Skylab

Skylab
Missionsemblem
Missionsdaten
Mission:	Skylab 1
Besatzung:	(drei Besatzungen zu je drei Astronauten)
Start am:	14. Mai 1973
Wiedereintritt am:	11. Juli 1979
Dauer:	6 Jahre, 58 Tage
verglüht über:	Australien
Erdumkreisungen:	34.981
vorherige Mission: Apollo 17	folgende Mission: Skylab 2

Skylab ist der Name für die erste und bisher einzige US-amerikanische Weltraumstation sowie die Bezeichnung für die Raumfahrtmissionen in diesem Zusammenhang.

Die Planung

Noch während der Vorbereitung des Apollo-Programms wurden bei der NASA bereits Überlegungen zur Zukunft der bemannten Raumfahrt angestellt. Hierzu wurde im August 1965 das Saturn/Apollo Applications Office gegründet. Dieses hatte die Aufgabe nach Nutzungsmöglichkeiten für die Apollo-Hardware zu suchen. Damit wollte man das erarbeitete Wissen der Ingenieure erhalten, die sonst nach dem Ende des Apollo-Programms entlassen worden wären. Man griff recht früh Vorschläge auf, eine Oberstufe einer Saturn-Trägerrakete zu einer Weltraumstation umzubauen und Apollo-Raumschiffe und Saturn-1B-Raketen, die nicht zum Einsatz gelangten, zum Mannschaftstransport zu nutzen.

Schon im Vorfeld hatte die NASA neue Astronauten gesucht. Dieses Mal waren nicht Testpiloten gefragt, sondern Wissenschaftler. Am 28. Juni 1965 wurden Owen Garriott, Edward Gibson, Duane E. Graveline, Joseph Kerwin, Frank C. Michel und Harrison Schmitt der Öffentlichkeit als Wissenschaftsastronauten vorgestellt.

Im Gegensatz zum Apollo-Programm, das klar die Mondlandung zum Ziel hatte, waren die Ziele des Apollo Application Programs eher vage. Es wurden viele Vorschläge erarbeitet, die Saturn-Raketen und Apollo-Raumschiffe als Grundlage hatten. Das einzige Projekt jedoch, das verwirklicht wurde, war eine erdumkreisende Raumstation mit drei Mann Besatzung. Ursprünglich plante man diese mit einer Saturn 1B zu starten und die leergebrannte S-IVB Oberstufe in mehreren Flügen zu einer Raumstation auszubauen (Konzept „wet workshop“). Es zeigte sich jedoch, dass dieses Konzept zu aufwändig war. Man schwenkte im Sommer 1969 auf den Plan um, die Raumstation am Boden zusammenzubauen und mit einer Saturn V, bei der nur die beiden unteren Stufen zum Antrieb beitrugen, zu starten („dry workshop“). Hierfür wurde die Rakete SA-513 verwendet, die zuvor für Apollo 18 vorgesehen war. Die Mission Apollo 20 wurde im Januar 1970 aus dem Mondprogramm gestrichen, weil keine Saturn V mehr zur Verfügung stand. Ab Februar 1970 wurde für die Raumstation offiziell der Name Skylab verwendet.

Die Firma McDonnell Douglas stellte 1970 zwei Exemplare der Raumstation her. Eines diente zum Training, das andere war das Flugmodell. Es gab Überlegungen, das Trainingsmodell als Skylab B ebenfalls in den Weltraum zu bringen, dies wurde aber aus finanziellen Gründen verworfen.

Der Aufbau von Skylab

Der Aufbau von Skylab

Das Weltraumlabor Skylab bestand hauptsächlich aus der zweiten Stufe der Saturn 1-B-Rakete AS-212 (identisch mit der dritten Stufe einer Saturn V), die bereits auf der Erde mit Vorräten und Ausrüstung versehen wurde. Für den Start wurden also nur zwei Stufen einer Saturn V verwendet. Dies war der erste und zugleich der letzte Start einer Saturn V in dieser Konfiguration, denn bisher war dieser Raketentyp nur für Apollo-Raumschiffe verwendet worden. Dieser Teil der Station war der Orbital Workshop (OWS). Er wog 35,8 t. Die Besatzung wohnte und arbeitete im Wasserstofftank mit einem nutzbaren Innenvolumen von 275 m³. Der Sauerstofftank wurde mit einer Schleuse ausgestattet und als Abfallgrube genutzt. Im OWS befand sich die Ausrüstung, alle Essensvorräte, die gesamten Wasservorräte und die Drucktanks für den Treibstoff zur Lageregelung. Neben den Wohn-, Schlaf- und Sanitätsräumen wurden dort auch Experimente durchgeführt, vor allem Erdbeobachtung durch ein Fenster und medizinische Untersuchungen. Der OWS hatte zwei kleine Schleusen für Experimente auf der der Sonne zu- und abgewandten Seite der Station; erstere wurde für die Reparatur des Thermalschutzes dauerhaft belegt. Das bewohnbare Volumen war mehrfach in Ess- und Ruhezonen sowie individuelle Schlafkabinen unterteilt, insbesondere mit gitterartigen Fußböden, in die sich die Astronauten mit speziellen Schuhen einhaken konnten. Durch den großen Durchmesser war ein Volumen von 280 m³ bewohnbar. Dieses Volumen wurde erst von der Mir in ihrer Endausbaustufe übertroffen.

An den OWS schloss sich der Instrumentenring der Saturn V an, der beibehalten wurde, um Veränderungen an den Startanlagen zu vermeiden. Er steuerte die Trägerrakete und gab nach dem Start, wenn Skylab in der Umlaufbahn angekommen war, die Kontrolle an die internen Computer von Skylab ab. Nach dem OWS folgte die 22 t schwere Luftschleuse, das Airlock Module (AM). Sie enthielt eine Luftschleuse zum Ausstieg, riegelte den OWS vom Docking Adapter ab, enthielt die Steuerung der Teleskope und alle Gase für die Station in Drucktanks. Ihre Breite ging von 6,7 auf 3,04 m zurück. Sie hatte eine Länge von 5,2 m und ein Innenvolumen von 17,4 m³.

Es folgte der zylinderförmige Multiple Docking Adapter (MDA). Er war 3,04 m breit, 5,2 m lang und hatte eine Masse von 6260 kg. Er hatte zwei Andockstellen für Apollo-Kommandokapseln: eine radial und eine in der Verlängerung der Längsachse. Die radiale Andockstelle war für eine Notkapsel gedacht, die man gestartet hätte, wenn eine Rückkehr mit der ersten Kapsel nicht möglich gewesen wäre, war aber funktional gleichwertig zur axialen.

Zur Sonnenbeobachtung, die ein wichtiges Ziel von Skylab war, verfügte die Raumstation weiterhin über ein Observatorium, das Apollo Telescope Mount (ATM), das nach dem Erreichen des Orbit in eine Position seitwärts an den MDA ausgefahren wurde. Es wog 11.066 kg, war 6 m breit und 4,4 m hoch. Seine Sonnenteleskope konnten auf 2,5 Bogensekunden genau ausgerichtet werden. Gesteuert wurde es vom OWS aus, wobei die Filme im Rahmen eines Außenbordmanövers (EVA) gewechselt werden mussten. Die Energieversorgung war mit vier Solarmodulen am ATM und zwei weiteren am Hauptmodul geplant. Alleine die Solarpanele des ATM hatten eine Spannweite von 31 m. Das ATM benutzte Komponenten des LM und besorgte mit seinen Drallrädern auch die Ausrichtung der gesamten Station.

Zuletzt gab es noch das angekoppelte Apollo-Raumschiff als Command and Service Module (CSM). Das CSM übernahm die gesamte Kommunikation mit der Erde, da Skylab, abgesehen von seiner Bordtelemetrie, keinen eigenen Sender hatte. Weiterhin mussten die Lebenserhaltungssysteme des CSM einmal pro Monat die Gasreinigung übernehmen, wenn die Molekularsiebe von Skylab ausgebacken wurden. Das CSM war daher integraler Bestandteil der Station.

Die Masse betrug über 90 Tonnen. Insgesamt war Skylab wesentlich größer als die sowjetische Raumstation Saljut 1, die im April 1971 gestartet worden war. Bei günstigem Sonnenstand war das Skylab mit bloßem Auge als leuchtender Punkt auch am Taghimmel zu beobachten.

Der Start von Skylab 1

Start des Weltraumlabors

Der Start dieser ersten amerikanischen Raumstation sollte am 14. Mai 1973 vom Startkomplex 39-A in Cape Canaveral erfolgen. Am Folgetag sollte die erste Besatzung mit einer Saturn-1B-Rakete von der Startrampe 39-B folgen. Die drei Besatzungen hätten die Missionsbezeichnungen Skylab 2, Skylab 3 und Skylab 4 getragen.

Die Saturn V, die für Skylab 1 verwendet werden sollte, die SA-513, war ein wenig kürzer als die Modelle, die für die Mondflüge verwendet wurden. Sie hatte keine Rettungsrakete, kein Apollo-Raumschiff und keinen Adapter für die Mondlandefähre. Außerdem nutzte diese Rakete nur zwei Stufen. An Stelle der dritten Stufe transportierte sie die Raumstation mit einer kegelförmigen Verkleidung an der Spitze. Dieser Flug war der letzte einer Saturn V.

Es war das erste Mal, dass der Countdown von zwei Saturn-Raketen gleichzeitig vorbereitet wurde. Ähnliches hatte es aber schon im Dezember 1965 gegeben, als Gemini 7 und Gemini 6 nacheinander gestartet wurden.

Die Umlaufbahn war mit einer Inklination von 50° so gewählt, dass große Teile der Landflächen der Erde überflogen wurden.

Schäden beim Start

Skylab, aufgenommen von der Besatzung der Mission Skylab 4 am 8. Februar 1974. Der fehlende Solarzellenflügel und die Hitzeschutzfolie sind gut zu erkennen

Skylab 1 hob wie geplant am 14. Mai 1973 ab. Doch schon 63 Sekunden nach dem Start empfing die Bodenstation alarmierende Telemetriesignale. Offenbar hatte sich eine Verkleidung gelöst, wodurch eines der Solarmodule und der Meteoriten- und Thermalschutzschild abgerissen wurden. Spätere Untersuchungen zeigten, dass der Fehler durch mangelnde Koordination der Konstruktionsabteilungen entstanden war (siehe Not-Invented-Here-Syndrom). Die Raumstation erreichte zwar die geplante Umlaufbahn, war aber nicht funktionsfähig.

Zwar gelang es der Flugleitung, die vier Solarmodule des Solarobservatoriums auszufahren, doch schien es Probleme mit den beiden anderen Modulen zu geben, so dass insgesamt nur etwa die halbe elektrische Leistung zur Verfügung stand. Der fehlende Meteoritenschutzschild hätte auch als Wärmeschutz dienen sollen, weshalb in der Station die Temperatur stark stieg, so dass befürchtet werden musste, dass Lebensmittel, Medikamente und Filme verdorben sein würden.

Als erste Reaktion wurde der Start von Skylab 2 verschoben, bis man sich ein klares Bild von der Situation machen konnte. Außerdem versuchte die Flugleitung, eine günstige Ausrichtung von Skylab zu erreichen. Waren die funktionsfähigen Solarzellen der Sonne zugewandt, konnte zwar genügend Energie gewonnen werden, gleichzeitig heizte sich die Station aber stark auf. Drehte man die Station so, dass die Stelle mit dem fehlenden Schutzschild im Schatten lag, gaben auch die Solarzellen zu wenig Leistung ab und der Ladezustand der Batterien nahm stark ab. Die NASA-Ingenieure hatten nun das Problem, Energiereserven, Treibstoffreserven und Temperatur der Raumstation im Rahmen zu halten. Würde es nicht innerhalb von Tagen möglich sein, die Schäden zu reparieren, wäre die Station verloren. Zwei Wochen lang wurde die Station so gesteuert, während die Skylab-2-Mission vorbereitet wurde.

Es gelang den Mannschaften während der Missionen Skylab 2 und Skylab 3, die Schäden zu reparieren. Die Station war anschließend voll funktionsfähig. Mehr über die Reparaturarbeiten (eng.: On-Orbit Servicing) in den entsprechenden Artikeln.

Besatzungen

Alan Bean während einer EVA

Drei Besatzungen aus jeweils drei Astronauten verbrachten insgesamt 513 Manntage im All. Da der Start von Skylab als Mission 1 gezählt wurde, beginnen die bemannten Missionen mit der Nummer 2:

• Skylab 2:
  • 25. Mai 1973 – 22. Juni 1973
  • Besatzung: Charles Conrad, Paul J. Weitz, Dr. Joseph P. Kerwin

• Skylab 3:
  • 28. Juli 1973 – 25. September 1973
  • Besatzung: Alan L. Bean, Dr. Owen K. Garriott, Jack R. Lousma

• Skylab 4:
  • 16. November 1973 – 8. Februar 1974
  • Besatzung: Gerald P. Carr, Dr. Edward G. Gibson, William R. Pogue

Zu den Aufgaben der Besatzungen zählten zunächst die Reparatur der beschädigten Raumstation. Ferner wurden Erkenntnisse über die Auswirkungen des Langzeitaufenthalts in der Schwerelosigkeit gewonnen. Außerdem gehörten neben einigen Tierversuchen mit Fischen und Spinnen umfangreiche Sonnen- und Erdbeobachtungen sowie Aufnahmen des Kometen C/1973 E1 (Kohoutek) zum Programm. Es zeigte sich, dass der Verbrauch an Ressourcen wesentlich kleiner war als angenommen. Die Besatzung lebte von den mit Skylab 1 gestarteten Vorräten und Nahrungsmitteln, Wasser und Gasen. Ursprünglich sollte die zweite und dritte Besatzung jeweils 56 Tage in der Raumstation verweilen. Der niedrigere Verbrauch machte aber einen Aufenthalt von 59 und 84 Tagen möglich, wobei die letzte Besatzung die Vorräte etwas ergänzte und insbesondere zusätzliche Filme mitbrachte.

Anzumerken ist, dass Skylab nicht über die (einfache) Möglichkeit einer Wiederbefüllung (durch Betankung o.ä.) verfügte, was nach späterem Verständnis wesentlich für eine Raumstation ist. Ein Teil der Ressourcen wäre allerdings, zumindest im Rahmen einer EVA, unter Benutzung der auch auf der Erde verwendeten Ventile ergänzbar gewesen.

Der Start erfolgte, wie später auch das Apollo-Sojus-Projekt, von einer mittels eines Aufsatzes verkürzten Startrampe.

Während des Betriebs von Skylab wurde eine Notmannschaft in Bereitschaft gehalten, die die primäre Mannschaft hätte retten können (Skylab-Rettungsplan). Dafür stand eine Apollo-Kapsel mit zwei weiteren Sitzen unter den originalen sowie eine weitere Saturn IB zur Verfügung. Vorgesehen war, dass Vance Brand und Don Lind zu zweit zu Skylab flogen und ihre Kameraden zurückbrachten. Diese Mission wurde nie durchgeführt, beide Astronauten kamen aber zu späteren Einsätzen.

Absturz

Nachdem drei Besatzungen die Raumstation 28, 59 und 84 Tage bewohnt hatten, wurde sie am 8. Februar 1974 durch das Apollo-Raumschiff von Skylab 4 in eine höhere Umlaufbahn geschoben. An Bord verblieb etwa ein Drittel des ursprünglichen Wasservorrats von 2720 l (entsprechend etwa 180 Manntagen), Sauerstoff für etwa 420 Manntage, und ähnliche Vorräte fast aller anderen Verbrauchsstoffe. Nach den Berechnungen der NASA sollte Skylab nach der Bahnanhebung etwa neun weitere Jahre in Funktion bleiben. Der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre wurde auf März 1983 geschätzt. Man plante zu diesem Zeitpunkt noch, dass etwa 1979 ein Space Shuttle ein Antriebsmodul an Skylab ankoppeln könnte, um das Weltraumlabor wieder in eine höhere Umlaufbahn zu bringen. Dies sollte mit der abgesagten Mission STS-2a durchgeführt werden. Allerdings gab es keine konkreten Pläne für die weitere Verwendung der Station, die aufgrund der alten Technologie problematisch gewesen wäre.

Die meisten Systeme der Raumstation wurden abgeschaltet, und Skylab umkreiste die Erde mehrere Jahre, ohne beachtet zu werden. Im März 1978 wurde der Kontakt zu Skylab wieder aufgenommen. Offenbar rotierte die Station weitgehend unkontrolliert mit einer Periode von sechs Minuten pro Umdrehung, und die Funkgeräte arbeiteten nur, wenn die Solarmodule im Sonnenlicht waren. Nach einer Woche gelang es, mehrere Batterien ferngesteuert zu laden. Der Zentralcomputer arbeitete noch zufriedenstellend, die Lageregelung war aber durch den Ausfall eines Sternensensors und den Teilausfall eines der drei Drallräder erheblich beeinträchtigt.

Es stellte sich jedoch heraus, dass Skylab schneller als berechnet sank. Grund dafür war die durch hohe Sonnenaktivität unerwartet ausgedehnte Hochatmosphäre der Erde und die dadurch erhöhte Abbremsung. Weiterhin wusste man zu diesem Zeitpunkt, dass das Space Shuttle nicht rechtzeitig fertig werden würde. Eine alternative Mission, z.B. mit einer Titan III als Träger, wurde verworfen. Am 19. Dezember 1978 gab die NASA bekannt, dass man Skylab nicht retten könne, dass man aber alles unternähme, um das Risiko von Absturzschäden zu minimieren. Hierzu arbeitete die NASA eng mit der Überwachungsbehörde North American Aerospace Defense Command (NORAD) zusammen. NASA und NORAD verwendeten unterschiedliche Berechnungsmethoden für den Wiedereintritt und kamen deshalb auf unterschiedliche Ergebnisse für Zeit und Ort des Niedergangs. Offiziell wurden aber immer die NORAD-Ergebnisse bekannt gegeben.

Die NASA plante, durch die Ausrichtung der Raumstation die atmosphärische Reibung steuern zu können, um den Absturz zu verzögern oder zu beschleunigen. Durch Fernsteuerung sollte Skylab dann zu einem bestimmten Zeitpunkt in Rotation mit bekannter Aerodynamik versetzt werden. Damit konnte in engen Grenzen die Gefahrenzone verlagert werden.

Der Absturz erfolgte dann am 11. Juli 1979. Der letzte Orbit von Skylab führte größtenteils über Wasserflächen, und die NASA gab das letzte Steuerungskommando, um die Gefahrenzone von Nordamerika weg auf den Atlantik und den Indischen Ozean zu verlagern. Tatsächlich zerbrach die Station erst später als berechnet in mehrere Teile, so dass das Absturzgebiet weiter östlich als geplant lag. Betroffen war die Gegend südöstlich von Perth in West-Australien bei Balladonia, wo Trümmer in den dunklen Morgenstunden niedergingen, ohne jemanden zu verletzen ^[1]. Verschiedene Teile wurden geborgen, in die USA gebracht und dort identifiziert, nachdem die NASA eine Belohnung für den ersten Fund ausgelobt hatte. Die Behörden der australischen Gemeinde Esperance Shire schickten der NASA einen Bußgeldbescheid über 400 Dollar, wegen unerlaubter Abfallentsorgung. Die NASA lehnte eine Bezahlung ab, erst 2009 wurde der ausstehende Betrag von einer US-Radiostation beglichen.^[2][3]

Die gesamte Mission kostete etwa 2,6 Milliarden US-Dollar.

Siehe auch

• Skylab Rescue
• Bemannte Raumfahrt
• Raumstation Mir
• Internationale Raumstation ISS
• Liste der bemannten Raumfahrtmissionen

Literatur

Die folgenden NASA-Bücher (alle auf englisch) sind online zugänglich:

• Skylab, Our First Space Station
• Living and Working in Space: A History of Skylab
• Skylab's Astronomy and Space Sciences
• A New Sun: The Solar Results from Skylab
• Skylab, Classroom in Space (beschreibt die 25 wissenschaftlichen Experimente, die von Studenten entworfen wurden)

Außerdem auf den Seiten des NASA History Office:

• Skylab: A Chronology
• Skylab: A Guidebook
• NASA Investigation Board Report on the Initial Flight Anomalies of Skylab 1

Weblinks

 Commons: Skylab – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• extrasolar-planets.com - Skylab (dt.)
• Die amerikanische Raumstation Skylab (dt.)
• Skylab in der Encyclopedia Astronautica (engl.)
• Eintrag im National Space Science Data Center (engl.)
• Fotos der NASA zum Skylab (bemerkenswert: sehr hohe Auflösung)
• Skylab Seite von Bernd Leitenberger (deu)
• NASA Images

Einzelnachweise

1. ↑ Richard D. Lyons, "Skylab Debris Hits Sea and Australia; No Harm Reported," New York Times, 12 July 1979(abgerufen 24.Dezember 2009)
2. ↑ Hannah Siemer: Littering fine paid. The Esperance Express, 17. April 2009, abgerufen am 23. September 2011 (englisch). 
3. ↑ Ian O'Neill: Celebrating July 13, "Skylab-Esperance Day". Discovery News, 14. Juli 2009, abgerufen am 24. September 2011 (englisch). 

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