Apollo 5

Als sich Präsident John F. Kennedy 1961 darauf festlegte, noch vor Ende des Jahrzehnts einen Astronauten auf dem Mond landen und lebend zurückbringen zu lassen, war noch nicht einmal entschieden, wie das gelingen sollte. Ende 1962 entschied sich die NASA nach einer langen technischen Debatte für das Mondorbit-Rendezvous: Das komplette Apollo-Raumschiff sollte, angetrieben von der dritten Stufe der Saturn V, der S-IVB, zum Mond fliegen, und im Mondorbit sollten die Astronauten, die absteigen würden, in ein eigenes Fahrzeug umsteigen, das damals Lunar Excursion Module hieß und später schlicht Mondlandefähre genannt wurde. Dieses Fahrzeug würde sich vom Kommando- und Servicemodul trennen, landen, anschließend wieder starten und erneut ankoppeln; das Kommandomodul würde die Rückreise antreten, die Mondlandefähre würde aufgegeben.

Die Entscheidung machte die Mondlandefähre zum kritischen Bauteil des gesamten Vorhabens. Die NASA lud 1962 elf Unternehmen ein, sich um ihren Bau zu bewerben, und gab am 7. November jenes Jahres bekannt, dass der Auftrag an Grumman in Bethpage (New York) gehe. Es war eine Maschine ohne Vorbild: Sie musste nie in der Atmosphäre fliegen, sie sollte so leicht wie möglich gebaut werden, und ihre Zuverlässigkeit ließ keine Alternative zu, denn bei einem Versagen auf der Mondoberfläche gab es keine Rettung. Bevor jemand an Bord gehen durfte, musste man sie allein im Weltraum funktionieren sehen, und dieser Nachweis war Apollo 5.

Das Büro von General Samuel C. Phillips, dem Direktor des Apollo-Programms, hatte ursprünglich geplant, die erste Mondlandefähre im April 1967 an Bord der Apollo-Saturn 206 zu starten. Bei sechs Monaten Prüfarbeiten im Kennedy Space Center wurde die Lieferung der LM-1 für September 1966 angefordert. Die Entwicklung zog sich hin, und der Termin rutschte von Monat zu Monat nach hinten. Im Januar 1967 wurde die Trägerrakete AS-206 auf dem Startkomplex 37 aufgebaut, ohne dass bekannt gewesen wäre, wann ihre Nutzlast eintreffen würde.

Das Feuer von Apollo 1 im selben Monat ordnete alles neu. Da die bemannten Flüge ausgesetzt waren, beschloss die NASA, die AS-204 – die Saturn IB, die Grissoms Besatzung hätte befördern sollen, und die letzte mit vollständiger Forschungs- und Entwicklungsinstrumentierung – für die Premiere der Mondlandefähre zu nutzen. Die Rakete stand seit August 1966 am Cape; im März 1967 wurde sie vom Startkomplex 34 abgebaut, das von Rocco Petrone geleitete Startvorbereitungsteam untersuchte sie auf Korrosion und Schäden nach ihrer langen Standzeit auf der Plattform, und am 12. April wurde sie auf dem Komplex 37 aufgerichtet.

Da keine Mondlandefähre zum Einbauen da war, errichteten Ingenieure der NASA und von Grumman auf dem Komplex 37 ein Modell aus Sperrholz, um die Anlagen zu überprüfen. Um die Kabelführung zu simulieren, kauften sie in einem Baumarkt Hunderte Meter Gartenschlauch und zogen sie durch die Schnittstellen der Anlage bis zum Adapter. Am 12. Mai 1967 teilte George M. Low, der für das Apollo-Raumschiff Verantwortliche, der NASA-Zentrale mit, dass Grumman zugesagt habe, die LM-1 am 28. Juni zu liefern, wies aber darauf hin, dass dies schwer einzuhalten sein werde.

Die Mondlandefähre traf Ende Juni 1967 an Bord der Super Guppy von Aero Spacelines am Cape Kennedy ein, und die Stufen wurden vier Tage später verbunden. Ein vierhundertköpfiges Team unter John J. Williams, einem Veteranen der Startoperationen von Mercury und Gemini, prüfte, ob das Fahrzeug die Spezifikationen erfüllte, und überwachte anschließend die Arbeit der Grumman-Techniker. Sommer und Herbst brachten eine Abfolge von Problemen: den Austausch von Heliumreglern und Glykol-Wasser-Akkumulatoren in der Aufstiegsstufe, Mängel im Prüfsystem des Raumschiffs, Lecks in der Bodenausrüstung, Verunreinigungen in der Anlage für gasförmigen Stickstoff und eine „erhebliche Fehlausrichtung“ an der Verbindung der Treibstoff-Einlassbögen mit der Treibstoffleitung, weil die Teile für die frühere Triebwerkskonfiguration gefertigt worden waren. Grumman fertigte neue Bögen an und hatte sie innerhalb von drei Tagen in Kennedy. Die Lecks in der Aufstiegsstufe zwangen dazu, die beiden Stufen im August und erneut im September zu trennen und im Oktober wieder zusammenzufügen.

Anfang September 1967 lag die Mission etwa neununddreißig Tage hinter dem im Juli festgelegten Plan zurück, wenngleich alle bekannten Probleme bis auf einige Lecks im Antriebssystem auf dem Weg zur Lösung waren. Zum Jahresende war die Flugdokumentation nahezu fertig: Der Missionsdirektor William C. Schneider, der bei Gemini dieselbe Rolle innegehabt hatte, gab im November 1967 die Missionsregeln heraus, verteilte die Zuständigkeiten und nahm vorweg, was in nahezu jedem denkbaren Fall zu tun war. Die Mondlandefähre wurde am 19. November 1967 mit ihrer Trägerrakete verbunden, und der Flugbereitschaftstest war am 22. Dezember abgeschlossen. Anfang Januar 1968 wurde bekannt gegeben, dass Apollo 5 nicht vor dem 18. Januar starten werde. Die Vorbereitungen für den Countdown-Demonstrationstest begannen Mitte Januar, der simulierte Start fand am 19. statt, und der echte, auf zweiundzwanzig Stunden verkürzte Countdown begann am 21.

Das Raumfahrzeug von Apollo 5 glich keinem anderen Apollo. Ohne Kommando- und Servicemodul und ohne Rettungsturm war der Stapel rund 55 Meter hoch und wirkte gedrungen und gestutzt. An deren Stelle reiste die Mondlandefähre im Raumschiff-Mondlandefähren-Adapter mit der Nummer SLA-7, unmittelbar unter der Spitzenverkleidung; vier Paneele des Adapters sollten sich im Orbit nach dem Abwurf der Verkleidung öffnen, um die LM-1 freizugeben. Das Startgewicht der Gesamtanordnung, Raumschiff und Treibstoffe eingerechnet, betrug 589.413 kg.

Die LM-1 war die erste flugtaugliche Mondlandefähre. Sie hatte kein Landegestell: Bei einer Orbitalmission brauchte sie keines, und da sie ohne Hitzeschild beim Wiedereintritt zerfallen würde, sparte der Verzicht Gewicht. Nachdem im Dezember 1967 bei Tests ein Fenster der LM-5 – derjenigen, die bei Apollo 11 fliegen sollte – zerbrochen war, ersetzte die NASA die Fenster der LM-1 aus Furcht vor einem Versagen im Flug durch Aluminiumplatten. Da niemand an Bord war, wurde ein Missionsprogrammierer eingebaut, der das Raumfahrzeug aus der Ferne steuern konnte. Auch wurden nicht alle Systeme aktiviert und keine vollständigen Verbrauchsvorräte geladen: Die Hauptbatterien wurden teilweise entladen, um Überspannungen zu vermeiden, und die Sauerstofftanks des Umweltkontrollsystems wurden nur zum Teil gefüllt.

Der Flugplan war in fünfundzwanzig Prioritäten gegliedert, die von siebzehn Spezialisten überwacht wurden. Die ersten drei betrafen das „Fire in the Hole“, den Test, der dem heikelsten Teil des Versuchs seinen Namen gab: das Zünden des Aufstiegstriebwerks, solange die Abstiegsstufe noch angekoppelt war, um die strukturellen Auswirkungen, die Trenndynamik und die Stabilität bei einem simulierten Mondabbruch zu messen. Der Ausdruck stammt aus dem Bergbau, von der Warnung, die vor der Zündung einer Sprengladung gegeben wird. Es war das Verfahren, mit dem eine Besatzung von der Mondoberfläche starten würde und vor allem mit dem sie eine Landung abbrechen würde, die auf dem letzten Streckenabschnitt aus dem Ruder lief.

Die übrigen Ziele bestanden darin, die Antriebssysteme für Abstieg und Aufstieg zu betreiben und sie zu starten und abzuschalten, um die Phasen einer Landemission zu simulieren, die Stufentrennung der Mondlandefähre zu bewerten und das Verhalten der Instrumenteneinheit in ihrer Saturn-V-Konfiguration zu prüfen. Vorgesehen war, die Mondlandefähre einige Stunden lang in niedriger Umlaufbahn zu überwachen. Vorausberechnungen gaben der Aufstiegsstufe der LM-1 etwa zwei Jahre Verbleib im Orbit, bevor sie wieder eintreten und zerfallen würde, und der Abstiegsstufe etwa drei Wochen.

Der Countdown verlief nicht reibungslos. Das Laden der hypergolen Treibstoffe bereitete Verfahrensprobleme und verzögerte den Endcountdown, und zweieinhalb Stunden vor dem Start hielt der Testleiter Donald Phillips die Uhr wegen Störungen an einer Stromversorgung und in den bodengestützten Computersystemen an. Insgesamt summierte sich bei der Mission ein Halt von 228 Minuten, verursacht durch eine höher als vorgesehene Temperatur des Wasserkochers des Raumfahrzeugs – bedingt durch ein Problem bei der Freon-Versorgung der Bodenausrüstung – und durch den Ausfall einer Stromversorgung in einem Ausgaberegister des digitalen Datenerfassungssystems. Die Probleme wurden rechtzeitig gelöst, um noch vor Einbruch der Dunkelheit zu starten.

Apollo 5 hob vom Komplex 37B der Cape Kennedy Air Force Station um 17:48:08 Uhr Eastern Standard Time ab, das entspricht 22:48:08 UTC am 22. Januar 1968. Die Saturn IB verhielt sich exakt wie vorgesehen: Das Triebwerk der S-IVB schaltete nach zehn Minuten Flug ab, und der Verbund erreichte zehn Sekunden später die Umlaufbahn, mit einem Perigäum von 163 km und einem Apogäum von 222 km. Die Spitzenverkleidung wurde abgeworfen, und nach einer Trägheitsflugphase von 43 Minuten und 52 Sekunden trennten die Lageregelungstriebwerke der LM-1 diese vom Adapter und von der S-IVB-Stufe und brachten sie in eine Umlaufbahn von 167 mal 222 km.

Nach zwei Umläufen mit Prüfungen ordnete die Bodenkontrolle die erste Zündung des Abstiegstriebwerks an, vorgesehen für 39 Sekunden. Nach vier Sekunden schaltete der Apollo-Lenkcomputer das Triebwerk ab: Das Raumfahrzeug gewann nicht in der erwarteten Weise an Geschwindigkeit. Die Abschaltung war keine Panne, sondern eine gewollte Funktion, die bei einem bemannten Flug den Astronauten einen Spielraum geben sollte, die Lage zu analysieren und zu entscheiden, ob es ratsam sei, das Triebwerk erneut zu zünden und die Mission fortzusetzen.

Die Ursache lag in der Vorbereitung des Versuchs selbst. Man vermutete, dass eines der Ventile des Triebwerks undicht war, und beschloss daher, es erst im Moment der Zündung selbst, bereits im Orbit, scharf zu schalten; dadurch brauchte der Treibstoff länger bis zum Triebwerk. Unter normalen Bedingungen hätte die Zündung bei vollständig druckbeaufschlagtem Tank begonnen und die geforderte Geschwindigkeit in vier Sekunden erreicht, bei teilweiser Druckbeaufschlagung wären jedoch sechs nötig gewesen. Hinzu kam, dass die Tanks halb voll waren, was dazu beitrug, dass das Fahrzeug langsamer beschleunigte. Die Programmierer hätten die Software anpassen können, um diese Verzögerung zu berücksichtigen, doch sie wurden über die Änderung nicht informiert.

In Houston war John Hodge der leitende Flugdirektor und Eugene F. Kranz sein Stellvertreter; es war Kranz’ Team, das den Flug leitete, nachdem Apollo 5 die Startrampe verlassen hatte. Der Verzicht auf die Zündungen hätte die Mission zu einem Fehlschlag gemacht, weshalb die Missionskontrolle kurzerhand entschied, die Triebwerkstests und das „Fire in the Hole“ unter manueller Steuerung vom Boden aus durchzuführen. Es wurde ein Signal gesendet, um den Lenkcomputer abzuschalten, und das Kommando wurde dem Missionsprogrammierer übergeben, der die Manöver des Fahrzeugs steuerte. Es gab Kommunikationsprobleme mit dem Raumfahrzeug, doch das Team absolvierte alle vorgesehenen Zündungen.

Das Abstiegstriebwerk wurde noch zweimal gezündet, einmal davon 33 Sekunden lang, und das Aufstiegstriebwerk zweimal, davon einmal das Abbruchmanöver mit noch verbundenen Stufen. Nach der ersten Zündung des Aufstiegstriebwerks stieg das Apogäum der Bahn auf 961 km, das Perigäum lag bei 172 km. George Mueller meldete Administrator James Webb, dass alle Primärziele erreicht worden seien. Acht Stunden nach dem Start, als die Zündungen bereits abgeschlossen waren, verlor die Aufstiegsstufe wegen eines Problems im Lenksystem die Lageregelung und geriet in unkontrollierte Drehung.

Die Stufen blieben in Umlaufbahnen, die niedrig genug waren, dass der atmosphärische Widerstand sie in kurzer Zeit abbremste. Die Aufstiegsstufe trat am 24. Januar 1968 wieder ein und zerfiel; die Abstiegsstufe hielt bis zum 12. Februar durch, und ihre glühenden Trümmer stürzten in den Pazifik, einige hundert Kilometer südwestlich von Guam. Simulationen verorteten den Wiedereintritt der S-IVB-Stufe der Trägerrakete etwa fünfzehneinhalb Stunden nach dem Start. Es wurde kein Teil geborgen: Das war nicht vorgesehen, und die LM-1 besaß keinen Hitzeschild.

Apollo 5 räumte den Zweifel aus, auf den es ankam. Nachdem er eine vorläufige Fassung des Missionsberichts gelesen hatte, telegrafierte General Phillips an die drei Zentren für bemannte Raumfahrt, keine zweite unbemannte Mission der Mondlandefähre zu planen. Die Überführung der LM-2 und ihrer Saturn IB zum Cape wurde bis zur Zertifizierungssitzung von George Mueller ausgesetzt, die am 6. und 7. März zu dem Schluss kam, dass es keinen Grund gebe, den Test zu wiederholen. Die erste Mondlandefähre mit Menschen an Bord würde eine Saturn V starten, und dieser Flug war Apollo 9 im März 1969.

George M. Low führte den Erfolg auf zwei Dinge zurück: gute Hardware und hervorragende Flugkontrollteams unter der Leitung von Kranz. Das hieß nicht, dass die Mondlandefähre fertig gewesen wäre. Die Instabilität des Aufstiegstriebwerks bereitete von August 1967 bis Juni 1968 Sorgen; als Mueller und Phillips im Sommer 1967 den Triebwerkshersteller besuchten, kamen sie zu dem Schluss, dass Bell gute Aussichten hatte, die Probleme am Treibstoffinjektor rechtzeitig für die erste bemannte Mondlandefähre zu lösen, doch die NASA beauftragte parallel Rocketdyne mit der Entwicklung eines alternativen Injektors, einer Arbeit von rund einem Jahr, die termin- und kostengerecht erfüllt wurde. Der Wegfall eines unbemannten Flugs in einem Programm, das 1968 sechs geplante Flüge hatte, war genau die Art von Spielraum, die die NASA brauchte, um innerhalb des Jahrzehnts den Mond zu erreichen.