Big Joe 1

Als das Project Mercury begann, wog keine Konstruktionsentscheidung so schwer wie die des Hitzeschilds. Eine aus dem Orbit zurückkehrende Kapsel würde mit Orbitalgeschwindigkeit in die Atmosphäre eintreten, und ihre gesamte kinetische Energie würde sich in Wärme umwandeln: Das Fahrzeug würde überleben oder nicht, je nachdem, wie diese Energie abgeleitet wurde. Die NASA erwog zwei Lösungsfamilien, einen metallischen Wärmesenken-Schild und einen ablativen Schild, der sich während des Wiedereintritts kontrolliert verzehrte, und die Subunternehmer beider Alternativen arbeiteten parallel. Windkanäle, Plasmalichtbogen-Tests und Berechnungen gaben Vertrauen, aber keiner reproduzierte gleichzeitig die reale Größe, die reale Form und die reale Energie eines Wiedereintritts. Big Joe entstand aus diesem Mangel: ein ballistischer Flug mit der stärksten verfügbaren Rakete, fähig, eine Kapsel in Originalgröße auf Erhitzungsbedingungen zu beschleunigen, die denen der Rückkehr aus dem Orbit ähnelten.

Der Name sagt alles, wenn man ihn zusammen mit dem seines kleinen Bruders liest. Little Joe war die billige Feststoffrakete, hausgemacht von Langley, mit der Abbrüche und Höchstlasten in niedriger Höhe getestet wurden. Big Joe war, im internen Jargon, der Ablationstest mit Atlas: derselbe Geist des direkten Tests, aber mit der echten Trägerrakete und im thermischen Regime, das zählte.

Das geflogene Fahrzeug war keine Serien-Mercury. Während McDonnell Aircraft in St. Louis die einsatzbereiten Kapseln mit seinem Netz von Subunternehmern zusammenbaute – Minneapolis-Honeywell für das automatische Stabilisierungs- und Kontrollsystem, Bell für das Reaktionskontrollsystem, Collins Radio für die Elektronik und Kommunikation, AiResearch für die Umweltkontrolle –, fertigte die Space Task Group ihr eigenes Testexemplar. Die Aufteilung war eindeutig: Das Lewis-Zentrum übernahm den unteren Abschnitt, also den Druckbehälter, den Hitzeschild, die Sensoren, die Telemetrie und das Lageregelungssystem; Langley kümmerte sich in Zusammenarbeit mit Radioplane um den oberen Abschnitt, den Fallschirmbehälter und die Bergungsausrüstung.

Diese Testkapsel trug das System namens ACS, Attitude Control System. Das Kürzel ist ein aufschlussreiches Detail dafür, wie früh das alles war: ACS bezeichnete zunächst speziell die Ausrüstung der Big-Joe-Kapsel und wurde erst nach diesem Start im September 1959 zu einem allgemeinen Begriff in der Mercury-Nomenklatur, verdrängt im Serienraumschiff durch das ASCS, das automatische Stabilisierungs- und Kontrollsystem, das als Autopilot fungierte. Big Joe flog somit mit einer primitiven Version der Lageregelung, deren Aufgabe es war, die Kapsel nach der Trennung so auszurichten, dass sie mit dem Schild voran in die Atmosphäre eintrat.

Die Trägerrakete war eine Atlas D, die Nummer 10-D, ausgeliehen vom Programm der Interkontinentalraketen. Für den Flug einer Kapsel war dies eine gewichtige Entscheidung: Die Atlas war eine Rakete mit dünner, druckstabilisierter Stahlstruktur, außergewöhnlich leicht für ihre Größe und noch mitten in der Entwicklung, mit einer Bilanz von Fehlschlägen und Explosionen, die die für ihre Zertifizierung für den bemannten Einsatz zuständigen Ingenieure ernsthaft beunruhigte. Die Koordination zwischen NASA, McDonnell, der Ballistic Missile Division der Luftwaffe, Convair und der Space Task Group wurde in einem eigenen Gremium organisiert, das Punkt für Punkt die Startverfahren, die Flugbahnen und Flugpläne der beiden ersten geplanten Starts, die mechanische und elektrische Kopplung zwischen Kapsel und Rakete, die Sicherheitsverfahren der Startrampe und des Testgeländes sowie den Countdown klärte.

Nicht einmal die Startrampe war eine friedliche Angelegenheit. Die Space Task Group verlangte, dass derselbe für den Big-Joe-Start zugewiesene Komplex durchgehend verfügbar bleiben sollte, um alle folgenden Mercury-Atlas-Starts vorzubereiten; die Führung des Testzentrums der Luftwaffe, die die Anlagen des Kaps möglichst optimal nutzen wollte, zog es vor, die Starts auf verschiedene Rampen zu verteilen. Die Meinungsverschiedenheit geriet Ende Juni in eine Sackgasse, als sich Vertreter der NASA und der Advanced Research Projects Agency des Verteidigungsministeriums trafen, um zu entscheiden, welche Starts verschoben würden: Die Dringlichkeit der Interkontinentalraketen- und Frühwarnprogramme hatte Vorrang. Diese Szene beschreibt gut die tatsächliche Position von Mercury im Jahr 1959, ein gerade erst geborenes ziviles Programm, das mit den militärischen Prioritäten des Kalten Krieges um Startrampen, Radare und Schiffe konkurrierte.

Vor dem Flug wurden zwei Zündtests des Fahrzeugs durchgeführt, die übliche Praxis bei der Atlas: Die an der Startrampe verankerte Rakete wird für einige Sekunden gezündet, um die vollständige Sequenz zu überprüfen. Der erste, am 1. September 1959, endete unmittelbar nach Erreichen von T-0: Nach der normalen Zündung der Vernier-Triebwerke folgte weder die der Sustainer-Kammer noch die der Haupttriebwerke, und der Verzögerungstimer der Zündphase ordnete den Abbruch an. Weder die Rakete noch die Startrampe erlitten Schäden. Der zweite Versuch, am 3. September, verlief normal, mit korrekter Zündung, Übergang zur Hauptstufe und Abbruch durch den Timer nach einigen Sekunden Betrieb. Nachdem das Fahrzeug für tauglich erklärt worden war, wurde der Start auf den 9. September festgelegt.

Big Joe 1 startete in den frühen Morgenstunden des 9. September 1959 von der Rampe 14 in Cape Canaveral. Der erste Teil des Aufstiegs verlief normal, aber die Atlas versagte an einem kritischen Punkt ihrer Sequenz: Die Startmotorsektion löste sich nicht ab. Die Atlas war eine Anderthalbstufenrakete, und das Abwerfen dieses Triebwerksrings war unerlässlich, um das Fahrzeug vor der Endphase des Schubs zu erleichtern. Da dies nicht geschah, beschleunigte das Gespann weiter, beladen mit einer beträchtlichen Totmasse, und auch die Kapsel konnte sich nicht zum vorgesehenen Zeitpunkt trennen; die Trennung erfolgte schließlich, aber verspätet.

Die Folgen reihten sich aneinander. Die Kapsel erreichte eine geringere Höhe und Geschwindigkeit als geplant, sodass die Wiedereintrittsbedingungen weniger hart ausfielen als beabsichtigt, und sie geriet nach einer Trennung, die nicht unter den Bedingungen erfolgte, für die die Lageregelung ausgelegt war, ins Trudeln. Das System versuchte, das Fahrzeug auszurichten, und verbrauchte seinen Treibstoff, ohne die programmierte Ausrichtung zu erreichen. Hier geschah das Interessanteste des Fluges: ohne aktive Kontrolle richtete sich die Kapsel von selbst aus. Die Form der Mercury, mit ihrem stumpfen Körper und ihrem stark nach vorne zum Schild hin verlagerten Schwerpunkt, ist aerodynamisch stabil mit dem Schild voran, und genau das tat die Kapsel, als sie auf dichte Luft traf. Der Wiedereintritt erfolgte in der richtigen Lage, ohne dass irgendetwas ihn befohlen hätte.

Der ablative Hitzeschild erfüllte seine Aufgabe. Die Kapsel durchquerte die Erhitzung, entfaltete ihren Fallschirm und wasserte im Atlantik, wo sie nach einem etwa dreizehnminütigen Flug geborgen und zur Untersuchung an Land gebracht wurde. Der registrierte Höhepunkt lag bei etwa 152,9 Kilometern, und der Flug vollendete keine Umlaufbahn: Es war, konstruktionsbedingt, eine ballistische Flugbahn.

Die Bilanz von Big Joe 1 wird gewöhnlich als Teilerfolg zusammengefasst, und das zu Recht: Die Trägerrakete scheiterte bei der Trennung der Motorsektion, und das Wiedereintrittsprofil entsprach nicht dem geplanten. Doch die Mission wurde nicht nach der Atlas beurteilt, sondern nach dem Schild. Und der Schild, geborgen und untersucht, bewies, dass das ablative Konzept in Originalgröße und im echten Flug funktionierte. Damit wurden weitere Dinge bestätigt: die passive aerodynamische Stabilität der Mercury-Konfiguration, die sich von selbst ausrichtete, als der aktiven Kontrolle die Mittel ausgingen; das thermische Verhalten des hinteren Kapselkörpers; die Instrumentierung und Telemetrie, die all dies gemessen hatten; und die gesamte Bergungskette auf See, mit dem Schiff an seinem Platz und der unversehrt zurückgebrachten Kapsel.

Auch das Versagen der Atlas war eine nützliche Information, und in der Logik eines Entwicklungsprogramms ist das eine durchaus respektable Art, einen Flug zu nutzen. Die Trennung der Motorsektion wurde wieder zu einem bekannten Punkt auf der Problemliste der Rakete und wurde als solcher behandelt.

Der greifbarste Effekt von Big Joe betraf den Zeitplan. Es war vorgesehen, den Test mit einem zweiten Exemplar zu wiederholen, aber die Daten des ersten wurden für das, was man wissen wollte, als ausreichend erachtet, und die Wiederholung wurde gestrichen. In einem Programm, das chronische Verzögerungen anhäufte und in dem sich jede Startrampe und jede Atlas mit den militärischen Programmen stritt, war es keine Kleinigkeit, sich einen ganzen Flug samt Vorbereitung zu ersparen: Das setzte Ressourcen frei und brachte den Zeitpunkt näher, an dem Mercury zu Flügen mit dem Serienfahrzeug von McDonnell übergehen konnte.

Auf technischer Ebene beendete Big Joe die Diskussion über den Hitzeschild in dem Sinne, der heute offensichtlich erscheint und es damals nicht war. Es hinterließ auch eine Lehre, die sich im gesamten weiteren Verlauf des Programms wiederholen sollte: Die Form der Kapsel war ihr bestes Sicherheitssystem, denn sie garantierte die Wiedereintrittslage, selbst wenn alles andere versagte. Als 1962 und 1963 die bemannten Flüge Probleme mit der Lageregelung und dem Treibstoffverbrauch lösen mussten, war diese passive Eigenschaft immer noch vorhanden, bestätigt seit dem allerersten Flug einer Mercury-Kapsel.

Als Stück Geschichte nimmt Big Joe 1 einen eigentümlichen Platz ein: Es war der erste Flug einer Kapsel des Programms, der erste Mercury-Atlas und ein teilweises Versagen der Trägerrakete, das dennoch die Daten lieferte, die seine Existenz rechtfertigten. Unbemannte Flüge dieser Art werden selten neben den bemannten erwähnt, aber sie sind genau der Ort, an dem entschieden wurde, ob Letztere überhaupt möglich sein würden. </content>