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Foto Aufklärungssatelliten der USA

Einleitung

Die Fotoaufklärungssatelliten der USA gelten als die "Spionagesatelliten" gemeinhin. Obgleich es auch andere Aufklärungssatelliten z.B. für das Abhören von Gesprächen, Ortung von U-Booten etc. gibt. Wie andere militärische Satelliten unterliegen auch diese der Geheimhaltung. Über die hier veröffentlichten Daten, gilt daher nicht das gleiche Kriterium an Zuverlässigkeit das ich bei anderen Artikeln anlege. Ich habe mich bemüht de wahrscheinlichsten Daten aus mehreren Quellen zusammenzutragen. Für die ersten Satelliten der USA (KH-1 bis KH-6) wurde 1995 die Geheimhaltungspflicht über die Bilder aufgehoben, so das es hier etwas mehr Informationen über die frühen Satelliten der USA gibt. Bei anderen Satelliten gibt es jedoch nur spärliche Informationen, dafür Vermutungen anhand veröffentlichter Bilder, Bahnen oder Trägerraketen über die Technik der Satelliten. Ergänzend dazu gibt es in dieser Reihe auch einen Aufsatz über die zivilen Erderkundungssatelliten. Da die Programme sehr umfangreich sind habe ich 3 getrennte Artikel verfasst:

• Teil 1 : Das Corona Programm (KH 1-4)
• Teil 2 : Die Typen KH 5-11 und Samos
• Teil 3 : Die Technik bei der Bildgewinnung und der Satelliten

Bei den Startlisten sind alle Starts eines Jahres in einer Farbe (abwechselnd weis und grün) dargestellt. So können Sie auf einen Blick die Startfrequenz ersehen.

Der Ursprung des Corona Programmes

Im Jahre 1955 machte man sich bei der Air Force Gedanken, ob man Aufklärung über dem Gebiet der Sowjetunion nicht mit Hilfe von Satelliten betreiben könnte. Zu diesem Zeitpunkt war die U-2 gerad in Dienst gestellt worden. Die U-2 war ein Aufklärungsflugzeug mit einer sehr großen Spannweite. Sie flog mit Unterschallgeschwindigkeit in sehr großer Höhe von England und Norwegen aus über die Sowjetunion und fotografierte Militärbasen und andere wichtige Punkte. Die große Höhe schützte es vor russischen Abfangjägern und auch Abfangraketen. Doch die Sowjetunion konnten die Maschine mit ihrem RADAR ausmachen und protestierten gegen die Luftraumverletzung Im Jahre 1956 ordnete Präsident Eisenhower nach sechs solcher Protestnoten an, dass jeder Flug seine ausdrückliche Erlaubnis erforderte. Die schränkte den Nutzen der U-2 beträchtlich ein, nun erfolgten nur noch 18 Flüge bis 1960 die Sowjetunion in der Lage war sie mittels neuerer Boden-Luft Raketen abzuschießen und dies auch taten. Danach wurden die Flüge ganz eingestellt. Das die hohe Flughöhe die U-2 schützen würde, war schon bei Indienststellung klar, aber die USA unterschätzten die Fähigkeit der UdSSR eine Abfangrakete zu entwickeln die sie abschießen konnte. Seit 1947 wurde ein Projekt für die Aufklärung mittels Satelliten namens WS117L verfolgt.

Bis zu Eisenhowers Beschluss war das Air Force Projekt WS-117L langsam voran gekommen. Man hatte zuerst zwei Konzepte untersucht. Das eine war ein Satellit mit einer eingebauten TV Kamera, er hätte die Aufnahmen auf Magnetband aufgezeichnet und dann an den Boden übertragen. Der Nachteil dieses Systems war, dass die TV Kamera eine geringe Auflösung aufwies und die Bilder bei dem damaligen Stand der Technik recht kontrastarm waren. Dafür waren sie praktisch sofort nach der Aufnahme verfügbar und nur die Lebensdauer des Satelliten oder seines TV Systems begrenzte die Operationsdauer. Die zweite Option war ein System, das fotografischen Film an Bord entwickelte, mittels eines hochauflösenden Scanners abtastete und die Informationen zur Erde sandte. Dieses System war deutlich komplexer und schwerer, der Filmvorrat war begrenzt, doch man erhoffte sich viel höher aufgelöste Fotos mit viel besseren Kontrasten.

Bis 1956 hatte man das Konzept der TV Kamera daher verworfen. Nun änderte sich durch das Flugverbot der U-2 einiges. Zum einen bekam nun das Projekt WS-117L eine höhere Priorität . Zum anderen beschloss man die Zuständigkeit neu zu regeln. Verantwortlich sollte nun die CIA für den Bau der Satelliten sein. Die höhere Priorität bedeutete auch, dass das System baldmöglichst einsatzbereit sein musste. Die Pläne für WS-117L sahen einen Satelliten vor, der so schwer war, dass er nur von einer Atlas gestartet werden konnte. Man rechnete nicht vor 1961 mit dem ersten Start. Das führte zum Einstellen dieses Konzepts. Die CIA wandte sich an den Hersteller der U-2, Lockheed, zum einen weil er die Firma die U-2 in Rekordzeit entwickelt hatte, zum anderen weil die Firma daher Erfahrung mit Aufklärungstechnologie hatte. Sie sollte ein einfacheres System entwickeln, das schneller verfügbar war. Der CIA Deckname lautete "Corona", in Anlehnung an die Bezeichnung der Schreibmaschine mit der der verantwortliche  Mitarbeiter schrieb. Corona sah es nun vor den Film nicht mehr an Bord zu entwickeln sondern in einer Kapsel zur Erde zurückzubringen und dort zu entwickeln. Das war zwar eine neue technische Herausforderung, doch machte es den Satelliten leichter. Als Trägerrakete hatte man die Thor ausersehen, verstärkt mit der Agena Oberstufe, die Lockheed Martin  gerade für eine Bombe für den B-58 Bomber entwickelte.

Formell wurde die Entwicklung von WS117L am 2 April 1956 beschlossen. Das operationelle System sollte im dritten Quartal 1963 verfügbar sein und die Entwicklung sollte 117,4 Millionen Dollar kosten. Nebend er Thor sollte später ie Atlas schwerere Satelliten tragen. Drei Generationen von fotografischen Satelliten mit den Kürzeln E-1 bis E-3 waren vorgesehen und drei weietre mit ELINT Nutzlast (dem Überwachen von Funkverbindungen) mit den Bezeichnungen F-1 bis F-3. Am 29.10.1956 bekam Lockheed den Auftrag die Satelliten zu bauen. 1957 bekam das Programm nicht die Miitel die gefordert wurden, es wurde stark gekürzt. Schließlich erklärte man sich bereit wissenschaftliche Nutzlasten mitzuführen und verkaufte Wx11/L als Backup zu den Vanguard Satelliten die geophysikalische Messungen durchführten. Das half später bei dem Erstellen einer Coverstory.

Der Start von Sputnik 1 und einen Monat später von Sputnik 2 veränderten die Einschätzung der Lage. Das Programm wurde nun beschleunigt und bekam die erforderlichen Mittel. Trotzdem war nicht vorgesehen die U-2 Flüge mit WS117L zu ersetzen, sondern es sollte diese ergänzen. Die Satelliten könnten Details von 15 bis 30 m auflösen, das waren die ersten Schätzungen die U-2 hatten dagegen eine Auflösung von 1,2 m. Die Satelliten könnten von Russland daher leicht getäuscht werden, aber sie wären wertvoll zum Finden von neuen Anlagen, Raketenrampen etc, die dann von der U-2 im Detail untersucht würden. Präsident Eisenhower legte auch fest, das die CIA das Programm leiten sollte, vorher gab es Bemühungen seitens der USAF wie auch ARPA die Leitung zu bekommen.

Im Februar 1958 wurden die vier verschiedenen Vorschläge für den Systemaufbau untersucht. Lockheed und Fairchild setzten auf einen rotierenden Satelliten, die Bewegung würde es erlauben einen breiten Streifen zu erfassen, aber auf Kosten der Auflösung, die nur 15 m betragen würde. Die Vorschläge unterschieden sich in dem Teil der geborgen wurde: beim  Lockheed nur eine kegelförmige Nase und bei Fairchild der ganze Satellit. General Electric und ITEK setzten auf einen nicht rotierenden Satelliten der eine höhere Auflösung bot. Die Kamera von GE sollte 7,5 m auflösen, die von Itak sogar 2,2 m. Dies führte dazu das man die ITEK Kamera als primäre Kamera auswählte, die ersten Satelliten die aber als Tests fungierten hatten bis die Kamera verfügbar war eine Fairchild Kamera niedriger Auflösung. Die Rückkehrkapsel und der Satellit stammten von General Electric. Lockheed stellte aber die Agena Oberstufe mit denen die ersten Satelliten fest verbunden waren.

Programme und Typen

Die ersten Aufklärungssatelliten der USA wurden noch unter der Bezeichnung Discoverer gestartet. Jedoch wurde schon damals der wahre Zweck verborgen. Offiziell dienten diese Satelliten als Technologiestudien z.B. wie man aus dem Orbit Rückführungen machen konnte oder die Bahn ändern konnte. Der Zweck dieser Vorhaben war natürlich rein militärisch, denn es handelte sich um die ersten Aufklärungssatelliten, die belichteten Film rückführen mussten und die Bahn ändern um möglichst nahe an die Objekte heranzukommen. Ab dem Satelliten Discoverer 38 wurden keine Angaben mehr über die Mission gemacht.

Schon die Bezeichnung Discoverer war eine Täuschung, denn in Wirklichkeit handelte es sich um die ersten Satelliten des Key Hole KH Programms. (Key Hole = Schlüsselloch). Dieses machte während der wenigen Jahre die Discoverer aktiv war, die Evolution vom KH-1 auf den KH-4 durch. Die Bezeichnung KH für die folgenden Satelliten wurde beibehalten auch wenn diese weder von der Größe noch von der Technik noch Gemeinsamkeiten mit den Vorgängern hatten.

Neben der Air Force startete auch die CIA Satelliten im Rahmen des Key Hole Programms, stellte dies aber wieder ein, als ein neuer KH Typ die bisherigen von der Leistung her übertraf. 1995 wurde die Geheimhaltung für die frühen Programme Corona (KH-1 bis KH-4B, 1959-1972), Argon (KH-5, 1961-63), und Lanyard (KH-6, 1963) aufgehoben. Für das Samos Programm wie die folgenden Programme gilt dies allerdings noch heute.

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 ablichtet und so neben dem Primärziel auch die Umgebung erfasst – vielleicht gibt es ja auch dort Aktivitäten.

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

Basis ist Film auf einer Rolle, mit einer ziemlichen Länge. Bei Apollo 127 mm Film von 1,9 km Länge, bei Corona 70 mm Film von 7,5 km Länge. 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 eine Mission ohne aktive Kamera, um nur den Film zu testen. Erst mit der 13-ten Mission gelang die erste Bergung eines gut belichteten Films.

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.

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 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. Bei der Kamera von Apollo betrug die Auflösung zwischen 1,4 und 1,8 m abhängig von Bahnhöhe und Ausrichtung der Kamera.

Die Kamera konnte für Stereoaufnahmen um 12,5 Grad nach vorne oder hinten geschwenkt werden. Das ergab einen Blickwinkel von 25 Grad zwischen zwei Aufnahmen. Durch diese durch ein Stereoskop betrachtbaren Aufnahmen konnten Höhen bestimmt werden. In diesem Modus überlappten sich die Stereoaufnahmen zu 100 %.

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. Bei den Spionagekameras landete der Film dann in einer Kapsel die geborgen wurden. Spätere Exemplare 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 überflog. Durch die Unmenge an Film wurde daher relativ viel abgelichtet. Die erste erfolgreiche Mission bildete ein Fünftel der Ladefläche der UdSSR 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. 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.

Viel spricht dafür das heute noch Spionagesatelliten nach diesem Prinzip arbeiten. Mit KH-11 hat man CCD-Sensoren eingeführt. Nur hatten diese als Flächensensor noch eine niedrige Auflösung. Kommerzielle Sensoren hatten als der erste KH-11 startete, eine Auflösung von 512 x 320 Punkten. Als man CCD-Sensoren für Galileo auswählte, einige Jahre später, bestanden von Tausend Prototypen nur ein Dutzend die Prüfungen. Auch sie hatten nur 800x 800 Pixel. Was dagegen möglich war, war Scanzeilen. Das ist das Prinzip eines Flachbettscanners oder eines Kassenscanners. Die benötigte große Scanzeile konnte man in beliebiger Länge durch das Verbinden von einzelnen Zeilen herstellen. Man musste sie nur hinter dem Schlitz platzieren und synchron zur Bewegung auslesen. Ein aufwendiger Filmtransport konnte entfallen.

Wie die heutigen Aufklärungssatelliten funktionieren, ist geheim, das letzte Projekt dessen Informationen freigegeben wurden waren die KH-9 „Dorian“. Aber man weiß, das kommerzielle Aufklärungssatelliten nach diesem Prinzo arbeiten. Die Satelliten der Worldview Serie setzen z.B. eine CCD-Zeile von Fairchild ein, die 28 cm lang ist mit 40.000 Pixeln pro Zeile. Allerdings rotiert nicht die Kamera. Stattdessen verwendet man TDI-Sensoren, sie haben nicht eine Scanzeile, sondern 16 bis 128. Die Elektronen, die durch die Belichtung entstehen werden, dabei von eine Spalte zur nächsten hinzuaddiert. Wenn man dies über 16 Zeilen tut, so liest man nur die letzte Zeile aus (das Verschieben der Spaltenwerte erfolgt durch den Sensor selbst) und diese hat die 16-fache Belichtungszeit einer Zeile. So kann man den Fakt kompensieren, das bei einer Bodenauflösung von 1 m diese Detail schon in weniger als 1/7000-stel Sekunde an der Scanzeile vorbeigezogen ist. Kommerzielle Satelliten kommen so bis auf 30 cm Auflösung.

KH-1 (Discoverer)

Das erste Programm bekam seinen Namen nach der Schreibmaschine auf der es verfasst wurde: Corona war der Deckname des KH 1-4 Programms.

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. Die ersten 3 Discoverer Missionen dienten der Qualifizierung der Thor Agena A. Die Agena Oberstufe war in ihrer Leistung der Delta Oberstufe im zivilen Programm überlegen, Sie war wesentlich größer. Während die ersten Deltas 130 kg in einen Erdorbit beförderten lag die Nutzlast der Thor Agena A bei 850 kg. Die Nutzlast war jedoch nicht von der Agena Oberstufe getrennt sondern integriert, man benutzte die Agena Oberstufe um Bahnmanöver auszuführen und auch die Rückführung des Films zu ermöglichen.

Der 70 mm breite Film wog 36 kg und hatte eine Länge von zirka 1080 m. Der Film wurde nur an Bord belichtet, jedoch nicht entwickelt, wie es z.B. die Luna 3 Sonde oder Lunar Orbiter machten.

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 779 und 864 kg. Da die Satelliten aber fest mit der Agena A verbunden waren, entspricht dies der Gesamtmasse von Satellit und Oberstufe. Diese wog leer 544 kg. Die Thor Agena A konnte etwa 250 kg Nutzlast in den Orbit befördern. Der Durchmesser 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 ein Film mit einer Auflösung von 50-100 Linien pro Millimeter. Das theoretische Auflösungsvermögen lag je nach Bahnhöhe bei 6-7.5 m, doch die Kameras hatten jedoch keine Bewegungskompensation, so dass 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 dann durch Zündung der Rückstoßraketen in die Erdatmosphäre gebracht wurde und dann von einem Flugzeug im Flug geborgen wurde.

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. Die Entwicklung des Films fand dann am Boden statt. Untersucht wurden sie von Auswertern mit Lupen.

Die Agena A Stufe war fest mit dem Satelliten verbunden, sie und die Erfahrung mit der U-2  begründete auch den Auftrag an Lockheed, welche diese Stufe entwickelte. Anders wäre eine Thor damals nicht fähig gewesen den schweren Satelliten zu starten. Auch künftige Satelliten bis zum Programm KH-8 Gambit verwendeten die Agena Oberstufe - wenn auch auf anderen Trägerraketen. Man blieb beim bewährten und nutzte sie zur Lageregelung und Bahnanhebung. Noch 1978 startete der zivile Erderkundungssatellit Seasat - wie die Spionagesatelliten mit integrierter Agena D Oberstufe. Die Agena Oberstufe verfügt über lagerfähige Treibstoffe und war mehrfach zündbar. Sie konnte daher benutzt werden um den Orbit anzuheben und hat wahrscheinlich auch die Lageregelung des Satelliten mit übernommen.

Missionsbeschreibung

Die Missionen hatten alle Polarbahnen - um die ganze Erde abzudecken - mit niedrigsten Bahnhöhen von 158-239 km und größte Erdentfernungen von 683-1700 km. Die Mission des einzigen Satelliten der erfolgreich war, dauerte nur 1.2 Tage. Alle 15 Starts des KH-1 Programms fanden in dem kurzen Zeitraum von 21.1.1959-13.9.1960 statt. Startrakete war die Thor Agena A

Das Programm verlief äußerst unbefriedigend. Von 15 gestarteten Satelliten (Discoverer I-XV) erreichten sechs nicht einmal einen Orbit durch Versagen der Trägerrakete. Bei den anderen traten zuerst Probleme mit dem Film auf - Ursache war der Träger aus Acetat die im Vakuum spröde wurde und dann den Mechanismus blockierte - man konnte diese jedoch durch eine Polyesterbasis lösen. Dann versagte die Stromversorgung und zuletzt das System zur Bahnänderung, es zündete nicht oder erhöhte den Orbit anstatt Ihn zu erniedrigen.

Bei Discoverer XIII beschloss man daher das Fotosystem wegzulassen und mehr Instrumente zur Überwachung des Satelliten einzubauen um Telemetriedaten zu gewinnen, welche die Ursache offen legten. Bei diesem klappte dann zum ersten Mal die Rückführung der Kapsel. Bei der folgenden Mission - mit Fotoausrüstung klappte auch die Belichtung und der Rücktransport des Films. Die letzte Mission scheiterte dann wieder, die Kapsel versank im Meer. Die Ursache lag aber diesmal nicht im Satellit sondern bei der Bergung. Trotzdem zeigte die einzige erfolgreiche Mission was mit Aufklärungssatelliten möglich war - Eine einzige Mission fotografierte ein Fünftel der Sowjetunion in 8 Streifen, obgleich viele Bilder durch elektrostatische Aufladungen unbrauchbar waren.

KH-2

Die nachfolgende Serie war im Wesentlichen identisch mit der KH-1 Serie. Änderungen kamen vor allem durch die neue Oberstufe der Thor, die verbesserte Agena B. Durch doppelt so große Tanks bei der Agena B Oberstufe konnte diese Rakete nun eine maximale Nutzlast von 1163 kg befördern. Die Nutzlast stieg im Laufe des KH-2 Programms von 1090 auf 1150 kg. Die Satelliten waren also 300 kg schwerer als die KH-1 Satelliten. Damit konnte die Auflösung der Kamera auf 9 m gesteigert werden. Auch konnte nun doppelt so viel Film mitgeführt werden, durchschnittlich lieferte jede der 3 erfolgreichen Missionen 1824 m Film. (Gewicht 17-18 kg). Auch der Anteil an unbrauchbaren Bildern durch elektrische Entladungen konnte reduziert werden.

Von den 13 Missionen lieferten nun schon 3 Missionen Bilder der Sowjetunion, zusammen mit der ersten Mission deckten diese 33 Millionen km² ab. Danach war klar, das es die mysteriöse Raketenlücke nicht gab, die Sowjets verfügten nur über 27 einsatzbereite Raketen weniger als ein Viertel der vermuteten Zahl. Auch in anderen Punkten der militärischen Rüstung verfügten die Sowjets über weitaus weniger Kräfte als vermutet.

Alle Flüge (Discoverer 16-28) fanden innerhalb eines Jahres zwischen dem 26.10.1960 und 4.8.1961 statt. Die längste Einsatzdauer betrug 3.1 Tage. Viel wichtiger war, dass man nun ein einsatzbereites System hatte. Denn am 1.5.1960 war der U-2 Pilot Gary Francis Power über Swerdlowsk abgeschossen worden. Damit endeten abrupt die Spionageflüge über der Sowjetunion mit der U-2, die von Basen im Süden der Sowjetunion (Türkei, Pakistan) nach Norwegen, England oder Japan flogen. Mehr als 2 Jahre lang konnte die Sowjetunion nichts dagegen tun, da die für Höhenflüge ausgelegte U-2 zu hoch für sowjetische Abfangjäger und auch die Boden-Luft Raketen flog. Eine neue Generation von SAM Raketen konnte die U-2 aber erreichen und damit fiel diese Informationsquelle weg. Als Folge erhielt das KH Programm neue Impulse, denn nun war es das einzige Programm, das weiterhin Aufnahmen über der SU machen konnte.

KH-3

Die Verbesserung gegenüber dem Vorgänger KH-2 bestand diesmal nicht in einem größeren Gewicht - es lag mit 1150 kg so groß wie bei den letzten KH-2, sondern einer Bewegungskompensation. Der Satellit bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 7500-7800 m/s relativ zum Boden. Dadurch waren Details unter 8 m bei einer Belichtungszeit von 1/1000 Sekunde verschmiert und die Auflösung lag daher deutlich höher. Mit der Bewegungskompensation konnte nun die volle Auflösung der Kamera von 7.6 m erreicht werden. Weiterhin wurde auch eine etwas längere Brennweite und ein feiner auflösender Film verwendet. Von neun Missionen waren nun schon fünf erfolgreich. Alle neun Starts fanden zwischen dem 30.8.1961 und dem 13.1.1962 statt. Die Betriebsdauer lag zwischen 1.1 und 4.1 Tagen. Damit waren die Möglichkeit der Kamera ausgeschöpft.

KH-4

Die wesentliche Verbesserung beim Typ KH-4 war die Mitführung von zwei Kameras, die jeweils vorne und hinten montiert waren und so Stereoskopische Aufnahmen machen konnten. Dazu wurden zwei Fotos mit einem Stereokomparator auf der Erde betrachtet. Damit waren realistische Höhenschätzungen (wie hoch ist ein Gebäude, eine Rakete etc.). auch bei hohem Sonnenstand möglich. Von dieser Serie wurden sehr viele Satelliten gestartet. Masse und Trägerrakete waren identisch zu den KH.-3 Satelliten: 1150 kg Startmasse und die Thor Agena B als Trägerrakete. Die letzten 9 Missionen wurden mit der neueren Version Thor Agena D gestartet. 20 der 27 gestarteten Missionen waren erfolgreich. Nach der ersten Mission (Discoverer XXXVIII) wurden alle Satellitendaten geheim gehalten. Die zurückgeführte Filmmenge war bei den 20 Missionen des Typs KH-4 zehnmal höher als bei den 5 erfolgreichen KH-3 Missionen. Eine Filmkapsel zeigt das Foto links. Durch zwei Kameras stieg auch die Filmmenge auf das doppelte (72 kg) an.

Die KH-4 Satelliten liefen auch unter der Bezeichnung Mural nach der neuen Kamera Corona-M "M für Mural". Um Stereoaufnahmen zu gewinnen, hatten diese Satelliten zwei Kameras, um 30 Grad zueinander geneigt. Die Retrokapseln hatten ihren eigenen feststoffantrieb der sie deorbtierte. Wie bei den bisherigen Modellen führt die festverbundene Agena B die Lageregelung und das Rollen des Satelliten durch.

Alle 27 Missionen fanden im kurzen Zeitraum zwischen dem 27.2.1962 und 21.12.1963 statt, also wie bei anderen Flügen des Corona Programms einer pro Monat. Die erdnächsten Punkte waren hier deutlich näher mit 159-212 km als bei früheren Flügen.

KH-4A

Die deutlich stärkere TAT Agena D Rakete mit drei Startboostern und verlängertem Tank erhöhte die Nutzlast auf 1500 kg. Man nutzte dies um das System von KH-4 zu verbessern. Es wurden als wichtigste Neuerung zwei Rückkehrkapseln mitgeführt, wodurch die Missionsdauer auf 2 Wochen Anstieg. Die beiden Kapseln wurden nacheinander ausgesetzt in wöchentlichem Abstand. abgeworfen Auch die Filmmenge verdoppelte sich von 36 auf 72 Kilogramm.

Auch die Auflösung konnte durch einen feineren Film mit 120 Linien/mm (anstatt 50-100 Linien/mm) nun auf 3 m am Boden gesteigert werden.

52 dieser Satelliten wurden vom 25.8.1963 bis 22.9.1969 gestartet. Bis Anfang 1968 etwa im monatlichen Abstand, danach wurden nur noch einige verbliebene Exemplare "verfeuert".

Für Flächenaufnahmen befand sich auch eine 38 mm Kamera mit zirka 160 m Auflösung an Bord. Nachdem die Programme (KH-5 Argon) für eigene Satelliten für die Flächenkartierung nicht erfolgreich waren, mussten die KH-4 diese Aufgabe mit übernehmen. Die Kameras der KH Serie wurden auch in zivilen Programmen in modifizierter Form eingesetzt, so in den Mondsonden Lunar Orbiter und bei den Apollo Missionen. Während bei Apollo der Film zurückgeführt wurde, wurde bei Lunar Orbiter der Film lediglich abgetastet und die Daten zur Erde gefunkt.

Eine weitere Neuigkeit war das erstmals es zu Überlappungen gab. Die ersten KH-4A Satelliten wurden noch gestartet als die KH-4 Serie noch in Betrieb war. Vorher wurden erst alle Satelliten der alten Serie verfeuert und dann die neue Serie gestartet.

Obgleich KH-4A immer noch batteriebetrieben war hatte man die Operationszeit verlängert um den Film besser auszunutzen. Details sind durch die gescheiterte Mission Corona 1005 bekannt geworden. Corona 1005 sollte nach dem Start über 4 Tage lang betrieben werden, die erste Kapsel (Satellite recovery Capsule = SRV) füllen und ausstoßen. Danach sollte der Satellit heruntergefahren werden, alle Ventile zu Leitungen geschlossen werden und nur der Kommandoempfänger aktiv sein. In diesem "Zombie Modus" sollte er 20 Tage verbleiben und dann reaktiviert werden. Nach einem Tag wäre die Kamera dann weitere vier Tage lang betrieben worden. Da sich der Satellit auf einem 175 x 445 km hohen Orbit mit einer Umlaufszeit von 90.8 Minuten befand absolviert er in 21 Tagen genau 333 Umläufe und befindet sich über demselben Gebiet. Das bedeutet, er kann dieselbe Region erneut unter denselben Belichtungsbedingungen fotografieren und man kann durch den Vergleich der Aufnahmen Veränderungen leicht ausmachen. Den entwickelten Film hätte man dann mit dem zweiten SRV geborgen. Zumindest dieser KH-4A war also für eine Gesamtbetriebszeit von 30 Tagen ausgelegt.

Bei Corona 1005 kam es anders. Nach 350 Aufnahmen brach der Filmtransport. Kurz drauf versagte die Lageregelung der Agena. Im Orbit 47 befahl man das aussetzen des SRV. Der KH-4A Satellit empfing das Kommando, führte es aber nicht aus. Bei 26 weiteren Kontakten versuchte man die Kapsel noch abzusetzen, bis zum 20.5.1964. Man gab es auf, als der Satellit am 19.5.1964 nicht mehr antwortete. Bedingt durch de niedrigsten erdnächsten Punkt von nur 175 km Höhe hatte Corona 1005 keine sehr lange Arbeitsdauer im Orbit. Schon am 26.sten Mai 1964 trat der Satellit wieder in die Atmosphäre ein und es wurden 5 Bruchstücke beim Verglühen beobachtet. Damit war für die CIA die Sache abgeschlossen, bis am 1.8.1964 die amerikanische Botschaft in Venezuela verständigt wurde, das man Teile des Satelliten bei Farmern gefunden hatte. Es handelte sich um eines der SRV, welche sogar noch den Film enthielt. Sie war jedoch stark beschädigt. Weniger durch den Wiedereintritt, als vielmehr weil die Aufdrucke "United States" und "Secret" offensichtlich zur Untersuchung aufforderten und zudem die Kapsel mit einer dünnen Goldfolie umgeben war, welche die Hitze ableiten sollte. Die Farmer hatten auf der Suche nach weiterem Gold die Kapsel weitegehend zerlegt.

Als Folge gab es nun keinen "Secret" Aufkleber mehr bei den Kapseln, dafür einen neuen der in acht Sprachen eine Belohnung versprach, wenn man die Kapsel ungeöffnete amerikanischen Behörden übergab. Weiterhin wurde es verboten in den Kapseln Münzen zu deponieren: Man fand in einer versteckten Stelle einen Dime. Derartige Souvenirs hatte es schon bei vorhergehenden Flügen gegeben.

KH-4B

Die letzten Satelliten des Corona Programms holten das letzte aus der Thor Trägerrakete heraus. Verwendet wurde die Long Tank Thrust Augumtated Thor (LTTAT). Diese Version nutzte den Schub der drei Startbooster um mehr Treibstoff in der ersten Stufe mitzuführen. Die Startmasse der KH 4B Satelliten stieg nun auf 2000 kg an. Dies erlaubte es mehr Treibstoff mitzuführen. Bis zu 19 Tage war eine Mission aktiv.

Anstatt der grob auflösenden 38 mm Übersichtskamera des KH-4A befand sich nun eine 91 mm Kamera an Bord. Sie hatte eine Bodenauflösung von 30 m, bei einem Gesichtsfeld von 260 × 260 km.

Die Auflösung konnte durch einen extrem, feinkörnigen 70 mm Film auf 1.8 m gesteigert werden. Um dies zu würdigen muss man bedenken, das KH-4B nur eine wenig größere Linse (165 cm Durchmesser anstatt 12,2 cm, aber gleiche Brennweite) wie KH-1 hatte und die höhere Auflösung (Faktor 6) alleine durch bessere Filme, Nachführung und etwas nähere Bahnpunkte zustande kamen. Nach einigen Angaben wurden auch die Auflösung des Films von 125 auf 160 Linien/mm gesteigert.

17 Missionen fanden zwischen dem 15.9.1967 und 25.5.1972 statt. Bis auf eine waren alle erfolgreich. Inzwischen gab es ein paralleles Programm namens KH-7/ KH-8 "Gambit", welches die KH-4 ergänzte. Die Gambits waren noch mehr Detailaufklärer als die KH-4B, und erforderten daher eine größere Trägerrakete (zuerst die Atlas, später sogar die Titan). Dies erklärt auch den Rückgang der Startzahlen.

Gambit war jedoch keine Bedrohung für KH-4B, da diese erheblich kleinere Areale abbildeten und so auf die Vorarbeit der KH-4B angewiesen werden. Der Todesstoß war erst das Hexagon System KH-9 welches Detailaufklärer und Groberkundung vereinte. Nach dem ersten Start eines KH-9 wurde nur noch die verbleibenden KH-4B's verfeuert.

Das Festhalten an dem CORONA Programm, auch nachdem 1964 die ersten Starts des Nachfolgeprogrammes KH-7 Gambit begonnen hatten, zeigt auch die Bedeutung, welche die Satellitenaufklärung inzwischen für die Sicherheit der USA hatte. Sehr lange fungierte CORONA noch als Backup für das GMABIT Programm. Ein KH-4 Satellit wurde dauernd in R-7 Bereitschaft gehalten, sprich ein Start konnte 7 Tage nach einer Anforderung erfolgen. Später verbesserte man die Verfügbarkeit auf R-1, d.h. ein Start ist am nächsten Tag möglich. Erst als schon die zweite Generation der GAMBIT Satelliten (KH-8) in den Regelbetrieb ging und das KH-9 Nachfolgeprogramm beschlossen war, stellte man das CORONA Programm ganz ein.

System	Corona Detailkamera	Corona Panoramakamera	Gambit KH-7 Detailkamera	Gambit KH-8 Detailkamera	Apollo Lunar Panoramic Camera (Apollo 15-17)
Objektivdurchmesser:	16,4 cm	4 cm	49,5 cm	110,5 cm	16,5 cm
Brennweite:	61 cm	3,8 cm	195,6 cm	444,5 cm	61 cm
Blende F/D	3,5	1	4	4	3,5
Bildabmessungen (150 km Höhe)	14,4 x 217,9 km	308 x 308 km	17,67 km x variabel		338 x 21,6 km aus 110 km Höhe
Bodenauflösung:	1,8 m	162 m	0,6 bis 0,9 m		< 2 m
Blickwinkel:	5,12 Grad	70 Grad	6,4 Grad		10,46 x 108
Film:	2 ASA, 160 Linienpaare/mm	2 ASA, 160 Linienpaare/mm			135/108 Linienpaare/mm
Filmlänge:	70 mm Breite x 7.500 m		240 mm Breite, 7620 m Länge	12,7 und 24,1 cm Breite, bis 3733 m Länge	127 mm Breite, 2005 m Länge
Framegröße	54,5 x 745 mm		221,4 mm x 900 mm 300 – 600 Stereopaare pro Rolle		114,5 x 1149 mm
Belichtungszeit:	2,11 bis 3,82 ms (1/500 bis 1/250 s)
Theoretische Bodenauflösung aus 150 km Entfernung.	0,80 m		0,20 m	0,09 m	0,80 m
Abmessungen:	172, 7 x 157,5 x 165,1 cm				65 x 74,3 x 152 cm
Gewicht:	514,8 kg		500 kg + 23,6 kg Film	1873 kg (Kamera mit Film)	153 kg, davon 32,7 kg Film
Kamerahersteller:	ITEK	ITEK	KODAK	KODAK	ITEK

Teil 2 beschäftigt sich mit der zweiten, dritten und vierten Generation der Aufklärungssatelliten: KH 7/8 Gambit, KH 9 Hexagon, KH 11/12 Kennan/Crystal. Dieser Text stammt von Bernd Leitenberger
© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

Links:

http://www.nro.gov/foia/docs/foia-corona-story.pdf

http://www.techarchive.org/wp-content/uploads/2012/11/Corona-KH-4B-Satellites.pdf

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.

Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.

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