X-Planes – X-37: Future-X

Testflugzeuge, die von der US Air Force oder der NASA zur Entwicklung neuer Technologien gebaut werden, sind in ihrer Kennzeichnung mit einem X (wie eXperimental) erkennbar. So wurde beispielsweise die Lockheed Martin F-35 Lightening II vor der Unterzeichnung des Konstruktionsvertrags als X-35 gelistet. Die momentan höchste vergebene X-Nummer ist die 56 (wobei die Bezeichnung X-52 ausgelassen wurde, um Verwechslungen mit der B-52 zu vermeiden). In einer Artikel-Serie unter dem Namen “X-Planes” wollen wir in den nächsten Monaten einige der Projekte der US-Air Force bzw. der NASA genauer unter die Lupe nehmen. Dabei kann es sich direkt um das noch laufende X-Projekt oder um ein Folgeprojekt handeln.

Kein

Kein “Space Shuttle”, sondern ein X-37B (Orbital Test Vehicle 2) nach der vollautomatischen Landung auf dem US-Luftwaffenstützpunkt Vandenberg nach einem 469-tätigen Aufenthalt in einer erdnahen Umlaufbahn. (Foto: Boeing)

Beim Bau des “Space Shuttle” erhoffte sich die USA einen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten günstigeren Zugang zum Weltall und einen kostengünstigen Transport von Satelliten. Dies sollte primär durch den Einsatz von wiederverwendbaren Komponenten (die Raumfähre und die beiden Feststoffbooster) erreicht werden. Die Rechnung ging schliesslich nicht auf: Anvisiert war eine Kostenobergrenze von 50 Millionen US-Dollar pro “Space Shuttle”-Start, doch gegen Ende des Programms fielen Kosten von rund 1 Milliarde US-Dollar pro Start an. Über die gesamte Betriebszeit betrachtet, kostete ein “Space Shuttle”-Start durchschnittlich 450 Millionen US-Dollar. Der Bau der Endeavour 1987 als Ersatz für die zerstörte Challenger schlug mit 1,7 Milliarden US-Dollar zu Buche, was die durchschnittlichen Startkosten nicht unwesentlich erhöhte. Ein weiterer Kostentreiber waren die wenigen Flüge – nur ca. 5% der anfänglich vorgesehenen Starts wurden tatsächlich durchgeführt (Quelle: Roger A. Pielke, Jr., “The Rise and Fall of the Space Shuttle“, American Scientist, Volume 96 (September-Oktober 2008), Buch-Review, p. 432f).

[…] der Shuttle erwies sich als zu komplex, zu teuer und vor allem zu riskant: Bereits in den ersten Jahren des Programms erkannten die Verantwortlichen, dass sie sich sicherheitstechnisch auf sehr dünnem Eis bewegen. — John Logsdon zitiert in Alexander Stirn, “Nur Krieg ist riskanter“, Spiegel Online, 07.07.2011.

Die grundlegende Idee, Kosten in der Raumfahrt zu senken, blieb bestehen. Unter der Bezeichnung “Future-X” sollten wiederverwendbare Raumgleiter bis zu einem Jahr im Weltraum verbleiben und während dieser Zeit Reparaturen an Satelliten ermöglichen. Die NASA reservierte für Testkonstruktionen im Rahmen des “Future-X”-Projekts die Bezeichnung X-37, ohne dass ein Konzept bereits vorhanden gewesen wäre. Ausserdem beauftragte sie Boeing im Oktober 1996 zur Konstruktion eines unbemannten Raumgleiters, welcher die Bezeichnung X-40 erhielt. Als Boeing im Dezember 1998 von der NASA auch noch den Auftrag zur Herstellung eines weiteren Raumgleiters für das X-37 Projekt erhielt, wurden die Erkenntnisse aus dem X-40 Projekt mitberücksichtigt. Das X-40 Projekt wurde schliesslich 2001 eingestellt.

Wie beim ersten wurde auch beim zweiten Testflug der X-37B mit einer "Atlas V"-Rakete in die erdnahe Umlaufbahn befördert. Das Bild zeigt den Start der

Wie beim ersten wurde auch beim zweiten Testflug der X-37B mit einer “Atlas V”-Rakete in die erdnahe Umlaufbahn befördert. Das Bild zeigt den Start der “Atlas V” mit dem X-37B OTV-2 am 5. März 2011 in Cape Canaveral (der X-37B befindet sich aus aerodynamischen Gründen unter der Verkleidung am obersten Teil der Rakete; Bild: Pat Corkery, United Launch Alliance).

Sowohl der X-40 wie auch der X-37 waren von der Form und mit dem Frachtraum dem “Space Shuttle” nachempfunden. Die X-37 Raumfähre ist jedoch nur rund ein Viertel so gross wie das “Space Shuttle”. Der X-37 war jedoch nicht als “Space Shuttle”-Nachfolger vorgesehen; im Gegenteil sollte es im Laderaum des “Space Shuttle” in den Weltraum gebracht werden. Aus ökonomischen Überlegungen wurden die beiden Orbital Test Vehicle (OTV) des X-37B jedoch mit “Atlas V”-Raketen in eine erdnahe Umlaufbahn befördert.

Noch unter der Führung der NASA wurde die Test-Konstruktion X-37A (ohne Antriebssystem) zur Durchführung von Fallversuchen innerhalb der Erdatmosphäre hergestellt. Im September 2004 wurde das Projekt an die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) übertragen, welche mit den Tests im Juni 2005 begann. Dazu wurde der X-37A mit dem “Scaled Composites White Knight” in die höheren Schichten der Erdatmosphäre transportiert. Die Fallversuche wurden im September 2006 abgeschlossen. Ebenfalls 2006 übernahm die US Air Force das X-37 Projekt (Quelle: Brian Berger, “NASA Transfers X-37 Project to DARPA“, Space.com, 15.09.2004; Andreas Parsch, “Boeing X-37 / X-40“, Directory of U.S. Military Rockets and Missiles, 23.11.2009; Brian Weeden, “X-37B Orbital Test Vehicle – Fact Sheet“, Secure World Foundation, 12.05.2010).

Die US Air Force verfügt mittlerweile über zwei X-37B Raumgleiter. Es handelt sich dabei um die weltraumfähige unbemannte Ausführung. Bis anhin wurden zwei Testflüge durchgeführt: Beim ersten Testflug (vom 22. April bis zum 03. Dezember 2010) blieb der X-37B OTV-1 224 Tage in der erdnahen Umlaufbahn. Beim zweiten Testflug (vom 5. März 2011 bis zum 16. Juni 2012) verblieb der OTV-2 sogar 469 Tage im Orbit. Der dritte Testflug ist für den 26. Oktober 2012 geplant (Quelle: “World Wide Launch Schedule“, Spaceflight Now, 18.07.2012). Am Ende des Einsatzes landet der X-37B automatisch und autonom auf dem US-Luftwaffenstützpunkt Vandenberg.

[The X-37B] program provides a test capability that was difficult to achieve through other means, the ability to examine how highly complex technologies will perform in space before they are made operational. But right now our focus is on the X-37B itself, and this second flight is important to our further understanding of its capabilities. — Stellvertretender Untersekretär des Weltraumprogramms der US Air Force, Richard McKinney zitiert in Eric Brian, “Air Force technicians launch second unmanned spacecraft“, US Air Force, 05.03.2011.

Offiziell soll der X-37 als experimentelle Plattform genutzt werden, um Raumfahrttechnologien über längere Zeit unter realistischen Bedingungen zu testen und danach auf die Erde zur Auswertung zurückzubringen. Mit dem X-37B soll in den Testflügen insbesondere die Avionik mit einem leichtgewichtigen elektromechanischen Flugsystem, fortgeschrittene Navigationssysteme, Hitzeschutzsysteme, neue Dichtungs- und wiederverwendbare Isolationssysteme sowie der automatisierte Orbitalflug mit Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und Landung getestet werden (Quelle: “X-37B Orbital Test Vehicle“, US Air Force, 03.03.2001). Was bei den beiden Testflügen genau erprobt wurde, ist wegen dem als geheim klassifizierten Projekt nicht bekannt. Einzig über den Test des Solarmoduls wurde kurz informiert, vermutlich deshalb, weil dessen Design auf einem Patent von Boeing aus dem Jahre 2003 zurückgeht. Es soll besonders schnell zusammenfaltbar und verstaubar sein. Durch die Form des Solarmoduls, welche dem oberen Teil der Ladebucht der Raumfähre entspricht, wird nur sehr wenig Platz benötigt.

Das Design des beim X-37B eingesetzten Solarmoduls (Quelle: United States Patent and Trademark Office).

Das Design des beim X-37B eingesetzten Solarmoduls (Quelle: United States Patent and Trademark Office).

Doch die Verwendung als Experimentierplattform wird kaum das einzige Einsatzgebiet des X-37 sein. Das “Space Shuttle” wurde insbesondere in der Anfangszeit vom US-Verteidigungsministerium zum Beförderung geheimer Fracht oder Spionagesatelliten in eine erdnahe Umlaufbahn genutzt (beispielsweise beim Lacrosse 1; Lacrosse 2-5 wurden jedoch mittels Titan-IV-Raketen in den Orbit geschossen). Solche oder ähnliche militärischen Verwendungen des X-37 wurden womöglich bereits durchgeführt oder könnten langfristig durchgeführt werden. Gemäss der Auffassung vieler Freizeit-Astronomen, welche die Flugbahn der beiden OTV genaustens beobachtet hatten, weise die gewählte Umlaufbahn der X-37B (401-422 km über der Erdoberfläche) auf eine solche Aufklärungsmission hin. Auf gleicher Umlaufbahn befinden sich üblicherweise auch Spionagesatelliten (es kann sich dabei jedoch auch um einen Zufall handeln). Bei tiefen Missionskosten des Raumgleiters würde ein solcher Einsatz Sinn machen: Der Raumgleiter könnte eine nützliche Plattform für den Einsatz von Systemen zur Nachrichtenbeschaffung sein mit dem Vorteil, dass er relativ schnell und flexibel seine Position im Orbit ändern kann. Ausserdem bringt der Raumgleiter seine Fracht wieder zurück auf die Erde wo sie womöglich für weitere Missionen aktualisiert und vorbereitet werden kann.

We could have an X-37 sitting at Vandenberg or at the Cape, and on comparatively short notice, depending on warfighter requirements, we could put a specific payload into the payload bay, launch it up on an Atlas or Delta, and then have it stay in orbit, do the job for the combatant commander, and come back home. And then the next flight, we could have a different payload inside, maybe even for a different combatant commander. — Stellvertretender Untersekretär des Weltraumprogramms der US Air Force, Gary Payton, zitiert in Stephen Clark, “Air Force spaceplane is an odd bird with a twisted past“, Spaceflight now, 02.04.2010.

Insbesondere China befürchtet eine Militarisierung des Weltraums und damit verbunden ein Wettrüsten. Zhao Xiaozhuo, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der chinesischen Akademie der Militärwissenschaften, sieht neben kampfunterstützenden Aufgaben (wie beispielsweise Aufklärung) im X-37 auch eine mögliche Plattform zum Einsatz von Waffen von der nahen Erdumlaufbahn aus (sehr unwahrscheinlich) und die Zerstörung von Satelliten des Gegners (Quelle: Xin Dingding, “US spacecraft sparks arms race concerns“, China Daily, 24.04.2010).

Beide X-37B sind unbemannt. Boeing denkt jedoch bereits über eine beinahe doppelt so grosse bemannte Version (X-37C) nach, die den Transport einer Mannschaft ermöglichen soll (Quelle: Leonard David, “Secretive US X-37B Space Plane Could Evolve to Carry Astronauts“, Space.com, 07.10.2011).

Technische Daten des X-37B:

Kenngrösse Daten
Typ:  Unbemannter wiederverwenbarer Raumgleiter
Anzahl:    2
Erstflug:    22. April 2010
Länge:    8,9 m
Flügelspannweite:    4,5 m
Höhe:    2,9 m
Leermasse:  4’990 kg
Länge des Frachtraums:  rund 3,5 m
Frachtgewicht:  225-250 kg
Antrieb: Rocketdyne AR2-3 mit 29,34 kn Schub
Treibstoff: H2O2/Kerosene
Stromversorgung: Durch Sollarzellen auf Galliumarsenid-Basis und Lithium-Ionen Batterien
Quelle: “X-37B Orbital Test Vehicle“, US Air Force, 03.03.2001.
X-37B -  Infographik von Karl Tate, SPACE.com.

X-37B – Infographik von Karl Tate, SPACE.com.

 
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