Die Lösung für ein überflüssiges Problem: Die ISS mit dem Space Shuttle

Die große Tragik im Space Shuttle Programm war meiner Ansicht nach, das es ursprünglich gebaut wurde, um eine Raumstation zu versorgen und aufzubauen und gerade als diese fertig wurde es außer Dienst gestellt wurde. In allen anderen Rollen, die es vorher innehatte, war es entweder ein teurer Ersatz für eine Rakete oder erlaubte nur kurze bemannte Missionen. Zugegeben – das Shuttle, das als Space Station Versorger geplant war, war auch eine Nummer kleiner mit nur 12 t Nutzlastmasse, was aber heute gemessen an den unbemannten Versorgern immer noch viel wäre.

Ich will heute mal skizzieren, wie eine ISS aussehen könnte, die das Space Shuttle versorgt und auch mal einen Preisvergleich anstellen.

Das Wichtigste zuerst: die heutige Situation auf der ISS ist nicht die die geplant war. Die ISS war bis 2005 auf eine Stammbesatzung von 7 Astronauten (davon 4 im westlichen Segment) ausgelegt, die sich alle 90 Tage abwechseln. Erst die Außerdienststellung des Space Shuttles reduzierte die Besatzung auf sechs, weil mehr nicht mit zwei Sojus Kapseln fliegen können. Ebenso wurde die Aufenthaltsdauer verdoppelt, weil Russland nicht acht Sojus, die man sonst benötigt hätte pro Jahr fertigen kann.

So blieben dann auch zwei Module, davon ein Wohnmodul komplett am Boden. Inzwischen gibt es aber zwei neue Module. Das BEAM, ein aufblasbares Modul von Bigelow und das PMM ein umgebautes MPLM des Space Shuttles. Beide werden derzeit aber nur genutzt, um Dinge zu verstauen.

Mannschaften

Würde das Space Shuttle noch fliegen, so könnte jeder Start 7 Astronauten transportieren. Wenn der Pilot und Copilot nur für das Space Shuttle zuständig sind und wieder mit der alten Mannschaft zurückkehren, könnte es also 5 Personen zur ISS bringen, dazu kämen drei Kosmosnauten die Russland mit der Sojus startet. Das wäre eine Stammbesatzung von 8, würden auch die beiden Piloten an Bord der ISS bleiben, dann sind es 10. Den Platz für sie gäbe es, wenn man das PMM als Wohnmodul nutzt und jedes der schon existierenden Labore hat genug Platz und Experimente für zwei bis drei Personen, an Arbeit fehlt es bei drei Laboren also auch nicht. Wenn nicht kann Russland ja (mit inzwischen 14 Jahren Verzögerung) mal Nauka starten und natürlich könnte das Space Shuttle auch die zwei Module die mal geplant waren noch starten. Die Arbeit an ihnen wurde allerdings schon im Rohbau beendet.

Die Personenzahl ist von Bedeutung, weil die ISS relativ viel Arbeit nur für „Housekeeping“ also Aufrechtherhalten des Zustandes benötigt. Früher war dies noch schlimmer, doch auch heute geht dafür viel Zeit drauf. Bedingt durch den Ausfall einer Sojus im letzten Jahr kann man das gut beziffern: Während Expedition 57/58 fehlten zwischen dem 11.10 und 3.12. drei Astronauten, da es einen Fehlstart der Sojus gab. Nominell sollten es 1080 Manntage sein, nun waren es 159 Tage weniger. Das sind 15 % weniger Arbeitszeit. Bedingt durch die fehlenden Arbeitskräfte, aber auch die Situation, die sicher Mehrarbeit verursachte wurden, bei Expedition 57/58 nur 1144 Arbeitsstunden abgeleistet, bei der folgenden dagegen 2857 – also fast das zweieinhalbfache. Dieses Missverhältnis erklärt sich daraus, das die ISS mindestens drei Personen braucht, damit sie überhaupt reibungslos läuft. In den über 50 Tagen mit drei Astronauten fiel die Forschung daher ganz aus. Die 2857 Stunden entsprechen, wenn man 6 Arbeitstage pro Woche ansetzt, auch nur 3 Stunden Nettoarbeitszeit pro Astronaut, das heißt, wenn man 12 Stunden pro Tag als nutzbare Zeit ansetzt, dann gehen ¾ dieser Zeit für andere Tätigkeiten drauf, dazugehört auch Sport. Die Verlängerung der Aufenthaltsdauer von 90 auf 180 Tage bedeutet auch das die Astronauten mehr trainieren müssen, um ihre Gesundheit nicht zu sehr zu gefährden. Es sind 2 Stunden pro Tag. Wenn man dies nur auf die Hälfte reduzieren kann, weil man auch schon nach 90 Tagen zurückkehrt, gewinnt man schon ein Drittel der Arbeitszeit.

Würde man mit dem Space Shuttle die Astronautenzahl von 6 auf 8 erhöhen so sähe dann eine Rechnung so aus:

• 2 x 8 Stunden nutzbare Arbeitszeit pro Tag durch zwei zusätzliche Personen
• 6 x 1 Stunde ersparte Trainingszeit pro Tag bei den schon vorhandenen 6 Astronauten
• 22 Stunden Arbeitszeit für die gesamte Besatzung pro Arbeitstag mehr.

Bezogen auf die heutigen 180 Tagesmissionen, abzüglich 4 Tagen für den Transfer und je einen freien Tag pro Woche entspricht das 3318 Stunden mehr, also eine Verdopplung der Zeit, die für Forschung zur Verfügung steht (die Qualität dieser Forschung ist wiederum ein anderes Thema). Mit dem Space Shuttle, das ohne Problem vier Flüge pro Jahr durchführen kann, würde die Forschung also um mehr als 100 % zunehmen.

Fracht

Ein Vorteil des Space Shuttles war, das es anders als die heutigen Zubringer auch Personen und Fracht transportieren konnte. Brutto maximal 18,2 t, doch davon gehen zahlreiche Dinge ab. So der Kopplungsadapter, wenn es Fracht in einem Druckmodul ist, die Leermasse eine MPLM und bei Fracht ohne Druckausgleich ist es das Gewicht der Paletten. Wenn ich nur den schlechtesten Fall nehme, ein MPLM ohne Paletten so sind es 9,1 t pro Flug pro Jahr mithin 38,4 t. Im Jahre 2019 flogen folgende Transporter die ISS an:

• Drei Dragons mit 2.482, 2.292 und 2.617 kg Fracht
• Zwei Cygnus mit 3.492 und 3.719 kg Fracht
• Ein HTV mit 5.300 kg Fracht
• Drei Progress mit 2.490, 2.485 und 2.500 kg Fracht

Das sind zusammen 27.377 kg Fracht für sechs Personen und ein Jahr Betrieb. Bei acht Personen sind es dann ein Viertel mehr also 36,5 t. Das liegt in dem Transportvermögen des Space Shuttles.

Kosten

Allgemein wird das Space Shuttle ja als teuer angesehn. Doch ist dem wirklich so? Auch das kann man nachrechnen. Die NASA zahlt 90 Millionen Dollar für jeden der vier Sitze an Bord eines Starliners und 55 Millionen für eine Crew Dragon, dass führt zu 360 bzw. 220 Millionen Dollar pro Flug. Wie das Space Shuttle könnten beide Vehikel auch mehr als die geplanten vier Astronauten befördern und das wahrscheinlich ohne signifikante Mehrkosten. Nur benötigt man für eine 90 Tage Crewrotation vier Starts pro Jahr, je zwei von SpaceX und Boeing, die addieren sich so zu 1.160 Millionen Dollar. Die NASA rechnet mit Frachtkosten von 71.800 Dollar/kg im Durchschnitt bei CRS-2. Das sind bei 36,5 t Fracht weitere 2.621 Millionen Dollar, zusammen also 3.871 Millionen Dollar.

Nimmt man dagegen die Kosten des Space Shuttles Programms von 2007 bis 2010 (danach lief das Programm aus, vorher gab es hohe Aufwendungen für die Umrüstung, Kündigungsverträge ohne Flüge), so gab es in der Zeit 17 Flüge und Aufwendungen in Höhe von 12.722 Millionen Dollar, also 741 Millionen Dollar pro Flug, bei vier pro benötigten Space-Shuttle-Starts pro Jahr mithin 2.964 Millionen Dollar im Jahr. Das Space Shuttle wäre also billiger als eine adäquate Lösung mit Kapseln, und zwar um rund 900 Millionen Dollar. Bei noch mehr Flügen würde das noch günstiger werden, weil das Space Shuttle Programm einen hohen Fixkostenanteil hat, der bei etwa 9.600 Millionen Dollar für die vier Jahre liegt. Und dabei ist dies noch pessimistisch gerechnet, mit einer Palette zum MPLM käme man auf weitere 1,5 bis 2 t Fracht ohne Druckausgleich, wenn man die Nutzlastkapazität voll ausnutzen würde. Und wie schon gesagt könnte man auch die Besatzung auf 10 Personen erhöhen, wenn die beiden Piloten auch an Bord der ISS bleiben – beim Space Shuttle würde eine Dauerbesatzung von 10 Personen fast keine Mehrkosten verursachen, bei unbemannten Vehikeln dagegen weitere 656 Millionen Dollar für die benötigte Fracht mehr (aber keine für den Crewtransport).

Vielleicht versteht ihr nun, warum ich von einer Tragik spreche.