Wie war Apollo möglich?

Das nun schon 55-jährige Jubiläum der ersten Mondlandung will ich zum Anlass nehmen, wieder eine lockere Reihe von Artikel über das Apolloprogramm zu veröffentlichen. Heute geht es um einen Punkt, der immer wieder erwähnt wird. Die beschränkten Möglichkeiten damals. Gerne verpackt in Vergleichen wie „der Bordcomputer von Apollo hatte weniger Speicher als ein Icon auf ihrem Smartphone belegt“.

Der extrem lange Fortschritt beim Artemisprogramm, das nun ja auch schon so lange läuft wie Apollo Ende 1967 war, berücksichtigt man das SLS und Orion noch älter sind und die SLS nicht mal neu ist, lässt den Respekt für damals noch ansteigen.

Die Tatsache, dass man nun erst wieder zum Mond aufbricht und dafür länger braucht als damals und vor allem die 50 Jahre, in denen es kein bemanntes Mondprogramm gab, ließen in den letzten Jahren ja die Verschwörungstheorien sprießen, man wäre gar nicht auf dem Mond gelandet.

Ich fange mal an, mit einigen Irrtümern aufzuräumen. Der erste Irrtum: Nur weil der Bordcomputer für die heutige Zeit langsam war, wäre er nicht ausreichend für die Mission gewesen. Die Geschwindigkeit war auch gemessen an damaligen Minicomputern gering, das lag daran, dass man das Design frühzeitig festgelegt hatte und er aus Schaltungen mit niedriger Integrationsdichte bestand. Aber der Befehlssatz war genau auf seine Aufgabe ausgelegt. Er ist damit mit einem Mikrocontroller vergleichbar. Der erste Microkontroller seiner Art war der Intel 8048, der 1976 vorgestellt wurde und noch langsamer als der Apollo-Bordcomputer war. Sein erster Einsatz war in der Lambda-Sonde für Automobile von Ford. Er musste bei jeder Zylinderzündung die Sauerstoffmenge messen und Ventile öffnen und schließen damit immer genug Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung vorhanden war. Und obwohl er das bis zu 12.000-mal pro Minute tun musste, war er damit kaum ausgelastet.

Die Arbeit des Apollo-Bordcomputers war komplexer. Das komplexeste Programm war beim Abstieg aktiv. Der Bordcomputer musste einem vorgegebenen Profil folgen, dazu überwachte er die Triebwerke, schwenkte die Fähre so, dass der Flugpfad den Vorgaben entsprach. Die Daten dafür bekam er von der Inertialplattform und einem Radar. Das Design der Software war so ausgelegt, dass er maximal zu 80 Prozent ausgelastet war. Der berüchtigte Fehler der bei der Landung von Apollo 11 vorkam, wo er eine Überlastung signalisierte, beruhte darauf das Buzz Aldrin das Rendezvousradar, ein zweites Radarsystem, dass man für die Ankopplung an die Columbia benötigte, aktivierte und die Verarbeitung dieser Daten überforderte ihn dann. Das war aber ein Fehler Aldrins, denn selbst bei einem Missionsabbruch wäre dieses Radar nach den Prozeduren erst aktiv geworden, wenn die Abstiegsstufe abgesprengt worden wäre und sich der Bordcomputer dann nicht mehr um das Landeradar kümmern musste.

Wer wie ich, noch einen 8 Bit Heimcomputer besaß, der weiß, dass man auch relativ wenig Rechenleistung (verglichen mit heute) einiges bewerkstelligen konnte und anders als bei diesen musste der Bordcomputer keinen Bildschirm mit Informationen versorgen, sondern nur ein kleines 7-Digit Display.

Ähnliche Fortschritte wie bei der Elektronik können wir in der Kommunikation vermelden. Signale werden heute digital übermittelt und komprimiert, sodass man mehr Daten bekommen würde und mit der Bandbreite, die damals zur Verfügung stand, würde man heute zum Beispiel beim Übertragen von TV-Signalen die drei bis sechsfache Auflösung/Framerate erreichen.

In den meisten anderen Bereichen gab es seitdem aber nicht die großen Sprünge. Schaut man sich die inzwischen verfügbaren Originalaufnahmen mit Hasselbladkameras an, so müssen diese sich nicht vor den Bildern heutiger Digitalkameras verstecken. In der Raketentechnik konnte man seitdem die Triebwerke etwas leistungsfähiger bauen, aber es gab keine Revolution wie in den Jahren vorher. Das Gleiche gilt für das Gewicht von Strukturen. So hat die SuperHeavy, die erste Stufe des Starship nahezu den gleichen Strukturfaktor wie die S-IC Erststufe der Saturn V und zwischen beiden liegen rund 60 Jahre.

Also dieser Vergleich ist falsch, weil er sich einen Teilaspekt herausgreift, der aber nicht typisch für das ganze Projekt war.

Was Artemis und Apollo unterscheidet ist, dass als Apollo angefangen wurde, die Raumfahrt noch in den Kinderschuhen steckte. Als John F. Kennedy seine berühmte Rede hielt, hatte Alan Shepard gerade mal einen suborbitalen Hopser hingelegt. Raketen hatten noch eine sehr schlechte Zuverlässigkeit. Es waren erst wenige Jahre vergangen, seit man von der Weiterentwicklung der A-4 Technologie zum Bau größerer Triebwerke und Raketen überging. Das gilt auch für andere Teile des Programms, wie die Raumschiffe. Apollo war daher erheblich riskanter als Artemis. Damals war man aber auch bereit, größere Risiken einzugehen, nicht nur in der Raumfahrt. Damals tobte auch der Vietnamkrieg. Die USA verloren in ihm 58.200 Soldaten. Heute würde ein Präsident den Krieg bei weitaus weniger Todesopfern ganz schnell einstellen, wie auch der Rückzug aus dem Irak durch Obama zeigt. Bei Apollo rechnete man mit einem LOM-Risiko (Lost of Mission: Mission muss abgebrochen werden, die Crew wird gerettet) mit 1:5, was wenn man bedenkt, dass Apollo 13 eine solche LOM-Mission war, auch gut zu den Daten passt. Als kleiner Vergleich: Das Space Shuttle Programm hatte ein LOM von 1:56 basierend auf den absolvieren Missionen. Bei Artemis liegt es für eine Mondmission bis zum Brennschluss der SLS bei 1:120, wenn man die Zahlen für die Subsysteme addiert.

Die Technologie von heute hatte man nicht, also was tat man, um dafür zu sorgen, dass es trotzdem so erfolgreich war? Die Schlüssel sind Manpower und Geld. Manpower heißt: Es waren je nach Quelle bis zu 400.000 Personen direkt oder indirekt an Apollo behelligt, weitaus mehr Personen als die gesamte US-Raumfahrtindustrie heute umfasst. Diese Leute bauten nicht nur Teile, viel Arbeit entfiel auf Tests und Kontrollen. Die NASA führte ein Zertifizierungssystem ein, das bei den Komplettsystem begann und dann den Herstellungsprozess herunterging. Es wurden also erst Subsysteme zertifiziert, dann Komponenten, dann Einzelteile usw. am Ende der Kette wurde selbst die Eisenmine, aus der das Erz für die Stahlherstellung stammt, zertifiziert. Damit einher gingen Qualitätskontrollen auf jeder Ebene, die gewährleisten sollten, dass auch nur die Qualität geliefert wird, die zertifiziert ist. Dieses System bewährte sich und ist bis heute im Einsatz, treibt allerdings auch seltsame Blüten. So werden überall in der ISS zertifizierte Lampen eines Herstellers verwendet. Alleine das Prüfprotokoll jeder Lampe ist einige Hundert Seiten stark. Der Hersteller fertigte dann aber irgendwann mal die Lampen nicht mehr, sodass man von den HTV und ATV, die auch diese Lampen verwenden, sie vor dem Abtrennen von der ISS ausbaute, damit man Ersatz für ausgefallene Röhren in den Modulen hatte.

Dazu gehörten auch Tests. Man kann die intensiven Tests am besten an den Triebwerken festmachen. Das F-1 Triebwerk lief vor dem ersten Einsatz 239.140 Sekunden lang. Das Haupttriebwerk der Ariane 6, das Vulcain 2.1 zum Vergleich lief 13.798 Sekunden. Durch diese intensiven Tests wollte man jeden möglichen Fehler vor dem Einsatz finden. Damit dies bei dem engen Zeitplan ging, wurde viel parallel getestet. Ein Veteran des J-2 Programms erinnert sich das sie bei einem Test eines Triebwerks beim Durchsehen der Diagramme etwas Auffälliges sahen, was kein echter Fehler war, aber eben eine Abweichung. Als sie am nächsten Tag das Triebwerk untersuchen wollten, ging das nicht – es stand schon eines neues in der Testkammer und das Triebwerk war zum nächsten Test weitergewandert. Entsprechend wurden auch sehr viele Exemplare nur für Tests gefertigt. Beim J-2 waren es mit den Serienexemplaren zusammen 190 Exemplare, nur 86 davon wurden eingesetzt. Jedes F-1 Triebwerk hatte vor dem eigentlichen Start schon 495 Testsekunden absolviert – während eines Saturn V Starts lief es normalerweise maximal 165 Sekunden lang. Heute gibt es Firmen, die legen nicht mal Wert darauf, das alle Triebwerke auch nur zünden.

Ziemlich viele Personen waren aber nur damit beschäftigt zu überlegen, wie man mit Problemen umgehen kann. Soweit möglich wollte man die gar nicht erst auftreten lassen, oder wenn Technologie nicht so zuverlässig war wie benötigt baute man -redundanzen ein. So waren Leitungen und Ventile doppelt vorhanden, Speichermodule im Computer der Saturn V sogar dreifach. Aber man arbeitete auch Prozeduren aus für Notfälle. Computersimulationen gab es ja nicht. Bei der Apollo 11 Landung war so der Fehlercode, der eine Überlastung signalisierte, schon bekannt und man konnte Entwarnung geben. Dass der Computer weiter arbeitete, hatte man vorher geprüft.

Das zweite war das Geld. Verglichen mit heute pumpte man enorm viel Geld in das Apolloprogramm. Zu Spitzenzeiten waren es – gemessen am gesamten US-Haushalt viermal so viel wie heute die ganze NASA bekommt. Das ganze Programm war „time driven“, sprich die Verträge hatten nicht die Aufgabe eine möglichst günstige Lösung zu finden, sondern die schnellste. So gab es meist „Cost plus Fee“ Verträge. In diesen bezahlt die NASA alle Aufwendungen der Firmen für den Auftrag und wenn sie bestimmte Konditionen erfüllen, meist zeitliche Vorgaben bekommen sie noch eine Prämie. Das blieb nicht ohne folgen und führte letztendlich zu dem Brand bei Apollo 1 – North American hatte ein beta-Raumschiff ausgeliefert in dem noch viel zu tun war und das nicht hätte bemannt gestartet werden dürfen. Dazu kamen noch Deisgnmängel wie die vor Erreichen des Orbits nur von Außen öffenbare Luke. Auch der erste Apollo-Mondlander fiel bei den Abnahmeprüfungen im Kennedy-Center durch, Gasüberprüfungen auf Dichtigkeit ergaben das die Leitungen nicht dicht waren: „Junk Garbage, Leaking like a Sieve“ wurde Dem Hersteller Grumman bescheinigt.

Das Programm wurde so schnell durchgezogen, dass jede Menge Hardware gebaut wurde, die nie gebraucht wurde. Einfach, weil man mit mehr Problemen rechnete und sich die Pläne änderten. Die Saturn I war ursprünglich für die Starts von Apollo gedacht, als das Raumschiff zu schwer wurde übernahm diese rolle die Saturn IB, die Starts er Saturn I verliefen so glatt, das man am Schluss jede Menge Stufen und Triebwerke übrig hatte. Die Triebwerke wurden dann in der Delta eingesetzt. Ähnlich erging es der Saturn IB, mit der ursprünglich zahlreiche Erdorbitmissionen geplant waren., Apollo 1 war schließlich nur Wochen vor dem Start als der Brand ausbrach. So fielen durch den Brand und die Beseitigung von Hunderten von Mängeln alle bemannten Starts zwischen Februar 1967 und Oktober 1968 weg. Die Saturn IB wurden dann für Skylab und Apollo Sojus eingesetzt. Vom Mondlander und den Saturn V gab es übrige Exemplare, weil drei Missionen gestrichen wurden.

Heute haben wir das Gegenteil. Ein Programm, das extrem langsam verläuft, so aber interessanterweise nicht billiger als Apollo sein wird, denn dann fressen die Fixkosten, die bei einem bemannten Programm immer recht hoch sind, viel von den Mitteln. Finanztechnisch und auch öffentlichkeitswirksamer wäre ein Programm mit stärkerer Kostenkontrolle wie bei Apollo, aber einer dem Entwicklungszyklus angepassten Finanzierung, da würde man eben einige Jahre lang mehr Mittel erfordern, dafür wird es am Ende billiger, wenn nichts mehr zu entwickeln ist.

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Das leitet mich zu der Frage, über die ja den Verschwörungstheorien zugrunde liegt: Warum ist man seitdem nicht mehr auf dem Mond gewesen? Die Antwort liefert diese Grafik: Apollo erforderte über einige Jahre sehr hohe Mittel. Dieser Peak in der Mitte der Sechziger Jahre ist der einzige in der Abbildung. Seitdem sinkt der Gesamtanteil der NASA am Gesamthaushalt der USA. Es ist ja nicht so, dass es kein Geld gäbe. Diese zweite Abbildung zeigt die Einnahmen und Ausgaben der USA. Man stellt fest das man unter Trump erheblich mehr ausgegeben hat, ein Bruchteil davon wäre ausreichend gewesen, um schnell auf dem Mond zu landen, er wollte ja das man zu seiner Präsidentschaft noch landet. Die Artemis-2 Mission wäre, wenn er das gleich am ersten Tag angegangen hätte, sogar möglich gewesen. Aber damit steht er nicht alleine. Kein Präsident seit Kennedy wollte für ein solches Ziel viel Geld ausgeben. Nicht das die USA für idiotische Dinge nicht viel Geld ausgeben können. Sie haben über Jahre nur für die Klimatisierung von Zelten für Soldaten im Irak und Afghanistan mehr Geld ausgegeben als die NASA damals bekam, anstatt einfach nur mal eine Isolationsschicht aufsprühen oder feste Unterkünfte zu bauen. Aber beim Militär gibt es, glaub ich keine idiotischen Dinge. Sieht man es logisch – das tut man leider nur bei der Wissenschaft – dann ist natürlich die Erforschung des Mondes unbemannt viel billiger durchzuführen und ein bemanntes Mondprogramm nicht nötig, weshalb es auch 5 Jahre zehnte lang keines gab.