Little Joe 5

Als die NASA begann, die Tests des Mercury-Programms zu planen, stieß sie auf eine unbequeme Rechnung: Eine Atlas kostete in der Größenordnung von zweieinhalb Millionen Dollar pro Einheit und eine Redstone rund eine Million – Summen, die für die lange Serie von Qualifikationsflügen, die das Projekt benötigte, unmöglich zu tragen waren. Die Antwort war der Bau einer eigenen, einfachen Feststoffträgerrakete, deren Stückkosten sich im Bereich von zweihunderttausend Dollar bewegten. Diese Trägerrakete war Little Joe.

Die Idee reichte bis vor die Gründung der NASA zurück. Im Januar 1958 hatten Max Faget und Paul Purser auf dem Papier durchgespielt, wie man vier auf Wallops Island gebräuchliche Sergeant-Feststoffraketen bündeln könnte, um eine bemannte Nase über die Stratosphäre hinauszutreiben. Der Vorschlag geriet ins Stocken, doch im August 1958 griffen William Bland und Ronald Kolenkiewicz diese Vorentwürfe wieder auf, auf der Suche nach einem billigen Bündel, das Kapseln in realer Größe und realem Gewicht anheben konnte. Die Fallversuche mit Attrappen lieferten aerodynamische Daten zur dynamischen Stabilität der Konfiguration im freien Fall, doch das Äquivalent für die Antriebsphase fehlte noch. Im Oktober 1958 erstellte ein Team der Behörde die Pläne und mechanischen Berechnungen für die Struktur der Trägerrakete und einer geeigneten Startrampe.

Der Name entstand am Reißbrett. Die ersten Schnitte zeigten vier Kreise, daher der Spitzname „Little Joe“, entlehnt vom Würfelwurf des doppelten Zweiers beim Craps; die vier großen Stabilisierungsflossen, die aus dem Rumpf herausragten, machten die Wahl endgültig. Später kamen vier weitere, kleinere Kreise für die Recruit-Triebwerke hinzu, doch der Name blieb bestehen. Little Joe war die erste Rakete, die ausschließlich zur Qualifizierung bemannter Raumschiffe entworfen wurde, und eines der ersten einsatzfähigen Fahrzeuge, die nach dem Prinzip des Triebwerksbündels gebaut wurden. Zwischen 1959 und 1961 flog sie acht Mal von Wallops Island aus, stets mit demselben Ziel: das Rettungssystem und den Hitzeschild der Mercury-Kapseln auf die Probe zu stellen und vor allem das Problem zu lösen, wie man einer Explosion auf der Rampe oder während des Aufstiegs entkommen konnte.

Die ersten Flüge der Serie – Little Joe 1, LJ-6, LJ-1A, LJ-2 und LJ-1B – hatten Attrappen verwendet: in Form und Masse repräsentative Strukturen, einige mit Primaten an Bord, ausreichend, um das Konzept des Rettungssystems, die Dynamik des Raumschiffs beim Abstieg und die Funktion der Fallschirme zu überprüfen. Dieses Material erlaubte jedoch keine Aussage über das Verhalten des realen Fahrzeugs mit seiner Elektronik, seinem Sequenzsystem und seinen Trennmechanismen der Serienfertigung.

Little Joe 5 durchbrach diese Grenze. Er war der erste der Serie, der ein von McDonnell Aircraft gefertigtes Mercury-Serienraumschiff flog, die Nummer 3. Diese Kapsel hatte innerhalb des Programms bereits eine eigene Geschichte: Sie war am 29. Juli 1959 zu Langley für einen Lärm- und Vibrationstest geliefert worden und wurde über ein Jahr später, am 27. September 1960, auf der Startrampe von Wallops Island für den Flug LJ-5 aufgerichtet. Serienreife Hardware zu fliegen veränderte die Bedeutung des Tests: Es ging nicht mehr darum zu prüfen, ob das Konzept funktionierte, sondern zu bestätigen, dass die Baugruppe, die einen Astronauten tragen sollte, im schlimmsten denkbaren Moment des Aufstiegs wie erwartet reagierte.

Der Zweck des Tests bestand laut Programmunterlagen darin, das Raumschiff bei einem Abbruch zu überprüfen, der die schwersten Startbedingungen simulierte. In technische Begriffe übersetzt, sollte die strukturelle Integrität der Kapsel und des Rettungssystems bei einem Fluchtmanöver nachgewiesen werden, das beim höchsten dynamischen Druck ausgelöst wurde, der bei einem Start mit einer Atlas hin zu einer Orbitalmission zu erwarten war; ferner sollten die Funktion des Rettungssystems, des Sequenzsystems und des Bergungssystems verifiziert, die dynamischen Flugeigenschaften des Raumschiffs während des Manövers bestimmt und die Eignung der Berge- und Vorstartprüfverfahren festgestellt werden. Dieser gleiche Zielkatalog, fast wortgleich, sollte sich später in den Plänen von LJ-5A und LJ-5B wiederholen, eben weil LJ-5 keines davon erfüllt hatte.

Es lohnt sich, den kritischen Punkt hervorzuheben: Der Abbruch beim maximalen dynamischen Druck ist der Grenzfall des Rettungssystems. Wenn der Turm die Kapsel in diesem Moment wegzieht, trägt die Struktur gleichzeitig den Schub des Rettungstriebwerks, die Verzögerung des Verbunds und die aerodynamischen Lasten der Strömung. Das ist der Fall, den kein Falltest und keine Rampenprüfung reproduzieren kann.

Der Herbst 1960 war im Programm eine Zeit intensiver Aktivität. Während sich das Raumschiff Nummer 3 in Wallops vorbereitete, wurde das Raumschiff Nummer 5 zum Marshall Space Flight Center geschickt, um die Kompatibilität mit dem Triebwerk zu prüfen, und von dort nach Cape Canaveral für die Mission Mercury-Redstone 2; die Druckanzüge für den Flug trafen von B. F. Goodrich ein und wurden umgehend zur menschlichen Zentrifuge gebracht; und im Oktober absolvierten die Astronauten ihr drittes Trainingsprogramm an der Zentrifuge des Aviation Medical Acceleration Laboratory, das als letzte größere Vorbereitung vor dem ersten bemannten Mercury-Redstone-Flug galt. LJ-5 war also kein isolierter Test, sondern ein Baustein eines Zeitplans, der bereits auf den bemannten Flug zielte.

Little Joe 5 startete am Morgen des 8. November 1960 von der Startrampe LA-1 auf Wallops Island. Der Aufstieg verlief in den ersten Sekunden normal. 15,4 Sekunden nach dem Start zündeten das Triebwerk der Rettungsrakete und das Turm-Trennungstriebwerk vorzeitig, außerhalb jeder vorgesehenen Sequenz.

Was folgte, war schlimmer als eine Zündung zur falschen Zeit. Die Kapsel trennte sich nicht von der Trägerrakete. Trägerrakete, Raumschiff und Rettungsturm blieben während der gesamten ballistischen Flugbahn verbunden und trafen so auf das Wasser: Der Verbund wurde beim Aufprall auf den Atlantik zerstört. Der Flug erreichte einen Gipfelpunkt von 10,1 Meilen (16,2 km) und eine Reichweite von 13 Meilen (20,9 km) und dauerte zwei Minuten und zweiundzwanzig Sekunden vom Start bis zum Aufprall. Vom Meeresgrund wurden anschließend Trümmer der Kapsel und der Trägerrakete für die Nachflug-Analyse geborgen.

Kein Testziel wurde erreicht. Das Raumschiff Nummer 3, das mehr als ein Jahr Bodentests überstanden hatte, ging in wenig mehr als zwei Minuten verloren.

Die spätere Analyse führte das Scheitern auf mehrere mögliche Ursachen zurück, ohne sich auf eine festlegen zu können. Die erste Hypothese verwies auf das Versagen der Endschalter des Verbindungsrings zwischen Raumschiff und Adapter. Die zweite auf das Versagen der Endschalter des Verbindungsrings am Rettungsturm. Die dritte auf einen fehlerhaften Einbau dieser Schalter in einer der beiden Baugruppen.

Die drei Erklärungen teilen einen gemeinsamen Nenner, und genau darin liegt die Lehre des Fluges: Eine Handvoll Mikroschalter, die anzeigen sollten, dass ein Ring gelöst war, konnte – falsch montiert oder falsch eingestellt – das Rettungssystem vorzeitig auslösen und zugleich die Trennung verhindern, die eben dieses System bewirken sollte. Es handelte sich nicht um einen Konzeptfehler des Rettungssystems noch der Kapselstruktur; es war ein Versagen der Sensorkette und der Verkabelung, die die Sequenz steuerten. Da die Hardware beim Aufprall zerstört wurde und nur Trümmer vom Meeresgrund geborgen werden konnten, konnte die Untersuchung den Fall nicht mit einer einzigen nachgewiesenen Ursache abschließen.

Die unmittelbare Folge war, dass der Test wiederholt werden musste. Am 20. Januar 1961 wurde das Raumschiff Nummer 14 nach Wallops Island geliefert für den Abbruchtest bei maximalem dynamischem Druck Little Joe 5A, die sechste Mission der Little-Joe-Serie. Der Flug fand am 18. März 1961 statt, mit dem ausdrücklichen Ziel, die Ziele zu erfüllen, die LJ-5 mangels Trennung des Raumschiffs von der Trägerrakete offengelassen hatte.

Der Start verlief normal, doch neunzehn Sekunden später zündete der Rettungsturm vorzeitig, in einer fast identischen Wiederholung dessen, was im November geschehen war. Das Signal zur Einleitung des Abbruchmanövers wurde gesendet, und der Verbindungsring zwischen Trägerrakete und Adapter löste sich wie vorgesehen, doch das Raumschiff blieb auf der Rakete, weil das Rettungstriebwerk bereits ausgebrannt war. Die Trennung wurde mithilfe der Bremsraketen erreicht, wobei die Besonderheit bestand, dass der Befehl übermittelt wurde, bevor der Flug seinen Gipfelpunkt erreichte, an dem die Trennung eigentlich geplant war; das Ergebnis war eine ziemlich heftige Trennung. Dennoch entfalteten sich die Fallschirme bei rund vierzigtausend Fuß, und nach der Bergung stellte sich heraus, dass die Kapsel nur oberflächliche Strukturschäden erlitten hatte. So sehr, dass dasselbe Raumschiff später beim Flug Little Joe 5B wiederverwendet wurde.

Der Flug erreichte eine Höhe von 7,7 Meilen (12 km) und eine Reichweite von 18 Meilen (29 km), dauerte fünf Minuten und fünfundzwanzig Sekunden und unterwarf das Raumschiff einer Beschleunigung von 8 g. Trotz der Bergung galten auch die Testziele nicht als erfüllt: Der Abbruch hatte nicht unter den gesuchten Bedingungen stattgefunden.

Das Raumschiff Nummer 14A – dasselbe wie beim vorangegangenen Flug, wieder instand gesetzt – traf am 4. April 1961 auf Wallops Island ein für die Mission Little Joe 5B. Der Start erfolgte am 28. April 1961 von der Rampe LA-4, mit demselben Ziel wie stets: das Mercury-Rettungssystem unter Bedingungen maximalen dynamischen Drucks auf die Probe zu stellen.

Vom ersten Moment an gab es eine Anomalie. Eines der Triebwerke der Trägerrakete zündete erst vier Sekunden nach dem Start, was die Rakete auf eine niedrigere Flugbahn als geplant kippen ließ. Der Nebeneffekt war, dass das Abbruchmanöver bei höheren dynamischen Drücken ausgeführt wurde als im Testplan festgelegt. Abgesehen davon funktionierten die übrigen Sequenzsysteme wie vorgesehen, und nach der Wasserung wurde eine normale Bergung per Hubschrauber abgeschlossen. Das Ergebnis war, dass alle Testziele erfüllt und sogar übertroffen wurden: Das Raumschiff hatte höheren dynamischen Drücken standgehalten als gefordert.

LJ-5B erreichte einen Gipfelpunkt von 2,8 Meilen (4,5 km) und eine Reichweite von 9 Meilen (14 km), mit einer Dauer von fünf Minuten und fünfundzwanzig Sekunden und einer Beschleunigung von 10 g. Die Kapsel, die bei LJ-5A und LJ-5B geflogen war, ist heute im Virginia Air and Space Center in Hampton (Virginia) ausgestellt.

Gemessen an seinen eigenen Zielen war Little Joe 5 ein vollständiger Fehlschlag: Er verlor das Raumschiff, trennte die Kapsel nicht, überprüfte nichts von dem, was er überprüfen sollte, und hinterließ nicht einmal eine abschließend geklärte Ursache. Gemessen an dem, was er zum Programm beitrug, sieht die Bilanz anders aus. Der Flug stellte erstmals Serienfertigungs-Hardware unter realen Abbruchbedingungen auf die Probe und entdeckte, dass das schwache Glied nicht dort lag, wo man es überwachte – das Rettungstriebwerk, die Struktur, der Hitzeschild –, sondern in der Instrumentierung der Verbindungsringe und in deren Einbau. Dass LJ-5A das Versagen vier Monate später wiederholte, bestätigt, dass das Problem subtil war und mit der ersten Korrektur nicht behoben wurde.

Das veranschaulicht auch die Logik der gesamten unbemannten Mercury-Serie. Little Joe existierte genau dafür, dass solche Fehler über dem Atlantik und mit leerer Kabine geschahen, zu Kosten pro Flug, die weit unter denen einer Atlas lagen. Eine vorzeitige Zündung des Rettungstriebwerks fünfzehn Sekunden nach dem Start, bei einer Kapsel, die sich nicht trennen konnte, wäre bei einem bemannten Flug ein tödlicher Unfall gewesen. Als Alan Shepard am 5. Mai 1961 den ersten bemannten Mercury-Redstone-Flug absolvierte, war das Rettungssystem, das er an Bord hatte, unter anderem dank dessen verfeinert worden, was dem Raumschiff Nummer 3 an jenem 8. November 1960 widerfahren war.