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Die Little Joe

Das Rettungssystem war ein wichtiger Aspekt der Mission. Ende der Fünfziger Jahre scheiterten noch viele Raketenstarts. Die Atlas D hatte als Trägerrakete bis zum ersten bemannten Mercuryflug 19 Einsätze, davon scheiterten acht.

Andererseits war das Rettungssystem auch eine Gefahrenquelle, wenn es z. B. versehentlich ausgelöst wird. Es musste daher selbst getestet werden und dies noch vor dem ersten Flug einer unbemannten Testmission.

Dies war mit einer Redstone oder einer Atlas möglich, doch deren Herstellungskosten betrugen 1 Million bzw. 2,5 Millionen Dollar, das entspricht heute etwa der 8-fachen Summe. Dazu kamen noch die Kosten für die Startdurchführung. Maxime Faget konstruierte eine einfache Rakete, welche eine Kapsel auf knapp dreifache Schallgeschwindigkeit beschleunigen konnte. Mit dieser konnten Fluchtturm und Bergungssystem mit den Fallschirmen getestet werden. Die Litte Joe kostete nur 250.000 Dollar pro Stück. Sie war ausgelegt, bis zu 1.788 kg Nutzlast auf die Ziel­geschwindigkeit zu beschleunigen. Die geplanten Kosten des Little Joe Programms sollten bei 3,946 Millionen Dollar liegen, aufgrund der Wiederholung von Tests lagen die realen Kosten aber bei 6,512 Millionen Dollar. Dabei machen die Trägerraketen nur 3,932 Millionen Dollar aus. Der Rest entfiel auf die Startdurchführung und zahlreiche Änderungen, nachdem Flüge scheiterten, sowie die Kosten für die beiden Biopacks.

Der Aufbau war relativ simpel. In der Mitte des Gehäuses befanden sich zwei oder vier Castor Booster, die damals in der Scout als zweite Stufe verwendet wurden. Etwas später wurden sie auch bei der Thor zur Startunterstützung eingesetzt. Der Castor war noch in der Entwicklung, so konnte bei den ersten Starts das Vorgängermodell Pollux, mit demselben Gehäuse, aber einer anderen Treibstoffmischung, eingesetzt werden. Zur Unterstützung waren außen am Gehäuse Recruit Feststoffraketen der Army angebracht. Die Little Joe wurde schon im Sommer 1958 entworfen. Neben den Kosten galt es auch, den Zeitfaktor zu berücksichtigen: Die Redstone und Atlas mussten erst gefertigt werden, sie wären daher relativ spät verfügbar. Die Clusterung von Feststoffraketen versprach nicht nur eine kostengünstigere Lösung, sondern auch eine schnellere. Damit waren Fluchtturm und die Flugeigenschaften der Mercurykapsel überprüfbar, bevor die größeren Trägerraketen einsatzbereit waren. Durch die Wiederholung von Starts startete die letzte Little Joe aber erst nach den bemannten Mercury-Redstone Flügen und während der unbemannten Atlas-Mercuryflüge.

Am 21.10.1958 vergab die NASA die Ausschreibung für den Rahmen der Little Joe. Bemannte Flüge sollte sie nicht durchführen, das reduzierte die Sicherheitsanforderungen und die Gipfelhöhe sollte nach einer Revision des Aufstiegsprofils nur 160.000 anstatt 240.000 Fuß betragen. Am 21.12.1958 bekam North American den Auftrag, die Zelle zu fertigen. Ab Juni 1959 sollte alle drei Wochen eine Zelle ausgeliefert werden. Ein weiterer Vorteil der Litte Joe war, dass die Vorbereitungszeit für einen Test sehr kurz war, im Schnitt 5 bis 6 Wochen. Die Vorbereitung einer Red­stone dauerte dagegen im Schnitt 20 Wochen und die einer Atlas 30 Wochen.

Die Litte Joe bestand aus einer Zelle aus 2,5 mm dicken Aluminiumblechen, in der sich vier zylindrische Aufnahmen für Castor oder Polluxbooster befanden. An der Außenseite wurden Recruit Feststoffraketen der US-Army montiert. Alle Einsatzversionen setzten vier Recruits ein, die gemeinsam mit den Castor/Pollux gezündet wurden, aber schon nach etwa 2 s ausgebrannt waren. Daneben konnte man die Zahl der Booster in der Mitte variieren. Castor und Pollux haben in etwa denselben Gesamtimpuls, aber einen anderen Schubverlauf. Beim Castor ist er kurz nach dem Start auf einem Plateau, bis etwa 25 s nach dem Start. Beim Pollux steigt er auf ein Maximum an und fällt dann ab. Der Spitzenschub des Pollux ist daher etwas höher, die Brennzeit dagegen um 2 s kürzer.

Die Rakete hatte keine aktive Steuerung. Sehr große Finnen am Heck stabilisieren den Flug. Wenn die Rakete anfing, sich zu drehen, wirkten die Flächen der Drehung entgegen. Damit musste die Little Joe aber auch Brennschluss haben, bevor die Atmosphäre zu dünn wurde. Die Form der Aufstiegsbahn und die Gipfelhöhe wurden festgelegt, indem die Litte Joe nicht senkrecht, sondern in einem steilen Winkel von 75 bis 82 Grad gestartet wurde. Damit die Finnen effektiv wirkten, musste die Rakete möglichst schnell eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Daher zündete man beim Start gleichzeitig die Recruit-Raketen, die durch ihre kurze Brennzeit zusätzlichen Schub lieferten. Ihre Düsen waren um 12 Grad nach Außen gerichtet.

Die Castor konnten nur paarweise verwendet werden, da man die Boosterversionen für die Thor einsetzte, die eine schräg angebrachte Düse hatten. Zwei Antriebe, deren Düsen in entgegengesetzte Richtungen zeigten, verhinderten, dass sich die Little Joe vom Start weg dreht und schließlich überschlägt.

Die Bestückung war recht unterschiedlich. Die NASA führt folgende Varianten auf:

Die Little Joe Nummer entspricht nicht der Startreihenfolge, sondern dem Test:

Litte Joe III: Test eines Massenmodells der Kapsel bei maximaler aerodynamischer Belastung. Zündung des Fluchtturms in der unteren Stratosphäre, typische Gipfelhöhe 14 bis 15 km, Weite: 18 km. Der erste Little Joe Test scheiterte, weil der Fluchtturm 35 Minuten vor der Zündung der Rakete startete. Bei der Wiederholung Little Joe 1A baute der Fluchtturm zu langsam Schub auf, sodass man auch diesen Test wiederholte. Little Joe 1B erfüllte schließlich die Testvorgaben.

Die Litte Joe IV hatte die Aufgabe, die Little Joe selbst zu qualifizieren. Dazu wurde die größte Version mit vier Boostern eingesetzt. Der Fluchtturm wurde nicht getestet, das Modell der Mercurykapsel war fest mit der Little Joe verbunden.

Danach fand der Litte Joe II Start statt. Dieser Test hatte die Aufgabe, den Fluchtturm in einer Höhe zu testen, die nach Ausbrennen der Redstone erreicht wurde. Dabei wurde ein Rhesusaffe auf eine Spitzenhöhe von 88 km gebracht.

Die Little Joe I bildete den Abschluss. Es war eine Wiederholung des Tests von Little Joe III, diesmal mit den neueren Castor-Boostern und einer echten Mercurykapsel, keinem Modell. Auch hier waren wegen der vorzeitigen Auslösung des Fluchtturms durch ASIS drei Starts nötig.

Bei den Versionen mit vier Boostern zündete beim Start nur das erste Paar. Das zweite Paar zündete erst nach 23 s (Pollux) bzw. 25 s (Castor). Beim Start von Little Joe 6, dem ersten Einsatz von vier Boostern, wurden die beiden anderen vorzeitig nach 9 bzw. 18 s entzündet. Dies erfolgte durch die Verbrennungsabgase der schon laufenden Booster. Das Problem wurde durch eine zusätzliche Isolation behoben.

Alle Flüge der Little Joe wurden von Wallops Island vor der Küste Virginias gestartet. Das lag näher beim Langley Forschungszentrum, wo das Mercuryprogramm betreut wurde, als Cape Canaveral. Bei den Tests war der Startort ohne Belang. Wallops Island wurde damit zu einem US-Weltraumbahnhof. Später fanden von Wallops Island aus die Starts der Scout statt. Heute starten die Minotaur 1 und Antares von Wallops Island aus.

Das Konzept preiswerte verfügbare Feststoffantriebe zu bündeln war erfolgreich. So entwickelte man für das Apolloprogramm die Little Joe II. Sie verwandte ebenfalls unterschiedliche Feststoffantriebe. Erneut die Recruit-Motoren als Hilfsantrieb, dazu als Hauptantrieb Algol 1D Stufen. Diese waren die Erststufe der Scout, die Castor wurde als zweite Stufe der Scout eingesetzt. Die Little Joe II war daher ungefähr dreimal schwerer als die Little Joe I, da auch die Apollokapsel erheblich schwerer als die Mercurykapsel war.

Bei Feststoffantrieben unterscheidet man zwischen der Brennzeit bei einem vorgelegten Schublevel (Web) und der Gesamtbrennzeit, bis er verlöscht. Die Webbrennzeit ist die, in der der Schub einen Vorgabewert überschreitet. Der Schub fällt nach Erreichen eines Maximums erst langsam, dann stark ab. Die Rakete verlöscht, wenn ein Mindestdruck in der Brennkammer unterschritten wird. Analog kann man den Webimpuls vom Gesamtimpuls unterscheiden. Webimpuls und Webbrennzeit sind immer kleiner als Gesamtimpuls und Gesamtbrennzeit.

 
Abbildung 50: Abmessungen der Litte Joe © NASA / Bernd Leitenberger

Bücher des Autors über Trägerraketen

Wie man an dem Umfang der Website sieht, sind Trägerraketen eines meiner Hauptinteressen. Es gibt inzwischen eine Reihe von Büchern von mir, auch weil ich in den letzten Jahren aufgrund neuer Träger oder weiterer Informationen über alte Projekte die Bücher neu aufgelegt habe. Sie finden eine Gesamtübersicht aller Bücher von mir bei Amazon und hier beim Verlag.

Ich beschränke mich in diesem Abschnitt auf die aktuellen Werke. Für die in Europa entwickelten Trägerraketen gibt es von mir zwei Werke:

Europäische Trägerraketen 1 behandelt die Vergangenheit (also bei Drucklegung): Das sind die nationalen Raketen Diamant, OTRAG und Black Arrow und die europäischen Träger Ariane 1 bis 4 und Europarakete.

Europäische Trägerraketen 2 behandelt die zur Drucklegung 2015 aktuellen Träger: Ariane 5, Vega und die damaligen Pläne für Vega C und Ariane 6.

Wer sich nur für einen der in den beiden besprochenen Träger interessiert, findet auch jeweils eine Monografie, die inhaltlich identisch mit dem Kapitel in den Sammelbänden ist, nur eben als Auskopplung.

Weiter gehend, alle Raketen die es weltweit gibt, behandelnd, gehen zwei Bände:

US-Trägerraketen

und

Internationale Trägerraketen (im Sinne von allen anderen Raketen weltweit)

Auch hier habe ich 2023 begonnen, die Bände aufzusplitten, einfach weil der Umfang für eine Aktualisierung sonst weder handelbar wäre bzw. an die Seitengrenze stößt, die der Verlag setzt. Ich habe auch bei den Einzelbänden nochmals recherchiert und den Umfang erweitert. Bisher sind erschienen:

US Trägerraketen 1 mit den frühen, kleinen Trägern (Vanguard, Juno, Scout)

US Trägerraketen 2 mit der Titan-Familie

2023 wird noch die erste Auskopplung aus den internationalen Raketen über russische Träger erscheinen. Nach und nach werden alle Raketen dann in einzelnen Monografien geordnet nach Trägerfamilien oder Nationen dann aktualisiert auf den aktuellen Stand, so besprochen.

Für die Saturns gibt es noch einen Sonderband, den ersten in der Reihe über das Apolloprogramm.

Alle bisherigen Bücher sind gerichtet an Leute, die wie ich sich nicht mit oberflächlichen Informationen oder Zusammenfassung der Wikipedia zufriedengeben. Wenn sie sich nicht für Technik interessieren, sondern nette Anekdoten hören wollen, dann sind die bisherigen Bücher nichts für Sie. Für dieses Publikum gibt es das Buch „Fotosafari durch den Raketenwald“ bei dem jeder Träger genau eine Doppelseite mit einem Foto und einer Beschreibung hat. (Also etwa ein Zehntel der Seitenzahl auf den ich ihn bei den beiden obigen Bänden abhandelte). Das Buch ist anders als die anderen Bände in Farbe. Ab und an macht BOD als Print on Demand Dienstleister Mist und verschickt es nur in Schwarz-Weiß, bitte reklamieren sie dann, ich als Autor kann dies nicht beeinflussen.

Als Autor würde ich mich freuen, wenn sie direkt beim Verlag bestellen, da ich da eine etwas größere Marge erhalte. Dank Buchpreisbindung und kostenlosem Versand ist das genauso teuer wie bei Amazon, Libri und iTunes oder im Buchhandel. Über eine ehrliche Kritik würde ich mich freuen.

Alle Bücher sind auch als E-Book erschienen, üblicherweise zu ²/₃ des Preises der Printausgabe – ich würde sie gerne billiger anbieten, doch da der Gesetzgeber E-Books mit 19 Prozent Mehrwertsteuer besteuert, Bücher aber mit nur 7 Prozent, geht das leider nicht. Ein Vorteil der E-Books - neben dem einfacher recherchierbaren Text ist, das alle Abbildungen, die im Originalmanuskript in Farbe, sind auch in Farbe sind, während ich sonst - um Druckkosten zu sparen - meist auf Farbe verzichte. Sie brauchen einen pdf-fähigen Reader um die Bücher zu lesen. Sofern der Verlag nicht weiter für bestimmte Geräte (Kindle) konvertiert ist das Standardformat der E-Books ein DRM-geschütztes PDF.

Mehr über meine Bücher finden sie auf der Website Raumfahrtbuecher.de und eine Liste aller Veröffentlichungen findet sich auch bei meinem Wikipediaeintrag.

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