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RAKETEN-STEUERUNG Die göttliche Lenkung

aus DER SPIEGEL 13/1958

Nachdem am Montag vergangener Woche der kokosnußgroße Erdsatellit »Vanguard I« der US-Marine als »summendes Symbol des Erfolges« ("New York Times") seine erste Erdumrundung vollendet hatte, versammelte der Leiter der technischen Startvorbereitungen, Paul Walsh, die Reporter in seiner Kommandozentrale auf dem Raketenschießplatz Cape Canaveral. Walsh, der seit den ersten beiden Fehlstarts von »Vanguard«-Raketen an schmerzhaften Herzbeschwerden leidet, wehrte die Gratulationen ab: »Eines möchte ich in aller Deutlichkeit klarstellen: Jedes von tausend Dingen hätte schiefgehen und uns zu Hampelmännern machen können. Es ist wie beim Sport: Wenn der Ball ins Netz saust, ist man ein Held. Geht er daneben, ist man eine Niete.«

Das Bewußtsein, daß der Erfolg ihres Raketenstarts von zahllosen Imponderabilien abhing, die einer technischen Kontrolle entzogen waren, hatte die Techniker in Cape Canaveral zu einem seltsamen Ritus bewogen. Mitte des vergangenen Monats bat die Startmannschaft, die nach zwei mißglückten Startversuchen und vielfachen Startverzögerungen einem kollektiven Nervenkollaps nahe war, für den nächsten Versuch vorsorglich den Beistand eines Schutzpatrons anrufen zu dürfen.

Der formgerechte Antrag, eine Plakette des Heiligen Christophorus, des Schutzpatrons aller Reisenden, im Kreisel-Lenksystem der Trägerrakete anzubringen, wurde von allen Instanzen genehmigt. Die Begründung, die von den Antragstellern in das vorgeschriebene Formblatt eingetragen worden war, lautete: »Ergänzung des Steuerungssystems durch göttliche Lenkung (Divine Guidance)«.

Mit Bedacht hatten die Techniker ihre Glücksbringer-Plakette am neuralgischen Punkt des Nervensystems ihrer Rakete befestigt: Noch gilt es als das schwierigste Problem der Raketentechnik, einen mit vielfacher Schallgeschwindigkeit durch das luftleere dreidimensionale All rasenden Flugkörper exakt in eine vorausberechnete Bahn zu steuern. Denn bei Geschwindigkeiten von rund 28 000 Kilometer je Stunde müssen winzige Fehler in der Flugrichtung schon binnen weniger Sekunden zu beträchtlichen Kursabweichungen führen.

Beispielsweise würde eine auf den Mond gezielte Rakete sogar an dieser großen Zielscheibe vorbei und in den Weltenraum hinausfliegen, wenn sie nicht bis auf Bruchteile eines Grades genau auf die vorgeschriebene Bahn eingesteuert wird. Noch präziser muß das Lenksystem einer Interkontinentalrakete arbeiten, die ein Ziel von den Ausmaßen einer Großstadt treffen soll.

In den ersten Nachkriegsjahren schien es technisch unmöglich, ein derart präzises Steuerungssystem zu konstruieren. Die Erfahrungen mit dem groben Lenkungsmechanismus der deutschen V 2 dienten den Skeptikern als Argument gegen das aufwendige Projekt, eine Interkontinental-Rakete zu entwickeln. Von mindestens 1115 V-2-Raketen, die während des Krieges auf London abgefeuert wurden, fielen nur 518 ins Ziel.

Die Anforderungen an den Steuerungsmechanismus einer interkontinentalen Fernrakete, die mit mehrfacher Geschwindigkeit rund dreißigmal weiter als die V 2 fliegen müßte, sind aber unvergleichlich höher. Wenn ein Ferngeschoß mit den gleichen Kursfehlern wie die V 2 fliegt, würde es womöglich nicht nur den Ziel-Ort, sondern auch das Ziel verfehlen. Auf Grund dieser Erwägungen glaubten die führenden amerikanischen Militärs in den ersten Nachkriegsjahren nicht an die Möglichkeit, die kühnen Fernwaffenpläne verwirklichen zu können, die man in Deutschland erbeutet hatte.

In der vergangenen Woche aber ließ die Bahn des neuen Erdsatelliten »Vanguard I« erkennen, daß es den amerikanischen Raketenforschern seit Ende des Krieges gelungen ist, das schier unlösbare Problem mit Hilfe raffinierter Elektronentechniken und modernster Präzisionsmechanik zu bewältigen: Das Steuerungssystem der »Vanguard«-Rakete arbeitet offenbar weitaus genauer als die Lenkvorrichtungen aller bisher erprobten Satelliten-Raketen einschließlich der beiden sowjetischen Trägerraketen, die Sputnik I und Sputnik II in ihre Umlaufbahnen trugen.

Die Konstrukteure des US-Marineforschungsamtes, das die »Vanguard« entwickelte, haben das System der »Trägheitslenkung«, dessen Prinzip auch schon in der V 2 angewandt wurde, in entscheidendem Maße weiterentwickelt und verfeinert. Diese Lenkung, mit der die meisten Fernraketen gesteuert werden, basiert auf dem sogenannten Trägheitsgesetz, das der italienische Professor Galileo Galilei im 17. Jahrhundert formulierte.

Danach wehrt sich ein Körper gegen jegliche Änderung seines Bewegungszustandes mit eigener Kraft, der Trägheitskraft. Sie preßt zum Beispiel den Autofahrer beim Anfahren gegen die Rücklehne des Sitzes. Feinste Meßgeräte - sogenannte Akzelerometer - registrieren im Raketenhirn stetig die während der ersten Flugphase auftretenden Trägheitskräfte. Ein eingebautes Elektronengehirn ermittelt aus diesen Angaben kontinuierlich Geschwindigkeit und Richtung der Rakete.

Alle diese Informationen sind aber wertlos, wenn sie sich nicht auf ein festes Koordinatensystem - wie etwa Längen - und Breitengrade auf der Erdoberfläche - beziehen, das eine Positionsbestimmung und Kursüberwachung überhaupt erst ermöglicht. Da es jedoch im Raum keine festen Bezugsebenen gibt, muß das Raketenhirn die ermittelten Daten in ein eigenes Koordinatensystem eintragen.

Dieses Bezugssystem besteht aus drei vorher festgelegten Richtungen im Raum. Sie werden durch die Achsen von drei Kreiselkompassen angezeigt. Kreiselkompasse haben nämlich das Bestreben, stets in eine vorher eingestellte Richtung zu weisen - auch wenn die Rakete, in die sie eingebaut sind, hin und her torkelt.

Die Konstruktion eines solchen Systems von Kreiselkompassen, die bei allen Bewegungen des Raketenrumpfes präzise ihre Richtung beibehalten, war jedoch eines der schwierigsten Probleme der Lenkwaffentechnik. Da die Raketen zum Beispiel durch ungleichmäßige Verbrennung des Treibstoffes in heftige Schwingungen geraten können, mußten die Konstrukteure außerordentlich verwickelte Stabilisierungsvorrichtungen ersinnen.

Vermittels dieser Kreiselkompaß-Systeme vergleicht das Elektronengehirn der Rakete die laufend ermittelten Positionsangaben mit der vorher berechneten Flugbahn. Sobald es eine Kursabweichung feststellt, betätigt es die Steuerorgane: Bei Wernher von Brauns Jupiter-C-Rakete beispielsweise vier hitzebeständige Graphitruderblätter, die in den Gasstrahl des Triebwerks hineinragen. Die Rakete wird durch Drehung dieser Ruderblätter nach demselben Prinzip wie ein Schiff gesteuert. Weil dieses Lenksystem nur eine kurze Lebensdauer hat - die Graphitflossen verbrennen oft vorzeitig im heißen Strahl der austretenden Gase - und außerdem das Raketengewicht übermäßig erhöht, entwickelten die »Vanguard«-Techniker ein moderneres und relativ leichtes Steuerungssystem. Sie hängten das Triebwerk der »Vanguard« in ein Kardangelenk ein, so daß das gesamte Antriebsaggregat geschwenkt werden kann. Der Gasstrahl der Rakete kann also in jede gewünschte Richtung gedreht werden und so stets die Rakete in die berechnete Bahn steuern.

Die Konstrukteure der ersten amerikanischen Interkontinental-Rakete »Atlas« deren Erprobung noch nicht abgeschlossen ist - haben die von den »Vanguard«-Technikern entwickelte Konzeption übernommen. Da die »Atlas« jedoch ihr Ziel nur bei noch wesentlich größerer Präzision der Lenkung anfliegen kann, statteten die Techniker das Projektil mit einer zusätzlichen Steuerungshilfe aus: der Sternen-Navigation.

Bei diesem Steuerungs-Verfahren visieren die »Augen« der Rakete - elektronische Photozellen - bestimmte Sterne an. Sobald die Kreiselkompasse, deren Achsen als Koordinatensystem zur Berechnung der Position der Rakete dienen, von ihren festgelegten Richtungen abweichen, betätigt ein Elektronengehirn Motoren, die diese Abweichungen korrigieren. Die Navigation nach den Sternen steuert die Fernraketen noch wesentlich exakter als die Trägheitslenkung, ist aber nur anwendbar, wenn der Flugkörper die Wolken der Lufthülle durchstoßen hat.

Wie genau jedoch schon die moderne Trägheitslenkung der »Vanguard« gearbeitet hat, wurde den Forschern klar, als sie die vorläufigen Vermessungen der Satellitenbahn überprüften: Aus ihren Beobachtungen ging hervor, daß der erdnächste Punkt der »Vanguard«-Satellitenbahn rund 650 Kilometer hoch liegt. Schon bei geringfügigen Fehlern des Lenk- und Steuerungsmechanismus der »Vanguard«-Rakete hätte die Bahn des neuen Satelliten wesentlich tiefer in die irdische Lufthülle hineinreichen müssen - wie die Bahnen der russischen Satelliten und des »Explorer I«. Gleich diesen drei ersten Satelliten wäre dann auch »Vanguard I« in den dichteren Luftschichten stärker gebremst worden und hätte deswegen eine sehr viel geringere Lebenserwartung gehabt.

Infolge der Steuerungspräzision der »Vanguard«-Rakete dürfte der amerikanische Satellit »Vanguard I« etwa zehn bis zwanzig Jahre lang die Erde umrunden. Der sowjetische »Sputnik II« hingegen wird - weil er wegen der ungenau arbeitenden Steuerung seiner Trägerrakete in eine ungünstigere Ellipsenbahn befördert worden ist, die tief in die bremsende Lufthülle hinabreicht - voraussichtlich schon Mitte April abstürzen.

»Vanguard«-Start: Präziser als die Sputnik-Raketen

Start-Leiter Walsh

Amulett im Raketenrumpf

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