Agina: Ich bin die erste Raketenoberstufe und außerdem ein Multitalent in der Luft- und Raumfahrt

„Akinna“ ist die erste Raketenoberstufe und eine wichtige Energiequelle für den Start und den Betrieb der ersten US-Militärsatelliten im Orbit. Es gibt so viele Variationen von „Ajina“, dass die Leute ohne eine enzyklopädische Beschreibung oft nicht herausfinden können, aus welcher Familienzusammensetzung sie bestehen. Allerdings wird dadurch auch verständlich, warum beispielsweise Oberstufen entstehen.

Agena wird zum Antrieb des bemannten Raumstations-Zielfahrzeugs verwendet

Agina, die Vielseitige

Der Agena mit der militärischen Bezeichnung RM-81 wurde ursprünglich von Lockheed für das Aufklärungssatellitenprogramm WS-117L entwickelt. Da die elektronische Technologie damals noch nicht weit entwickelt war, mussten fotografische Aufklärungssatelliten Filmkapseln mitführen und diese nach den Dreharbeiten zur Erde zurückschicken. Infolgedessen waren die Satelliten selbst ziemlich groß und schwer und es war unmöglich, sie allein mit der Kraft der Trägerraketen in die vorgesehene Umlaufbahn zu bringen.

Während des Modellentwicklungsprozesses stellte die US Air Force fest, dass es unrealistisch war, verschiedene Aufklärungszwecke in einem WS-117L-Projekt unterzubringen. Die WS-117L wurde dann in die Modelle „Samos“ und „Corona“ (später umbenannt in „Discoverer“) für die Fotoaufklärung sowie „Midas“ für die Raketenfrühwarnung aufgeteilt. Agena blieb jedoch bestehen und übernahm für alle diese Satelliten die Oberstufenmission. Später wurde es bei der Demonstration der Rendezvous- und Andocktechnologie für das bemannte Raumschiff Gemini der NASA eingesetzt und diente als Antriebsmodul für das Zielraumschiff. Die Agena-Oberstufe wurde bei den Raketen Atlas, Thor und Titan IIIB verwendet und wurde auch für das Space Shuttle in Betracht gezogen. Vom 28. Februar 1959 bis Februar 1987 wurden verschiedene Agena-Typen gestartet, insgesamt waren es 365 Raketen. Nur 33 davon dienen der NASA, der Rest dient Militärsatelliten.

Bei einigen Missionen wird der Satellit direkt vor Agenas Standard-Schott montiert, das für die Stromversorgung, Kommunikation und dreiachsige stabilisierte Lageregelung sorgt. Einige Satelliten trennten sich jedoch nach dem Start von Agena und übernahmen eigene Flugmissionen.

Frühe Agena-Oberstufen wurden zum Start von Aufklärungssatelliten verwendet.

Im Laufe der Zeit wurde Agena zweimal aufgerüstet, um schwerere und komplexere Satelliten zu unterstützen, wie beispielsweise den Aufklärungssatelliten Corona mit mehreren Filmschächten und größeren Kameras.

Der Name Agena wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency (später bekannt als DARPA, dann ARPA) des US-Verteidigungsministeriums festgelegt. Zuvor hieß er Beta Centauri und war der zehnthellste Stern am Nachthimmel. ARPA schlug jedoch vor, für den Stern einen anderen Namen zu verwenden, nämlich „Ageona“, da dieser „am Himmel aufflammen“ würde, ganz im Sinne der Tradition von Lockheed, Produkte nach Sternphänomenen zu benennen.

Eigenschaften von Agena

Die Agena hat einen Durchmesser von 1,5 Metern und verfügt über eine dreiachsige Stabilisierungsfähigkeit, die für die Bildaufklärung äußerst notwendig ist. Agena verwendet das von Bell Aerosystems entwickelte XLR81-Triebwerk und nutzt als Treibstoffe das bekannte unsymmetrische Dimethylhydrazin und Salpetersäure. Diese beiden Kraftstoffe können nicht nur bei Raumtemperatur und -druck gelagert werden, sondern sie können sich auch selbst entzünden, ohne dass ein Zündsystem erforderlich ist, was die Motorkonstruktion vereinfacht. Daher kann das XLR81-Triebwerk im Orbit unter der Kontrolle von Funkbefehlen vom Boden aus mehrmals neu gestartet werden.

Dieses Triebwerk wurde ursprünglich im Überschallbomber Cornwall B-58 verwendet. Dieser in den 1950er Jahren entwickelte Überschallbomber kann eine MB-1C-Kapsel mit Atomsprengköpfen transportieren. Da sich das Design der MB-1C jedoch als nicht sehr erfolgreich erwies, plante Cornwall, sie durch den Einbau eines Raketentriebwerks am Heck zu verbessern und sie so in eine Atomrakete zu verwandeln. Natürlich konnte dieser Plan nicht gelingen, aber die Entwicklung des XLR81-Motors verlief erfolgreich. Das von Agena A verwendete spezifische Modell ist das Triebwerk Bell 8048 (XLR81-BA-5), das zwei Minuten lang einen Schub von 69 Kilonewton erzeugen kann.

Bell 8048 Motor

Bell 8048-Triebwerk für die Agena-Oberstufe

Die Aluminiumlegierungsstruktur des XLR81 ist ziemlich berühmt. Im Hals und in der Düse des Raketentriebwerks kommt eine sogenannte regenerative Kühlung zum Einsatz. Aufgrund der parabolischen Form des Halses ist es jedoch sehr schwierig, hier Löcher für den Treibstoff zu bohren, da der Bohrer gerade ist. Die Ingenieure von Bell Aerosystems lösten das Problem, indem sie die Kühlkanäle in der Form eines „einteiligen kreisförmigen Hyperboloids“ anordneten.

Die Gierwinkelmessung des Agena erfolgt über ein Trägheitsreferenzsystem, das drei Gyroskope, zwei Füllstandssensoren und Mikroinjektoren für ein Stickstoff-Freon-Gemisch zur Kühlung umfasst. Die Nick- und Rolllagemessungen werden von zwei abgedichteten integrierenden Kreiseleinheiten durchgeführt. Die Gyroskopeinheit ermittelt den Gierfehler durch Erfassen der Orbitrate. Nick- und Rollkreiselfehler werden durch einen Horizontsensor korrigiert, der auf Sonnen- und Sternsensoren referenziert wird. Dies verleiht Agena eine hohe Ausrichtungsstabilität, wodurch die Kamera des Corona-Satelliten eine bessere Bodenauflösung erreichen kann.

Da Agena so konzipiert ist, dass es während der Erdumlaufbahn eine feste Ausrichtung im Weltraum beibehält, wurde ein passives Wärmekontrollsystem entwickelt.

Die primäre Energiequelle der frühen Agena waren Silber-Zink-Peroxid-Batterien und ab den frühen 1960er Jahren wurden auf der Agena Solaranlagen installiert. Die Mess-, Steuerungs- und Kommunikationsfunktionen werden durch einen S-Band-Transponder realisiert, der Bodenbefehlssequenzen (Bildbewegungskompensation, Lageänderung etc.) empfangen, speichern und sukzessive ausführen kann.

In der Anfangszeit war die Agena-Oberstufe nicht standardisiert und wurde für jeden Start individuell angepasst.

Modellfamilie

1. Agena A

Die Agena A ist das erste Modell der Agena-Familie, ausgestattet mit Thor- und Atlas-Raketen und wird hauptsächlich von Plattform 75 auf der Vandenberg Air Force Base und Startplattform 1 am Cape Agloe in die polare Umlaufbahn gebracht. Darüber hinaus wurden zwei Starts mit der Atlas-Rakete vom Startkomplex 14 in Cape Canaveral durchgeführt. Zwischen 1959 und 1961 wurden 18 Agena-A-Satelliten gestartet, alle für die Aufklärungssatellitenprogramme Discoverer, Midas und Samos.

2. Agena B

Im Jahr 1960 stellte Lockheed die verbesserte Agena B vor. Sie nutzte das Bell 8081-Triebwerk, das einen Schub von 71 Kilonewton erzeugen konnte. Diese Oberstufe kann im Orbit mehrere Male zünden, führt mehr Treibstoff mit und die Gesamtbetriebszeit des Triebwerks kann bis zu 4 Minuten betragen. Agena B war an den Frühwarnsatelliten Samos-E, Samos-F und Midas, der Mondsonde Ranger und der Planetensonde Mariner beteiligt. Der Erstflug der Agena B war der erfolglose Start von Discoverer 16 am 26. Oktober 1960. Erst mit Midas III am 12. Juli 1961 bekam die Agena B die Chance, erneut zu fliegen. Der letzte Flug der Agena B war der Start des Satelliten OGO 3 am 7. Juni 1966. Insgesamt wurden 75 Raketen abgefeuert.

Agena B Oberstufe

3. Agena D

Die Agena D wurde 1962 von Lawrence Edwards, einem leitenden Ingenieur bei Lockheed, konzipiert. Jeder bisherige Ajina wurde individuell angepasst. Edwards schlug vor, die Grundkonfiguration von Agena zu standardisieren und je nach Nutzlastanforderungen zusätzliche Funktionen hinzuzufügen. Das Pentagon hoffte damals auch, dass Agena in Verbindung mit der Titan-Rakete eingesetzt werden könnte. Denn die beiden anderen Raketen damals – Thor und Atlas – hatten unannehmbar hohe Ausfallraten. Dies führte zu dem Vorschlag, die Zuverlässigkeit durch eine verbesserte Standardisierung der Trägerraketen zu verbessern.

Nach einigen Recherchen umfasst die Standardisierung von Agena D Folgendes:

Die allgemeine Konfiguration der Agena D umfasst vier Subsysteme: 1. Hauptleit-, Leuchtfeuer-, Stromversorgungs- und Telemetrieausrüstung; 2 eine Standard-Nutzlast-Steuerkonsole; 3. ein hinterer Gepäckträger über dem Motor für die Plug-in-Installation optionaler Ausrüstung wie Solarmodule und kleine Satelliten; ④ Ein Triebwerk von Bell Aerosystems, das im Weltraum 16 Mal neu gestartet werden kann. Agena D hat einen Durchmesser von 1,5 Metern, eine Länge von 6,3 Metern und eine Batteriekapazität von 19.500 Wattstunden.

Im Jahr 2014 war die Agena D die am häufigsten von den Vereinigten Staaten gestartete Oberstufe. Seit dem ersten Start von Keyhole IV-VII am 28. Juni 1963 wurden insgesamt 269 Agena D-Raketen gestartet. Lockheed hat zu diesem Zweck eine spezielle Produktionslinie eingerichtet, auf der jährlich 40 Raketen hergestellt werden. Edwards war mehrere Jahre lang für die technische Konstruktion verantwortlich, bis die USAF die Agena D für einsatzbereit erklärte und der Technologiestatus eingefroren wurde. Zum Zeitpunkt seiner Außerdienststellung hatte der Agena D eine Zuverlässigkeit von über 95 %.

Der letzte Flug der Thor-Agena-Kombination fand 1972 statt, als sie den Satelliten Keyhole 4B startete. Im Jahr 1978 wurde der Satellit Seasat mit einer Atlas Agena D und einer generalüberholten Atlas F-Rakete gestartet.

Seitdem wurden mit Agena D auch die Aufklärungssatelliten Keyhole-7 und Keyhole-8 sowie drei Mariner-Venus-Sonden und zwei Mariner-Mars-Sonden gestartet. Am 12. Februar 1987 wurde die letzte Agena D mit einer Titan-IIIB-Rakete gestartet und brachte den letzten SDS-1-Satelliten in die Umlaufbahn.

Agena-Zielfahrzeug

Das Agena-Zielfahrzeug basiert auf der Agena D und verfügt über zusätzliche Ausrüstung zur Unterstützung der Rendezvous- und Andockaktivitäten des Gemini-Programms. Es ist mit einem Triebwerk vom Typ Bell Aerospace Model 8247 ausgestattet, das im Weltraum bis zu 15 Mal wiedergezündet werden kann. Bei der eigentlichen Mission werden, nachdem das Gemini-Raumschiff an das Zielraumschiff angedockt hat, die Triebwerke der Agena gestartet, um die Kombination in eine höhere Umlaufbahn und dann wieder zurück zu befördern. Während der Gemini-11-Mission erreichte der Komplex eine elliptische Umlaufbahn mit einem Apogäum von 1.375 Kilometern und stellte damit einen Rekord für die Höhe bemannter Raumflüge auf, bis Apollo 8 (die erste bemannte Mission zum Mond) diesen Rekord übertraf.

In den frühen 1970er Jahren untersuchte Lockheed die Möglichkeit, die Agena im Frachtraum des Space Shuttles zu installieren, um Nutzlasten in die Umlaufbahn zu befördern. Angesichts des großen Durchmessers des Frachtraums des Shuttles entwarf Lockheed eine Agena C mit größerem Durchmesser, die jedoch nie gebaut wurde. Seitdem wurde eine vollständig modernisierte Agena 2000 für den Einsatz auf einer Leichtversion der Atlas-V-Rakete entwickelt. Mit der Absage dieser Rakete verlor auch die Agena 2000 ihre Chance, auf den Markt zu kommen.