Mercury-Atlas 4

Als MA-4 auf der Startrampe stand, hatte das Mercury-Programm den suborbitalen Teil gelöst, der orbitale stand noch aus. Die Kapseln waren bereits geflogen und auf ballistischer Bahn zurückgekehrt, der Rettungsturm war mit der Little-Joe-Serie unter harten Bedingungen erprobt worden, und zwei Astronauten, Alan Shepard und Virgil Grissom, hatten mit der kleinen Redstone bereits ihren fünfzehnminütigen Sprung absolviert. Was noch niemand bewiesen hatte, war, dass das Gesamtsystem – Atlas-Trägerrakete, Raumschiff, Umweltkontrollsystem, Bremsraketen, Hitzeschild und weltweites Bodenstationsnetz – die Stunden eines Orbitalflugs fehlerfrei durchhalten konnte.

Der vorangegangene Versuch, Mercury-Atlas 3, war im April 1961 mit der sicherheitsbedingten Zerstörung der Trägerrakete geendet, da diese das programmierte Nick- und Rollmanöver nicht eingeleitet hatte. Die Untersuchung führte die Ursache auf eine Spannungsspitze zurück, die den Bordprogrammierer durcheinandergebracht hatte – ein Mechanismus, der verdächtig demjenigen ähnelte, der beim Big-Joe-Flug die Stufentrennung verhindert hatte. Im Mai jenes Jahres wurde ein Untersuchungsausschuss für den Atlas eingesetzt, der anhand der Testdaten drei wahrscheinliche Ursachen isolierte. Die praktische Folge war eine Liste von Änderungen am Autopiloten und am Programmierer, die vor einem bemannten Flug im Flugversuch bestätigt werden mussten.

Zu dieser technischen Altlast kam der Zeitdruck. Die Sowjetunion hatte im April Juri Gagarin und im August German Titow mit einem ganztägigen Flug in die Umlaufbahn gebracht. Die Vereinigten Staaten hatten noch keine einzige vollständige Erdumrundung geschafft. MA-4 war deshalb, trotz seines bescheidenen Erscheinungsbilds als unbemannter Flug, kein Nebenversuch: Es war die Prüfung, die darüber entschied, ob der Atlas als tauglich für den bemannten Flug gelten konnte.

Das ungewöhnlichste Detail der Mission ist, dass das geflogene Raumschiff nicht das ursprünglich vorgesehene war. Der ursprüngliche Plan sah für MA-4 die Kapsel Nummer 9 vor, doch der Unfall von MA-3 eröffnete eine seltene Gelegenheit: Das Raumschiff jenes Flugs war vor der Zerstörung von seinem Rettungsturm von der Trägerrakete gerissen worden, ins Meer gestürzt und mit begrenzten Schäden geborgen worden. In der Fabrik wieder instand gesetzt und als 8A neu nummeriert, wurde es zur Nutzlast von MA-4.

Diese Kapsel gehörte zudem noch zur älteren Baureihe: Sie war das letzte Modell mit kleinen seitlichen Bullaugenfenstern, ohne Landesack zur Stoßdämpfung und mit einem schweren Luken-Verschlussmechanismus. Die Astronauten hatten bereits ein echtes Frontfenster und eine schnell zu öffnende Luke gefordert – und bekommen –, sodass das bei MA-4 fliegende Raumschiff nicht genau jenes war, das sie später besetzen würden. Für das Ziel des Flugs war dieser Unterschied jedoch unerheblich: Auf dem Prüfstand standen die Systeme, nicht die Ergonomie der Kabine.

Das Raumschiff 8A wurde am 11. Mai 1961 für den unbemannten Orbitalflug des mechanischen Astronauten nach Cape Canaveral geliefert. Seine Wiederverwendung sparte in einem bereits im Verzug befindlichen Programm Monate an Fertigung und lieferte zugleich einen handfesten Beweis für die Robustheit des Fahrzeugs: Eine Kapsel, die einen heftigen Startabbruch und den Aufprall im Meer überstanden hatte, konnte erneut fliegen.

Die Trägerrakete von MA-4 war die Atlas 88-D, ein Fahrzeug der verstärkten Variante, die Convair eigens für Mercury baute, mit dickerer Tankhaut, um die Last des Raumschiffs und seines Rettungsturms zu tragen. Ihre Werksausgangsprüfung fand am 29. und 30. Juni 1961 statt, die Auslieferung nach Cape Canaveral erfolgte erst am 15. Juli – ein Zeitplan, der zeigt, wie sehr die Erkenntnisse aus MA-3 zu Nacharbeiten zwangen.

Die wichtigsten Änderungen betrafen den Autopiloten und den Programmierer. Convair stattete das System mit der Fähigkeit aus, jener Art von elektrischem Spannungsimpuls entgegenzuwirken, die als Ursache des MA-3-Ausfalls vermutet wurde, und man beschloss, die Möglichkeit einer Neuinitialisierung des Programmierers während des Flugs zu unterbinden. Dieser letzte Punkt war nicht rein theoretisch: Eine im Juli zum Start des Satelliten MIDAS 3 eingesetzte Atlas hatte bei der Stufentrennung eine Neuinitialisierung des Programmierers erlebt, die den Orbit-Eintritt zwar nicht verhinderte, aber gerade wegen ihrer Ähnlichkeit mit dem Mercury-Fall gründlich untersucht wurde.

Die Vorbereitung verlief nicht ruhig. Es kam zu Verzögerungen durch Probleme am Autopiloten der Atlas, einschließlich des Austauschs eines defekten Gier-Ratenkreisels. Der ursprünglich für den 22. August geplante Start wurde verschoben. Danach tauchte ein noch unangenehmeres Qualitätsproblem auf: Die sowohl in der Atlas als auch im Raumschiff verwendete Transistormarke neigte zur Bildung von Lötkugeln, und die letzte Augustwoche ging vollständig für deren einzelne Reparatur drauf.

Hinzu kam eine grundsätzliche Sorge, die MA-4 nicht ausräumen konnte: Instabile Verbrennung und Kreiselausfälle hatten im Juni zwei Atlas-Fahrzeuge der E-Serie zerstört. Das Drehzahl-Erkennungssystem für die Triebwerkskreisel, das verhindern sollte, dass eine Atlas mit einem fehlerhaften Kreisel startete, wurde gerade erst eingeführt und würde erst ab MA-5 in einem Mercury-Fahrzeug zum Einsatz kommen.

Die Nutzlast von MA-4 war darauf ausgelegt, eine ganz konkrete Frage zu beantworten: Hält das Umweltkontrollsystem dem Rhythmus eines Menschen während eines Orbitalflugs stand? Um dies zu beantworten, wurde auf dem Sitz ein Besatzungssimulator installiert, der „mechanische Astronaut" der NASA-Chronologie, der Sauerstoff verbrauchen und die Produkte der menschlichen Atmung an die Umgebung abgeben konnte, sodass die Filter und der Sauerstoffkreislauf gegen eine realistische Last statt gegen eine leere Kabine arbeiteten.

Begleitet wurde er von speziell für den Flug montierten Vibrations- und Geräuschmessgeräten, Sensoren zur Messung der Strahlungswerte, drei Kameras und dem vollständigen Lebenserhaltungssystem. Strahlung und Geräusch interessierten aus offensichtlichen medizinischen Gründen; die Vibration, weil noch niemand wusste, wie heftig die Anfangsphase des Atlas-Aufstiegs für einen menschlichen Passagier ausfallen würde.

Das zweite große Ziel befand sich nicht an Bord des Raumschiffs, sondern über den gesamten Planeten verteilt. MA-4 war der Orbitaltest des weltweiten Mercury-Verfolgungsnetzes, der Kette aus Bodenstationen und Schiffen, die den kontinuierlichen Kontakt mit dem Astronauten aufrechterhalten, seine Telemetrie empfangen und ihm Befehle senden sollte. An Bord wurden zwei Sprachbänder installiert, deren einzige Aufgabe darin bestand, zu senden, damit jede Station ihre Verbindung überprüfen konnte. Die Verantwortung für den Betrieb dieses Netzes war am 1. Juli 1961 dem Goddard-Zentrum übertragen worden, mit der Besonderheit, dass während aktiver Missionen die Kontrolle an das Personal der Space Task Group zurückfiel. Die Missionsregeln vor dem Start wurden am 1. Juni veröffentlicht, die Bergungsanforderungen am 8. Juni.

MA-4 startete am 13. September 1961 vom Komplex LC-14 in Cape Canaveral. Der Aufstieg verlief gut, und die Atlas mit verstärkter Außenhaut überstand die Phase des maximalen dynamischen Drucks unbeschadet. Der einzige wirklich unangenehme Aspekt war das Vibrationsniveau zwischen der fünften und der zwanzigsten Flugsekunde, das unangenehm hoch ausfiel und später weitere Anpassungen am Autopiloten erforderlich machte.

Nach Erreichen der Umlaufbahn trennte sich das Raumschiff von der Trägerrakete und führte das Wendemanöver aus, das es rückwärts fliegend mit dem Hitzeschild voran zurücklässt. Dieses Manöver dauerte rund fünfzig statt der üblichen zwanzig Sekunden. Zu bestimmten Zeitpunkten des Flugs wurde die Fluglage durch den Ausfall zweier Steuerdüsen leicht instabil, was zu kurzzeitigen Telemetrieausfällen führte.

Das allgemeine Verhalten des Raumschiffs war trotz eines höheren als erwarteten Sauerstoffverbrauchs gut. Die Bodenkontrolle stufte dies nicht als schwerwiegend ein: Der Vorrat reichte für mindestens acht Umläufe, weit mehr als den einen geplanten. Die offizielle Chronologie fasst den Flug mit drei geringfügigen Abweichungen zusammen: einem kleinen Leck im Sauerstoffsystem, dem Verlust des Sprechfunkkontakts über Australien und dem Ausfall eines Wechselrichters des Umweltkontrollsystems.

Die erreichte Umlaufbahn wird in den Quellen je nach Einheit und Datenherkunft mit etwas unterschiedlichen Zahlen beschrieben. Die NASA-Chronologie gibt ein Apogäum von 123 Seemeilen und ein Perigäum von 86 an; das Datenblatt der unbemannten NASA-Missionen drückt es als 142,1 Landmeilen Apogäum und 98,9 Perigäum aus, was den in dieser Übersicht gespeicherten Werten entspricht. Die Umlaufzeit wird in demselben Datenblatt mit 92 Minuten und 28 Sekunden angegeben.

Nach Vollendung einer Umlaufbahn löste die Bord-Zeitschaltung die Bremsraketen planmäßig und ohne menschliches Eingreifen aus. Der Wiedereintritt erfolgte etwa eine Stunde und achtundzwanzig Minuten nach dem Start, und das Raumschiff wasserte im Atlantik, östlich der Bermudas. Die gesamte Flugdauer betrug eine Stunde, neunundvierzig Minuten und zwanzig Sekunden.

Die Entfernung des Wasserungspunkts zu den Bermudas wird je nach Quelle unterschiedlich angegeben: Die Chronologie spricht von 161 Meilen östlich der Insel, andere Quellen von 176 Meilen, entsprechend 283 Kilometern. Der Unterschied ändert nichts am entscheidenden Punkt: Das Raumschiff kam im vorgesehenen Gebiet nieder, in kurzer Entfernung zu den Bergungskräften.

Der Zerstörer USS Decatur, der sich etwa 34 Meilen vom Aufschlagpunkt entfernt befand, barg die Kapsel eine Stunde und zweiundzwanzig Minuten nach der Wasserung. Das Raumschiff zeigte sich in gutem Zustand, mit minimalen Schäden, die dem Start, dem Orbit oder dem Wiedereintritt zuzuschreiben waren – ein Ergebnis, das das Vertrauen in den Hitzeschild und die Struktur stärkte.

Die Bergungsoperation selbst war Teil des Testprogramms. In jenen Wochen wurde der aufblasbare Schwimmkragen bewertet, den das Oberflächenpersonal am Raumschiff befestigt, um dessen Auftrieb zu unterstützen, und nach dem Untergang der Liberty Bell 7 im Juli kündigte die Space Task Group am 22. September den Einbau eines dreißig Zoll großen Ballons im Raumschiff an, um die Bergung durch ein Schiff zu ermöglichen, falls der Hubschrauber es loslassen musste.

Die Untersuchung der geborgenen Kapsel klärte die Anomalien präzise auf. Der Sauerstoff-Durchflusshebel hatte sich durch die Vibration beim Start verschoben und ein Ventil leicht geöffnet: Der Sauerstoff entwich mit einer für die Telemetrie-Alarmschwelle zu geringen Rate ins Vakuum, ließ aber die Sauerstoffanzeige in der Kabine aufleuchten. Der Hebel wurde später so umgestaltet, dass er sich schwerer versehentlich bewegen ließ.

Das langsame Wendemanöver zur Ausrichtung des Hitzeschilds wurde auf einen offenen Stromkreis im Nickkreisel zurückgeführt. Und das als schwerwiegendstes Problem des Flugs betrachtete Ereignis war keiner der Bordausfälle, sondern das Vibrationsniveau beim Start zwischen der fünften und der zwanzigsten Sekunde, das einige weitere Anpassungen am Autopiloten der Atlas auslöste.

Angesichts dieser Daten äußerte der Leiter des Zentrums für bemannte Raumflüge, Robert Gilruth, sein Vertrauen darin, dass die Trägerrakete nun für den bemannten Flug qualifiziert sei und ein menschlicher Passagier den Flug problemlos überstanden hätte. Das am 15. September 1961 an den NASA-Administrator übermittelte Memorandum mit den vorläufigen Ergebnissen kam zu dem Schluss, dass die Atlas gut funktioniert hatte und für den bemannten Flug bereit war, dass die Systeme des Raumschiffs korrekt gearbeitet hatten und dass das weltweite Verfolgungsnetz und die Telemetrie hervorragend reagiert hatten.

Die unmittelbare Wirkung von MA-4 bestand darin, den Rest der Sequenz freizugeben. Die Missionsregeln für Mercury-Atlas 5, den Orbitalflug mit dem Schimpansen Enos an Bord, wurden bereits fünf Tage später, am 18. September 1961, veröffentlicht und vor dem Flug noch drei weitere Male überarbeitet. Die für MA-5 vorgesehene Atlas 93-D bestand ihre Werksausgangsprüfung am 1. Oktober und traf am 9. Oktober in Cape Canaveral ein. Der Datenerfassungsplan für MA-5 wurde am 20. Oktober erstellt. Der Zeitplan war, mit anderen Worten, nicht länger in der Schwebe.

MA-4 gab auch das Vertrauen, den Horizont des Programms zu erweitern: Am 25. Oktober 1961 genehmigte die NASA-Zentrale offiziell das eintägige Programm für Missionen erweiterter Reichweite, dessen Verfolgungsanforderungen bereits Monate zuvor zwischen der Space Task Group und dem Goddard-Zentrum besprochen worden waren.

Es sei angemerkt, dass die formelle Bewertung der Mission selbst innerhalb der NASA-Quellen nicht einheitlich ausfällt. Das Datenblatt der unbemannten Missionen stuft sie als teilweise erfolgreich ein, was mit dem in dieser Übersicht verzeichneten Ergebnis übereinstimmt, während die Programmchronologie sie als sehr erfolgreich beschreibt. Beide Aussagen sind vereinbar, wenn man bedenkt, dass die Hauptziele erreicht wurden und die Anomalien, so real und zahlreich sie auch waren, den Flug nicht gefährdeten.

Mercury-Atlas 4 ist die Mission, die Mercury zu einem Orbitalprogramm machte. Es war das erste Mercury-Raumschiff, das die Erdumlaufbahn erreichte, der erste echte Test des weltweiten Verfolgungsnetzes unter Orbitalflugbedingungen und die Flugerprobung der aus dem Scheitern von MA-3 entstandenen Korrekturen. Seine Kapsel birgt zudem eine ungewöhnliche Geschichte: die eines Fahrzeugs, das scheiterte, aus dem Meer geborgen, repariert wurde und erneut flog, um Erfolg zu haben.

Von unbemannten Flügen heißt es oft, sie seien bloße Formsache. MA-4 beweist das Gegenteil: Ohne diesen einsamen Orbit vom September 1961, mit einer atmenden Attrappe auf dem Sitz und zwei Sprachbändern, die zu über den ganzen Globus verteilten Stationen sprachen, hätten weder Enos' Flug mit MA-5 noch der von John Glenn eine Grundlage gehabt, auf der sie genehmigt werden konnten.