Warum hat die NASA das Prinzip Space-Shuttle aufgegeben?

Hallo Zusammen.

Ich lese nun schon seit etlichen Monaten mit Begeisterung in diesem Forum über verschiedenste Dinge. Besonders alles um die Space Shuttles und deren Nachfolger. Ein Punkt geht mir aber nicht aus dem Sinn.

Warum hat die NASA die Space Shuttles aufgegeben
Die Frage ist nicht, warum Endeavour, Atlantis und Discovery außer Dienst gestellt worden sind, oder warum die NASA nicht einfach das gleiche Shuttle noch einmal gebaut hat, sondern warum das Prinzip eines Raumgleiters zugunsten einer Kapsel aufgegeben worden ist.

Für mein Verständnis hätte ich (ich bin Ingenieur) mir die Negativ-Aspekte wie auch die Positiv-Aspekte angeschaut und versucht, die positiven Eigenschaften des Shuttles beizubehalten und die negativen durch eine konzeptänderung zu entschärfen. So hätte man z.B. das neue Shuttle oben auf setzen können, statt Huckepack, so wie es z.B. beim Hermes-Modell gewesen ist. Ich hätte ein Shuttle gewählt, das kompakter als das bisherige ist, jedoch einen Laderaum beinhaltete, welchen ich z.B. für Langstreckenflüge zum Mond für zus. Manschaftsmodule hätte nutzen können, etc. Mir fallen da unglaublich viele Möglichkeiten ein.
Eine Kapsel hinterläßt bei mir den Eindruck eines Rückschrittes.

Wie sehr ihr das ?

Viele Grüße.

PS:hoffentlich gibt es diesen Thread nicht schon irgendwo. Falls ja, bitte um Mitteilung und Schließung dieses neuen Thread.

Hi Ocean74 und willkommen im Forum!

Man hat das Shuttle-Programm damals auslaufen lassen, nachdem die Columbia 2003 verglüht ist. Nach der 2. Shuttle-Katastrophe wollte die US-Regierung das Shuttle-Programm aufgrund seinem Risiko insbesondere wegen den vielen Fehlerquellen und den wenigen Escape-Möglichkeiten aufgeben. Dafür begann man mit dem Constellation-Programm, um zurück zum Mond und weiter zum Mars zu fliegen, wofür das Shuttle nicht ausgelegt ist (es kann ja nur bis in einer Höhe von etwa 500 - 600 km operieren). Deswegen musste man aus der Sicht der NASA zurück zur Kapsel.

Ganz so einfach ist das ja nun auch wieder nicht. Die NASA verfolgt bekanntlich auf politisches Geheiß das Konzept der sogenannten "Kommerzielle Raumfahrt", und da muss man sich zwischen den verschiedenen Möglichkeiten entscheiden, die einem von der Industrie angeboten werden. Es gab und gibt auch Shuttle-Konzepte unter diesen Angeboten.

Neben den technischen Problemen der Space SHuttles dürfte aber ein Aspekt zu berücksichtigen sein. Die Shuttles waren geflügelte anderthalbstufige Raketen für den niedrigen Erdorbit (LEO). (Zählt man die Booster als volle Stufen und das OMS/RCS ebenfalls, wären es natürlich drei Stufen.) Für andere Ziele waren sie aber nicht gebaut. Da die NASA mit ihren bemannten Missionen zum Mond, zu Asteroiden und langfristig zum Mars fliegen will, müsste ein Shuttle-Konzept auch dafür geeignet sein - oder man beschränkt wie etwa beim Dream Chaser doch wieder auf den LEO.

Siehst du als Ingenieur denn eine Chance für ein shuttle-ähnliches Missionsraumfahrzeug?

Übrigens gibt es da so ein aufgegebenes NASA-Konzept, das sich zurzeit im Auftrag der U.S. Air Force im Orbit befindet, die X-37B. Bemannt ist dieses Mini-Shuttle allerdings leider nicht. Unbemannt würde wohl auch das britische Skylon abheben.

Prinzipiell stört mich eigentlich eher das Prinzip einer Kapsel. Das ist - korrigiert mich, wenn ich flasch liege - ein Einraum-Prinzip. Bis zu sieben Astronauten (Orion) halten sich tagelang in einem einzigen Raum auf, sind dabei womöglich auch noch angeschnallt. In einer Sojus würde ich Platzangst haben.
Ein weiteres Problem ist das, dass beim Wiedereintritt die Astronauten mehr oder weniger tatenlos zuschauen und hoffen, dass alles gut geht. Das Shuttle war - abhängig von der aktuellen Höhe - wenigstens bedingt manövrierbar. Je tiefer es in die Atmosphäre eindrang, desto eher glich es einem Flugzeug (ok, fliegender Backstein), dessen Flug, sofern er von den vorgegebenen Parameter abgewichen wäre, der Pilot hätte manuell beeinflussen können. Bei der Kapsel ist das schwieriger.
Desweiteren ist die Kapsel auf eine Wasserung angewiesen, damit auf Fallschirme. Ich persönlich finde, dass die Fallschirme ein weitereres Risiko im System darstellen. Wir haben gesehen, was passiert, wenn bei einem SRB einer von drei Fallschirmen versagt. Bei einem Gleiter kann man fast immer irgenwo ein Landung versuchen. Dass das bisherige Shuttle eher einem Backstein glich muss nicht zwangsläufig bedeuten, dass das auch für ein neues Shuttle so sein muss. Die Aerodynamik des alten Shuttle stammt schließelich aus den frühen 1970er. Vergleicht mal ein Militärjet aus den 70er mit einem Modell aus heutiger Zeit.
Ich  könnte wahrscheinlich ewig so weiterargumentieren, egal ob ich dabei recht habe oder nicht.

Was würde ein neues/mondifizierte Shuttle denn daran hindern, einen Flug außerhalb des erdnahen Orbits zu absolvieren? Was hat die Kapseln, das das Shuttle nicht haben könnte

Ich versuche mal eine Gegenüberstellung der positiven Argumente:

Kapsel:
+Geringere Kosten!!!
+Einfacher = weniger Risiko
+Landung im Wasser (70%) und Land möglich
+Weniger Masse -> Einsatz auch außerhalb des LEO möglich
+Fracht und Passagiere können getrennt gestartet werden je nach Missionszusammensetzung

Space Shuttle
+Sieht futuristischer aus

Eine Kapsel hat viel gleichmäßigere aerodynamische Belastungen als eine Struktur mit Flügeln und kann damit besser höhere Geschwindigkeiten (Mond/Mars-Return) fliegen.

Ich versuche mal eine Gegenüberstellung der positiven Argumente:

Space Shuttle
+Sieht futuristischer aus

Klingt ja fast so als ob es keine objektiven Vorteile gegeben hätte...

+ Kann viel mehr Nutzlast zurück befördern
+ Präzisionslandung macht mobile Bergungstrupps überflüssig
+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm
+ Kurzzeitforschungsmissionen mit Wissenschaftslabor möglich
+ deutlich geringere g Belastungen beim Wiedereintritt

Gruß, Klaus

Das Shuttle Konzept werden wir wiedersehen - wenn nicht wir, dann die nächste oder übernächste Generation.
Jedenfalls,  das Knowhow dazu ist erst einmal weg und wird später wieder mühsam erarbeitet werden müssen.

Grüsse Roger

Zumindest unbemannt lebt die Shuttle-Form bei der US-AirForce weiter. Und bemannt gibt es ja noch das SpaceShipTwo.

Gerade was Missionen auerhalb des LEO angeht, muss ich mic absolut recht geben. Eine Kapsel hat weniger Masse und das ist meiner Meinung nach der wichtigste Aspekt am Orion-Raumschiff.
Überlegt mal, wieviel mehr Masse man beim Space Shuttle in den Orbit und zurück bringen musste:
 - eine relativ große Nutzlastbucht, die auch beim Wiedereintritt geschützt werden muss (für einige Missionen ist das ein essentieller Vorteil, für Mond/Marsmissionen unnötig)
 - Flügel und Fahrwerke für eine weiche Landung (diese sind der hohen Masse und der Wiederverwendbarkeit des Orbiters geschuldet, bei kleinen Kapseln kann man deutlich einfacher landen und durch Reservefallschirme die Sicherheit erhöhen)
 - Erststufentriebwerke
 - wiederverwendbarer Hitzeschild, der nicht nur Mannschaftsbereich und Nutzlastbucht schützen musste, sondern auch die Flügel und Leitwerke (der Hitzeschild war eines kritischsten Bauteile der Shuttles. Seit den ersten Flügen hatte man immer wieder mit beschädigten und abgefallenen Kacheln zu kämpfen. Zudem machte die Reparatur des Hitzeschilds einen großen Teil der Kosten und Risiken jeder Mission aus)

Mit so viel Masse wie beim Space Shuttle will man nur wenige Manöver fliegen, da jede Geschwindigkeitsänderung sehr viel Treibstoff benötigt.
Damit man Ziele wie den Mond, einen Asteroiden oder den Mars in Angriff nehmen kann, sollte man möglichst viel Masse vermeiden bzw. früh abwerfen. Das ist die Philosophie der Apollomissionen gewesen und das halte ich für neue Explorationsziele auch wieder für einen guten Ansatz.

Schade um die Shuttles ist es aber trotzdem, denn im LEO haben wir natürlich viele Optionen zur Wartung/Erweiterung von Satelliten oder der ISS verloren.

Klingt ja fast so als ob es keine objektiven Vorteile gegeben hätte...

+ Kann viel mehr Nutzlast zurück befördern
+ Präzisionslandung macht mobile Bergungstrupps überflüssig
+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm
+ Kurzzeitforschungsmissionen mit Wissenschaftslabor möglich
+ deutlich geringere g Belastungen beim Wiedereintritt

Gruß, Klaus

Hinzu kommt noch

+es ist sehr nützlich beim Aufbau von komplexen Strukturen (siehe ISS).

Denn mit Orion + ServiceModul + Lander ist es zwar OK zum Mond zu fliegen aber zum Mars in der Konservendose?
Wie soll das gehen mehr als 5 Monate in so einer Kaffeedose eingesperrt?
Zuzüglich dem Rückflug der dann ja wohl noch mal solange dauert! 10 Monate Einzelzelle für 3 Personen?
Um zum Mars zu fliegen benötigt es doch weit mehr als Orion, da benötigt man ein richtiges "Raumschiff",
und sowas hätte man mit STS sehr Komfortabel zusammenbauen können.

Die ISS wurde so komplex wegen dem Shuttle. Mit einer Schwerlastrakete die 100 Tonnen in den LEO transportieren kann, hätte man die Station wesentlich einfacher konstruieren können. Auch hätte man so viel schneller mit der Station arbeiten können.
Hinzu kommt, ein Shuttle ist ein Einzelprodukt. Im Gegensatz zu einer Kapsel. Wenn ein Shuttle verloren geht, ist es nicht ersetzbar. Endeavour konnte nur gebaut werden, nachdem früher wichtige Komponenten eingelagert wurden. Mit anderen Worten, geht ein Shuttle verloren ist eine Neuentwicklung notwendig, die Zeit kostet. Dadurch verzögert sich der Aufbau komplexer Strukturen. Auch wenden sich nach Ende der Bauphase die beteiligten Leute anderen Projekten/Arbeitgebern zu. Was die Sache zusätzlich erschwert.

Die Schwerlastrakete mit 100 Tonnen musst du auch erstmal für viele Milliarden entwickeln und nach 4-5 Flügen kannst du sie wieder einstellen.

Die MIR hat gezeigt, wie man eine Station baut. Es geht ohne Shuttle und ohne Schwerlastrakete.

Dafür kann eine Schwerlastrakete beides. Komplexe Strukturen in LEO aufbauen und sie ermöglicht Missionen jenseits der Erdumlaufbahn. Hängt halt davon ab welche Zielsetzung man hat. Will man sich auf den LEO beschränken, dann sollte man den MIR-Weg gehen.

Die ISS wurde so komplex wegen dem Shuttle.

Nun das hab ich nicht gesagt. Man hätte die ISS gewiss auch mit Schwerlastraketen zusammenbauen können.
Aber ich weiß nicht in wie weit man das alles Vollautomatisiert hinbekommt schließlich haben die Crews
beim Aufbau auch noch andere Arbeiten durchgeführt als nur Module angekoppelt. Und wenn man auf den
Einsatz von Menschen nicht verzichten kann, wär das System recht Hilfreich gewesen.

Die Idee wäre gewesen anstatt mehrere kleine Module zu bauen, die erst im All zusammengefügt werden müssen, ein 70-100 Tonnen Modul zu bauen. Das wäre dann wesentlich schneller einsatzbereit gewesen. Wäre vermutlich auch für die beteiligten Wissenschaftler besser gewesen. Auf Grund der Verzögerungen beim Bau der ISS war es schwer ein Experiment vorzuschlagen. Bis das fliegt sind die meisten Personen gar nicht mehr da und arbeiten woanders.
Hinzu kommt, man versteht eine Rakete eher als ein Shuttle. Baut man ein Flugzeug macht man in der Erprobungsphase mehrere tausend Starts und Landungen. Nachdem das Shuttle aber insgesamt nur 125 plus x Starts und Landungen hinter sich hatte, ist bzw. war es immer noch in der Experimentalphase. Hier war auch viel Glück oder je nachdem Pech im Spiel. Das Columbia-Disaster hätte auch viel früher auftreten können.

Du kannst zwar mit einer Schwerlastrakete 100 Tonnen und mehr in den LEO befördern,
aber trotzdem hast Du ein begrenztes Volumen, es ist nicht so leicht eine Komplexte Struktur in einen Container zu stecken,
es sei denn du versuchst sie so zu entwerfen das sie sich komplett selbst entfalten kann, mit allem was dazugehört,
bei Satelliten kein Problem aber wurde sowas auch schon in größeren Dimensionen angedacht?

Du kannst zwar mit einer Schwerlastrakete 100 Tonnen und mehr in den LEO befördern,
aber trotzdem hast Du ein begrenztes Volumen, es ist nicht so leicht eine Komplexte Struktur in einen Container zu stecken,
es sei denn du versuchst sie so zu entwerfen das sie sich komplett selbst entfalten kann, mit allem was dazugehört,
bei Satelliten kein Problem aber wurde sowas auch schon in größeren Dimensionen angedacht?

Dabei denke ich mal spontan an Skylab.
Vom gefühlten Innenvolumen und Platz war das anscheinend eine ganz andere Dimension als die ISS. Auch das Verhältnis von Forschungszeit / Zeit für die Instandhaltung war deutlich besser als bei der ISS.

Wenn man schon eine entsprechende Schwerlastrakete zur Verfügung hat ist dieses Konzept nicht das schlechteste. Nur lässt sich so eine Rakete eben nicht mit einem Start alle 2-3 Jahre auslasten oder deren Entwicklungskosten rechtfertigen.

Wobei mit den ca. 130 Milliarden welche die ISS bis heute gekostet hat könnte man wahrscheinlich auch einige Jahre lang regelmässig solche Dinger starten.

Die ISS wurde so komplex wegen dem Shuttle.

Das kann man auch anders sehen. Schau dir mal an, wie groß die Truss Structure der ISS ist, an der Außenexperimente, der Roboterarm, Radiatoren, Akkus und natürlich die Solarpanels befestigt sind. Diese Struktur wurde innerhalb mehrerer Shuttlemissionen aufgebaut und erforderte den Roboterarm des Shuttles sowie mehrere Außeneinsätze, war also nur mit einer derart komplexen Maschine wie dem Shuttle zu bauen gewesen.

Stellen wir uns einmal eine Struktur, die dieselben Aufgaben wie die Truss Structure erfüllt, vor, wenn diese aus autonom dockenden Modulen aufgebaut worden wäre: Jede Komponente (Ich schätze mal, dass man 8-12 einzelne Module hochschicken müsste) benötigt Triebwerke, Avionik und Kopplungsstutzen, welche die strukturelle und elektrische Verbindung gewährleisten. Das bedeutet einen zusätzlichen Masseaufwand, mehr Komplexität der Module und weniger Flexibilität beim Zusammenbau. Ein Kompromiss, der für eine zukünftige Station gewählt werden könnte, wäre ein Roboterarm als Basismodul, der die Station selbst zusammenbaut.

Hätte man tatsächlich eine Schwerlastrakete gehabt, müsste ich dir aber wahrscheinlich wieder recht geben, denn wenn man unter zehn Module zusammenbaut, ist der Verlust an Flexibilität wahrscheinlich noch verschmerzbar.

Vielleicht wäre es auch Sinnvoll gewesen, wenn die NASA weiter an der Entwicklung der Venture Star gearbeitet hätte. Mal abgesehen von den Explodierenden Kosten ( was ja irgendwie mittlerweile vollkommen normal ist, egal was Entwickelt wird ) war ja das Hauptproblem das Aerospike-Triebwerk. Wobei ich denke, dass auf die Dauer gesehen, die Triebwerksprobleme hätten gelöst werden können.
Venture Star war meiner Meinung nach der Inovatiefste Schritt in die Zukunft der Bemannten Raumfahrt.
Orion ist da eher ein Schritt zurück und die Space Shuttles waren nach 30 Jahren einfach zu veraltet.
Venture Star wäre der Lastesel für Matrialtransporte zur ISS und in den nahen Erdorbit gewesen. Von dort hätte man dann die beförderten Komponenten für einen Mond bzw. Marsflug zusammenbauen können.

Es ist doch viel schwieriger Komponenten für den Mars/Mondflug in der Umlaufbahn zusammen zu bauen als auf der Erde. Warum sollte man das machen? Außerdem braucht man aus dem LEO zum Mond/Mars kaum weniger Energie als von der Erdoberfläche. Man müsste also massiv festen Treibstoff in der Umlaufbahn bunkern. 

Es ist doch viel schwieriger Komponenten für den Mars/Mondflug in der Umlaufbahn zusammen zu bauen als auf der Erde.

Also im Grunde werden die Teile für einen Flug zum Mars oder Mond sowieso erst im All zusammengeführt. Oder werden für einen Bemannten Marsflug Wohnmodul, Landeeinheit, Rückkehrmodul und alle anderen Teile mit einer einzigen Rakete gestartet nachdem sie im VAB zusammenmontiert wurden. Die ISS wurde ja auch bekanntermaßen erst im All montiert.

Mir ging es eigentlich nur darum das Venture Star ein Träger für alle möglichkeiten gewesen wäre. Ob Orion mit Ares I und der Mondlander mit Ares V bzw SLS oder beide zusammen mit 2 Venture Star Flügen ins All bebracht werden ist entscheidend. Die Kosten für einen Schwerlastträger wären weggefallen.

@Venture Star: Es gab nicht nur Probleme mit dem Triebwerk, eines der Hauptprobleme war auch der forcierte Kohlefasertank, welcher aus Gewichtsgründen erforderlich war.

@ISS/Schwerlastrakete:

Erinnert mich an "Option C"  zum Bau der Freedom Anfang der 90er.

Ich versuche mal eine Gegenüberstellung der positiven Argumente:

Space Shuttle
+Sieht futuristischer aus

Stimmt, und als Vorteil ist das einfach nicht genug. Das Shuttle war der größte anzunehmende Schaden für die bemannte Raumfahrt. Ungeheuere Kosten und geringer Nutzen weil geringe Nutzlast. Als Ingenieur bin ich absolut für die Kapsellösung. Man macht Dinge so gut wie nötig, nicht so gut wie möglich, alte Ingenieursweisheit.

Klingt ja fast so als ob es keine objektiven Vorteile gegeben hätte...

+ Kann viel mehr Nutzlast zurück befördern
+ Präzisionslandung macht mobile Bergungstrupps überflüssig
+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm
+ Kurzzeitforschungsmissionen mit Wissenschaftslabor möglich
+ deutlich geringere g Belastungen beim Wiedereintritt

Gruß, Klaus

+ Kann viel mehr Nutzlast zurück befördern

Für die Rückführung gibt es praktisch keinen Bedarf, der sich nicht mit maximal einer Orionkapsel decken läßt.

+ Präzisionslandung macht mobile Bergungstrupps überflüssig

Kostet aber ungeheuer viel mehr als die Bergungstrupps, nämlich Gewicht, das man in den Orbit schleppen muß, nur um das Shuttle wieder runter zu kriegen.

+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm

So etwas ließe sich parallel zu einer Rückkehrkapsel in den Orbit schicken und dort bis zum nächsten Einsatz lassen, z.B. bei der ISS. Oder als Bestandteil in das Servicemodul integrieren.

+ Kurzzeitforschungsmissionen mit Wissenschaftslabor möglich

Kein Bedarf, wenn man die ISS hat.

+ deutlich geringere g Belastungen beim Wiedereintritt.

Naja, wenn Weltraumtouristen es mit der Sojus schaffen, dann kann der Vorteil nicht so groß sein.

+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm

Wenn ich mich richtig erinnere, war doch der Widerstand sehr groß, als man Hubble repariern wollte (oder irre ich mich da?)

-> Nur weil man eine Reparaturmission fliegen KANN, heißt es nicht, dass sie genehmigt & finanziert wird. Geschweige denn wirtschaftlich ist.