Raumfahrt zum Mond

Die Eroberung des Mondes war nicht nur eine technische Herausforderung, sondern bis zu gewissem Grade auch eine Systemauseinandersetzung zwischen den damals führenden Mächten, den USA und der Sowjetunion. Die Wissenschaftler beider Staaten vollbrachten zahlreiche Pioniertaten im Bereich der Raumfahrt, beginnend mit dem Start des ersten künstlichen Erdsatelliten (Sputnik 1 am 4. Oktober 1957 durch die Sowjetunion) über die erste erfolgreiche Mondlandung der Amerikaner 1969 bis zum gemeinsamen Aufbau einer Internationalen Raumstation (ISS) ab 1998, der gegenwärtig noch nicht völlig abgeschlossen ist.

In den sechziger Jahren kam es zwischen den USA und der Sowjetunion zu einem regelrechten Wettlauf zum Mond, beginnend mit unbemannten Sonden und endend mit dem mehrfachen erfolgreichen Besuch der Mondoberfläche durch amerikanische Astronauten in den Jahren 1969-1972.

Moderne Trägerrakete mit einem Space Shuttle, einer wiederverwendbaren Raumfähre

Die ersten Schritte

Bereits 1959 umrundete die sowjetische Sonde „Luna 3“ den Mond und lieferte erste Bilder von der Rückseite des Erdtrabanten, die aufgrund der gebundenen Rotation des Mondes von der Erde aus nicht zu sehen ist. Weitere wichtige Schritte waren eng mit dem sowohl von den USA als auch von der UdSSR angezielten bemannten Flug zum Mond verbunden:

  • 1964 sendete der amerikanische Raumflugkörper „Ranger 7“ die ersten Nahaufnahmen von der Mondoberfläche zur Erde.
  • Am 3. Februar 1966 gelang der Sowjetunion mit der Sonde „Luna 9“ (Bild 2) die erste weiche Landung eines Raumflugkörpers auf dem Erdtrabanten.
  • Die am 31. März 1966 gestartete sowjetische Sonde „Luna 10“ wurde zum ersten Mondsatelliten.
  • 1966-1968 übertrugen die amerikanischen Sonden „Surveyor 1“ bis „Surveyor 7“ zahlreiche Fotos von der Mondoberfläche. Sie landeten teilweise auf dem Mond und führten dort einige Experimente durch. Sie dienten vorrangig der Vorbereitung des geplanten amerikanischen Mondfluges.
Mit der sowjetischen Sond „Luna 9“ gelang 1966 erstmals eine weiche Landung auf dem Erdtrabanten.

Die Vorbereitung des amerikanischen Mondfluges

In den USA begannen nach dem „Sputnikschock“ des Jahres 1957 intensive Bemühungen, den Vorsprung der sowjetischen Wissenschaftler im Bereich der Weltraumfahrt aufzuholen und nachzuweisen, dass die USA in diesem Bereich mindestens genauso leistungsfähig oder sogar führend sind.

Das spektakulärste Projekt, das dabei in Angriff genommen wurde, war der bemannte Flug zum Mond. Ausgangspunkt dafür war eine Rede des US-amerikanischen Präsidenten JOHN F. KENNEDY, die er am 25. 5. 1961 hielt. In dieser Rede sagte er vor dem Kongress u. a.:

„Der Weltraum steht uns offen, und wir lassen uns in unseren Bestrebungen, an seiner Bedeutung teilzuhaben, nicht von den Leistungen anderer beeinflussen. Uns drängt es zur Raumfahrt, denn an allen Unternehmungen der Menschheit muß der freie Mensch voll und ganz teilhaben können. Ich bin der Ansicht, daß es sich unsere Nation zum Ziel setzen sollte, noch vor Ende dieses Jahrzehnts eine bemannte Mondlandung durchzuführen und die Besatzung wohlbehalten zur Erde zurückzubringen. Kein Raumfahrtprojekt dieser Epoche wird für die Menschheit so eindrucksvoll und für die weitere Erforschung des Alls so bedeutend sein wie dieses, und keines wird sich so schwer verwirklichen lassen. Es wird nicht ein Mensch allein zum Mond fliegen, sondern ein ganzes Volk.“

Realisiert wurde dieses Projekt 1969. Bis dahin waren aber noch zahlreiche Schritte zu gehen, insbesondere im wissenschaftlich-technischen Bereich. Wesentliche Schritte auf dem Weg zum Mond waren:

  • 1962 fiel die Entscheidung über die Art des Fluges. Zur Diskussion standen bis dahin drei Varianten: Die erste Variante war die Nutzung einer fünfstufigen Rakete, die den Mond direkt anfliegen sollte. Eine zweite Variante war das Erdorbit- Rendezvous-Verfahren (EOR): Zwei leistungsstarke Raketen werden unabhängig voneinander gestartet: Eine transportiert das Raumfahrzeug, die andere ist ein Transporter für Treibstoff. Nach dem Rendezvous in einer Erdumlaufbahn und dem Umpumpen des Treibstoffes verläuft der Flug wie bei ersten Verfahren. Ein dritter Weg sieht ein Rendezvous im Mondorbit vor (LOR-Verfahren): Eine dreistufige Rakete startet in eine Parkbahn um die Erde. Die dritte Stufe befördert nach Zündung der Triebwerke ein komplexes System aus Landefahrzeug und Mutterschiff in Richtung Mond. Nach Einschwenken in eine Mondumlaufbahn wird der Lander abgekoppelt und geht auf der Oberfläche des Mondes nieder. Der Rückstart erfolgt so, dass der Lander mithilfe eines Triebwerkes wieder in eine Mondumlaufbahn gelangt und dort an das Mutterschiff andockt. Dann erfolgt der Umstieg der Besatzung. Der Lander wird abgekoppelt, das Mutterschiff kehrt zur Erde zurück. Die Landung auf der Erde wird in einer Kapsel vollzogen, die Teil des Mutterschiffes ist. Diese letzte Variante wurde schließlich von den amerikanischen Wissenschaftlern für den Mondflug gewählt. Es ist eine Variante, die bereits 1916 von dem russischen Raketen- und Raumfahrtpionier JURI KONDRATJUK beschrieben wurde.
  • In unterschiedlichen Unternehmen mit Gemini-Raumschiffe n wurden verschiedene Phasen des Fluges zum Mond getestet, u. a. Ausstiege in den freien Weltraum und Rendezvous- Manöver. So wurde z. B. der Langzeitrekord des sowjetischen Raumschiffes „Wostok 5“ mit 81 Erdumkreisungen durch die am 21. August 1965 gestartete Mission „Gemini 5“ mit 120 Erdumkreisungen übertroffen. Im Dezember 1965 war mit „ Gemini 7“ eine amerikanische Besatzung 13 Tage in einer Erdumlaufbahn. Das war eine Dauer, die etwa der Länge der geplanten Apollo-Mission zum Mond entsprach.
  • Am 27. 1. 1967 begann im Kennedy Space Center das Training für die erste Apollo-Mission. Es handelte sich um einen Test auf der Startrampe, bei dem - wie bei einem Start - alle elektrischen Verbindungen nach außen gekappt waren. Durch einen Kurzschluss brach in der abgeschlossenen Kabine ein Feuer aus. Da die Kabine nicht schnell genug geöffnet werden konnte, erstickten alle drei Astronauten an den giftigen Gasen.
  • Am 9. November 1967 startete die Saturn V zu ihrem Jungfernflug. Die Mission Apollo 4, bei der eine unbemannte Kapsel in den Orbit geschossen und nach 8 Stunden wieder zur Erde zurückgeführt wurde, war ein voller Erfolg.
  • Im Rahmen der am 2. Januar 1968 gestarteten Mission Apollo 5 wurde im Orbit erstmals die Mondfähre mit ihrem Lande- und Aufstiegstriebwerk unbemannt getestet.
  • Am 1. Oktober 1968 startete erstmals eine Besatzung zur Mission Apollo 7. Die Besatzung testete vor allem das Mutterschiff gründlich.
Die Saturn-V-Trägerrakete wurde nur für den Mondflug konstruiert.
  • Am 21. Dezember 1968 startete die Saturn-V-Rakete mit Apollo 8: Die Astronauten FRANK BORMANN, JAMES LOVELL und WILLIAM ANDERS sollten alle Phasen des Mondfluges bis auf die Landung der Mondfähre durchführen. Dieses Unternehmen wurde ein voller Erfolg. Apollo 8 ging in den Mondorbit (Bild 4) und kehrte anschließend erfolgreich zur Erde zurück.
  • Bei den Missionen Apollo 9 (März 1969) und Apollo 10 (Mai 1969) erfolgten weitere Test. Insbesondere kann man Apollo 10 als Generalprobe ansehen: Das Mutterschiff ging in eine Mondumlaufbahn, die Mondfähre wurde abgetrennt und eine Landung simuliert, wobei die Fähre bis auf 14,5 km über die Mondoberfläche hinabflog. Anschließend wurde die Landestufe abgeworfen, das Aufstiegstriebwerk gezündet und erfolgreich an das Mutterschiff im Mondorbit angekoppelt.
Die Erde im Himmel des Mondes. Dieses Foto wurde von der Besatzung von Apollo 8 im Jahre 1968 bei der Umrundung des Mondes aufgenommen.

Die entscheidende Mission

Am 16. Juli 1969 begann die entscheidende Mission: Apollo 11 mit den drei Astronauten NEIL ARMSTRONG, MICHAEL COLLINS und EDWIN ALDRIN (Bild 5) startete in Richtung Mond. Am 19. Juli bog Apollo 11 planmäßig in eine Mondumlaufbahn ein und näherte sich allmählich der Mondoberfläche bis auf 85 km. NEIL ARMSTRONG und EDWIN ALDRIN stiegen in die Mondfähre um, MICHAEL COLLINS blieb im Mutterschiff, das weiter den Mond umkreiste. Am 21. Juli 1969 betrat NEIL ARMSTRONG als erster Mensch die Mondoberfläche. Kurz darauf folgt EDWIN ALDRIN. NEIL ARMSTRONG kommentiert die Direktübertragung, die ca. 600 Millionen Menschen im Fernsehen verfolgten, mit den Worten:

Ich bin am Fuß der Leiter. Die LM (lunar module)-Füße drücken nur ein oder zwei Zoll in die Oberfläche ein, obwohl sie sehr feinkörnig wirkt, wenn man näherkommt. Sie ist fast wie Puder. Ich steige jetzt vom LM herunter.

Dann sprach er den berühmten Satz:
That's one small step for a man; one gigant leap for mankind. (Übersetzt wird dieser Satz meist als: Das ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein gewaltiger Sprung für die Menschheit.)

Die Besatzung von Apollo 11: NEIL ARMSTRONG, MICHAEL COLLINS und EDWIN ALDRIN

Dieser „Sprung“ erfolgte am 21. 7. 1969 um 3.56 MEZ. Die beiden Astronauten hielten sich 22 Stunden auf dem Mond auf, darunter 2 Stunden außerhalb der Mondfähre. Bild 6 zeigt die Mondfähre auf der Mondoberfläche. Am 24. Juli um 17.51 MEZ landete die Rückkehrkapsel im Pazifik und wurde durch einen Flugzeugträger geborgen. Der Flug war auch aus wissenschaftlicher Hinsicht von Interesse. Die Astronauten brachten etwa 21 kg Mondgestein mit auf die Erde.

Das Apollo-Programm wurde mit den Mondflügen von Apollo 12 (November 1969), Apollo 13 (April 1970), Apollo 14 (Januar 1971), Apollo 15 (Juli 1971) und Apollo 16 fortgesetzt. Die letzte Apollo-Mission erfolgte im Dezember 1972. An der auf dem Mond verbliebenen Landestufe von Apollo 17 ist eine Plakette mit folgender Inschrift angebracht:

Hier beendete der Mensch seine erste Erkundung des Mondes. Dezember 1972 A. D. Möge sich der Geist des Friedens, in dem wir kamen, im Leben der ganzen Menschheit widerspiegeln.“

Das 10-jährige Apollo-Programm kostete ca. 100 Mrd. Mark. Auf seinem Höhepunkt waren ca. 400 000 Fachkräfte in mehr als 20.000 Firmen dafür eingesetzt.

Die Rakete Saturn V

Für das Mondlandeunternehmen, dessen technischer Leiter der Deutsche WERNHER VON BRAUN (1912-1977) war, wurde eine Rakete entwickelt, die bis heute als die mächtigste je entwickelte Rakete gilt - die Saturn V. Bild 3 zeigt den Aufbau dieser Rakete. Auch an der Entwicklung dieser Rakete war WERNHER VON BRAUN maßgeblich beteiligt. BRAUN war bis 1945 als technischer Leiter der Heeresversuchsanstalt Peenemünde tätig und nahm entscheidend an der Entwicklung der deutschen Rakete A 4, bekannter unter dem Namen V 2, teil. Er und viele andere Mitarbeiter aus Peenemünde gingen 1945 in die USA und arbeiteten weiter in der Raketenforschung.

Die Saturn V hatte folgende Abmessungen und Parameter:

Höhe112 m
Startmasse mit Nutzlast2890 t
Masse der Treibstoffe2525 t
Länge der 1. Stufe42 m
Durchmesser der 1. Stufe ca.10 m
Treibstoffmasse für die 1. Stufe2000 t
Treibstoffdurchsatz 1. Stufe13,5 t/s
Masse Mondfähre insgesamt14, 69 t
Masse Aufstiegsteil der Mondfähre4,67 t

Die Mondfähre „Eagle“ (Adler) auf der Mondoberfläche. Der Astronaut EDWIN ALDRIN steigt gerade aus.

Die sowjetischen Bemühungen

Auch die Sowjetunion hat Versuche unternommen, Menschen zum Mond zu schicken. Über diese Versuche ist nur wenig bekannt, manches wurde durch amerikanische Spionagesatelliten erkundet.
So wurde in den sechziger Jahren auch in der Sowjetunion eine Großrakete, vergleichbar mit der Saturn V, entwickelt. Diese Rakete, die N-1, war 1968 flugbereit und wurde mehrfach von amerikanischen Satelliten auf der Startrampe fotografiert. Daneben gab es auch Ansätze für eine bemannte Mondumkreisung.
Beim ersten Startversuch der N-1 am 21. Februar 1969 trat nach 70 s ein Feuer in der 1. Stufe auf, der zweite Start einer N-1 am 3. Juli 1969 misslang ebenfalls. Nach ca. 10 s Aufstieg schalteten sich wegen eines Feuers alle Triebwerke ab. Die vollbetankte Rakete fiel auf die Rampe zurück, explodierte und richtete schwere Schäden an. Auf weitere Versuche wurde verzichtet.

Die sowjetischen Wissenschaftler konzentrierten sich in der Folgezeit auf unbemannte Flüge. Bemerkenswert sind dabei vor allem zwei Flüge: Im September 1970 landete die sowjetische Sonde „Luna 16“ weich auf der Mondoberfläche, entnahm Bodenproben und kehrte auf die Erde zurück. Im September 1970 folgte „Luna 17“. Mit dieser Mission wurde ein automatisches Fahrzeug „Lunachod“ (Bild 7) auf die Mondoberfläche transportiert. Mit seiner Hilfe konnten zahlreiche Untersuchungen durchgeführt werden.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse

Nach Beendigung des Apollo-Programms wurde folgende wissenschaftliche Bilanz gezogen:

  • Geologische und geophysikalische Untersuchungen an sechs Landestellen auf der Mondoberfläche.
  • Transport von 385 kg Mondgestein und Bodenproben zur Erde.
  • Aufbau von geophysikalischen Messstationen auf der Mondoberfläche.
  • Fernerkundung des Mondes aus dem Mondorbit.
  • Ausgedehnte Fotografie des Mondes.
  • Rückführung von Bauteilen nach 31 Monaten Aufenthalt auf der Mondoberfläche.
  • Umfangreiche Fotografie der Erde aus dem Mondorbit mit Multispektral- und Handkameras.
  • Aufbau von Laserreflektoren auf der Mondoberfläche zur genauen Bestimmung der Entfernung Erde-Mond.
  • Himmelsfotografie aus dem Mondorbit.
  • Untersuchung der kosmischen Strahlung auf der Mondoberfläche und im Raum zwischen Erde und Mond.
Das sowjetische Mondmobil Lunachod führte 1970 auf der Mondoberfläche zahlreiche Untersuchungen durch.
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