Little Joe 5A

Little Joe 5 war der erste Flug der Serie, der eine McDonnell-Serienkapsel des Typs Mercury anstelle einer strukturellen Attrappe verwendete. Das Raumschiff Nummer 3, ursprünglich im Juli 1959 zu Lärm- und Vibrationstests an Langley geliefert, wurde am 27. September 1960 auf der Startrampe von Wallops Island aufgerichtet, und der Flug fand am 8. November desselben Jahres statt, mit dem Ziel, die Kapsel bei einem Abbruch zu prüfen, der die schärfsten Startbedingungen simulierte.

Der Aufstieg verlief normal bis 15,4 Sekunden nach dem Start, als das Triebwerk der Rettungsrakete vorzeitig zündete. Die Sequenz geriet vollständig durcheinander: Die Kapsel trennte sich nicht von der Trägerrakete, und das gesamte Gebilde wurde beim Aufprall auf den Ozean zerstört. Nur Trümmer des Raumschiffs und der Trägerrakete wurden vom Meeresboden für die spätere Analyse geborgen. Der Flug erreichte etwa 16,2 km Höhe und eine Reichweite von etwa 20,9 km, weit entfernt vom vorgesehenen Profil.

Die Analyse der NASA kam zu keiner einzigen Ursache, sondern zu drei Möglichkeiten, die auf dieselbe Komponente hindeuteten. Die erste war das Versagen der Endschalter des Haltrings zwischen Raumschiff und Adapter. Die zweite war das Versagen der entsprechenden Schalter am Ring des Rettungsturms. Die dritte war ein fehlerhafter Einbau dieser Schalter in einer der beiden Positionen, sodass Vibration oder strukturelle Verformung während des Aufstiegs sie von selbst hätten schließen und die Rettungssequenz vorzeitig auslösen können. Da die Testziele nicht erreicht worden waren, wurde beschlossen, die Mission zu wiederholen.

Die für den zweiten Versuch gewählte Kapsel war die Nummer 14, ebenfalls eine Serienkapsel, die am 20. Januar 1961 zum Abbruchtest bei maximalem dynamischem Druck nach Wallops Island geliefert wurde. Diese Wahl war nicht nebensächlich: den Test mit einem Serienraumschiff und nicht mit einer Attrappe zu wiederholen, war die einzige Möglichkeit, Schlüsse über das tatsächliche Verhalten der Struktur zu ziehen, die mit einem Astronauten an Bord fliegen sollte.

Die konsultierten institutionellen Quellen beschreiben das Scheitern von LJ-5 und die Entscheidung, den Flug zu wiederholen, gehen aber nicht darauf ein, welche konkreten Änderungen vor LJ-5A an den Endschaltern, ihrem Einbau oder der Verkabelung der Rettungssequenz vorgenommen wurden. Dieser Punkt bleibt als Lücke dokumentiert: Das Ergebnis des Flugs legt nahe, dass die getroffenen Maßnahmen nicht ausreichten, doch die genaue Art dieser Maßnahmen wird hier mangels Quelle nicht behauptet.

Der Programmkontext war in jenen Wochen von größtem Druck geprägt. Am 31. Januar 1961 war Mercury-Redstone 2 mit dem Schimpansen Ham an Bord geflogen, ein Flug, bei dem der Antrieb über den Erwartungen lag und der eine Überarbeitung des Zeitplans der bemannten suborbitalen Missionen erzwang. Am 21. Februar war Mercury-Atlas 2 ein Erfolg gewesen. Die erste bemannte Mission, Mercury-Redstone 3, war für Mai vorgesehen. Das Rettungssystem war das Bauteil, das noch nicht bewiesen hatte, was es beweisen musste.

Das erklärte Ziel von LJ-5A war es, vor allem die strukturelle Unversehrtheit des Raumschiffs und des Rettungssystems während eines Abbruchmanövers nachzuweisen, das am Punkt des höchsten zu erwartenden dynamischen Drucks bei einem Start mit Atlas in Richtung Umlaufbahn ausgelöst wird. Die NASA stufte ihn als Rettungs- und Aufpralltest bei maximalem dynamischem Druck ein.

Dieser Punkt des Aufstiegs, im Fachjargon als „max Q" bekannt, ist der Moment, in dem das Produkt aus Luftdichte und Geschwindigkeit zum Quadrat sein Maximum erreicht, und mit ihm die aerodynamischen Lasten auf die Struktur. Ein an dieser Stelle ausgelöster Abbruch setzt Kapsel und Turm der ungünstigsten möglichen Kombination aus: Der Turm muss das Raumschiff mit sehr hoher Beschleunigung von der Trägerrakete reißen, während die noch dichte Luft seitlich auf ein langes, schlankes Gebilde drückt. Bei LJ-5A betrug der gemessene dynamische Druck 1.580 psf und die Höchstbeschleunigung 8 G. Als Trägerrakete diente Little Joe Nummer 7, eine Feststoffrakete, die eigens für diese Art von Tests entwickelt worden war: billig, von Wallops Island aus startfähig und in der Lage, die Kapsel in den gewünschten Flugbereich zu bringen, ohne dabei eine Atlas zu verbrauchen.

LJ-5A startete am 18. März 1961 von Wallops Island, als sechste Mission der Little-Joe-Serie. Der Start verlief normal. Neunzehn Sekunden später zündete der Rettungsturm vorzeitig, in einer Situation, die die Chronologie der NASA selbst als der des vorangegangenen Novemberflugs sehr ähnlich beschreibt.

Von da an wurde der Flug zu einer Übung kontrollierter Improvisation vom Boden aus. Das Signal zur Einleitung des Abbruchmanövers wurde gegeben, und der Haltering zwischen Trägerrakete und Adapter löste sich wie vorgesehen, doch die Kapsel blieb über der Trägerrakete: Der Rettungsmotor hatte sich bereits bei der vorzeitigen Zündung verbraucht, und es blieb kein Schub übrig, um sie loszureißen. Raumschiff und Rakete flogen weiterhin verbunden, mit erschöpftem Turm, genau das Szenario, das LJ-5 zerstört hatte.

Der Unterschied lag in der Reaktion. Es wurde befohlen, die Kapsel mit den Bremsraketen zu trennen, und dieser Befehl wurde übermittelt, bevor der Flug den Scheitelpunkt erreichte, der Punkt, an dem die Trennung geplant gewesen war. Die Folge war eine als heftig, aber wirksam beschriebene Trennung: Die Kapsel löste sich von der Trägerrakete und dem Rettungsturm und konnte damit in die Bergungssequenz eintreten. Der Flug erreichte etwa 12 km Höhe und eine Reichweite von etwa 29 km, mit einer Höchstgeschwindigkeit von 1.783 Meilen pro Stunde (2.869 km/h).

Die Fallschirme entfalteten sich in etwa 40.000 Fuß Höhe, und das Raumschiff sank normal bis zum Meer hinab. Die Kapsel wurde geborgen, und die anschließende Inspektion lieferte das wertvollste Ergebnis des gesamten Tests: Trotz der vorzeitigen Zündung, der erzwungenen Trennung und der Tatsache, einen Großteil der Flugbahn mit der Trägerrakete verbunden geflogen zu sein, hatte das Raumschiff Nummer 14 nur oberflächliche strukturelle Schäden erlitten.

Dieses Ergebnis war nicht das gesuchte, sagte aber für sich genommen etwas Wichtiges über die Robustheit der McDonnell-Struktur aus. Die NASA verzeichnete die Mission als teilweise erfolgreich und hielt ausdrücklich fest, dass die Testziele nicht erreicht worden waren: Der Rettungstest bei maximalem dynamischem Druck war unter den vorgesehenen Bedingungen weiterhin nicht durchgeführt worden, da der Turm zum falschen Zeitpunkt gezündet hatte und nicht hatte beweisen können, was er beweisen sollte.

Die daraufhin getroffene Entscheidung war, es ein drittes Mal zu versuchen, und zwar mit demselben Raumschiff. Die Kapsel Nummer 14, überholt und in 14A umbenannt, wurde am 4. April 1961 erneut nach Wallops Island geliefert, für die Mission Little Joe 5B, einen weiteren Abbruchtest bei maximalem dynamischem Druck.

LJ-5B flog am 28. April 1961, und diesmal war die Mission ein Erfolg: Das Raumschiff wurde nach einem Flug geborgen, der etwa 4,5 km Höhe und eine Reichweite von etwa 14 km erreichte, mit einer Höchstgeschwindigkeit von 1.780 Meilen pro Stunde und einer Beschleunigung von 10 g. Das Profil, niedriger und kürzer als das von LJ-5A, entsprach einem früher in der Flugbahn ausgelösten Abbruch. Mit LJ-5B schloss sich die Little-Joe-Serie des Mercury-Programms.

Die Abfolge LJ-5, LJ-5A, LJ-5B ist wahrscheinlich das beste Beispiel für die Methode, mit der Mercury aufgebaut wurde: ein Test, der scheitert, wiederholt wird, erneut auf ähnliche Weise scheitert und ein drittes Mal wiederholt wird, bis das Ergebnis vorliegt. Die drei Flüge nahmen knapp sechs Monate in Anspruch, zwischen November 1960 und April 1961, parallel zu den Redstone- und Atlas-Missionen, die den ersten bemannten Flug vorbereiteten.

Die Kapsel Nummer 14 ist das einzige Mercury-Raumschiff, das zweimal flog — bei LJ-5A und bei LJ-5B — und ist heute im Virginia Air and Space Center in Hampton, Virginia, ausgestellt, unweit des Langley-Zentrums, in dem das Programm entstanden war.

Über das Objekt hinaus hinterließ LJ-5A zwei Lehren. Die erste, negative: ein wiederholtes Versagen im selben Teil des Systems, wobei sich der Turm zum zweiten Mal in Folge vorzeitig zündete, zeigte, dass das Problem nach LJ-5 nicht vollständig verstanden worden war. Die zweite, positive und in gewisser Weise beruhigende: Die Struktur der Kapsel überstand eine Abfolge von Ereignissen, die weit schlimmer war als vorgesehen — vorzeitige Zündung, mit der Trägerrakete verbundener Flug und heftige Trennung außerhalb des geplanten Punkts — und erreichte das Wasser in einem Zustand, der einen erneuten Flug erlaubt hätte. Anderthalb Monate nach LJ-5A, mit der bereits abgeschlossenen Little-Joe-Serie, flog Alan Shepard an Bord von Freedom 7 mit einem Rettungsturm über dem Kopf.