Space Transportation System der NASA
STS-4


Die Astronauten der STS-4-Mission : Pilot Henry Warren Hartsfield (links) und Commander Thomas Kenneth Mattingly 1982.
Die beiden Weltraum-Pioniere waren bei ihrem Einsatz nicht mehr jung - Hartsfield zählte immerhin 48 Lenze und der draufgängerische Mattingly, der 1972 mit Apollo 16 zum Mond geflogen war, hatte 46 Jahre hinter sich.
Foto: NASA

URL dieser Website: http://www.kunstundkosmos.de/NASA-SpaceTransportationSystem-STS/STS-4.html

 

Sitemap
Übersicht Astronomie
Übersicht Space Transportation System

21-12-2011

Update 29-08-2012

Columbia vom 27. Juni bis 4. Juli 1982

 

Die Mission:
Es war die letzte Test-Mission des Shuttles, es sollten noch einmal seine thermische Belastbarkeit, aber auch seine Eignung für Nutzlasten sowie der Roboterarm (Canadarm) getestet werden. Eine geheime Nutzlast des Verteidigungsministeriums (DoD 82-1 Department of Defense) war im Frachtraum verankert und bestand aus einem Infrarot-Teleskop, einem UV-Sensor und einem Sextant. Die NASA äußerte sich zwar nicht dazu, aber es stellte sich heraus, dass mögliche "feindliche" Raketenstarts entdeckt werden sollten und dass ein geheimes Kontrollzentrum in Sunnyvale/Kalifornien sich an Aufzeichnung und Auswertung der Daten beteiligte.

 

Zur zivilen Nutzlast gehörte eine DFI-Palette (Development Flight Instrumentation), deren Geräte den Zustand des Orbiters und seine Materialbelastbarkeit aufzeichnen sollten. Vor allem die thermische Belastung (darunter Hitzeeinwirkungen auf die Schutzkacheln), aerodynamische Effekte auf die Shuttle-Oberfläche und das Lageregelungssystem wurden kritisch untersucht. So ergab es sich, dass die Türen zur Nutzlastbucht nicht mehr geöffnet und geschlossen werden konnten, nachdem die Columbia ihre Unterseite anderthalb Tage hatte in der Sonne braten lassen - durch die gnadenlose Strahlung außerhalb der Erdatmosphäre hatte sich das Material verzogen. Es gab einen genauen Plan, wie lange das Shuttle in welcher Position der Sonne ausgesetzt werden sollte: 20 Stunden in Barbecue-Position (normale Lage, aber wie ein Grillspieß rotierend), 10 Stunden mit der Nase zur Sonne und der Nutzlastbucht zur Erde, 80 Stunden mit dem Schwanz zur Sonne und 40 Stunden mit dem Bauch zur Sonne. Um die strapazierten Systeme für die kritische Wiedereintrittsphase in die Erdatmosphäre zu stabilisieren, flog die Columbia während der letzten 10 Flugstunden wieder in Barbecue-Positon. Für die Astronauten war aber auch der Landeanflug eine Herausforderung, denn der Autopilot sollte das Shuttle nur bis auf 762 m über Grund herunter bringen, danach sollte die Crew die Columbia steuern bis zum Rollout.

 

Das allgemeine Orbiter Experiments Program der NASA sollte eine präzise Datensammlung über die Shuttle-Performance während des Starts, des Fluges im Orbit, des Wiedereintritts und der Landephasen ergeben, u.a. damit ein Vergleich mit Daten im irdischen Windkanal und anderen Testanlagen am Boden möglich wurde. So sammelte das ACIP (Aerodynamic Coefficient Identification Package), das schon bei den drei vorhergegangenen Shuttle-Missionen mit geflogen war, aerodynamische Daten. Die Infrarotbilder von IRIS (Imagery of Shuttle) konnten mit Aufnahmen des Kuiper Airborne Observatory verglichen werden (dieses umgebaute Militärflugzeug war mit einem Cassegrain-Teleskop bestückt und sollte bis zu seinem Ende 1995 eigentlich nur astronomischen Zwecken dienen).

 

Ebenso wichtig wie kompliziert waren Experimente mit Tile Gap Heating Effects: Tests am Boden hatten ergeben, dass die Zwischenräume zwischen den Hitzeschild-Kacheln Luftturbulenzen verursachten, durch die sich die Hitze während der kritischen Reentry-Phasen (Wiedereintritt des Shuttles in die Erdatmosphäre) verstärkte. Tests hatten auch erwiesen, dass durch verändertes Kacheldesign und andere Kantenlinien dieser Effekt reduziert werden konnte, wobei nicht nur die Breite, sondern auch die Tiefe der Gaps (Zwischenräume) eine Rolle spielte. Bei der STS-4-Mission hatte es zudem beim Start Probleme gegeben, die eigentlich völlig harmlos schienen: Es hatten sich nicht nur Verkleidungen von Feststoffraketen gelöst und waren ins Wasser gefallen, sondern es war Regenwasser durch den Schutzüberzug einiger Kacheln eingedrungen. Der Aufmerksamkeit von Technik und Crew war es zu verdanken, dass die Crew im Orbit die entsprechenden Stellen des Shuttles der Sonne aussetzte, so dass das Wasser verdampfte - andernfalls hätte Eisbildung womöglich zu ernsten Schäden führen können. Auch das Tile Gap Experiment war schon bei STS-2 und STS-3 mit geflogen - aber dass fast 20 Jahre später die Columbia just am immer wieder auftretenden Kachel-Problem eine der schrecklichsten Katastrophen der Raumfahrt erlitt, ist mehr als tragisch: Die Katastrophe von 2003  ließ sich eindeutig auf Pfusch und auf die Weigerung von Führungspersonen zurückführen, den Warnungen "untergeordneter" Techniker Gehör zu schenken.

 

Besondere Aufmerksamkeit galt übrigens schon seit STS-1 den Verhältnissen in der Nutzlast-Bucht, die mit der Datensamlung DATE (Dynamic, Acoustic, and Thermal Environment) beobachtet wurden. Schließlich mussten die bezahlten Nutzlasten für zukünftige Flüge sicher sein, und das Problem bestand einerseits darin, dass die Bedingungen je nach Flugphase nicht konstant waren, und andererseits, dass es wechselseitige Einflüsse der Cargo-Elemente untereinander geben konnte. Zur DATE-Ausrüstung gehörten daher unter anderem Beschleunigungsmesser, Mikrophone und Thermoelemente.

 

 

 


Erfolg für die Crew: der Roboter-Arm (Canadarm, korrekt bezeichnet als Remote Manipulator System RMS) hat den IEC-Monitor aus der Ladebucht der Columbia gehoben. Der Kasten enthielt elf Instrumente, mit denen die Emissionen des Shuttles aufgezeichnet wurden. Die seltsame Spitze in der unteren Bildhälfte ist der "Schwanz" der Columbia, und ganz unten saust der Atlantik vorbei.
Foto: NASA

 

Erneut wurde mit dem Canadarm geübt, der tatsächlich wie ein menschlicher Arm konstruiert war mit Schulter, Ellbogen und Handgelenk. Die Crew steuerte das mehr als 15 Meter lange Instrument aus leichtem Karbonkomposit (Gewicht auf der Erde: 408 Kilogramm) durch Elektromotoren und Kameras an Ellbogen und Handgelenk. Der Arm hatte einen Röhren-Durchmesser von 38 cm und konnte in fünf Modi eingesetzt werden von manuell bis Computer gesteuert. Bei der STS-4-Misson hob der Roboterausleger den kistenförmigen IECM (Induced Environment Contamination Monitor) zweimal aus der Ladebucht, hievte ihn an verschiedene Stellen und hielt ihn eine Weile in der "Luft", immerhin eine Apparatur von fast 370 kg (auf der Erde!), deren 11 Instrumente derweil einfach weiter liefen und permanent die Emissionen des Shuttles selbst aufzeichneten: Spurengase, Feuchtigkeit u.a. Für spätere Missionen sollten damit Auswirkungen sowohl auf die äußere Umgebung des Shuttles als auch auf die empfindlichen Experimente und Instrumente an Bord aufgezeichntet werden. So verursachte beispielsweise die Aktivität der Reaktionsräder bereits eine Gas-Emission, die vom IEC-Monitor gemessen werden sollte. Von der Startphase der Columbia bis zu 45 Minuten nach der Landung arbeitete der IECM ohne Unterbrechung.

 

Die Astronauten Thomas Mattingly (commander) und Henry Hartsfield (pilot) übten außerdem das Anziehen der Raumanzüge für zukünftige EVAs (Außenbordeinsätze) und waren mit der Handkamera der Entstehung von Blitzen in der Atmosphäre auf der Spur. Der Night/DayOptical Survey of Lightning hatte bei der STS-2-Mission wegen der verkürzten Flugzeit nur sehr begrenzte Ergebnisse geliefert, und es ging immerhin um die Entwicklung von Sensoren für zukünftige Wettersatelliten.

Zu den Nutzlasten gehörte erstmals ein arbeitsfähiges Get Away Special (GAS), eine kanisterförmige Laboranlage, die von Studenten der Universität Utah mit neun Experimenten benutzt wurde. Beobachtet wurden das Wurzelwachstum von Algen und Entengrütze, das Verhalten von Fruchtfliegen und Salinenkrebsen in der Schwerelosigkeit, die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit, die Wärmeleitfähigkeit einer Öl-/Wassermischung und die Möglichkeit, in der Schwerelosigkeit etwas hinzubekommen, das auf der Erde banal ist, im All aber eher zur Verzweiflung führt: Löten! Jedenfalls gehörte die Oberflächenspannung von Löt-Zinn zu den Fragen, die im GAS gestellt und beantwortet werden sollten. In späteren Shuttle-Missionen bot die NASA das GAS allgemein für wissenschaftliche Kleinexperimente an, für die sich jeder ernsthafte Forscher bewerben konnte. Bedingung waren die Vorauszahlung von 500 US-Dollar, die Sicherheit der Nutzlast und ihre einfache Bedienbarkeit: Die Astronauten sollten außer mit Ein- und Ausschalten der Apparatur keine weitere Arbeit haben, vor allem sollten die Experimente nicht permanent überwacht werden müssen. Je nach Größe der Experimentieranlagen konnte es aber auch teurer werden, die NASA setzte 10.000 Dollar als Obergrenze fest. Was die STS-4-Mission betrifft, so waren die Verhältnisse noch nicht optimal - jedenfalls konnten die Astronauten die GAS-Anlage zunächst nicht einschalten. Als sie nach Rücksprache mit der Bodenstation das Paneel auseinandergenommen hatten, auf dem das GAS montiert war, stellte sich heraus: Das Ding war falsch verkabelt! Die Anlage konnte dank der beiden fleißigen Astronauten immerhin am dritten Tag nach dem Start in Betrieb genommen werden und ließ sich dann bis zur Landung nicht mehr abschalten.

Auch das Studenten-Wettbewerbs-Experiment SSIP (Shuttle Student Involvement Project) von STS-3 war wieder an Bord, ergänzt um zwei weitere Experimente, mit denen die Auswirkung der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper untersucht werden sollte, genauer gesagt auf Cholesterinspiegel und Lipoproteine im Blut sowie auf den Insulinspiegel - die beiden Astronauten stellten sich unerschrocken auch dafür selber in den Dienst der Wissenschaft.

Ferner befand sich bezahlte Nutzlast (payload) an Bord, so das 1,80 m hohe CFES (Continuous Flow Electrophoresis System) des Flugzeugbauers McDonnell Douglas und der Monodisperse Latex Reactor, der bereits bei STS-3 mit von der Partie gewesen war und dort perfekte Mikro-Latexkugeln für industrielle und medizinische Zwecke erzeugt hatte. Das CFES-Gerät arbeitete sieben Stunden lang und sollte u.a. medizinische Proben von auf der Erde unerreichter Reinheit herstellen. Prinzipiell ging es darum, biologische Materialien je nach ihrer unterschiedlichen Oberflächenladung beim Durchlauf durch ein elektrisches Feld zu trennen. Auf der Erde behindert die Gravitation diesen Prozess, die Ergebnisse in der Mikrogravitation sind angeblich 300 bis 400 Mal besser. Das Elektrophorese-System sollte in den folgenden zwei Jahren noch bei sechs Space Shuttles im Mitteldeck mitfliegen.

Was den Latex Reactor betrifft, so bestand die auf dem Mitteldeck montierte Anlage aus vier Reaktoren, die erhitzt wurden, und einer Latex formenden Rezeptur in einem 60 cm hohen Metallzylinder. Die Suspension aus sehr kleinen, in Flüssigkeit gelösten Latexperlen sollte auf STS-4 als Basis für die Herstellung größerer, ebenfalls vollkommen gleichmäßiger Kugeln dienen - bei der STS-3-Mission hate der Reaktor 14 Stunden gearbeitet und eine bestimmte Menge Kügelchen bis zu einer Größe von 5 Mikrometer hergestellt. Bei STS-4 sollte er 20 Stunden lang arbeiten und größere Kügelchen fabrizieren - als Monodispersion können auf der Erde nur Kugeln bis zu einer Größe von 3 Mikrometer hergestellt werden, im All sollten bis zu 20 Mikrometer dabei herauskommen. Die Gummikügelchen waren für Medizin und Industrie vorgesehen unter anderem als Messgeräte für winzige Öffnungen, aber leider hatte die Anlage dieses Mal eine Fehlfunktion und brachte nur etwas mehr als die Hälfte der erhofften Menge an Kügelchen zustande.


Die Crew der STS-4-Mission ganz ohne offizielle Pose: Ken Mattingly (rechts) und Henry Hartsfield während einer Pause vor Pressefotografen, im Hintergrund die Raumfähre. Bei der aktuellen Arbeitsphase ging es um einen CDDT - einen Count Down Demonstration Test.
Foto: NASA

Die Astronauten:
Thomas Kenneth Mattingly ("Ken" Mattingly, geb. 1936 in Chicago) studierte zunächst Luftfahrttechnik und ging 1958 zur US-Marine, wo er eine Pilotenausbildung erhielt. Seit 1966 war er bei der NASA, wurde im Apollo-Programm eingesetzt und zum Experten für das Apollo-Raumschiff. Als Astronaut flog er erstmals 1972 bei der Apollo-16-Mission, und zwar als Pilot der Landekapsel zusammen mit Commander John Young. Auf dem Rückflug legte er sogar einen Außenbordeinsatz hin. Bei Apollo 17 wurde er als CapCom eingesetzt: Die Capsule Communicators waren auf der Bodenstation in Houston für die Kommunikation mit den Astronauten im All zuständig und sollten möglichst selbst Astronauten-Erfahrung haben, um deren Belange besser zu verstehen. Nachdem das Apollo-Programm eingestellt wurde, gehörte Mattingly ab 1973 zu den Entwicklern der Space Shuttles, die er wesentlich mit vorantrieb. Ab 1981 traf er aber wieder Vorbereitungen für eine Tätigkeit als aktiver Astronaut. Zunächst fungierte er nur als Ersatzmann bei den Missionen STS-2 und STS-3, bis es dann mit STS-4 endlich wieder zum Lift-off kam. Mattingly sollte später mit der Mission STS-51-C ein drittes Mal ins All fliegen: Er war inzwischen an einem Projekt beteiligt, das die NASA gemeinsam mit dem US-Verteidigungsministerium betrieb und im wesentlichen die Aussetzung von Spionagesatelliten zum Ziel hatte. Nachdem die Missionen STS-10 (1983) und STS-41-E (1984) abgesagt worden waren, wurden bei STS-51-C (1985) gleich mehrere militärische Satelliten in die Umlaufbahn gebracht. Nach seiner Astronautenphase war Mattingly in der technischen Entwicklung verschiedener Raumfahrtprojekte tätig, er verließ die NASA aber 1986 und ging als Manager für Satellitenprogramme wieder zur Marine. 1990 wechselte er in die Industrie, 1998 wurde er Geschäftsführer der Rocket Development Company in Los Alamitos, einer Firma für Trägersysteme.

Henry Warren Hartsfield
("Hank" Hartsfield, geb. 1933 in Birmingham/ Alabama, gestorben 2014) ging als ausgebildeter Physiker und Raumfahrttechniker 1955 zur US-Air Force und hat sich in dieser Funktion auch kurzfristig auf der US-Luftwaffenbasis im deutschen Bitburg aufgehalten. Die Air Force bildete ihn auf der Edwards Base zum Testpiloten aus, und Hartsfield arbeitete dort anschließend selbst als Ausbilder. Seine Astronautenkarriere sollte eigentlich 1966 mit der Spionage-Raumstation MOL beginnen (Manned Orbiting Laboratory), aber Hartsfield ging zur NASA, als MOL 1969 eingestellt wurde. Bei der NASA war er zunächst Mitglied der Support-Mannschaften für die Apollo-16-Mission und die bemannten Skylab-Missionen, dann rückte er immerhin einer aktiven Astronautentätigkeit näher als Ersatzpilot für die Shuttle-Missionen STS-2 und STS-3. Die Mission STS-4 war dann endlich sein erster Raumflug, an den sich immerhin noch STS-41-D (1984 als commander der Discovery) und STS-61-A (1985 als commander der Challenger) anschlossen. Mit den drei Raumflügen war seine Zeit als aktiver Astronaut aber auch schon wieder vorbei. 1986 wurde Hartsfield stellvertretender Leiter des Astronautenbüros, 1987 stellvertretender Direktor der Flight Crew Operations, und ab 1990 war er maßgeblich beteiligt an der Projektentwicklung der Raumstation "Freedom", die später zur International Space Station ISS wurde. Hartsfield, der die Air Force erst 1977 verlassen hatte und danach als Zivilperson bei der NASA gearbeitet hatte, schied 1998 auch aus der NASA aus und ging in die Industrie. Bis 2005 war er in leitender Funktion beim Waffenhersteller Raytheon in Houston tätig, bevor er mit stolzen 72 Jahren endlich in Rente ging. Er starb 2014 an den Folgen einer Rückenoperation.
hey

Infos:
Die Mission:
NASA: http://www.jsc.nasa.gov/history/shuttle_pk/pk/Flight_004_STS-004_Press_Kit.pdf
Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/STS-4

Die Astronauten:
Thomas Kenneth Mattingly
Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Mattingly
Biografie in Daten: http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/MattinglyTK/MattinglyTK_Bio.pdf
Oral History Interviews: http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/MattinglyTK/MattinglyTK_11-6-01.pdf (94 Seiten, Karriere einschließlich Apollo-Missionen)
http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/MattinglyTK/MattinglyTK_4-22-02.pdf (67 Seiten)

Henry Warren Hartsfield
Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Henry_Hartsfield
Biografie in Daten: http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/HartsfieldHW/HartsfieldHW_Bio.pdf
Oral History Interviews: http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/HartsfieldHW/HartsfieldHW_6-12-01.pdf (44 Seiten, Karriere mit STS-4)
http://www.jsc.nasa.gov/history/oral_histories/HartsfieldHW/HartsfieldHW_6-15-01.pdf (37 Seiten, Mission STS-41-D und Arbeiten an Bord)

kostenlose counter