automatisch geflogen werden konnte. Die Astronauten hatten zwar interne Navigation auf Basis von Gyroskopen und konnten zusätzlich mittels eines Sextanten, gekoppelt an ein Teleskop Fixpunkte anvisieren und anhand derer navigieren (und die Gyroskope, die einen Drift hatten, neu eichen), aber während das Apollo Programm fortschritt, führte man am Boden die Methode der Dopplersignalvermessung ein und Ende der sechziger Jahre war es schon möglich die Position eines Raumschiffs damit von der Erde aus wenige 10 m genau zu bestimmen und die Geschwindigkeit auf unter 1 m/s. So gab es auch Vorschläge, die Mondlandung unbemannt durchzuführen - ohne Astronauten, so wie auch die Apollo Kapsel unbemannt getestet wurde. Es hätte Sicherheit gegeben und Fehler aufzeigen können. (Die unbemannte Landung hätte natürlich nicht die bemannte ersetzt, sondern wäre dieser als Erprobung vorrausgegangen). Das Hauptargument dagegen, dass seit Apollo 1 in der Luft schwebte, war dass ein Scheitern einer solchen unbemannten Landung zu einem Einbruch bei der Unterstützung des Programms im Kongress und damit zum Streichen von Flügen führen könnte oder es weitere teure Verzögerungen für Nachbesserungen geben könnte.

Apollo 12 FoodprintApollo 11 schien zu beweisen, dass der Mensch die Landung durchführen muss. Apollo 11 kam um mehr als 6 km vom Kurs ab, wobei sich dies schon in der ersten Phase des Abstiegs zeigte, als Armstrong bemerkte, das charakteristische Landmarken zu früh passiert wurden. Dadurch kam Armstring auch erst in die Bredouille, dass er in einem Gebiet niederkam, dass mit Steinen übersät war - es war nicht der primäre Landeplatz.

Die Ursache war unklar, doch es wurde ausgeschlossen, dass der Bordcomputer falsch gesteuert hatte, weil dei Landmarken schon beim Beginn falsch kamen. Vielmehr musste schon die Ausgangsposition falsch sein. Es gab zwei Möglichkeiten: Zum einen konnte Luft im Tunnel, die beim Abtrennen des LM entwich diesem einen "Schubs" gegeben haben, zum anderen konnte die Drehung des LM zur Inspektion eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente verursacht haben. Dazu kamen die Massekonzentrationen unter der Mondoberfläche von denen man damals nur sehr wenig wusste.

Bei Apollo 12 veränderte man daher zum einen die Abtrennungsprozedur (Das CSM zündete nach der Trennung seine Steuerdüsen um sich zu entfernen und nicht das LM und es gab keine Drehung des LM mehr). Zum anderen gab es zwei Softwareänderungen: Die Crew konnte mit dem Wort 69 die Vektorkoordinaten nach dem Abtrennen aktualisieren und während des Abstiegs die Position durch Kalbration mit einem Stern neu justieren.

Apollo 12 sollte eine Punktlandung nahe Surveyor  durchführen. Vor dem Abstieg bekam die Besatzung einen neuen Satz von Vektordaten die sie mit dem neuen Wort 69 eingab und beim Abstieg passierte sie so auch die Markierungspunkte zur richtigen Zeit und im richtigen Winkel. Alles verlief gut bis in 700 Fuß Höhe Conrad die Kontrolle übernahm, weil er einen Krater in dem Surveyor 3 gelandet war, nicht überfliegen wollte. Er kam dann zu steil herab und wurde von Staub irritiert. Dadurch war die Landung am Schluss zu steil und mit zu hohem Schub. Bei der Analyse nach dem Flug gab es daher trotz der "Punktlandung" auch ein wenig Kritik. Zum einen daran, dass Conrad sich am Schluss nicht auf die Anzeige der Instrumente verließ, als er beim Sehen nach draußen nichts mehr erkennen konnte und zum anderen, weil er Treibstoff hätte sparen können, wenn er zwar den Kurs verändert, das Sinken aber dem Computer überlassen hätte.

Das wichtigste ist aber die Auswertung der Bahn. Sie zeigte, dass wenn Conrad gar nichts gemacht hätte, dann wäre Apollo 12 etwa 600 Fuß nordwestlich von Surveyor 3 gelandet. Dei aktuelle Landeposition von Conrad war südwestlich,  535 Fuß von Surveyor 3 entfernt - Die Übernahme der manuellen Steuerung hatte also keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Landung.

Was bleibt ist natürlich die Unsicherheit über die Oberfläche. Die besten Aufnahmen der Landegebiete hatten damals eine Auflösung von etwa 3 m. Das ist nicht besonders hoch auflösend ein 3 m großer Krater ist so groß wie das LM und kann dieses in eine gefährliche Schräglage bringen. Heute wäre es ein leichtes höher aufgelöste Aufnahmen zu erhalten bis in einen Bereich von wenigen Zentimetern. Das Risiko für die Landungen lag in der Tat nicht darin, dass eine Landung völlig automatisch und genau möglich gewesen wäre, als vielmehr in der Unkenntnis der Feinstruktur des Landeortes. Durchgeführt wurde dies alles mit einem Computer, der zwar nur mit 1 MHz Taktrate arbeitete und nur 74 KByte Arbeitsspeicher hatte, aber extrem zuverlässig war und für seine Aufgabe speziell entwickelt und gebaut.


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