Buran (Raumfahrtprogramm)

Das sowjetische Buran-Raumfahrtprogramm (russisch Буран für Buran – Schneesturm, Betonung auf der zweiten Silbe) begann 1976 am ZAGI als Antwort auf das amerikanische Space Shuttle. Der Name leitet sich aus dem Namen der ersten Raumfähre Buran 1.01 (Schneesturm) ab, wird aber auch für das gesamte sowjetische Raumfährenprogramm verwendet. Das Projekt war das größte und teuerste Einzelprojekt in der sowjetischen Raumfahrt. Es kam aus finanziellen Gründen nur zu einem einzigen unbemannten Einsatz. Zeitweise arbeiteten bis zu 30.000 Menschen an dem Projekt. Die Raumfähre wurde, ebenso wie die für den Start benötigte Trägerrakete Energija, vom OKB-1 Koroljow (Experimental-Konstruktionsbüro-1, heute RKK Energija) und NPO Molnija entwickelt unter Leitung von Walentin Gluschko (Energija, Gesamtprojekt) und Gleb Losino-Losinski (Buran). Das Buran-Programm wurde 1993 offiziell eingestellt.

Der Buran-Orbiter ähnelt äußerlich dem Space Shuttle, weist aber eine Reihe konzeptioneller Unterschiede auf.

Hintergrund

Das sowjetische Raumfährenprogramm hat seine Wurzeln in frühen Raumfahrtprojekten der 1950er Jahre. Die Idee für wiederverwendbare Raumflugkörper, obwohl recht alt, wurde in der Zwischenzeit durch die sowjetische Raumfahrt weder konsequent verfolgt noch zentral organisiert. Vor Buran wurde kein Projekt bis zur Serienreife geführt.

Erste Ideen tauchten schon beim Marschflugkörper Burja auf, der aber die Prototypenphase nie verließ. Einige Testflüge wurden durchgeführt, bevor das Projekt von der politischen Führung eingestellt wurde. Burja sollte eine Nuklearwaffe bis auf amerikanisches Territorium bringen und anschließend wieder zur Basis zurückkehren können. Die Einstellung des Programms erfolgte, da Interkontinentalraketen als erfolgversprechender eingeschätzt wurden. In den frühen 1960er Jahren wurde das Spiral-Projekt gestartet, das aber auch nicht über den Prototypenstatus hinauskam. Einige Erfahrungen aus diesem Projekt wurden jedoch auf das Buran-Programm übertragen.

Das Buran-Raumfahrprogramm begann in den frühen 1970er Jahren als Antwort auf das US-amerikanische Space Shuttle. Nach der Einstellung der Arbeiten an der N1-Mondrakete und der Entlassung Mischins 1974 wurden das OKB-1 und KB EnergoMash als NPO Energija unter Leitung von Gluschko zusammengelegt. Gluschko galt als Verfechter eines Konzepts für eine überschwere modulare Trägerrakete. Nachdem NPO Energija nun praktisch das gesamte sowjetische Raumfahrtprogramm kontrollierte, begannen die Entwicklungen an der später als Energija bekannten Trägerrakete. Zu diesem Zeitpunkt existierten aber noch keine konkreten Pläne für die spätere Verwendung.

Nach dem Start der Arbeiten am amerikanischen Space Shuttle befürchtete die sowjetische Staatsführung, bei einer militärisch nutzbaren Technologie den Anschluss zu verlieren und drängte auf die Entwicklung eines analogen Systems. Während sowjetische Ingenieure eine kleinere Version auf Basis eines Tragrumpf-Designs bevorzugten, wurde frühzeitig politisch Einfluss genommen und aus Prestigegründen auf eine Kopie des Space-Shuttle-Designs gedrängt.

Am 17. Februar 1976 unterzeichneten das Zentralkomitee und der Ministerrat ein formales Dekret über das Buran-Programm. Es sah die Entwicklung und Produktion eines wiederverwendbaren Trägersystems vor, das Trägerrakete, Raumfähre, Raumtransporter und umfangreiche Bodenanlagen einschloss. NPO Energija unter Leitung von Gluschko wurde die Gesamtprojektleitung übergeben. Mit Gleb Losino-Losinski wurde der ehemalige Leiter des Spiral-Projektes mit der Entwicklung der Raumfähre beauftragt. ^[1]

Da zugängliche NASA-Veröffentlichungen in der Fachliteratur zu Kosten des Space-Shuttle-Konzepts als übertrieben optimistisch eingeschätzt wurden, war ein starker militärischer Hintergrund vermutet worden. Als Teil der Konkurrenz zu Zeiten des kalten Krieges hatte deshalb auch das Buran-Programm einen militärischen Hintergrund, um die enormen Kosten zu rechtfertigen. Konsequenterweise gab es deshalb konkrete militärische Nutzungsstudien für Buran, die über den reinen Transport militärischer Satelliten hinausgingen. Buran wurde somit auch als potentielle Waffenplattform sowie zur Installation und Unterhaltung möglicher militärischer Kampfplattformen im Orbit als Antwort auf das amerikanische SDI-Programm konzipiert ^[2].

Entwicklung

Buran auf der Antonow An-225, Pariser Luftfahrtschau im Juni 1989

Aufgrund von ungenauen Systemdefinitionen und internen Machtspielen kam die eigentliche Entwicklung des Orbiters erst Anfang der 1980er Jahre in Gang.

OK-GLI auf Binnenschiff: Transport ins Technik-Museum Speyer auf dem Rhein in Höhe Düsseldorf-Benrath

Zuerst wurden verschiedene Mock-ups für verschiedene Systemtests gebaut. Besonders bemerkenswert ist OK-GLI, das 1984 für Flugtests gebaut wurde. Es war mit vier AL31-Strahltriebwerken ausgerüstet und konnte damit selbstständig abheben.

Parallel dazu wurden Tests des Hitzeschildes durchgeführt. Dazu wurden unter dem Namen BOR-4 zuerst Versuche mit verkleinerten Testversionen des Gleiters des ehemaligen MiG-105/Spiral-Programms durchgeführt. Da die Aerodynamik dieses Gleiters völlig anders ist, wurden weitere Testflüge mit einem 1:8 Modell des Buran-Raumfährentyp als BOR-5 durchgeführt. Bei diesen konnte sich der neuentwickelte Hitzeschutz bewähren. Die verwendeten Materialien TZMK-10 und TZMK-25 erwiesen sich den analogen Materialien des US-Space Shuttle als ebenbürtig, teilweise wurden deren mechanische Eigenschaften auch deutlich übertroffen^[3].

Die erste eigentliche Raumfähre Buran 1.01 (11F35 K1) wurde 1986 gebaut. Nach dem erfolgreichen Test der Trägerrakete Energija am 15. Mai 1987 erfolgte am 15. November 1988 der erste und einzige Start des Buran-Energija-Systems. Der unbemannte Flug endete erfolgreich mit einer automatischen Landung nach zwei Erdumkreisungen.

Die zweite Fähre Buran 1.02 (11F35 K2), deren Fertigstellung für 1990 geplant war, sollte eigentlich 1991 den Flugbetrieb aufnehmen. Dazu kam es jedoch nie. Der Bau dreier weiterer modifizierter Fähren (Buran 2.01 bis 2.03) wurde begonnen, jedoch nach dem Ende des Programms eingestellt.

Als Teil des Programms wurden zwei Ausweichlandeplätze mit einem speziellen Landeleitsystem in der Nähe von Simferopol auf der Krim und ca. 150 km entfernt von Wladiwostok bei Chorol eingerichtet.^[4]

Ende

Durch den Tod Gluschkos Anfang 1989 verlor das Programm seinen einflussreichsten Verfechter. Nach Budgetproblemen und dem Ende des Kalten Krieges wurde das Programm 1993 offiziell eingestellt. Auch verschiedene Versuche, das Programm wiederzubeleben oder die Ergebnisse kommerziell zu vermarkten, schlugen fehl.

Buran 1.01 wurde in der Montagehalle „MIK-112“ auf dem Weltraumbahnhof in Baikonur gelagert und am 12. Mai 2002 mitsamt der Energija-Trägerrakete zerstört, als die Decke des Hangars bei mangelhaft ausgeführten Reparaturarbeiten einbrach. Dabei starben 7 Arbeiter^[5]. Ptitschka 1.02, so der inoffizielle Name der Fähre, befindet sich in Baikonur in einer Halle (MIK Gebäude 80, Area 112A). Die beiden anderen, nicht fertiggestellten Orbiter 2.01 (11F35 K3) und 2.02 (11F35 K4) lagern in der Tuschino-Fabrik in Moskau. Der nur teilweise gebaute Buran 2.03 (11F35 K5) wurde unmittelbar nach der Terminierung des Programms abgewrackt ^[6].

Technik

Modell von Energija/Buran

Trägersystem

→ Hauptartikel: Energija

Im Gegensatz zum Space Shuttle hat der Buran-Orbiter keine Haupttriebwerke. Als Trägersystem kommt die auch als eigenständiges System einsetzbare Zweistufenrakete Energija zum Einsatz. Die Hauptstufe wird nach dem Start in großer Höhe abgetrennt und geht so verloren. Lediglich die Booster waren als wiederverwendbare Bauteile ausgelegt. Durch die Auslegung als eigenständiges System konnte Energija aber auch als Trägerrakete für andere Nutzlasten verwendet werden. Die Anzahl der Booster war dazu zur Anpassung an unterschiedliche Nutzlastgewichte und Bahnhöhen zwischen zwei und maximal acht variierbar. In der Konfiguration mit Buran als Nutzlast wurde Energija mit vier Boosterstufen ausgerüstet.

Orbiter

Der Buran Orbiter hat eine Gesamtlänge von 36,37 m, eine größte Rumpfbreite von 5,5 m, eine Flügelspannweite von 23,92 m und eine maximale Höhe von 16,52 m. Das maximale Startgewicht betrug 105 t bei einer Nutzlast von bis zu 30 t. Es konnten bis zu 14 t Treibstoff für die Manövrier- und Bremstriebwerke mitgeführt werden. Das Landegewicht konnte 82 t betragen, dabei waren bei einer Landegeschwindigkeit von 312 km/h 15 t Nutzlast und bei 360 km/h 20 t Nutzlast zulässig. Das System war also für eine höhere Nutzlastkapazität im Vergleich zum US-amerikanischen System ausgelegt. Die Fähre hatte theoretisch Platz für zehn Personen (zwei bis vier Besatzung plus sechs Passagiere^[7]). Allerdings sollen technische Probleme die Fertigstellung der bemannten Version verhindert haben, so beim Bordcomputer und dem Lebenserhaltungssystem, das seit den früheren Projekten der sowjetischen Raumfahrt kaum weiterentwickelt worden war. Am Ende der Entwicklung gab es aber vor allem Budgetprobleme.

Zum Vergleich mit dem Space Shuttle siehe auch: Vergleich von Buran und Space Shuttle

Hitzeschild

Der Hitzeschild besteht ähnlich wie beim Space Shuttle^[8] an der Orbiter Unterseite und anderen stark thermisch belasteten Bereichen aus etwa 38.800 einzelnen keramischen Kacheln aus Quarzfasern (TZMK-10/TZMK-25'). Die Kacheln sind mit einem Filzsubstrat mit der eigentlichen Oberfläche verklebt. Kleine Spalten zwischen den Kacheln ermöglichen die Wärmeausdehnung, da sich die Kacheln beim Wiedereintritt teilweise bis auf 1600 °C erhitzen. Ein großes Problem stellte dabei die Versiegelung des eigentlich hochporösen Keramikmaterials gegen Feuchtigkeit dar.

Rumpfspitze und Tragflächenvorderkanten sind mit großen Keramikelementen auf der Basis von Kohlenstoff und Borsilikat (GRAVIMOL, GRAVIMOL-B / Carbon-Carbon) verkleidet. Diese Elemente sind hohl und mit thermisch isolierten Verbindungen an der Fähre befestigt. Die Spalten zwischen den Elementen sind mit filz- oder bürstenartigen Füllungen aus keramischen Fasern gefüllt, behindern aber die Wärmeausdehnung der Kacheln nicht^[3].

Wenig belastete Bereiche (Temperatur < 370 °C; z. B. Rumpfoberseite, Oberseite der Tragflächen) sind mit flexiblen Matten aus organischen Fasern ('ATM-19PKP') geschützt.

Die Orientierung der Kacheln wurde bei Buran anders als beim Space Shuttle gewählt. Durchgehende Fugen sind hier rechtwinklig zur Strömungsrichtung ausgerichtet. Kurze Fugen (die Kacheln sind in versetzten Reihen angeordnet) liegen in Strömungsrichtung. Man versprach sich von dieser Anordnung bessere aerodynamische Eigenschaften und geringere mechanische und thermische Belastungen des Hitzeschildes^[9]. Beim Space Shuttle sind die Fugen diagonal ausgerichtet.

Weiterverwendung der Buran-Technik

Die beim Buran-Programm entwickelte Technik wurde mit der Einstellung des Programms teilweise an anderer Stelle wiederverwendet. So wurde die Zenit-Rakete, die zu etwa 75 % den vier Energija-Boostern entsprach, ein großer Erfolg, deren RD-170-Triebwerk wird z. B. modifiziert als RD-180 bei der US-amerikanischen Atlas-Rakete verwendet. Die in der Entwicklung befindliche russische Rakete Angara soll ebenfalls ein RD-170-Derivat antreiben. Die Photon-Brennstoffzelle des Buran wurde in einer modifizierten Version als Antrieb für ein russisches Niva-Brennstoffzellenauto 2001 auf der Moskauer Automesse vorgestellt. Auch das komplette Andocksystem wurde fast identisch für das Space Shuttle und die Shuttle-Mir-Missionen übernommen und ist bis heute beim ISS-Programm im Einsatz. Die Landebahn Jubileiny, die ursprünglich nur für Buran gebaut wurde, wird heute von internationalen Transportflugzeugen angeflogen, meist beladen mit kommerziellen Satelliten.

Liste der Buran-Orbiter- und Prototypversionen

Orbiter

Name / Baujahr	Nr. (GRAU-Index)	Erstflug	Einsatz	Bemerkung
Buran 1.01 OK-1K / (1986)	1.01 (11F35 K1)	15. November 1988	Unbemannter Testflug, zwei Umkreisungen, automatische Landung	Einziger Flug eines Shuttles des Buran-Programms ins Weltall (Flugzeit: 2 Stunden, 20 Minuten), zerstört beim Einsturz einer Lagerhalle in Baikonur am 12. Mai 2002 [10][11][12] (45° 55′ 41″ N, 63° 17′ 53″ O45.92805555555663.298055555556) ursprünglich Baikal benannt[13]
Buran 1.02 OK-2K / (1988)	1.02 (11F35 K2)	–	Etwa 95 % fertiggestellt	Verbleib : Kosmodrom Baikonur im MIK Gebäude [14]
2.01 OK-3K	2.01 (11F35 K3)	–	nicht fertiggestellt	Verbleib: Seit 2004 unter offenem Himmel in Tuschino in einem Außenlager des Molnija-Werks (nahe Chimki bei Moskau)[15][16][17][18]. Am 22. Juni 2011 auf einen Schubleichter gesetzt[19], um auf der MAKS 2013 in Zhukovsky ausgestellt zu werden[20]. In der Nacht auf den 23. Juni 2011 auf der Moskwa gesichtet[21].
2.02 OK-TK(?)	2.02 (11F35 K4)	–	nicht fertiggestellt	NPO Molnija, Moskau (Verbleib: teilweise demontiert)
2.03	2.03 (11F35 K5)	–	nicht fertiggestellt	NPO Molnija, Moskau (Verbleib: verschrottet)

Prototypen

OK-GLI

OK-TWA

BOR-5

Name / Baujahr	Einsatz/Zweck	Verbleib	Bemerkung
0.01 OK-M / (1982)	statische Tests	Kosmodrom Baikonur (45° 55′ 10″ N, 63° 18′ 36″ O45.91944444444463.31)	[22] [23]
0.02 OK-GLI / (1984)	atmosphärische Flugtests	Technik-Museum Speyer, D, Rheinland-Pfalz	25 bemannte Testflüge innerhalb der Erdatmosphäre Neun Rolltests
0.03 OK-KS	RKK Energija, Moskau
0.04 OK-MT / (1983)	Besatzungs- und Wartungstraining, Dokumentation	Kosmodrom Baikonur
0.15 OK-TWA	thermische, mechanische und akustische Tests	Gorki-Park, Moskau[24] (55° 43′ 43″ N, 37° 35′ 48″ O55.72861111111137.596666666667)	Innenraum ist begehbar, wird als Kino genutzt [25], [26]
0.05		Zentrales Aerohydrodynamisches Institut, Moskau	Nur einzelne Baugruppen sind verblieben
0.06		Forschungsinstitut für Maschinenbau, Sagorsk bei Moskau	[27]
0.08 OK-TVI	Strahlungs- und Temperaturtests	?	Verbleib: unbekannt
Verwandte Modelle und Raumgleiter
BOR-4	Testmodell auf Grundlage des Spiral-Raumgleiters	NPO Molnija, Moskau	1:2-Modell, fünf Starts
BOR-5	Suborbitales 1:8-Modell von Buran	BOR-5 505 Technik-Museum Speyer, D, Rheinland-Pfalz	Fünf Starts, keine Wiederverwendung, aber vier wurden nach dem Testflug geborgen

Siehe auch

• Antonow An-225 - Größtes Flugzeug, gebaut zum Transport der Buran
• Raumstation Mir
• Dyna-Soar
• Hermes (Raumfähre)
• Sänger (Raumtransportsystem)
• Hope X
• Kliper

Literatur

• Bart Hendrickx, Bert Vis: „Energiya-Buran: The Soviet Space Shuttle“, 2007, ISBN 0-387-69848-5
• Ju. P. Semjonow, G. E. Losino-Losinskij, W. L. Lapygin, W. A. Timtschenko: „Buran: Sowjetischer Raumgleiter“, 2006, ISBN 3-933395-80-1

Weblinks

 Commons: Raumfähre Buran – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Offizielle Webpräsenz des Herstellers NPO Molniya (russisch/englisch)
• Energia und Buran im Raumfahrer.net
• Filmbericht über die Buran (deutsch)
• buran-energia.com Private Website mit vielen Informationen (englisch)
• Video des Transportfluges der Buran mit der Antonov 225 (ab Minute 8 nach Rollout und Erstflug der Antonov).
• Umfassende Seite zu Buran und Energia
• Detailvergleich von Buran mit Space Shuttle

Quellen

1. ↑ Birds of a Feather? How Politics and Culture Affected the Designs of the U.S. Space Shuttle and the Soviet Buran by Stephen J. Garber (PDF)
2. ↑ http://www.buran-energia.com/bourane-buran/bourane-but.php
3. ↑ ^{a b} 'The Heat Protection Structure of the Reusable Orbital Spaceship' by Dr. Gofin M.Ya. (doc/zip)
4. ↑ Ausweichlandeplätze für die Buran
5. ↑ Buran - End of an adventure
6. ↑ Soviet Buran Space Shuttle (englisch)
7. ↑ Buran Orbiter
8. ↑ Space Shuttle TPS (englisch)
9. ↑ 'Thermal Designing of the BURAN Orbital Spaceship' by Voinov L.P.
10. ↑ Bild der zerstörten Buran
11. ↑ Das Ende von Buran: Halle 112 stürzt ein und zerstört Buran mitsamt Energija-Trägerrakte, 7 Tote
12. ↑ Bilder der zerstörten Buran
13. ↑ http://www.buran-energia.com/bourane-buran/bourane-modele-101.php
14. ↑ Bild von Buran 1.02
15. ↑ http://englishrussia.com/2008/07/30/where-do-shuttles-go/
16. ↑ http://maps.google.com/maps?q=moscow&ie=UTF8&t=k&om=0&hl=en&ll=55.841374,37.466115&spn=0.001422,0.003455&z=18&hl=en
17. ↑ http://www.5-tv.ru/news/33014/
18. ↑ http://www.vesti.ru/doc.html?id=395709
19. ↑ http://www.buran-energia.com/blog/wp-content/uploads/2011/06/5859100207_bacdfeb4f3.jpg
20. ↑ http://www.buran-energia.com/blog/category/bourane/buran-OK-201/lang-pref/en/
21. ↑ http://www.tagesschau.de/multimedia/bilder/buran102_v-grossgalerie16x9.jpg
22. ↑ OK-M
23. ↑ OK-M (2)
24. ↑ Gorki: [1] (englisch)
25. ↑ Bild
26. ↑ Bild Innenraum
27. ↑ 0.06