Mercury-Redstone 3

Das Mercury-Programm entstand mit einem von Anfang an erklärten Ziel: einen Astronauten in eine Erdumlaufbahn zu bringen und lebend zurückzuholen. Die suborbitalen Flüge mit der Redstone-Rakete waren kein Selbstzweck, sondern die vorgelagerte Stufe, der Weg, mit einem bescheidenen Trägersystem das zu erproben, was später dem Atlas anvertraut werden musste. In diesem Schema war MR-3 der erste bemannte Flug einer Sequenz, die sich bereits seit Jahren in Vorbereitung befand.

Die Sequenz wurde am 12. April 1961 durchbrochen. An diesem Tag startete die Sowjetunion Juri Gagarin an Bord von Wostok 1 und vollendete eine Erdumlaufbahn. Der erste Mensch im All war kein Amerikaner, und der erste in einer Umlaufbahn würde es ebenfalls nicht sein. Als MR-3 drei Wochen später startete, drängte sich der Vergleich auf: fünfzehn Minuten ballistischer Bogen gegenüber einer vollständigen Umrundung des Planeten. Ein großer Teil der späteren Geschichte des Programms — und der Mondverpflichtung, die wenige Wochen darauf folgte — erklärt sich aus diesem Abstand zwischen dem, was man leisten konnte, und dem, was der Rivale bereits geleistet hatte.

Das für MR-3 vorgesehene Raumfahrzeug, die aus der McDonnell-Fabrik stammende Mercury-Kapsel Nummer 7, traf am 9. Dezember 1960 in Cape Canaveral ein. Man erwartete zunächst einen Start kurz nach ihrer Auslieferung, doch die Prüfung des Fahrzeugs zeigte, dass es weit mehr Entwicklungs- und Testarbeit benötigte als vorgesehen, bevor es als sicher für den Transport eines Menschen gelten konnte. Da genau diese Kapsel seit dem Sommer für den ersten bemannten Flug reserviert war, entschied man sich zu warten, bis sie fertig war, anstatt sie durch eine andere zu ersetzen: Der vorläufige Termin verschob sich auf den 6. März.

Die Trägerrakete nahm einen ebenso holprigen Weg. Die ursprünglich für die Mission vorgesehene Redstone, die Einheit Nummer 3, war Anfang Dezember am Cape eingetroffen, wurde jedoch letztlich für den Testflug MR-1A am 19. Dezember eingesetzt. Der Ersatz, die Redstone Nummer 7, traf erst Ende März ein, als die Mission bereits aus einem anderen, ernsteren Grund erneut verschoben worden war.

Ende 1960 wuchs die Sorge um die Zuverlässigkeit der Redstone als bemannte Trägerrakete, und der Flug MR-2 bestätigte sie. Diese Mission trug den Schimpansen Ham an Bord und litt während des Aufstiegs unter technischen Problemen, die das Fahrzeug höher, weiter und schneller trieben als geplant. Der Flug dauerte zwei Minuten länger als vorgesehen, und der Wiedereintritt setzte das Tier 14,7 g statt der berechneten rund 12 g aus. Die Wasserung erfolgte sechzig Meilen vom nächstgelegenen Bergungsschiff entfernt, und es vergingen mehr als zweieinhalb Stunden, bis ein Hubschrauber die Kapsel bergen konnte, die zu diesem Zeitpunkt kurz davor war zu sinken.

Angesichts dieser Vorgeschichte war die NASA nicht bereit, MR-3 ohne weitere Entwicklungsarbeit zu starten. Ende Februar waren noch sieben wichtige Änderungen an der Trägerrakete im Flug zu verifizieren. Ein zusätzlicher Testflug wurde in den Zeitplan aufgenommen, MR-BD — für „Booster Development", ursprünglich als MR-2A bezeichnet —, der am 28. März startete. Dieser Flug verschob MR-3 um einen weiteren Monat, auf den 25. April, verlief aber nahezu perfekt und ebnete den Weg: Die bemannte Mission konnte ohne weitere nennenswerte Verzögerungen seitens der Rakete fortgesetzt werden.

Aus heutiger Sicht ist die Kette MR-2 → MR-BD → MR-3 das beste Argument für die unbemannten Flüge des Programms. Der Schreck mit Ham war keine amüsante Anekdote mit einem Schimpansen: Er war die Warnung, die verhinderte, dass ein menschlicher Pilot mit einem Trägersystem flog, das sieben ungeprüfte Korrekturen aufwies.

Der Pilot für MR-3 war bereits mehrere Monate zuvor, Anfang Januar, bestimmt worden, und die Entscheidung traf Robert R. Gilruth, der Leiter des Programms. Gilruth wählte Alan Shepard von der Marine als Hauptpiloten und benannte John Glenn vom Marine Corps sowie Gus Grissom von der Luftwaffe als Ersatzpiloten. Die übrigen Mercury Seven trainierten weiter für spätere Missionen.

Die drei Namen wurden der Presse am 22. Februar bekannt gegeben, ohne zu verraten, wer von ihnen fliegen würde. Gilruth wollte sich seine Optionen offenhalten, falls eine kurzfristige Änderung nötig würde, sodass Shepards Name erst nach der Absage des ersten Startversuchs öffentlich gemacht wurde. Am Tag des Fluges fungierte Glenn als Ersatzpilot für Shepard, während Grissom seine Vorbereitung auf MR-4, den nächsten suborbitalen Flug, konzentrierte.

Shepard taufte seine Kapsel Freedom 7. Seine Überlegung war die eines Testpiloten: Flieger haben ihren Maschinen schon immer einen Namen gegeben, es ist Tradition, und ihm kam es gar nicht in den Sinn, es nicht zu tun. Er besprach den Namen mit seiner Frau Louise, mit seinem Ersatzpiloten John Glenn und mit Gilruth, und allen gefiel er.

Die abschließende „7" wurde mit den sieben Astronauten der ersten Gruppe in Verbindung gebracht, obwohl manche Quellen sie darauf zurückführen, dass das Fahrzeug das Modell Nummer 7 von McDonnell war. Woher auch immer sie stammte, die Geste setzte einen doppelten Präzedenzfall, dem alle Mercury-Besatzungen folgten: dem Raumfahrzeug einen Namen zu geben und ihn mit einer Sieben enden zu lassen.

Der erste Startversuch fand am 2. Mai 1961 statt und wurde wegen des Wetters zwei Stunden und zwanzig Minuten vor der vorgesehenen Zeit abgesagt, während Shepard bereits angezogen und bereit in einem Hangar wartete. Der Flug wurde auf zwei Tage später verschoben und wegen widrigen Wetters um einen weiteren Tag verzögert, bis zum 5. Mai, mit einer Startzeit von 7:20 Uhr morgens.

Der Countdown begann um 20:30 Uhr am Vorabend. Shepard frühstückte Steak mit Eiern, Toast, Kaffee und Orangensaft: ein Menü, das später zur Tradition für Startmorgen wurde. Er betrat das Raumfahrzeug um 5:15 Uhr, etwas mehr als zwei Stunden vor der vorgesehenen Zeit. Um 7:05 Uhr wurde der Countdown für eine Stunde angehalten, damit sich die Bewölkung auflösen konnte — gute Sicht war für die Erdfotografien unerlässlich — und um eine elektrische Stromversorgungseinheit zu reparieren. Kurz nach der Fortsetzung musste er erneut angehalten werden, um einen Computer des Goddard Space Flight Center neu zu starten.

Die ungeplanten Unterbrechungen summierten sich auf etwas mehr als zweieinhalb Stunden, wodurch Shepard fast drei Stunden lang auf dem Rücken liegend in der Kapsel verbrachte. Daraus entstand eine der meistzitierten Episoden des Fluges: Da die Mission weniger als zwanzig Minuten dauern sollte, hatte niemand eine Vorrichtung zum Auffangen von Urin vorgesehen, und Shepard meldete dem Bunker, dass die Not dringend wurde. Ihn herauszuholen hätte bedeutet, den Reinraum wieder aufzubauen und die verschraubte Luke zu demontieren; also kündigte er an, sich in den Anzug zu urinieren; als man einwandte, dies würde die medizinischen Elektroden kurzschließen, antwortete er, man solle den Strom abschalten. So geschah es. Durch seine Haltung sammelte sich die Flüssigkeit unter seinem Rücken, und der im Anzug zirkulierende Sauerstoff trocknete sie schließlich. Nach dem Flug wurde der Mercury-Anzug verändert und mit einer Vorrichtung zum Auffangen flüssiger Abfälle ausgestattet.

Mercury-Redstone 3 startete schließlich um 9:34 Uhr morgens, vor einem geschätzten Fernsehpublikum von 45 Millionen Menschen allein in den Vereinigten Staaten. Die Redstone verhielt sich während der Antriebsphase gut, mit einigen Vibrationen, und die Triebwerksabschaltung lag innerhalb der festgelegten Grenzen, zwei Minuten und 22 Sekunden nach dem Start. Kurz vor der Abschaltung erlebte Shepard eine maximale Beschleunigung von 6,3 g. Die Geschwindigkeit von Freedom 7 relativ zum Raum betrug 5.134 Meilen pro Stunde (8.262 km/h), sehr nahe am geplanten Wert; die offizielle NASA-Zeitlinie verzeichnet für die maximale Fluggeschwindigkeit 5.180 Meilen pro Stunde (8.340 km/h).

Nach Abschalten des Triebwerks wurde der Rettungsturm abgeworfen. Zehn Sekunden später erfolgte die Abtrennung der Kapsel: Die Sprengbolzen des Marman-Rings, der sie mit der Rakete verband, zündeten, und die posigraden Bremsraketen entfernten sie von der ausgebrannten Trägerstufe. Das automatische Stabilisierungssystem dämpfte die verbliebenen Bewegungen und drehte das Fahrzeug um 180 Grad im Gieren, sodass die Bremsraketen nach vorn zeigten und der Hitzeschild für den Wiedereintritt ausgerichtet war.

Das manuelle Steuerungssystem der Mercury war bewusst redundant ausgelegt: Es nutzte einen anderen Satz von Düsen als das automatische System und verfügte über einen eigenen Treibstofftank; bei Aktivierung öffnete der Dreiachsen-Steuerknüppel die Ventile proportional zu seiner Auslenkung. Das System konnte Achse für Achse aktiviert werden, wobei die übrigen dem Autopiloten überlassen blieben.

Shepard übernahm die Kontrolle schrittweise. Zuerst das Nicken: Er richtete das Fahrzeug von der Reiseflughaltung, mit der Nase vierzehn Grad nach unten, in die Bremszündungshaltung von vierunddreißig Grad neu aus und kehrte danach zur Ausgangsposition zurück. Dann fügte er das Gieren hinzu, indem er das Fahrzeug nach links bewegte und zur Ausrichtung wieder nach rechts zurückführte. Schließlich übernahm er auch das Rollen, prüfte es und stellte die normale Position wieder her. Mit allen drei Achsen in der Hand kam er zu dem Schluss, dass das Verhalten des Fahrzeugs dem des Simulators, an dem er trainiert hatte, sehr ähnlich war, mit einem bemerkenswerten Unterschied: Im Flug hörte er das Auslösen der Düsen nicht, was er am Boden sehr wohl wahrnahm, weil dort das Hintergrundgeräusch fehlte, das es im Flug übertönte.

Die nächste Aufgabe bestand darin, den Boden zu beobachten. Shepards Fahrzeug, eine frühe Version der Mercury-Kapsel, verfügte über zwei kleine runde Bullaugen, je eines auf jeder Seite, doch sein wichtigstes Beobachtungsmittel war ein Periskop, das unten aus dem Rumpf, unter seinen Füßen, herausragte. Das Periskop bot ein weites Sichtfeld mit geringer Vergrößerung oder ein schmales mit hoher Vergrößerung sowie verschiedene optische Filter, die durch Drehen eines Reglers ausgewählt wurden.

Während der langen Wartezeit auf der Startrampe hatte Shepard einen mittelgrauen Filter eingesetzt, um die Blendung durch die Sonne zu verringern, und hatte vor dem Start keine Zeit mehr, ihn zu entfernen. Im Flug entdeckte er, dass sein Anzughandgelenk beim Greifen nach dem Filterregler den manuellen Auslösehebel des Rettungssystems streifte, der sich links von ihm befand. Obwohl der Rettungsturm bereits eine Weile zuvor abgeworfen worden war, wollte er kein Risiko eingehen und ließ den Filter für den Rest des Fluges eingesetzt. Das Grau wusch die Farben aus, doch er konnte trotzdem ohne Schwierigkeiten die Landmassen von den Wolken unterscheiden: Er erkannte die Ostküste Floridas, den Okeechobeesee und die Insel Andros, die größte der Bahamas, während die Bewölkung ihn daran hinderte, andere Inseln des Archipels zu erkennen.

Während er von Hand steuerte und dabei das Periskop statt der Instrumente am Bedienfeld als Referenz für die Fluglage nutzte, hielt Shepard Rollen und Gieren gut, ließ aber unbemerkt das Nicken abdriften. Nahe dem höchsten Punkt der Flugbahn leuchtete das Licht auf, das die Bremszündungssequenz ankündigte: Die drei Bremsraketen sollten im Abstand von fünf Sekunden zünden, jede mit zehn Sekunden Brenndauer. Shepard begann, die Nase zu den vierunddreißig Grad der Bremszündungshaltung abzusenken, hatte aber beim Zünden der ersten erst etwa vierzehn Grad erreicht; rechtzeitig für die zweite und dritte kam er auf etwa fünfundzwanzig Grad.

Bei einem suborbitalen Flug war die Abweichung nicht kritisch: Die Flugbahn führte ohnehin zum Wiedereintritt, und der Unterschied in der Fluglage veränderte den Wasserungspunkt kaum. Getestet wurde vielmehr die Fähigkeit des Piloten, die Fluglage während der Bremszündung manuell zu kontrollieren, daher das Interesse an der anschließenden Analyse. Bei der ersten Nachbesprechung nach dem Flug vermutete Shepard, er habe sich bei der Referenz geirrt, doch die Erklärung war eine andere: Die Nickanzeige dieses Fahrzeugs war ursprünglich so eingestellt, dass ihre Referenzposition für die Bremszündung — die „Neun-Uhr-Stellung" — dreiundvierzig Grad Nase-unten entsprach und nicht den später übernommenen vierunddreißig Grad. Shepard glich bewusst aus, weil er glaubte, die alte Einstellung gelte noch, während die Anzeige in Wirklichkeit bereits korrigiert worden war, ohne dass ihm dies mitgeteilt worden war.

Unmittelbar nach der Bremszündung wechselte Shepard in den „Fly-by-Wire"-Modus, bei dem die Bewegungen des Steuerknüppels elektrisch die Düsen des automatischen Systems auslösten, anstatt die des manuellen Systems proportional zu öffnen. Kurz darauf löste sich das Bremsraketenpaket, das mit Gurten auf dem Hitzeschild befestigt war und stets vor dem Wiedereintritt abgeworfen wurde. Shepard hörte das Geräusch und sah einen der Gurte am Fenster vorbeiziehen, doch die Bestätigungsleuchte ging nicht an. Deke Slayton, ein weiterer Mercury-Astronaut, der als Capsule Communicator (CAPCOM) in der Kontrollzentrale fungierte, bestätigte ihm, dass sich das Paket gelöst hatte, und Shepard betätigte die manuelle Steuerung des Abwurfsystems, um das Aufleuchten der Leuchte zu erzwingen. Die spätere Analyse fand die Ursache in den pyrotechnischen Ladungen, die das Paket lösten: Beim Zünden zogen sie so viel Strom, dass der Spannungsabfall den Zeitgeber zurücksetzte, der diese Leuchte einschalten sollte. Die Ladungen wurden für die folgenden Missionen geändert.

Shepard beschrieb den Fly-by-Wire-Modus als weich und mit dem Gefühl vollständiger Kontrolle über das Fahrzeug. Er ließ die automatischen Systeme es kurz für den Wiedereintritt neu ausrichten, übernahm dann wieder die Kontrolle und behielt sie, während die g-Kräfte bis zum Spitzenwert von 11,6 g anstiegen; sobald das Fahrzeug stabil war, gab er die Steuerung an das automatische System zurück. Der Abstieg verlief schneller als erwartet, doch die Fallschirme öffneten sich planmäßig: der Bremsschirm bei 21.000 Fuß (6,4 km) und der Hauptschirm bei 10.000 Fuß (3,0 km).

Die Wasserung hatte einen Aufprall vergleichbar mit dem eines Düsenjets bei der Landung auf einem Flugzeugträger. Freedom 7 legte sich um etwa sechzig Grad auf die rechte Seite, ohne Anzeichen von Wassereintritt, und richtete sich nach einer Minute von selbst wieder auf; Shepard konnte den über das Gebiet fliegenden Flugzeugen mitteilen, dass es ihm gut gehe und er bereit für die Bergung sei. Der Hubschrauber traf wenige Minuten später ein und hob die Kapsel nach einem kurzen Problem mit der Antenne des Fahrzeugs teilweise aus dem Wasser, damit der Pilot durch die Hauptluke aussteigen konnte. Shepard glitt in das Bergungsgeschirr und stieg an Bord des Hubschraubers, der Astronaut und Fahrzeug zur USS Lake Champlain brachte. Der gesamte Bergungsvorgang, vom Aufprall bis zur Ankunft an Deck, dauerte elf Minuten. Die offizielle NASA-Zeitlinie betonte selbst, dass die Bergungsoperationen tadellos verliefen: Die Hubschrauber verfolgten den Abstieg mit bloßem Auge, der Kontakt zum Piloten wurde zwei Minuten nach dem Aufprall hergestellt, und das Fahrzeug erlitt keine Schäden.

Der Flug dauerte 15 Minuten und 22 Sekunden, mit etwa fünf Minuten Schwerelosigkeit. Das Fahrzeug legte 302 Statute Miles (486 km) vom Startpunkt zurück und erreichte eine Höhe von 116,5 Meilen (187,5 km); in nautischen Einheiten 101,2 Meilen Höhe und 263,1 Reichweite. Die Wasserung erfolgte bei 27,23° N, 75,88° W. Die maximale Beschleunigung beim Aufstieg betrug 6,3 g, und beim Wiedereintritt erlebte Shepard laut offizieller Zeitlinie etwas weniger als 12 g, mit einem Spitzenwert von 11,6 g im Flugbericht. Die Höchstgeschwindigkeit wurde mit 5.180 Meilen pro Stunde (8.340 km/h) verzeichnet.

Die Mission wurde live im Fernsehen verfolgt, in einem Land, das drei Wochen zuvor gerade erst Gagarins Flug verarbeitet hatte. Am 8. Mai, drei Tage nach der Wasserung, verlieh Präsident John F. Kennedy Shepard bei einer Zeremonie im Weißen Haus die Distinguished Service Medal der NASA; Shepard erschien mit seiner Frau Louise. Für den Flug erhielt er außerdem die Distinguished Service Medal der Marine.

Am 25. Mai, zwanzig Tage nach MR-3, wandte sich Kennedy mit einer Botschaft an den Kongress, die ein erheblich beschleunigtes Raumfahrtprogramm rund um ein langfristiges nationales Ziel forderte: einen Menschen zum Mond zu bringen und sicher zur Erde zurückzuholen. Diese Rede war keine mechanische Folge von fünfzehn Minuten suborbitalen Flugs, doch sie kam zu einem Zeitpunkt, als das Land gerade erlebt hatte, dass sein erster Astronaut geflogen und zurückgekehrt war. Die Abfolge — Wostok 1, Freedom 7, die Mondverpflichtung — erklärt einen großen Teil des folgenden Jahrzehnts.

2017 wurde am 5. Mai zum ersten Mal der National Astronaut Day zum Gedenken an diesen Flug begangen.

Das technische Ergebnis war eindeutig: Der erste bemannte suborbitale Flug der Mercury war ein Erfolg, und Shepard kam in ausgezeichnetem Zustand an Deck. Die Schlussfolgerungen wurden auf der Konferenz über die Ergebnisse des ersten bemannten suborbitalen Flugs der USA zusammengefasst, die am 6. Juni 1961 stattfand.

Die konkreten Änderungen waren gering und sehr praktisch, genau das, was man von einem gelungenen ersten Flug erwartet: Die pyrotechnischen Ladungen zum Abwurf des Bremsraketenpakets wurden neu konstruiert, damit ihr Stromverbrauch den Zeitgeber der Bestätigungsleuchte nicht mehr zurücksetzte; dem Anzug wurde eine Vorrichtung zum Auffangen von Urin hinzugefügt; und die Diskrepanz zwischen der Nickanzeige und der übernommenen Bremszündungshaltung wurde dokumentiert — ein Problem der internen Kommunikation und nicht der Technik. Zugleich bestätigte die Mission das Wesentliche: Das Lagekontrollsystem funktionierte gut, mit wenigen Leckagen an den Düsen, und Wiedereintritt und Landung verliefen ohne Schwierigkeiten.

Vor allem beseitigte MR-3 den grundlegenden Zweifel. Ein Pilot konnte in Schwerelosigkeit arbeiten, das Fahrzeug manuell in drei Achsen steuern, beobachten und beschreiben, was er sah, und Aufstieg und Wiedereintritt ohne Beeinträchtigung überstehen. Damit war diese Frage geklärt, und die nächste suborbitale Mission, MR-4 mit Gus Grissom, konnte im Juli fliegen; das Programm konzentrierte sich fortan auf den Orbitalsprung mit der Atlas, der mit Mercury-Atlas 6 kommen sollte.

Die Ingenieure untersuchten die Kapsel nach der Bergung und fanden sie in so gutem Zustand, dass sie ihrer Ansicht nach ohne Weiteres erneut hätte starten können. Die NASA übergab sie der Smithsonian Institution. Sie war bis 2012 in der Naval Academy von Annapolis (Maryland) ausgestellt, kam danach in die John-F.-Kennedy-Bibliothek in Boston und wird seit dem 5. Mai 2021, dem sechzigsten Jahrestag des ersten Amerikaners im All, im Steven F. Udvar-Hazy Center in Chantilly (Virginia) gezeigt. Heute wird sie im National Air and Space Museum in Washington, D. C., aufbewahrt.

Shepard blieb dem Programm verbunden: Er war CAPCOM beim Orbitalflug von John Glenn (Mercury-Atlas 6) und bei dem von Scott Carpenter (Mercury-Atlas 7), Ersatzpilot für Gordon Cooper bei Mercury-Atlas 9, und war für Mercury-Atlas 10 vorgesehen, eine dreitägige Mission, die er sogar Freedom 7 II taufte und die schließlich nie geflogen wurde.