Wer Menschen zum Mond schicken will, muss sie sicher nach Hause bringen können. Und wenn Sie sie nach Hause bringen wollen, müssen Sie sie in einem Schwall von Hitze und Feuer durch die Erdatmosphäre rasen lassen.
Eine ankommende Kapsel verlässt den Weltraum mit Tausenden von Meilen pro Stunde und wird dann schnell abgebremst. Die Astronauten im Inneren spüren, wie sich die Schwerkraft mit einem unangenehmen Druck wieder behauptet. Die Reibung zwischen der lodernden Kapsel und der umgebenden Atmosphäre erzeugt Hitze, die sengend genug ist, um Luftmoleküle auseinanderzubrechen, und die resultierenden Plasmablitze füllen die Fenster und versperren den Blick auf die Erde. Ein Teil des Hitzeschilds, der mit einer zentimeterdicken Harzschicht überzogen ist, die die kostbare Fracht vor den schlimmsten feurigen Bedingungen schützen soll, verdampft.
Ein NASA-Raumschiff hat heute diese intensive Fahrt gemacht und ist nach einer langen und einsamen Wanderung um den Mond erfolgreich im Pazifischen Ozean gelandet. Die Kapsel Orion wurde letzten Monat mit der Neumondrakete der NASA gestartet und ist ein zentraler Bestandteil des Artemis-Programms, Amerikas Bemühungen, zum ersten Mal seit 50 Jahren Astronauten auf die Mondoberfläche zu bringen. Diesmal waren keine Astronauten an Bord, aber die NASA hat bewiesen, dass sie die Kapsel in einem Stück nach Hause bringen kann.
Mit dieser Wasserung gelang den Ingenieuren eine lange erträumte Revolution des Wiedereintritts: Anstatt abzustürzen, sobald das Raumschiff den Himmel berührte, hüpfte die Kapsel wie ein Felsbrocken auf der Oberfläche eines Sees durch die Atmosphäre, bevor sie sich dem Sturz widmete. So wild das klingen mag, das Manöver soll effizienter und sicherer werden. Mit diesem Test ihrer ausgefallenen neuen Wiedereintrittstechnik hat die NASA gezeigt, dass sie bereit ist, in der Version des Apollo-Programms des 21. Jahrhunderts nicht nur wieder Menschen zum Mond zu schicken, sondern sie auch nach Hause zu bringen.
Fragen Sie einen Ingenieur, welcher Teil der Raumfahrt am schwierigsten ist, und er wird Ihnen alle sagen; es ist schließlich Raketenwissenschaft. Aber der Wiedereintritt birgt gewisse Gefahren, die andere Schritte nicht haben. Während des Starts auf einem Haufen Sprengstoff zu sitzen, ist sicherlich ein Risiko, aber wenn eine Rakete kurz nach dem Start eine Fehlfunktion aufweist, kann sich Orion zumindest selbst abwerfen. Sobald die Kapsel ernsthaft auf die Erde zurückfällt, kann sie nur noch weiter fallen; „Sie müssen durchkommen, um den Boden zu erreichen“, sagte mir Jim Geffre, ein NASA-Manager für das Orion-Programm. Die Missionskontrolle kann nicht den ganzen Weg nach unten mit einer Crew in Kontakt bleiben; das umgebende Plasma erzeugt einen kurzen Kommunikationsausfall. Außerdem kann der kleinste Fehler im Hitzeschild eines Raumfahrzeugs eine Katastrophe bedeuten. Die zweite und letzte Tragödie im Space-Shuttle-Programm der NASA ereignete sich im Jahr 2003, als der Hitzeschild des Schiffes, der Tage zuvor beim Start beschädigt worden war, beim Wiedereintritt nicht standhielt und das Schiff zerstört wurde.
Die Orion-Kapsel verwendet für ihren Hitzeschild das gleiche Harzmaterial wie die Apollo-Hardware, nur auf eine neue Art und Weise aufgetragen. Und zukünftige Artemis-Astronauten werden wie das Apollo-Korps landen und mit dem Fallschirm auf offenes Wasser springen, wo Bergungsmannschaften sie in Sicherheit bringen werden. Orion ist in einem früheren, überspringfreien Test ins All und zurück geflogen, aber es ist nicht bis zum Mond geflogen, was bedeutet, dass es mit einer kühlen Geschwindigkeit von 17.500 Meilen pro Stunde wieder in die Atmosphäre eingetreten ist, genau wie jedes Raumschiff, das ein Ziel besucht in der Erdumlaufbahn, wie die Internationale Raumstation. Dieses Mal kam Orion mit 25.000 Meilen pro Stunde herein. Es verlangsamte sich, als es durch die Atmosphäre segelte, und spürte den Widerstand der zunehmenden Luftdichte. Aber während der Reise erzeugte die speziell entworfene Kapsel auch ihren eigenen Auftrieb, und sie nutzte diesen Auftrieb, um aus der Atmosphäre und zurück in den Weltraum zu springen. Dann, als es fertig war, tauchte Orion für den endgültigen Abstieg wieder ein.
Der „Einsprung überspringen“, wie die Technik genannt wird, ließ Orion mehr Zeit damit verbringen, durch die Atmosphäre zu fliegen, was es dem Fahrzeug wiederum ermöglichte, seinen Landeplatz genauer anzusteuern. Zukünftige Kapseln können am selben Ort landen, unabhängig davon, wo sie zuerst die Atmosphäre überflogen haben, und Schiffe können sie schneller erreichen, was die Sicherheit der Astronauten erhöht. In den Apollo-Tagen stationierten die US-Marineschiffe an mehreren Orten im Pazifik, bereit, zu dem Ort zu segeln, an dem die Kapsel gelandet war. Die Artemis-Tage werden weitaus weniger Navy-Ressourcen erfordern, was allen Parteien etwas Geld spart. Der atmosphärische Aufprall teilt auch die Auswirkungen des feurigen Wiedereintritts in zwei Fälle auf und nicht in eine lodernde Phase, sodass der Hitzeschild der Kapsel nicht so intensiven Bedingungen standhalten muss.
Apollo-Ingenieure wussten alles über die Magie des Sprungeintrags, sagte mir Kelly Smith, ein ehemaliger Orion-Ingenieur, der die NASA letztes Jahr verlassen hat. Sie konnten es einfach nicht mit der Technologie der 1960er Jahre zum Laufen bringen. Computer waren nicht leistungsfähig genug, um die genaue Orbitalmechanik zu berechnen, die an dem Manöver beteiligt ist, und die Skip-Entry-Methode ist so empfindlich, dass Annäherungen nicht ausreichen, sodass die NASA es nicht wagte, eine Kapsel zu überspringen, ob mit oder ohne Besatzung. Mit den heutigen Rechenleistungen „können wir es schaffen“, sagte Smith. „Wir waren in der Lage, die ursprünglichen Apollo-Algorithmen zu verbessern und dafür zu sorgen, dass dies wirklich zuverlässig funktioniert.“
Wie bei jedem Aspekt der Raumfahrt ist das Überspringen des Eintrags nicht ohne Risiken. „Sie fliegen länger durch die Atmosphäre“, was die Hitzeschilde länger der Hitze aussetzt, sagte Geffre. Und Kapseln könnten möglicherweise den Sprung vermasseln, ihren beabsichtigten Aufsetzort verfehlen und Astronauten länger als erwartet festsitzen lassen. Ingenieure haben unzählige Skip-Simulationen durchgeführt, aber Simulationen sind „ein schlechter Ersatz für die reale Welt“, sagte Smith. Mehrere hunderttausend Fuß über der Erde, in dieser vergänglichen Region zwischen uns und dem Weltraum, „sitzt wirklich Isaac Newton am Steuer.“ An der falschen Stelle zu landen, sei „wirklich unerwünscht, wenn man Leute an Bord hat“, sagte Smith. „Es macht überhaupt keinen Spaß, im Meer herumzudümpeln.“
Es wird eine Weile dauern, bis jemand frisch von einem Mondbesuch in einer Orion-Kapsel auftaucht. Die erste bemannte Mission des Artemis-Programms ist für Ende 2024 geplant, und dieser Flug wird nicht wirklich eine Mondlandung beinhalten; vielmehr wird es um den Mond kreisen, wie Apollo 8 im Jahr 1968. Apollo 11 dieses Jahrhunderts wird irgendwann später in diesem Jahrzehnt erscheinen.
Als die Astronauten von Apollo 8 nach Hause kamen, bereiteten sie sich auf den Aufprall vor. „Jetzt gibt es kein Zurück mehr“, sagte Bill Anders kurz vor dem Wiedereintritt. „Die alte Mutter Erde hat uns“, fügte Jim Lovell hinzu. Auch die Artemis-Crew wird die Schwerkraft spüren, die auf sie lastet – aber dann spüren sie den Sprung, eine plötzliche, vorübergehende Rückkehr in die Schwerelosigkeit, die ihnen nach ihrer langen Reise über die Erde bis dahin ein vertrautes Gefühl ist.