Space Launch System

geplante Trägerrakete der NASA

Das Space Launch System (engl. für „Weltraum-Startsystem“), kurz SLS, ist eine von der NASA geplante Trägerrakete zur bemannten Erforschung des Weltraums über einen niedrigen Erdorbit hinaus. Der erste unbemannte Start ist für November 2021 geplant.[1] Ein erster bemannter Start ist für 2023 vorgesehen.[2] Technologisch baut die Rakete auf den nie realisierten Plänen der Ares-V-Rakete im Rahmen des Constellation-Programms auf. Basis der Entwicklung sind die Haupttriebwerke, die Feststoffbooster und der Außentank des 2011 beendeten Space-Shuttle-Programms.

Künstlerische Darstellung: So soll die Grundversion des SLS mit Raumkapsel auf der Startrampe aussehen.
Veraltete künstlerische Darstellung eines SLS im Flug
Ein Booster des SLS auf dem Teststand

Vorgeschichte und PlanungBearbeiten

Nach dem Ende der bemannten Mondmissionen im Rahmen des Apollo-Programms Anfang der 1970er Jahre hatte sich die NASA wieder auf bemannte Einsätze im niedrigen Erdorbit konzentriert und das Space Shuttle entwickelt, das mit der Columbia am 12. April 1981 erstmals in den Weltraum startete. Als genau diese Raumfähre fast 22 Jahre später, am 1. Februar 2003, beim Wiedereintritt in die Atmosphäre zerbrach (siehe Columbia-Katastrophe), gab es erneut ein Umdenken bei der NASA und der US-Regierung. Das Shuttle galt mittlerweile als veraltet und zu teuer. So kündigte US-Präsident George W. Bush Anfang 2004 das Ende des Shuttle-Programms nach der Fertigstellung der Internationalen Raumstation (ISS) im Jahr 2010 an. Außerdem verkündete er im Rahmen der Initiative Vision for Space Exploration (VSE; deutsch „Vision für Weltraumerforschung“) die Entwicklung neuer Raketen und eines Raumschiffs zur Rückkehr zum Mond und letztendlich Flüge bis zum Mars an.[3]

Aus dieser Vision entwickelte sich dann das Constellation-Programm mit der bemannten Ares-I-Rakete und dem Orion-Raumschiff sowie der Schwerlastrakete Ares V. Das ganze Projekt litt von Beginn an unter Schwierigkeiten bei der Finanzierung und wurde im Jahr 2010 vom neuen US-Präsidenten Barack Obama wieder eingestellt. Als Kompromiss sollte lediglich das Orion-Raumschiff erhalten und weiterentwickelt werden.[4]

Der Widerstand gegen die Einstellung des Constellation-Programms wurde größer, und im Sommer 2011 beauftragte der US-Kongress die NASA mit dem Bau einer neuen Schwerlastrakete. Diese jetzt Space Launch System genannte Rakete sollte ihren noch unbemannten Erstflug im Jahr 2017 absolvieren. Ein erster bemannter Start war für 2021 vorgesehen. Die Rakete soll aus Technologien des Space Shuttles und den Planungen der Ares-V-Rakete entwickelt werden.[5][6]

Nach Verzögerungen bei der Raketenentwicklung gab die NASA Ende 2019 bekannt, den ersten unbemannten Testflug im Juli 2020 starten zu wollen. Die erste bemannte Mission, eine geplante Mondumkreisung, solle nun 2022 starten.[7] Auch diese Termine wurden später wieder verworfen.

Aufbau der RaketeBearbeiten

 
Entwicklungsstufen des SLS
 
Explosionszeichnung der Block-1-Version (bemannt)
 
Explosionszeichnung der Block-2-Version (unbemannt)

Das SLS soll über mehrere Schritte zu einer Schwerlastrakete mit einer Kapazität von ca. 130 Tonnen Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn entwickelt werden. Als Erstes soll die Block 1 genannte Version zum Einsatz kommen. Mit Rettungsrakete an ihrer Spitze ist diese Kombination zusammen 98 Meter hoch und wiegt beim Start etwa 2500 Tonnen. Die Nutzlastkapazität des Trägers beträgt 95 Tonnen für eine erdnahe Umlaufbahn (LEO) beziehungsweise 26 Tonnen zum Mond.[8][9] Sie soll das Orion-Raumschiff in eine Mondumlaufbahn befördern können.

Die Block 1B genannte Variante soll über eine stärkere Oberstufe (Nutzlast von 130 Tonnen LEO bzw. 45 Tonnen zum Mond) verfügen und sowohl das Orion-Raumschiff als auch unbemannte Nutzlasten wie Planetensonden befördern können.[8]

Mit neuen und verstärkten Boostern soll die Rakete mit der Bezeichnung Block 2 später ihre maximale Nutzlastkapazität erreichen und größere Bestandteile für Asteroiden- und/oder Marsmissionen ins All befördern können.

Ob Block 1B und Block 2 tatsächlich realisiert werden, ist wegen der Verspätungen und entsprechend ausufernder Kosten im SLS-Programm ungewiss. Die US-Regierung unter Donald Trump wollte den Zeitplan in den Griff bekommen, indem sie privat betriebene und wiederverwendbare Trägerraketen bevorzugte. Die Aufgabe der SLS könnte auf die Beförderung des bemannten Orion-Raumschiff in eine Mondumlaufbahn beschränkt werden, wofür Block 1 ausreicht.[10] Die Entwicklung der für Block 1B und 2 benötigten stärkeren Oberstufe wurde 2018 eingefroren,[11] 2020 allerdings wieder aufgenommen.[12]

Erste StufeBearbeiten

Die erste Stufe hat 8,38 m Durchmesser,[13] was dem Durchmesser des Externen Tanks des Space Shuttles entspricht. Sie soll vier RS-25D/E-Triebwerke, die von den SSME des Space Shuttle abgeleitet sind, verwenden. Bei den ersten Flügen sollen SSMEs zum Einsatz kommen, die noch aus dem Space-Shuttle-Programm übrig sind und modernisiert werden sollen. Zu diesen für vier Flüge ausreichenden 16 Triebwerken bestellte die NASA bei Aerojet Rocketdyne im November 2015 weitere sechs neue Motoren.[14] Der Tank für den flüssigen Wasserstoff befindet sich im unteren Teil der ersten Stufe und der für den flüssigen Sauerstoff darüber.[15] Diese erste Stufe soll bei allen Varianten des SLS Verwendung finden.

BoosterBearbeiten

Die Block-1- und Block-1B-Varianten sollen beim Start zwei von den Space-Shuttle-Feststoffraketen abgeleitete, modernisierte Booster verwenden. Die Booster sollen aus fünf anstatt der beim Space Shuttle eingesetzten vier Segmenten bestehen.[13] Die beiden Booster sind seitlich an der ersten Stufe angebracht und sollen – anders als beim Space-Shuttle-Programm – nicht wiederverwendet werden.

Für Block 2 ließ die NASA von der Industrie leistungsfähigere Booster mit flüssigem oder festem Treibstoff untersuchen, die die Feststoffbooster ersetzen sollten. Aerojet, Alliant Techsystems und ein Konsortium aus Dynetics und Pratt & Whitney Rocketdyne bewarben sich mit verschiedenen Konzepten. Der Entwurf von Dynetics und Pratt & Whitney Rocketdyne sah eine Steigerung der SLS-Nutzlastkapazität um 20 t vor.[16] Das Vorhaben wurde jedoch 2014 von der NASA aufgegeben.[17]

OberstufeBearbeiten

Bei der Block-1-Variante soll eine leicht abgeänderte zweite Stufe DCSS (Delta Cryogenic Second Stage) der Delta-IV-Rakete unter dem Namen ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) als Oberstufe dienen. Bei den Varianten Block 1B und Block 2 soll eine leistungsfähigere Oberstufe namens EUS (Exploration Upper Stage) zum Einsatz kommen. Diese Oberstufe hat denselben Durchmesser wie die erste Stufe und soll vier wiederzündbare RL-10-Triebwerke verwenden.

EigenschaftenBearbeiten

SLS soll mindestens 13 Tankzyklen überstehen können, welche durch Startabbrüche und andere Verzögerungen notwendig werden können. Die montierte Rakete kann mindestens 180 Tage an der Startrampe verbleiben und 200 Tage im montierten Zustand.[18]

Das SLS ist so leistungsfähig, dass sie größere und schwerere Raumsonden als bisher möglich zu den Gasplaneten usw. schießen kann. Je nach Situation kann dabei auf die missionsverlängernden Swing-by-Manöver zur Geschwindigkeitserhöhung verzichtet werden, die heute selbst bei leichteren Raumsonden nötig sind.[19]

Entwicklung und HerstellungBearbeiten

Beide SLS-Stufen werden von Boeing entwickelt und gefertigt. Die Produktion ist auf dem Gelände der Michoud Assembly Facility der NASA in New Orleans angesiedelt. Im November 2014 verließ dort das erste Ringsegment für eine SLS-Erststufe die neu eingerichtete Schweißanlage.[20][21] Im Januar 2015 begann das Stennis Space Center der NASA mit Testzündungen von RS-25-Raketentriebwerken, um diese für den Einsatz mit dem SLS vorzubereiten.[22]

Im Oktober 2018 stellte der NASA-Generalinspekteur fest, dass es bei der Entwicklung der ersten Raketenstufe zu erheblichen Verzögerungen und Budgetüberschreitungen gekommen sei, und warnte vor weiteren Problemen. Die Ursachen lägen in Missmanagement bei Boeing und unzureichender Überwachung durch die NASA.[23]

Im Laufe des Jahres 2019 wurde die erste Stufe des ersten Raketenexemplar zusammengebaut,[24] welches für den Start der Mission Artemis 1 vorgesehen ist. Anschließend wurde die Erststufe für einen achtminütigen Testlauf zum Stennis Space Center gebracht. Der Test fand nach einem weiteren Jahr an Vorbereitungen am 16. Januar 2021 statt, brach aber wegen eines Hydraulikproblems im Zusammenhang mit der Schubvektorsteuerung nach nur 67 Sekunden ab.[25][26] Am 18. März 2021 wurde der Test erfolgreich wiederholt und die erste Stufe feuerte für 8 Minuten und 19 Sekunden.[27]

StartlisteBearbeiten

Die Zielvorgaben für das SLS-Raketenprogramm sind von politischen Motiven geprägt und wechselten mehrfach. Nachfolgend ist der letzte Planungsstand der Regierung unter Donald Trump wiedergegeben. Neben strategischen Erwägungen stand dahinter auch Trumps Wunsch, sich während einer zweiten Amtszeit durch eine bemannte Rückkehr auf den Mond zu profilieren. Seit der Abwahl Trumps im November 2020 wird mit einer Verschiebung der geplanten Mondlandungen gerechnet.[28][29]

Geplante SLS-Missionen[7][30]
Mission Zieltermin Variante Bemerkung
Artemis 1 Ende 2021[1] Block 1 Crew Testflug mit einem unbemannten Orion-Raumschiff zum Mond. Gesamtdauer 26 Tage, davon 6 im Mondorbit.[31][32] Zusätzlich sollen 13 Cubesats ausgesetzt werden, darunter mehrere Mondorbiter und ein Mondlander.[33]
Artemis 2 2023 Block 1 Crew Testflug; Mondumrundung mit einer bemannten Orion-Kapsel
Artemis 3 2024 Block 1 Crew[34] Bemannte Orion-Kapsel in eine Mondumlaufbahn, von dort mit einer Starship-Landefähre zur Mondoberfläche und nach einer Woche wieder zurück. Das Starship wurde bereits zuvor mit einem Super-Heavy-Booster zum Mond gestartet.
Artemis 4 2025 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel zum LOP-G, von dort mit einem Lander zum Mond und wieder zurück.
Artemis 5 2026 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel und „Surface Logistics“ (Oberflächenlogistik) zum LOP-G, von dort mit einem Lander zum Mond und wieder zurück.
Artemis 6 2027 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel und Gatewaykomponenten einschließlich eines Greifarms zum LOP-G, von dort mit einem Lander zum Mond und wieder zurück.
Artemis 7[7] 2028 Block 1B Cargo Transport eines Wohnmoduls zur Mondoberfläche („Surface Asset“). Dieser Flug wird nicht in allen NASA-Plänen erwähnt.[30]
Artemis 7[30]
oder 8[7]
2028 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel und Gatewaykomponenten einschließlich eines Greifarms zum LOP-G, von dort mit einem Lander zum Mond und wieder zurück.
 
Ein Orion-Raumschiff besucht das Lunar Orbital Platform-Gateway
Gestrichene SLS-Starts (Stand 24. Juli 2021)
Mission Zieltermin Variante Bemerkungen
Europa Clipper 2024 Block 1 Cargo[35] Sonde zum Jupitermond Europa; soll mit der Falcon Heavy von SpaceX starten.[36]
Asteroid Redirect 2026 Block 1B Eine Orion-Kapsel mit vier Besatzungsmitgliedern an einen erdnahen Asteroiden schicken, der robotisch erfasst wird.

Vergleich mit anderen SchwerlastraketenBearbeiten

Die stärksten derzeit verfügbaren oder in Entwicklung befindlichen Trägerraketen für den Transport in niedrige Erdumlaufbahnen (LEO) sind:

Rakete Hersteller Stufen Seiten­booster max. Nutz­last (LEO) max. Nutz­last (GTO) wieder­verwendbar inter­planetare Missionen bemannte Missionen Erstflug
CZ-9 China Volksrepublik  CALT 3 4 140 t 66 t nein geplant nicht geplant ca. 2030
SLS Block 1B Vereinigte Staaten  Boeing 2 2 105 t keine Angabe nein geplant geplant 2025 (geplant)
Starship Vereinigte Staaten  SpaceX 2 > 100 t1 21 t[37]
(> 100 t2)
voll­ständig geplant geplant 2021 (geplant)
SLS Block 1 Vereinigte Staaten  Boeing 2 2 95 t keine Angabe nein geplant geplant 2021 (geplant)
Falcon Heavy Vereinigte Staaten  SpaceX 2 2 64 t 27 t Erst­stufe, Seiten­booster, Nutz­last­verkleidung ja nicht geplant 2018
New Glenn Vereinigte Staaten  Blue Origin 2 45 t1 13 t1 Erst­stufe möglich geplant 2022 (geplant)
Angara A5V Russland  Chrunitschew 3 4 37,5 t 12 t nein geplant geplant 2027 (geplant)
Delta IV Heavy Vereinigte Staaten  ULA 2 2 29 t 14 t nein ja nein 2004
Vulcan Vereinigte Staaten  ULA 2 6 27 t 13,6 t nein geplant geplant 2022 (geplant)
CZ-5 China Volksrepublik  CASC 2–3 4 25 t 14 t nein ja nicht geplant 2016
1 Maximale Nutzlast bei Wiederverwendung aller wiederverwendbaren Komponenten. Ohne Wiederverwendung wäre eine größere Nutzlast möglich.
2 Bei Wiederbetankung im Orbit.

WeblinksBearbeiten

Commons: Space Launch System – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b Stephen Clark: Hopeful for launch next year, NASA aims to resume SLS operations within weeks. In: Spaceflight Now. 1. Mai 2020, abgerufen am 28. Dezember 2020.
  2. NASA’S management of the Orion multi-purpose crew vehicle program, 16. Juli 2020, Seite 3 (PDF)
  3. The Vision for Space Exploration – February 2004 (PDF). NASA, 15. Februar 2004, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  4. Obama Vows Renewed Space Program. New York Times, 15. April 2010, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  5. Preliminary NASA plan shows Evolved SLS vehicle is 21 years away. nasaspaceflight.com, 27. Juli 2011, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  6. SLS finally announced by NASA – Forward path taking shape. nasaspaceflight.com, 14. September 2011, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  7. a b c d Forward to the Moon: NASA’s Strategic Plan for Lunar Exploration. (PDF) NASA, Mai 2019, abgerufen am 26. Mai 2019 (englisch).
  8. a b Loren Grush: The first three missions of NASA’s next big rocket will have to settle for a less-powerful ride. 22. Mai 2018, abgerufen am 20. Dezember 2018.
  9. Moon to Mars. NASA, abgerufen am 15. Mai 2019.
  10. Eric Berger: New White House budget spells trouble for NASA’s SLS rocket. In: Ars Technica. 11. März 2019, abgerufen am 11. März 2019 (englisch).
  11. Philip Sloss: Administration proposes the end of EUS while Administrator considers full Exploration manifest rewrite. In: Nasaspaceflight. 19. März 2019, abgerufen am 19. März 2019 (englisch).
  12. Space Launch System Exploration Upper Stage Passes Critical Design Review. Boeing-Pressemeldung vom 21. Dezember 2020.
  13. a b NASA announces new rocket for deep space missions. Spaceflight Now, 14. September 2011, abgerufen am 6. Oktober 2013 (englisch).
  14. Aerojet Rocketdyne wins propulsion contracts worth nearly $1.4 billion. Spaceflight Now, 27. November 2015, abgerufen am 19. Januar 2016 (englisch).
  15. SLS Core Stage Fact Sheet PDF (englisch)
  16. Stephen Clark: Rocket companies hope to repurpose Saturn 5 engines. Spaceflight Now, 18. April 2012, abgerufen am 6. Oktober 2013 (englisch).
  17. Dan Leone: News from the 30th Space Symposium | Second SLS Mission Might Not Carry Crew. In: Spacenews. 21. Mai 2014, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  18. SLS to be robust in the face of scrubs, launch delays and pad stays. NASASpaceFlight.com. 4. April 2012. Abgerufen am 9. April 2012.
  19. David Hitt, NASAs Marshall Centre (14. Januar 2014): http://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/sls-science-missions.html. Abgerufen am 9. Februar 2014.
  20. SLS Engine Section Barrel Hot off the Vertical Weld Center at Michoud. NASA
  21. Space Launch System. Boeing, abgerufen am 17. Januar 2021.
  22. Chris Bergin: Stennis conducts SLS engine firing marking RS-25 return. In: NASASpaceflight.com. Abgerufen im Januar 2015.
  23. Jeff Foust: NASA inspector general sharply criticizes SLS core stage development. In: Spacenews. 10. Oktober 2018, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  24. NASA Invites Media for Look at NASA’s Space Launch System Progress. NASA, 20. Februar 2019, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  25. Stephen Clark: NASA studying cause of early end to NASA moon rocket test-firing. Spaceflight Now, 17. Januar 2021.
  26. Green Run Update: Data and Inspections Indicate Core Stage in Good Condition. NASA-Pressemeldung vom 19. Januar 2021.
  27. NASA Mega Moon Rocket Passes Key Test, Readies for Launch. NASA-Pressemeldung 21-030 vom 18. März 2021.
  28. Was sich mit Joe Biden in der Raumfahrt ändert. Welt Online, 18. November 2020.
  29. Moon by 2024 no more? NASA's Artemis deadline for crewed lunar landings likely to relax under Biden. Space.com, 28. Dezember 2020.
  30. a b c Moon 2 Mars, NASA, abgerufen am 26. Mai 2019.
  31. Kathryn Hambleton: Around the Moon with NASA’s First Launch of SLS with Orion. 7. März 2018, abgerufen am 21. Dezember 2018.
  32. Kathryn Hambleton: Exploration Mission-1 Map. 9. Februar 2018, abgerufen am 21. Dezember 2018.
  33. Karen Northon: Space Launch System’s First Flight to Send Sci-Tech Sats to Space. 2. Februar 2016, abgerufen am 20. Dezember 2018.
  34. Space Launch System Exploration Upper Stage Passes Critical Design Review. Boeing-Pressemeldung vom 21. Dezember 2020.
  35. Loren Grush: The first three missions of NASA’s next big rocket will have to settle for a less-powerful ride. 22. Mai 2018, abgerufen am 20. Dezember 2018.
  36. SpaceX soll für NASA zum Jupitermond Europa fliegen. Deutsche Welle, 24. Juli 2021, abgerufen am selben Tage.
  37. Starship Users Guide Revision 1.0 (PDF, 2 MB; Seite 5) auf der SpaceX-Website, März 2020, abgerufen am 19. März 2021 (englisch).