Grundlage der Trägerrakete für die sowjetischen Sputnik-Satelliten war die ballistische Interkontinentalrakete (ICBM) R-7, intern auch „Semjorka“ (die Siebente) genannt, welche ab 1954 im Versuchskonstruktionsbüro OKB-1 entwickelt wurde.
Ein Beitrag von Uwe Rätsch und Daniel Maurat.
Geschichte
(Bild: Roskosmos)
Zum Transport der ab Mitte der 1950er Jahren verfügbaren thermonuklearen Sprengköpfe über interkontinentale Entfernungen wurde im OKB-1 im Jahre 1954 mit der Entwicklung einer leistungsstarken Interkontinentalrakete begonnen. Die Typenbezeichnung der Rakete lautete R-7 (Erzeugnis 8K71), die Flugerprobung begann im Mai 1957.
Aufgrund der für damalige Verhältnisse gewaltigen Größe der Rakete eignete sie sich auch für den Transport von Raumflugkörpern in eine Erdumlaufbahn. Insbesondere Chefkonstrukteur Sergej Koroljow hegte insgeheim schon seit längerer Zeit den Traum, mit seinen Raketen Satelliten ins All zu befördern.
Mit der R-7 war dafür nun endlich das erforderliche Transportmittel verfügbar. Nun musste nur noch die sowjetische Führung für das Vorhaben begeistert werden, insbesondere der Generalsekretär der KPdSU, Nikita Chruschtschow. Bei einem Besuch des OKB-1 am 27. Februar 1956 sprach Koroljow Chruschtschow auf die Möglichkeit an, mit der R-7 einem künstlichen Erdsatelliten in den Weltraum zu befördern, mit dem Hinweis, dass man damit einen würdigen sowjetischen Beitrag für das Internationale Geophysikalische Jahr leisten könne. „Wenn es der Hauptaufgabe nicht schadet, so tun sie es“ war Chruschtschows Antwort.
Zu diesem Zeitpunkt arbeitete das OKB-1 schon geraume Zeit an der Entwicklung eines Erdsatelliten, der zunächst nur als Objekt D bezeichnet wurde. Mit dem erfolgten staatlichen Segen war es nun möglich, sich mit ganzer Kraft dieser Aufgabe zu widmen. Dabei stieß man allerdings auf enorme Schwierigkeiten und bald war klar, dass Objekt D im geplanten Startjahr 1957 nicht fertig werden würde.
Da Koroljow aufgrund der Verzögerungen mit Objekt D befürchtete, dass die Amerikaner ihm beim Start des ersten Erdsatelliten zuvorkommen könnten, ordnete er den Bau zweier Exemplare eines einfachen Erdsatelliten an. Er wurde PS-1 (PS = Prostjeschij Sputnik = einfachster Erdsatellit) genannt und war als Kugel von 58 Zentimetern Durchmesser konzipiert. Mit vier langen Stabantennen, die das Äußere des Satelliten komplettierten, hatte man ein äußerst symbolträchtiges Erscheinungsbild geschaffen.
(Bild: NASA)
Zwei R-7-Raketen wurden dem Erprobungsprogramm für Interkontinentalraketen (ICBMs) entnommen und an die Erfordernisse zum Start eines Erdsatelliten angepasst. Mit der ersten Rakete (Erzeugnis 8K71PS Nr. M1-1) wurde am 4. Oktober 1957 der weltweit erste Erdsatellit Sputnik 1 auf einer erdnahen Umlaufbahn abgesetzt.
Koroljows Raumfahrtpläne stießen bei der Sowjetführung zunächst kaum auf Interesse. Die internationale Reaktion auf den Sputnik-Start kam für die Führungsriege deshalb völlig überraschend. Nun erst erkannte man, welch enormes politisches Kapital man mit den Raumfahrterfolgen erzielen konnte.
Chruschtschow fragte bei Koroljow an, ob man zu den Jubiläumsfeierlichkeiten des 40. Jahrestages der Oktoberrevolution nicht eine weitere kosmische Erstleistung hinbekommen könnte. Er dachte dabei an den Flug eines Lebewesens, dabei vor allem an einen Hund. Allerdings war das Oktoberjubiläum bereits vier Wochen nach dem ersten Sputnik-Start. Die Zeit für die Vorbereitung und Durchführung der Mission war also denkbar knapp, doch Koroljow sagte zu.
Für das Vorhaben verwendete man im OKB-1 das Reserveexemplar der Trägerrakete des ersten Sputniks. Ebenfalls existierte ein Reserveexemplar von Sputnik 1, das man nun mit einer Hundekabine aus dem Höhenraketenprogramm kombinierte.
Der Sputnik 2 genannte Erdsatellit mit der Hündin Laika gelangte am 3. November 1957 mit der zweiten Rakete des Typs 8K71PS (Nr. M1-2) erfolgreich auf seine Umlaufbahn. Der Satellit blieb auch im Orbit mit dem Mittelblock der Trägerrakete verbunden. Eine Rückkehr des Satelliten war nicht vorgesehen. Aufgrund der kurzen Zeitspanne, die vom Beschluss bis zum Start des ersten Biosatelliten zur Verfügung stand, war es unmöglich, für die Hundekabine ein wirksames Temperaturregelungssystem zu konstruieren. Die Temperatur in der Kabine erreichte deshalb recht schnell kritische Werte und Laika starb bereits nach kurzer Zeit an Überhitzung.
Nach der ursprünglichen Planung sollte der als Objekt D bezeichnete größere Forschungssatellit als erster starten, doch nun war er erst als dritter im Reigen der Erdsatelliten an der Reihe. Für seinen Start hatte man eine Spezialversion der Semjorka mit der Codebezeichnung 8A91 entwickelt. Sowohl von der Trägerrakete als auch vom Satellit wurden zwei Exemplare hergestellt. Der erste Start der Rakete 8A91 (Nr. B1-2) mit Objekt D am 27. April 1958 war jedoch ein Fehlschlag, da die Rakete 88 Sekunden nach dem Abheben unverhofft explodierte. Daraufhin kamen am 15. Mai 1958 die Reserveexemplare von Satellit und Rakete (Nr. B1-1) zum Einsatz. Diesmal klappe alles wie am Schnürchen. Objekt D erreichte die geplante Umlaufbahn und wurde der Öffentlichkeit als Sputnik 3 präsentiert. Mir diesem Start endeten die Raumfahrteinsätze der R-7 in zweistufiger Konfiguration.
Technik
Die R-7 wurde im OKB-1 als Zweistufenrakete konzipiert, wobei um einen zentralen Mittelblock (der ersten Stufe) vier konische Seitenblöcke als zweite Stufe angeordnet waren. Sowohl der zentrale Block A als auch die vier Seitenblöcke B, W, G ,D wurden auf der Startrampe gleichzeitig gezündet und sorgten für den nötigen Startschub.
Nach dem Leerbrennen der Seitenblöcke wurden diese abgetrennt. Anschließend lief nur noch Block A weiter und besorgte den weiteren Aufstieg von Rakete und Nutzlast. Dieses Prinzip nennt man Parallelstufung. Es wird bis in die Gegenwart bei allen Trägerraketen der R-7-Reihe angewendet. Sowohl die 8K71PS als auch die 8A91 besaßen noch keine Oberstufe. Sie bestanden nur aus den fünf Raketenblöcken, über die bereits die R-7 ICBM verfügte. Erst bei den folgenden R-7-Trägerraketenmodellen wurden zusätzliche Oberstufen eingeführt.
Erste Stufe
Die erste Stufe (Block A) war keulenförmig, hatte maximal 2,95 m Durchmesser und mit Nutzlastspitze eine Gesamtlänge von 29,17 m (8K71PS) bzw. 30,21 m (8A91). Als Triebwerk wurde ein RD-108 verwendet, dass über vier Brennkammern und vier Steuerdüsen verfügte. Der Startschub belief sich auf 718 kN (Version 8D75PS eingesetzt in der 8K71PS) bzw. 627 kN (Version 8D77 eingesetzt in der 8A91). Als Treibstoff wurde die Kombination Kerosin/Flüssigsauerstoff (LOX) verwendet.
Zweite Stufe
Die vier Seitenblöcke B, W, G, D der zweiten Stufe waren je 19,8 m lang und hatten einen Basisdurchmesser von 2,68 m. In jedem Seitenblock war ein Triebwerk des Typs RD-107 (Version 8D74PS bzw. 8D76) verbaut, das jeweils über vier Brennkammer und zwei Steuerdüsen verfügte. Jedes RD-107 erzeugte 794 kN Startschub, der im Vakuum schließlich auf 971 kN anwuchs. Wie schon bei der Erststufe kam ebenfalls die Treibstoffkombination Kerosin/Flüssigsauerstoff zum Einsatz.
Technische Daten des Gesamtpakets
Auswirkungen
Die R-7 stieß das Tor in den Weltraum auf und markierte den Startschuss für ein zwölfjähriges Rennen in den Weltraum und später zum Mond. Sie wurde schnell zum Arbeitspferd der Sowjets und ihre Abkömmlinge fliegen auch heute noch in den Weltraum. Ihre Nutzlasten hatten auch einen großen Einfluss, denn sie ebneten den Weg für die heutige Satelliten, die heutzutage nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken sind, so etwa Kommunikationssatelliten, Satelliten für das GPS oder Wettersatelliten, die die Vorhersage des Wetters unterstützen. All diese Satelliten basieren auf die Art von Satelliten, die die Sputniks widerspiegelten.
Quellenverzeichnis (Auswahl)
– R-7 „Semjorka“ – Russlands kosmisches Arbeitspferd, Stefan Wotzlaw, RID 2000
– Das Raketentypenbuch, Eugen Reichl, Motorbuch-Verlag, Stuttgart 2007
– Norbert Brügge (Website zu R-7 Modellen)
– Gunther´s Space Page (Website zu R-7 Sputnik)
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