Little Joe 1B

Die Little-Joe-Serie entstand aus einer sehr einfachen Rechnung. Als die NASA nach einem Triebwerk für die Tests des Mercury-Programms suchte, stellte sie fest, dass jede Atlas etwa 2,5 Millionen Dollar kostete und selbst eine Redstone rund eine Million Dollar pro Start. Die Programmverantwortlichen wussten, dass viele Entwicklungsstarts nötig sein würden, und zu diesen Preisen war der Zeitplan nicht tragbar. Die Antwort war die Entwicklung eines eigenen Feststoff-Fahrzeugs, das rund 200.000 Dollar pro Einheit kostete und von den bereits bestehenden Anlagen auf Wallops Island aus gestartet werden konnte, ohne um eine Startrampe in Cape Canaveral konkurrieren zu müssen.

Die Idee stammte aus dem Januar 1958, als Max Faget und Paul Purser auf dem Papier festgehalten hatten, wie man vier Feststoffraketen vom Typ Sergeant – die in Wallops üblich waren – bündeln könnte, um eine bemannte Kapsel über die Stratosphäre hinauszutreiben. Im August desselben Jahres griffen William Bland und Ronald Kolenkiewicz diese vorläufigen Entwürfe wieder auf, und im Oktober bereitete ein NASA-Team die Pläne für die Struktur des Triebwerks und einer geeigneten Trägerrakete vor. Der Name entstand aus der Zeichnung selbst: Die ersten Abschnitte zeigten vier Löcher, die man mit dem Würfelwurf „little joe" (zweimal zwei) assoziierte. Später kamen vier weitere Kreise für die Recruit-Triebwerke hinzu, doch der Spitzname war bereits geblieben; die vier großen Stabilisierungsflossen des Rumpfes trugen dazu bei, ihn zu festigen. Die Namensgebung wird meist Faget am Langley-Forschungszentrum zugeschrieben.

Zwölf Unternehmen antworteten im November 1958 auf die Ausschreibung für den Rumpf. Die technische Bewertung übernahm größtenteils Langley selbst, und die Missile Division von North American Aviation gewann den Auftrag am 29. Dezember 1958, mit einer Bestellung über sieben Rümpfe und eine mobile Startrampe, deren Fertigung in Downey, Kalifornien, begann.

Die Ende 1958 festgelegten Ziele waren vier: die Dynamik der Kapsel in zunehmend größeren Höhen zu untersuchen, das Rettungssystem beim maximalen dynamischen Druck zu erproben, das Fallschirmsystem zu qualifizieren und die Such- und Bergungsmethoden zu überprüfen. Die ersten Flüge sollten Belastungen im Flug und beim Aufprall messen; die folgenden kritische Parameter bei 20.000, 250.000 und 500.000 Fuß. Zu diesen Mindestanforderungen konnten Studien zu Lärmpegeln, thermischen und Druckbelastungen, zur Trennung des Hitzeschilds und zum Verhalten tierischer Passagiere hinzukommen, sofern die knappe verfügbare Telemetrie dies zuließ. Da alle von Little Joe gestarteten Kapseln geborgen werden sollten, vereinfachte die Bordaufzeichnung das Problem erheblich.

Das Triebwerk war das erste von nur zwei Systemen, die ausschließlich zur Qualifizierung bemannter Kapseln konzipiert wurden, und eines der operativen Pionierprojekte des Prinzips der Raketenbündelung. Die vier modifizierten Sergeant-Triebwerke – je nach Modifikation Castor oder Pollux genannt – und die vier zusätzlichen Recruit-Triebwerke konnten in unterschiedlichen Sequenzen gezündet werden, sodass der Startschub stark variierte; das konstruktive Maximum lag bei knapp 230.000 Pfund, etwa 1.020 Kilonewton. Theoretisch reichte das aus, um ein etwa 4.000 Pfund (1.800 kg) schweres Fahrzeug auf eine ballistische Flugbahn von mehr als 100 Meilen Höhe zu bringen, sodass das Aufstiegsprofil dem ähnelte, das eine bemannte Atlas durchlaufen würde, und der Ruck der Rettungsrakete unter den denkbar schwersten Startbedingungen nachgewiesen werden konnte.

Der Abbruch beim maximalen dynamischen Druck – dem „max Q" – war der Schlüsseltest. Es ist der Moment, in dem das Produkt aus Luftdichte und dem Quadrat der Geschwindigkeit sein Maximum erreicht und in dem die Kapsel beim Trennen die brutalsten aerodynamischen Belastungen erleidet; es ist auch die Phase stärkster Vibration für den Insassen. Wenn der Rettungsturm dort funktionierte, würde er in jedem anderen Moment des Aufstiegs funktionieren.

Little Joe 1 sollte dies im August 1959 beweisen. Fünfunddreißig Minuten vor dem Start verlief die Evakuierung des Gebiets wie geplant, und man lud gerade die Batterien des Programmiergeräts und des Zerstörungssystems der Trägerrakete, als eine halbe Stunde vor der vorgesehenen Zeit ein Blitz auftrat. Als sich der Rauch verzog, zeigte sich, dass nur Kapsel und Turm abgehoben hatten, auf einer Flugbahn ähnlich der eines Abbruchs von der Rampe aus; das Triebwerk und der Befestigungsring des Adapters blieben unversehrt auf der Trägerrakete zurück. Nahe dem Apogäum, bei etwa 2.000 Fuß, löste sich der Ring, der den Turm mit der Kapsel verband, und die kleine pyrotechnische Rakete zum Ausstoßen des Turms zündete. Der Unfallbericht vom 18. September 1959 führte die vorzeitige Zündung des Grand-Central-Rettungsmotors auf einen elektrischen Fehler zurück – Übergangserscheinungen oder „Phantomspannungen" in einem Relaisschaltkreis – und lokalisierte den Defekt in einer Spule, deren Aufgabe es gerade war, die biologischen Proben vor einem allzu heftigen Abbruch zu schützen. Die Mission erfüllte keines ihrer Ziele.

Little Joe 1A wiederholte den Versuch am 4. November 1959. Das Drucksensorsystem sollte den Moment anzeigen, in dem der Abbruch-Staudruck erreicht war, etwa dreißig Sekunden nach dem Start, und das Signal an die Sprengbolzen senden, die die Kapsel vom Triebwerk trennten; derselbe Impuls zündete den Rettungsmotor. Bis dahin funktionierte alles, doch der Motor brauchte mehrere Sekunden, um Schub aufzubauen, und das Abbruchmanöver wurde nicht beim angestrebten dynamischen Druck ausgeführt: Es blieb bei 168 Pfund pro Quadratfuß, weit unter den rund 1.000, die für einen Start mit einer Atlas typisch sind. Der Rest des Fluges bis zur Bergung verlief ohne Zwischenfälle: 9 Statute Miles Höhe, 11 Reichweite, 2.022 Meilen pro Stunde Höchstgeschwindigkeit und 8 Minuten und 11 Sekunden Flugzeit bei einer Nutzlast von 1.007 kg. Er wurde als Teilerfolg eingestuft, und man beschloss, den Test zu wiederholen.

Dazwischen erprobte Little Joe 2 am 4. Dezember 1959 den Ausstieg eines Primaten in großer Höhe mit dem Rhesusaffen Sam an Bord: 53 Statute Miles Apogäum, 194 Reichweite, 2.150 Pfund pro Quadratfuß maximalem dynamischem Druck, 14,8 g und 3 Minuten und 13 Sekunden Schwerelosigkeit bei einem Flug von 11 Minuten und 6 Sekunden. Diese Mission erfüllte ihre Ziele, war aber ein anderer Test: ein Ausstieg in großer Höhe, nicht am Punkt der maximalen aerodynamischen Belastung. Die Schuld blieb also offen.

LJ-1B flog mit einer Boilerplate-Kapsel – einem Testmodell in echter Größe und echtem Gewicht, ohne die Systeme eines einsatzfähigen Raumschiffs – vom Typ, den McDonnell und die Langley-Werkstätten damals zur Erprobung von Bergung und Rettungsturm herstellten. Die mit dem Flug verbundene Startmasse betrug 1.007 kg, dieselbe Zahl wie bei den Schwestertests der Serie.

Die Passagierin war eine Rhesusäffin (Macaca mulatta) namens Miss Sam, die auf einem geformten Glasfaserbett montiert und in einem Behälter innerhalb der Kapsel untergebracht war. Ihr Name verwies auf den des Affen Sam, der sieben Wochen zuvor mit Little Joe 2 geflogen war. Die Anwesenheit eines Primaten und der Rettungstest waren keine konkurrierenden Ziele: Die Vorgabe der Serie lautete, Beobachtungen zum Verhalten tierischer Passagiere hinzuzufügen, wann immer die verfügbare Telemetrie dies zuließ, und ein Abbruch im max Q war gerade die Gelegenheit, zu messen, was der heftigste im gesamten Flugprofil vorgesehene Ruck einem Lebewesen antat.

Der Start erfolgte am 21. Januar 1960 von der Startrampe auf Wallops Island, mit dem fünften Little-Joe-Fahrzeug der Serie. Das von der NASA erklärte Ziel war erneut „Abbruch und Rettungstest bei max Q".

Diesmal tat das System, was von ihm erwartet wurde. Die Trennung erfolgte bei einem dynamischen Druck von 1.070 Pfund pro Quadratfuß – der von Anfang an angestrebten Größenordnung, die weder LJ-1 noch LJ-1A erreicht hatten –, die Kapsel hielt einer maximalen Beschleunigung von 4,5 g stand und erreichte eine Geschwindigkeit von 2.022 Meilen pro Stunde. Das Apogäum lag bei etwa 9 Statute Miles, umgerechnet 15,0 km, und die Reichweite bei rund 12 Meilen auf See. Zwischen dem Ende des Schubs und dem Beginn des Falls lagen 28 Sekunden Schwerelosigkeit. Der gesamte Flug, vom Start bis zur Wasserung, dauerte 8 Minuten und 35 Sekunden.

Die Kapsel wasserte vor der Küste Virginias und wurde von einem Hubschrauber des Marine Corps geborgen, der sie innerhalb von etwa 45 Minuten nach Wallops Island zurückbrachte. Miss Sam verließ den Behälter wohlbehalten. Die Schnelligkeit der Bergung war kein Nebendetail: Die Überprüfung der Such- und Bergungsmethoden gehörte seit 1958 zu den vorrangigen Zielen der Serie, neben dem Rettungstest und der Qualifizierung der Fallschirme, und jeder Flug diente dazu zu messen, wie lange das Verfahren tatsächlich brauchte, um die Kapsel zu erreichen.

Die NASA stufte die Mission als erfolgreich ein.

Der Wert von LJ-1B liegt nicht in seiner Höhe – knapp 9 Meilen – noch in seiner Dauer, sondern darin, dass er eine offene Akte schloss. Mit ihm hörte der Abbruch am Punkt maximalen dynamischen Drucks auf, eine plausible Hypothese zu sein, und wurde zu einer gemessenen Tatsache, und das Fluchtrettungssystem von Mercury wurde genau unter der Bedingung nachgewiesen, die es rechtfertigte. Die folgenden Flüge der Serie konnten sich anderen Dingen widmen.

Er markierte auch die Grenze zwischen zwei Phasen. Am 21. Januar 1960 hatten die fünf durchgeführten oder versuchten Starts vier der sechs von North American gelieferten Test-Triebwerke sowie fünf Prototyp-Kapseln aus den Langley-Werkstätten verbraucht. Es blieben zwei Triebwerke für die Qualifikationsflüge übrig, und die Space Task Group ordnete an, den siebten Rumpf – der in Downey für statische Belastungstests zurückgehalten worden war – wieder instand zu setzen, um über drei zu verfügen. Der Erfolg von LJ-1B bedeutete, dass der nächste Start, der sechste, mit dem Namen Little Joe 5, der erste sein würde, der eine echte Mercury-Kapsel aus der Fertigungslinie von McDonnell flog. In diesem Übergang von Entwicklungstests mit Boilerplate-Modellen zu Qualifikationsflügen mit dem echten Raumschiff entfernte sich die Space Task Group von der Forschung und näherte sich dem operativen Einsatz.

Das Little-Joe-Programm nutzte sieben Rümpfe für acht Flüge zwischen 1959 und 1961, von denen drei als vollständig erfolgreich galten. Von außen betrachtet ist das eine mittelmäßige Statistik; von innen betrachtet ist es genau das, was man von einem billigen Prüfstand erwartet: am Boden und mit Testmodellen scheitern zu lassen, was später mit einem Menschen an Bord nicht mehr scheitern durfte. Die offizielle Mercury-Nummerierung – zwei Buchstaben für die Trägerrakete, eine Ziffer für die Zielgruppe und ein optionaler Buchstabe zur Unterscheidung aufeinanderfolgender Versuche desselben Tests – erklärt für sich allein die Geschichte dieser Mission: Das „B" von LJ-1B besagt, dass es sich um den dritten Versuch handelte, die Ziele des Flugs LJ-1 zu erfüllen.

Das Konzept überlebte das Programm. Ein Nachfolger, Little Joe II, wurde zwischen 1963 und 1966 für die Flugtests des Rettungssystems des Apollo-Programms eingesetzt, nach derselben Logik: ein Feststofftriebwerk, billig und ohne andere Aufgabe, als zu beweisen, dass die Besatzung von dort entkommen konnte.