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50 Jahre Mondlandung

Astronaut Buzz Aldrin auf dem Mond, 21. Juli 1969

Eines der berühmtesten Bilder des 20. Jahrhunderts: Astronaut Buzz Aldrin auf dem Mond, 21. Juli 1969

Die Patente, die den Mann auf den Mond brachten

Es war eines der größten Ereignisse in der Geschichte der Menschheit: Vor 50 Jahren betrat ein Astronaut den Mond. Ein kleiner Schritt in dem Moment für Neil Armstrong, aber ein gewaltiger Sprung für die Menschheit. Zum ersten Mal auf einem anderen Himmelskörper zu landen, war ein Abenteuer, das selbst die größten Entdeckerfahrten wie die erste Weltumsegelung in den Schatten stellte.

Ein halbes Jahrhundert später wird überall auf der Erde an diesen historischen Moment erinnert. Die erste Mondlandung im Rahmen des Apollo-Programms der NASA war eine hoch komplexe Mission, die eine Vielzahl an technischen Neuentwicklungen erforderte. Zum Jubiläum erinnern wir an einige patentierte Erfindungen, die die Mondlandung von Apollo 11 möglich machten.

Pioniere in Massachusetts und Reinickendorf

"Rocket apparatus" von Robert Goddard, 1913 (US1102653A)

"Rocket apparatus" von Robert Goddard, 1913 (US1102653A)

Schon relativ früh wurde eine Rakete als bevorzugtes Transportmittel für einen bemannten Weltraumflug erkannt. Bereits 1913 meldete der amerikanische Raketen-Pionier Robert Goddard (1882-1945) einen „Rocket Apparatus“ zum Patent an ( pdf-Datei US1102653A). Zu Lebzeiten verkannt und als Phantast abgetan, gelang ihm 1926 in Massachusetts der erste Start einer Flüssigkeitsrakete. Er meldete noch viele weitere Patente an; zuletzt 1940 einen „Launching apparatus“ für Raketen ( pdf-Datei US2307125A).

Eine weitere Wurzel des Apollo-Programms lag im „Verein für Raumschifffahrt“: Raketenpioniere wie Werner von Braun und Hermann Oberth experimentierten 1928 in Berlin-Reinickendorf mit Raketen mit Flüssigkeitstriebwerken. Oberth reichte 1929 eine der frühesten Patentanmeldungen dazu ein, nämlich „Vorrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen durch den Rückstoß ausströmender Verbrennungsgase“ ( pdf-Datei DE570511A).

Die blutigen Wurzeln der Saturn-Rakete

Werner von Braun vor den Triebwerken der Saturn-V-Rakete

Werner von Braun vor den Triebwerken der Saturn V

Wernher von Braun wurde später bekanntlich der wichtigste Manager der frühen Raumfahrt im Westen. Für seine Projekte ging er buchstäblich über Leichen und baute erst für die Nazis, dann für die Amerikaner Raketen.

Sein „Aggregat 4“ war 1944 die erste Rakete, die den Weltraum erreichte. Bekannt wurde sie unter ihrem Propagandanamen „Vergeltungswaffe 2“ (V2). Sie forderte Tausende von Menschenleben – sowohl bei ihrer Herstellung in mörderischer Zwangsarbeit im KZ Mittelbau-Dora als auch bei ihren Einsätzen als erste ballistische Boden-Boden-Rakete bei Angriffen auf die Innenstädte von London oder Antwerpen.

Nachdem die Amerikaner Braun und andere deutsche Raketenpioniere nach dem Zweiten Weltkrieg „übernommen“ hatten, entwickelte dieser erste Großraketen, die ebenfalls mit flüssigem Treibstoff angetrieben wurden. Die unter pdf-Datei US2967393A patentierte Rakete Brauns diente als Ausganspunkt für die Entwicklung der gewaltigen Saturn V-Rakete, die Armstrong und Kollegen auf den Mond brachte.

Apollos Frauen - Heldinnen im Hintergrund

Den Namen des ersten Mannes auf dem Mond, Neil Armstrong, kennt noch heute jeder. Auch der zweite Mondfahrer Edwin „Buzz“ Aldrin ist bis heute wohlbekannt; sogar den Namen des dritten Crewmitglieds Michael Collins, der während der Mondlandung im Raumschiff in der Mondumlaufbahn blieb, kennen noch viele. Aber die wenigsten wussten bis vor kurzer Zeit, dass auch einige Frauen entscheidend an dem Jahrtausendprojekt Mondlandung mitgewirkt haben. In den letzten Jahren sind die Namen einiger dieser Heldinnen im Hintergrund einer breiteren Öffentlichkeit bekannt geworden. Zum Jubiläum stellen wir einige von ihnen in einer kleinen Reihe vor.

Triebwerke für 100-Meter-Raketen

"Space capsule", 1959 (US3093346A)

"Space capsule", 1959 (US3093346A)

Um einen bemannten Landeapparat zum Mond zu schicken, ist eine sehr hohe Antriebsleistung der Rakete notwendig. Dieses Problem wurde einerseits dadurch gelöst, dass die Mondrakete mehrere Antriebsstufen (bei der 111 Meter hohen Saturn V waren es drei) aufwies. Andererseits wurden auch sehr leistungsstarke Raketentriebwerke entwickelt. pdf-Datei US3077073A beschreibt ein neuentwickeltes Triebwerk, das Raketen mittels Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff antreibt.

Zusätzlich zum Bau einer Mondrakete musste auch eine Kapsel entwickelt werden, welche dazu geeignet ist, Menschen möglichst gefahrlos zu transportieren. pdf-Datei US3093346A zeigt eine Raumkapsel, die an der Spitze der Rakete angeordnet wurde. Diese Raumkapsel wurde für den Fall eines Fehlschlags mit einem Notrückholsystem ausgestattet, wie es in pdf-Datei US3001739A beschrieben wird. Die Raumkapsel wurde im Rahmen des Apollo-Programms mittels mehrerer Antriebsepisoden der drei Raketenstufen zuerst in eine Erdumlaufbahn und dann auf einer Bewegungsbahn in Richtung des Mondes gebracht.

Navigation für heikle Manöver

"Azimuth Laying System" (US3415126A)

"Azimuth Laying System" (US3415126A)

Der Flug zum Mond und die für eine Mondlandung notwendigen Ab- und Ankopplungen von zwei Raumschiffen in der Mondumlaufbahn erforderten ein ausgeklügeltes Navigationssystem. pdf-Datei US3104545A (1,68 MB) zeigt hierzu ein Gyroskop-basiertes Führungs- und Navigationssystem („Guidance system“ von Charles Draper). pdf-Datei US3415126A (0,97 MB) wiederum beschreibt ein Führungs- und Navigationssystem zur präzisen Ausrichtung eines Raumfahrzeugs („Azimuth laying system“), das zur Anwendung in den Raketen der Saturn-Klasse vorgeschlagen wird.

Die exakte Ausrichtung eines Raumfahrzeugs ist insbesondere für ein Kopplungsmanöver zwischen zwei Raumfahrzeugen erforderlich, wie es auch während der Apollo-Mission durchgeführt wurde. Die Apollo-Kapsel wurde zur Stabilisierung der Fluglage auf dem Weg zum Mond und zurück zur Erde in Rotation versetzt. Hierzu zeigt das NASA-Patent pdf-Datei US3752993A (1,43 MB) einen Fluglagensensor für ein rotierendes Raumschiff, das einen Horizont-Scan ermöglicht.

Sanfte Landung entscheidend

"Combined shelter and vehicle" (US219690S)

"Combined shelter and vehicle" (US219690S)

Für die eigentliche Landung auf dem Mond musste eine spezielle Mondlandefähre entwickelt werden, wie sie beispielsweise in pdf-Datei US219690S dargestellt wird. Diese bemannte Mondlandefähre (die „Eagle)“ wurde dann in einer Mondumlaufbahn von der Raumkapsel („Columbia“) abgekoppelt und auf die Mondoberfläche gesteuert. Vor der ersten Mondlandung war die Konsistenz der Mondoberfläche nicht sehr genau bekannt. Daher wurde besonderes Augenmerk auf die Konstruktion der Landungsstützen und deren Unterlage gelegt. pdf-Datei US3181821A und pdf-Datei US3175789A beschreiben Landungspuffer, die für die Landung auf dem Mond geeignet sind.

Die Oberfläche des Mondes ist für Menschen ein sehr lebensfeindlicher Ort. Daher mussten spezielle Anzüge entwickelt werden, die einen kurzzeitigen Aufenthalt am Mond ermöglichen. pdf-Datei US3463150A (1,78 MB) beschreibt ein Lebenserhaltungssystem für einen Mondanzug. Solche Anzüge mussten auch eine gewisse Beweglichkeit gewährleisten, damit die Astronauten auf dem Mond arbeiten konnten. pdf-Datei US3534406A zeigt flexibel bewegliche Gelenke für einen Mondanzug. Auch pdf-Datei US3751727A (1,4 MB) skizziert einen mondtauglichen Raumanzug.

Sieg im „space race“

Mit der ersten Mondlandung siegten die USA im „space race“, dem Wettlauf mit der Sowjetunion um den ersten Menschen auf dem Erdtrabanten. Zunächst war die UdSSR führend in der Weltraumforschung: 1957 schockte sie die Amerikaner mit „Sputnik“, dem ersten Satelliten, 1959 mit dem Mondaufprall von „Lunik-2“ und 1961 mit dem ersten Menschen im Weltall, Juri Gagarin. Daraufhin vervielfachten die USA ihre Anstrengungen, beschäftigten zeitweise über 400.000 Menschen im Umfeld des Apollo-Programms und gewannen schließlich das prestigeträchtige Wettrennen zum Mond. Möglicherweise hätten die Russen ihren Vorsprung nicht eingebüßt, wenn nicht das „Mastermind“ ihres Raumfahrtprogramms, der geniale Konstrukteur Sergej Koroljow, 1966 unerwartet verstorben wäre.

Sicher nach Hause

Die Saturn-V-Rakete beim "Rollout" kurz vor dem Start der Apollo-11-Mission

Die Saturn-V-Rakete beim "Rollout" kurz vor dem Start der Apollo-11-Mission

Nachdem die Apollo-Astronauten die Mondoberfläche wieder verlassen hatten, wurden sie mit der Raumkapsel zurück zur Erde gebracht. Dabei erfolgte ein weiteres kritisches Manöver: das Eintauchen der Raumkapsel in die Erdatmosphäre. Da die Raumkapsel dabei noch eine hohe Geschwindigkeit aufwies, wurde sie durch Luftreibung auf sehr hohe Temperaturen aufgeheizt. Daher musste die Raumkapsel mit einem Hitzeschutzschild ausgestattet sein. pdf-Datei US3130940A zeigt ein entsprechendes Hitzeschild, das ein gefahrloses Eintauchen der Raumkapsel in die Erdatmosphäre ermöglicht (sofern der Eintauchwinkel und weitere Faktoren berücksichtigt werden).

Schlussendlich landeten die Apollo-Raumkapseln im Rahmen einer kontrollierten Wasserung im Meer. pdf-Datei US3484826A beschreibt ein System für eine sanfte Wasserung einer Raumkapsel.

Nach der sensationellen ersten Mondlandung und fünf weiteren Missionen, die insgesamt zehn (männliche) Astronauten auf den Erdtrabanten brachten, beendete die NASA 1972 ihr Apollo-Programm zugunsten anderer Projekte wie Skylab und den Space Shuttle-Missionen. Damals hätte wohl niemand erwartet, dass es ein über halbes Jahrhundert lang keine weiteren Mondlandungen geben würde.

Mittlerweile hat die NASA angekündigt, 2024 auf den Mond zurückzukehren. Und dann soll endlich auch eine Frau dabei sein.

Bilder: NASA (public domain), DEPATISnet, NASA (public domain), DEPATISnet, NASA (public domain)

Stand: 10.08.2019 

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