Mercury-Atlas 5

Im November 1961 war die Bilanz des Orbitalwettlaufs für die Vereinigten Staaten ungünstig. Die Sowjetunion hatte mit Juri Gagarin auf Wostok 1 und Gherman Titow auf Wostok 2 zwei Kosmonauten in die Umlaufbahn gebracht, während die bemannten amerikanischen Flüge von Alan Shepard und Virgil Grissom nur ballistische Flugbahnen von fünfzehn oder sechzehn Minuten gewesen waren. Der Druck, so schnell wie möglich einen Astronauten in die Umlaufbahn zu bringen, war groß, und innerhalb der NASA gab es eine echte Diskussion darüber, ob es sinnvoll sei, ein weiteres Mercury-Raumschiff und eine weitere Atlas für einen unbemannten Flug zu verbrauchen. Die Zentrale stellte infrage, ob es sich für das Zentrum für bemannte Raumfahrt lohne, noch eine unbemannte Mission zu starten.

Durchgesetzt hat sich die Position der Programmverantwortlichen, die den Flug eines Primaten als unverzichtbaren vorläufigen Test des Gesamtsystems ansahen, bevor man einen Menschen riskierte. Das Presseamt der NASA formulierte es in einer Mitteilung vor dem Start genau in diesen Worten. Hinter dieser Entscheidung stand eher technisches Kalkül als Propaganda: Der vorherige Flug, Mercury-Atlas 4 vom 13. September 1961, hatte einen mechanischen Besatzungssimulator an Bord gehabt und eine Umlaufbahn mit einem Apogäum von 123 nautischen Meilen und einem Perigäum von 86 absolviert, doch eine Attrappe verbraucht keinen Sauerstoff, erzeugt keine Stoffwechselwärme und kann nicht beweisen, dass das Umweltkontrollsystem einen Insassen stundenlang am Leben und funktionsfähig hält.

Das Raumschiff, das als MA-5 flog, war die Mercury Nummer 9, die am 24. Februar 1961 in Cape Canaveral angeliefert wurde. Ihr Aufenthalt auf der Basis war der längste des gesamten Programms: vierzig Wochen Vorbereitung, laut der Übersicht zur Raumschiffnutzung in der offiziellen Chronik des Projekts. Der Grund lag weniger in einem technischen Problem als in einer Abfolge von Bestimmungsänderungen. Die Nummer 9 wurde zunächst für einen instrumentierten ballistischen Flug konfiguriert, dann für einen ballistischen Flug mit Primat, später für eine instrumentierte Orbitalmission mit drei Umläufen und schließlich für den Orbitalflug mit Schimpanse, den sie letztlich durchführte. Ursprünglich war sie für MA-4 vorgesehen, doch für jene Mission wurde die Nummer 8 eingesetzt, die nach dem gescheiterten Start von MA-3 geborgen und wiederaufbereitet worden war.

Ihre technische Bedeutung ging über den Passagier hinaus. Die Nummer 9 war die zweite Kapsel der Baureihe „Mark II“, mit dem großen quadratischen Fenster und der Luke mit Sprengbolzen, im Gegensatz zu den kleinen Bullaugen und dem schweren Verschluss der „Mark I“. Grissom war bereits mit einer Mark II auf dem ballistischen Flug MR-4 geflogen, doch niemand hatte dieses große Fenster der weit höheren Hitze eines Wiedereintritts aus der Umlaufbahn ausgesetzt. MA-5 bot die Gelegenheit, dies zu prüfen, bevor Glenn es mit dem eigenen Leben auf dem Spiel tat.

Die Trägerrakete war die Atlas 93-D. Sie bestand ihre Werksabnahmeprüfung bei Convair am 1. Oktober 1961 — obwohl sie bereits im August jenes Jahres in Cape Canaveral eingetroffen war — und wurde am 6. Oktober auf dem Startkomplex 14 aufgerichtet, um am 9. Oktober formell an die Mission übergeben zu werden. Der Erfolg von MA-4 im September hatte das Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Atlas wiederhergestellt, die eine wechselhafte Geschichte hinter sich hatte. Der Flugsicherheitsausschuss tagte am 28. November, dem Vorabend des Starts, um die neun Starts von Atlas-Raketen für Raumfahrt und Militär seit seiner vorherigen Sitzung im August durchzugehen: Vier jener Fehlschläge waren auf Defekte der Rakete selbst zurückzuführen.

Zu den untersuchten Vorfällen zählte der Fall der Rakete 26E, die am 10. September nach dem Abschalten der Boostertriebwerke den Schub des Sustainer-Triebwerks verloren hatte und deren Ursache noch untersucht wurde, sowie die Zerstörung des Flugkörpers 32E kurz nach dem Start am 10. November, ein Unfall, bei dem ein als biologische Nutzlast mitgeführtes Totenkopfäffchen ums Leben kam; er wurde einem zufälligen Qualitätskontrollproblem zugeschrieben, das die weitaus stärker überwachte Fertigungslinie der Mercury-Atlas-Raketen nicht betraf. Auch die Störungen im Flugsteuerungssystem von MIDAS 4 und SAMOS 4 blieben weiterhin ungeklärt.

Angesichts dieser Vorfälle wurden mehrere Änderungen eingeführt. Obwohl MA-4 gut geflogen war, bereiteten die Vibrationswerte der ersten zwanzig Sekunden des Aufstiegs Sorge, weshalb der Autopilot der Trägerrakete leicht nachjustiert wurde. Das Flugbereichssicherheitssystem wurde so geändert, dass ein manueller Abschaltbefehl an das Sustainer-Triebwerk gesendet werden konnte – eine Vorsichtsmaßnahme, um zu verhindern, dass eine Übergeschwindigkeit des Triebwerks die Kapsel in eine höhere Umlaufbahn als vorgesehen befördert. Die voluminöse Röhrentelemetrieausrüstung wurde durch eine kompaktere Festkörperausführung ersetzt, und die 93-D war die zweite Atlas der D-Serie, die den Rotationsdetektor der Kreiselantriebsmotoren erhielt, der vor dem Start bestätigen sollte, dass die Trägheitsplattformen funktionierten.

MA-5 wurde als möglichst originalgetreue Annäherung an die bemannte Mission MA-6 konzipiert. Der Start sollte vom Komplex 14 aus mit einem Kurs von 72,51 Grad östlich von Nord erfolgen. Der Orbitaleinschuss sollte 480 Meilen (770 km) von Cape Canaveral entfernt in einer Höhe von 100 Meilen (160 km) und mit einer Geschwindigkeit von 25.695 Fuß pro Sekunde (7.832 m/s) stattfinden. Die Retrozündung war für 4 Stunden, 32 Minuten und 26 Sekunden nach dem Start geplant, die Wasserung 21 Minuten und 49 Sekunden nach der Zündung der Bremsraketen. Die erwarteten Wiedereintrittstemperaturen betrugen 3.000 °F (1.650 °C) am Hitzeschild, 2.000 °F (1.090 °C) an der Antennenverkleidung, 1.080 °F (582 °C) am zylindrischen Abschnitt und 1.260 °F (682 °C) am kegelförmigen Abschnitt. Man berechnete, dass das ausgebrannte Sustainer-Triebwerk der Atlas nach etwas mehr als neun Umläufen in die Atmosphäre wiedereintreten würde.

Die Missionsregeln für MA-5 wurden am 18. September 1961 veröffentlicht und am 16. und 25. Oktober sowie am 11. November überarbeitet. Der Plan zur Datenerfassung erschien am 20. Oktober. Am Tag des Flugs besetzten die Mercury-Astronauten die Posten der Kapselkommunikatoren an sechs Stationen des weltweiten Verfolgungsnetzes: Die Mission diente auch dazu, jene auszubilden, die diese Aufgabe später während der bemannten Flüge vom Boden aus übernehmen würden. Einen Monat zuvor, am 1. November, war der Versuch gescheitert, Mercury-Scout 1 mit einem Kommunikationspaket zu starten, das die Radarverfolgung des Netzes qualifizieren sollte; das Fahrzeug entwickelte unberechenbare Bewegungen und wurde aus Sicherheitsgründen 43 Sekunden nach dem Start zerstört. Es gab keinen weiteren Versuch, und es waren gerade MA-4 und MA-5, die bewiesen, dass das Netz alle Anforderungen erfüllte.

Der Insasse von MA-5 war nicht Ham, der Schimpanse des ballistischen Flugs MR-2 vom Januar 1961, sondern Enos, ein anderes Tier mit einem weit anspruchsvolleren Training. Er stammte aus Kamerun, war zunächst als „Schimpanse Nr. 81“ registriert worden und wurde am 3. April 1960 von der US-Luftwaffe erworben. Zum Zeitpunkt des Flugs war er etwa fünf Jahre alt. Seine Vorbereitung umfasste mehr als 1.250 Stunden, verteilt auf die University of Kentucky und die Holloman Air Force Base, und war bewusst härter als die von Ham, weil ein Orbitalflug wesentlich längere Belastungen durch Schwerelosigkeit und höhere anhaltende Beschleunigungen mit sich brachte.

Die Projektchronik dokumentiert, dass die Schimpansen des Mercury-Atlas-Programms zwischen dem 21. Juni und dem 15. Juli 1961 ein Training zur Gewöhnung an Lärm und Vibration sowie Zentrifugensitzungen an der University of Southern California erhielten, und dass zwei der Tiere Parabelflüge an Bord eines C-131-Flugzeugs absolvierten, um Schwerelosigkeit zu erleben. Dieselben Lageberichte halten fest, dass sie in fortgeschrittenen psychomotorischen Aufgaben unterwiesen wurden: Es handelte sich nicht um passive Passagiere, sondern um trainierte Versuchstiere, die während des Flugs arbeiten sollten.

Am 29. Oktober 1961 bezogen drei Schimpansen und zwölf medizinische Fachkräfte Quartier in den Einrichtungen des Kaps, um die Mission vorzubereiten. Die endgültige Wahl fiel erst drei Tage vor dem Start auf Enos; seine Ersatztiere waren, in der Reihenfolge möglicher Berufung, Duane, Jim, Rocky und Ham selbst, der Veteran von MR-2. Der gewählte Name, Enos, bedeutet auf Hebräisch „Mensch“.

Das wissenschaftliche Interesse am Flug lag nicht nur in der Physiologie des Insassen, sondern in seiner Arbeitsfähigkeit. Enos sollte in der Umlaufbahn dasselbe Repertoire psychomotorischer Aufgaben ausführen, das er am Boden erlernt hatte, indem er auf bestimmte Reize hin Hebel betätigte, im Rahmen eines Konditionierungsprogramms, bei dem falsche Antworten mit einem leichten elektrischen Schlag an den Fußsohlen bestraft wurden. Konnte ein trainiertes Tier diese Leistung unter Mikrogravitation, in einem druckbeaufschlagten Anzug und den Lärm- und Vibrationsbelastungen des Aufstiegs ausgesetzt, aufrechterhalten, so war dies ein starkes Argument dafür, dass ein menschlicher Pilot fliegen könnte.

Was während des Flugs geschah, gab dieser Demonstration eine grausame Wendung. Ein Defekt in der Aufgabenausrüstung kehrte die Logik des Programmiergeräts um, sodass Enos sechsundsiebzig elektrische Schläge erhielt, obwohl er richtig antwortete. Das Tier arbeitete weiter: Die in der Geschichte der Primatologie festgehaltene Einschätzung lautet, dass es während der mehr als drei Flugstunden trotz der Ausfälle des elektronischen Systems gewissenhaft alle erlernten Aufgaben ausführte. Die NASA-Berichte beschränken sich darauf festzuhalten, dass der Schimpanse seine psychomotorischen Funktionen erfüllte und sich bei der Bergung in ausgezeichneter körperlicher Verfassung befand.

Am 29. November 1961, etwa fünf Stunden vor dem Start, wurden Enos und seine Sitz-Anzug-Einheit in das Raumschiff eingesetzt. Der Countdown sammelte mehrere Unterbrechungen an, die sich auf 2 Stunden und 38 Minuten summierten. Der Start erfolgte um 15:08 UTC. Der modifizierte Autopilot funktionierte wie erwartet, und die Vibrationen blieben auf einem angenehmen Niveau, mit einer störungsfreien Aufstiegsphase; alle Systeme der Atlas verhielten sich hervorragend, und es gab keine nennenswerten Leistungsabweichungen. Die Abschaltung der Boostertriebwerke erfolgte bei T+130 Sekunden und die des Sustainer- und der Vernier-Triebwerke bei T+300 Sekunden, wobei die Kapseltrennung zwei Sekunden später erfolgte.

Die Atlas brachte MA-5 in eine Umlaufbahn von 99 mal 147 Meilen (159 mal 237 km), sehr nahe an der geplanten. Der Insasse ertrug ein Maximum von 6,8 g während der Beschleunigung durch die Boostertriebwerke und 7,6 g beim letzten Schub des Sustainer-Triebwerks. Das Dreh- und Dämpfungsmanöver nach der Trennung verbrauchte 6 Pfund (2,7 kg) des Steuertreibstoffs von den an Bord verfügbaren 61,5 Pfund (27,9 kg), etwas weniger, als MA-4 für dasselbe Manöver verbraucht hatte.

Nachdem es sich in seiner Orbitallage von 34 Grad stabilisiert hatte, benötigte das Raumschiff für den gesamten ersten Umlauf nur 1,5 Pfund (0,68 kg) Treibstoff der Steuerdüsen, um die richtige Position zu halten. Am Ende dieses Umlaufs bemerkten die Kontrolleure, dass die Bordzeit um 18 Sekunden vorging, und sandten beim Überflug über Cape Canaveral einen Befehl, sie zu korrigieren. Das Mercury-Kontrollzentrum erhielt Hinweise darauf, dass sich alle Systeme des Raumschiffs in gutem Zustand befanden. Mit einer Umlaufzeit von 88,44 Minuten vollendete Enos seinen ersten Erdumlauf in etwas weniger als anderthalb Stunden.

Zu Beginn des zweiten Umlaufs, als MA-5 das Verfolgungsschiff im Atlantik überflog, gab es Anzeichen dafür, dass die Temperatur der Wechselrichter stieg; die Station auf den Kanarischen Inseln bestätigte den Ausfall des Umweltkontrollsystems. Die anomalen Erwärmungen waren nichts Neues – bei früheren Flügen hatten die Wechselrichter weitergearbeitet oder man war auf das Reservegerät umgeschaltet –, sodass in der Flugleitung kein Alarm ausgelöst wurde. Beim Erreichen von Muchea in Australien wurden Anzeichen erhöhter Triebwerksaktivität und Ausschläge in der Kapselbewegung festgestellt, obwohl andere Daten darauf hindeuteten, dass der 34-Grad-Orbitalmodus beibehalten wurde. Über Woomera wurden keine Lageregelungsprobleme festgestellt, und die vorherigen Warnungen galten als ausgeräumt.

Erst an der Station auf der Insel Canton verstand die Flugleitung, dass das Lageregelungssystem defekt war. Ein Metallspan in einer Treibstoffzuleitung hatte einen der im Uhrzeigersinn wirkenden Rolldüsen unbrauchbar gemacht. Ohne diesen Strahl driftete das Raumschiff von seiner normalen Lage ab, bis das automatische Stabilisierungs- und Steuerungssystem es wieder in die 34-Grad-Orbitallage zurückbrachte, woraufhin der Zyklus von Neuem begann. Diese Abfolge aus Abdrift und Korrektur wiederholte sich vor der Retrozündung neunmal, und ein zehntes Mal zwischen der Zündung der Bremsraketen und dem Telemetriesignal des 0,05-g-Indikators. Die verbliebenen Düsen verbrauchten während des zweiten Umlaufs 9,5 Pfund (4,3 kg) Treibstoff, um das Raumschiff ausgerichtet zu halten: Jeder Lageverlust kostete mehr als ein Pfund (0,45 kg), gegenüber 1,5 Pfund für den gesamten ersten Umlauf.

Zum Steuerungsausfall kam der des Umweltsystems hinzu. Die Temperatur im Kreislauf von Sitz und Anzug stieg rasch von 65 auf 80 °F (von 18 auf 27 °C), ein Zeichen dafür, dass der Wärmetauscher zufror. Der Anstieg ließ Enos' Körpertemperatur auf 99 °F (37 °C) und dann auf 100 °F (38 °C) steigen, und die medizinischen Beobachter begannen sich um den Zustand des Tieres zu sorgen. Die Temperatur stabilisierte sich bei 100,5 °F (38,1 °C), ein Hinweis darauf, dass das Umweltsystem wieder funktionierte. Die Kühlung schien sich von selbst zu korrigieren, doch die Lageprobleme hielten an.

Als sich das Raumschiff bei seinem zweiten Umlauf Hawaii näherte, waren die medizinischen Überwacher bereit, Enos den dritten Umlauf vollenden zu lassen: Der Insasse hielt gut durch. Das Ingenieurteam hingegen befürchtete, dass die festsitzende Düse weiter Treibstoff verschlingen und dem Raumschiff das Lageregelungsgas ausgehen könnte – genau das, was man für die Ausrichtung des Fahrzeugs bei Retrozündung und Wiedereintritt benötigte. Seine Empfehlung lautete, den Flug zu beenden.

Flugleiter Christopher Kraft benachrichtigte die Kontrolleure auf Hawaii, sich bereitzuhalten, die Retrozündung einzuleiten und das Raumschiff nötigenfalls in den Pazifik zurückzubringen, und alarmierte auch jene in Point Arguello, Kalifornien, für den Fall, dass es beim Überflug von MA-5 über ihre Station angeordnet werden müsste. Er entschied sich, das Raumschiff die normale Retrozündungsposition des zweiten Umlaufs nahe Kalifornien erreichen zu lassen, um in der primären Bergungszone im Atlantik zu wassern. Zwölf Sekunden vor Erreichen dieses Punktes entschied Kraft, Enos zurückzuholen; Arnold Aldrich, Leiter der Kontrolleure in Point Arguello, führte den Befehl aus. Die Mission wurde so von drei geplanten Umläufen auf zwei verkürzt.

Zu Beginn des Wiedereintritts gab es einen letzten Ausschlag der Lageregelung; von da an verliefen Abstieg und Bergung ohne Zwischenfälle. Die Zerstörer USS Stormes und USS Compton sowie ein P5M-Flugboot warteten an Station 8, dem vorgesehenen Wasserungspunkt. Drei Stunden und dreizehn Minuten nach dem Start, und neun Minuten vor der Wasserung, sichtete das Flugzeug die Kapsel in 5.000 Fuß (1.500 m) Höhe, wie sie am Hauptfallschirm herabsank, etwa 250 Meilen südlich der Bermudas. Die Information wurde an die Stormes und die Compton übermittelt, die sich 30 Meilen (48 km) entfernt befanden. Alle Bergungshilfen funktionierten mit Ausnahme des SARAH-Senders. Das Flugzeug umkreiste das Gebiet weiter und berichtete über die Ereignisse der Wasserung und blieb dort, bis die Stormes eine Stunde und fünfzehn Minuten nach dem Wasserkontakt eintraf.

Der Zerstörer hievte die Kapsel mit Enos an Bord. Bereits an Deck wurde die Luke geöffnet, deren Sprengbolzen von außen durch Ziehen an einer Leine ausgelöst wurden; die Detonation ließ das Fenster des Raumschiffs reißen. Der Flug hatte 3 Stunden, 20 Minuten und 59 Sekunden gedauert, mit zwei vollständigen Umläufen, 50.892 Statute Miles (81.902 km) zurückgelegter Strecke und einem Profil von 147,4 Meilen Apogäum zu 99,5 Meilen Perigäum.

Sowohl das Raumschiff als auch der Schimpanse überstanden die Mission in gutem Zustand. Enos allerdings hatte es geschafft, sich sämtliche medizinischen Elektroden und die Urinsammelvorrichtung abzureißen, ein Detail, das einiges über seine Stimmung nach der Wartezeit aussagt. Berichte halten fest, dass er während der fast drei Stunden bis zu seiner Rettung reizbar geworden war. Die Kapsel wurde am späten Nachmittag an Bord der Stormes gehievt, und seine Pfleger von der Luftwaffe brachten ihn sofort unter Deck. Der Zerstörer setzte ihn im Krankenhaus der Kindley Air Force Base auf den Bermudas ab, wo festgestellt wurde, dass es ihm gut ging. Am 1. Dezember 1961 verließ Enos die Bermudas in Richtung Cape Canaveral und später nach Holloman.

Die offiziellen Berichte fassten das Ergebnis ohne Einschränkungen zusammen: Der Schimpanse erfüllte seine psychomotorischen Aufgaben und befand sich bei der Bergung in ausgezeichneter körperlicher Verfassung. Enos starb am 4. November 1962 an einer Ruhr in Verbindung mit einer Shigellose, die gegen die damals verfügbaren Antibiotika resistent war. Er hatte in den vorangegangenen zwei Monaten unter ständiger Beobachtung gestanden, und die Pathologen von Holloman fanden kein Symptom, das seinem Weltraumflug im Vorjahr zugeschrieben oder damit in Verbindung gebracht werden konnte.

Das technische Urteil über MA-5 lautete, dass die Mission sehr zufriedenstellend verlaufen war und dass das Mercury-Raumschiff für den bemannten Orbitalflug gut qualifiziert sei. Die beiden Ausfälle, die zur Verkürzung des Flugs zwangen – die unbrauchbar gewordene Rolldüse und die Überhitzung eines Wechselrichters des elektrischen Systems – hätten behoben werden können, wäre ein Astronaut an Bord gewesen, der in der Lage gewesen wäre, Systeme umzuschalten und in den manuellen Modi zu fliegen. Dieses Argument war weit mehr als eine rhetorische Beruhigung: Es fasste die Designphilosophie von Mercury zusammen – die Automatik führte das Raumschiff, doch der Pilot war die letzte Redundanz.

Am selben 29. November 1961 wurde John Glenn zum Piloten des ersten bemannten Orbitalflugs bestimmt und Scott Carpenter zu seinem Ersatzmann, und beide begannen sofort mit ihrem spezifischen Training; die übrigen fünf Astronauten wurden auf die Ingenieur- und Betriebsgruppen des kürzlich umbenannten Manned Spacecraft Center verteilt, um die Mission vorzubereiten. Am 30. November traf die für MA-6 vorgesehene Atlas 109-D in Cape Canaveral ein. Am 6. Dezember gab die NASA-Zentrale bekannt, dass der erste bemannte Orbitalflug Anfang 1962 stattfinden würde: Die Entscheidung fiel, als die Daten von MA-5 zeigten, dass Raumschiff, Trägerrakete und Verfolgungsnetz bereit waren. Glenns Flug fand am 20. Februar 1962 statt. Die Generalprobe mit Enos an Bord hatte genau die Rolle erfüllt, für die sie verteidigt worden war: Fehler bei einem Flug auszumerzen, bei dem kein Menschenleben auf dem Spiel stand.