Nach dem erfolgreichen Mondprogramm Apollo entschied sich die NASA im Jahr 1972 zum Bau einer Raumfähre – des Spaceshuttles – für einen regelmäßigen Zugang zum erdnahen Weltraum. Europa wurde eingeladen, sich an diesem neuen Programm zu beteiligen. Vereinbart wurde die Lieferung des Spacelabs, maßgeschneidert für die Ladebucht der Raumfähre. Es konnte aus einem modularen Baukasten zusammengesetzt werden, mit Kombinationen aus bemannbarem Druckmodul, Paletten und dem Instrument Pointing System (IPS), das der Ausrichtung von Instrumenten dienen sollte.

Im Rahmen dieses Programms der Vorgängerin der heutigen Europäischen Raumfahrtagentur ESA, der European Space Research Organisation (ESRO), übernahm Deutschland bei der Entwicklung des Spacelabs die Führung, mit einem Kostenanteil von 55 Prozent. Spacelab war ausschließlich mit der amerikanischen Raumfähre nutzbar. Anfangs war an bis zu 200 Missionen mit Spacelab gedacht worden, bei bis zu 60 Flügen pro Jahr. Frankreich dagegen sicherte sich zeitgleich die Führung bei der Raketenentwicklung für Europas unabhängigen Zugang zum Weltraum.

Die hohen Investitionen in Spacelab sollten durch ein vielfältiges Nutzungsprogramm gerechtfertigt werden, so durch Forschungen zur Biologie, Medizin, Materialkunde, Astronomie, und natürlich auch zur Ausbildung europäischer Astronauten. Hier soll nur die astronomische Nutzung weiterbetrachtet werden.

Infrarotastronomie mit GIRL

Mehrere deutsche Forschungsinstitute hatten in den frühen 1970er-Jahren bereits mit Ballon-Teleskopen in den vom Boden aus unzugänglichen Spektralbereichen (Röntgen, Ultraviolett, Infrarot) erfolgreich beobachtet. Sie reichten Vorschläge für astronomische Experimente auf Spacelab bei der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR, heute DLR) ein, die im Auftrag des Forschungsministeriums (BMFT) handelte. Hier wurde entschieden, drei der vorgeschlagenen Instrumente für die Infrarotastronomie mit einem gemeinsamen Teleskop zu betreiben. Als viertes Instrument wurde ein Gerät für die Aeronomie zur Beobachtung der hohen Erdatmosphäre im Infraroten in die Instrumentenkammer dieses Teleskops aufgenommen. Das nun gemeinsame Unternehmen für den Einsatz auf Spacelab erhielt den Projektnamen GIRL (German InfraRed Laboratory). Das große Teleskop mit 40 Zentimetern Öffnung sollte mit dem auf eine Palette montierten Instrument Pointing System (IPS) auf die zu beobachtenden Objekte ausgerichtet werden.

Vor 50 Jahren erhielten die Firmen Dornier, MBB (heute Airbus) und Linde Aufträge für Durchführbarkeitsstudien, die schließlich die Machbarkeit von GIRL nachwiesen. Ab dem Jahr 1978 begann die industrielle Entwicklung, zunächst mit dem Bau eines weltraumtauglichen großen Kryostaten für superflüssiges Helium bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt. Ebenfalls zügig startete in den beteiligten deutschen Instituten die Entwicklung der anspruchsvollen wissenschaftlichen Instrumente: der Infrarotkamera (Uni Tübingen), dem Fotopolarimeter (Max-Planck-Institut für Astronomie, MPIA, Heidelberg), dem Ebert-Fasti-Spektrometer (Gesamthochschule Wuppertal) und dem Michelson-Interferometer (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, MPE, Garching).

Die Aussichten waren damals verlockend: GIRL könnte bereits im Jahr 1983 auf einer deutschen D4-Mission zum Einsatz kommen. Und dann wiederholt bei Flügen mit bis zu 20 Tagen Dauer. Die Entwicklung der neuartigen Technologien für extrem empfindliche Messungen im damals noch wenig bekannten mittleren und fernen Infrarot war aufwendig, da alle Sensoren für den Betrieb bei einer Temperatur um zwei Kelvin ausgelegt werden mussten. Die Empfindlichkeit der Instrumente sollte nur durch den natürlichen Himmelsuntergrund begrenzt werden dürfen, der durch Emission des interplanetaren Staubs (Infrarot-Zodiakallicht) gegeben ist, und keinesfalls durch das tiefzukühlende Teleskopsystem oder die Raumfähre und die sie umgebende Atmosphäre.

Nach sechsjähriger Entwicklungszeit waren in allen beteiligten Instituten und Industriefirmen erfolgreich Prototypen entstanden und unter simulierten Weltraumbedingungen auf hohe Messempfindlichkeit und Langzeitstabilität getestet worden. Nun sollte ab dem Jahr 1985 der Bau des Flugmodells GIRL beginnen. Dafür wurden insgesamt 150 Millionen Deutsche Mark bei DLR/BMFT beantragt, der größere Teil davon für Aufträge an die beteiligten deutschen Firmen. Gemessen an den gesamten Investitionen in Spacelab in Höhe von zwei Milliarden Deutsche Mark waren das angemessene Kosten für seine wiederholte Nutzung.

Obwohl GIRL weniger als die Hälfte der Ladebucht beanspruchte, wurden dafür 50 Millionen US-Dollar gefordert

GIRL wird kaltgemacht

Die Antwort vom BMFT kam für alle an GIRL-Beteiligten überraschend: Aus Bonn wurde der Abbruch des Projekts mitgeteilt! Ursache für diesen Sinneswandel war, dass sich die Bedingungen seit dem euphorischen Start des Spacelab-Programms stark geändert hatten:

• Die Flugpreise für das Shuttle waren inzwischen stark gestiegen. Obwohl GIRL weniger als die Hälfte der Ladebucht beanspruchte, wurden dafür nun 50 Millionen US-Dollar gefordert. Da das nicht kostendeckend sei, müsste man für weitere Flüge mit höheren Gebühren rechnen. Damit schienen die Aussichten auf viele Flüge geringer zu werden.
• Inzwischen gab es in den USA ganz neue Prioritäten. Der US-Präsident Ronald Reagan hatte im Vorjahr den Bau einer ständig bemannten Raumstation, der späteren ISS, innerhalb von zehn Jahren verkündigt. Europa beteiligte sich indessen daran und im BMFT mussten Mittel dafür bereitgehalten werden.
• Weitere Mittel erforderte die gerade beschlossene Steigerung des Wissenschaftshaushalts der Europäischen Weltraumagentur ESA um jährlich fünf Prozent über der Inflationsrate. Und Deutschland ist der größte Beitragszahler.
• Es gab erste Vermutungen, dass die Umgebung des Spaceshuttles möglicherweise durch Gas und Staub zeitweise etwas kontaminiert sei. Während der ersten Flüge war ein Leuchtfilm über den Aufbauten entdeckt worden, der Shuttle-Glow (siehe »Schimmernde Raumfähre«).

So gnadenlos der plötzliche Abbruch des GIRL-Projekts und damit der Nutzung von Spacelab und Raumfähre für die Astronomie klang, gab es doch damals bereits Hoffnung, dass die Forschungsarbeiten bald fortgesetzt werden könnten. Bei der ESA wurde seit einigen Jahren eine Satellitenmission untersucht: das Infrared Space Observatory (ISO). Im Auswahlverfahren für das nächste große wissenschaftliche Vorhaben der ESA im Jahr 1983 siegte ISO gegen die Mitbewerber, nämlich Mars- und Ultraviolett-Missionen (siehe »Erfolg für die Infrarotastronomie«).

Die beiden an GIRL beteiligten Max-Planck-Institute waren bei der Ausschreibung der ESA für ISO-Instrumente im Jahr 1985 erfolgreich: das MPIA mit dem ISOPHOT-Instrument, das MPE mit dem Short-Wavelength-Spectrometer (SWS). Damit fanden fast alle bisher für GIRL geleisteten Entwicklungen nun in dem aussichtsreicheren Rahmen eines ESA-Projekts eine technologisch und wissenschaftlich ergiebigere Fortsetzung. Und auch die vorher an GIRL beteiligten Firmen arbeiteten nun bei ISO mit. Dem Tübinger Institut gelangen in den Jahren 1993 und 1996 zwei mehrtägige Ultraviolettbeobachtungen mit ORFEUS, einem vom Shuttle ausgesetzten und wieder eingefangenen Freiflieger. Aber es gab keine Fortsetzung; inzwischen hatte der wesentlich leistungsfähigere französisch-amerikanische Ultraviolett-Satellit FUSE übernommen.

IRT auf Spacelab-2

GIRL war damals das anspruchsvollste, aber nicht das einzige Infrarotteleskop in der Entwicklung für Spacelab. Unter der Führung der Harvard University in den USA bauten mehrere amerikanische Institute ebenfalls ein kleines kryogen gekühltes Teleskop (IRT) mit einer Kamera vom nahen zum fernen Infrarot. Dieses 15-Zentimeter-Teleskop wurde auf Spacelab im Sommer 1985 bei einer achttägigen Mission geflogen. Ziel war die Kartierung der kosmischen Infrarotstrahlung des Himmels und ausgedehnter Infrarotquellen in sechs Bändern im Wellenlängenbereich zwischen 2 und 120 Mikrometern. Bei diesen großen Wellenlängen können kalte kosmische Objekte im Temperaturbereich von 300 bis 30 Kelvin studiert werden. Auch die mögliche Emission der unmittelbaren Shuttle-Umgebung und der Shuttle-Glow sollten untersucht werden.

Die erhaltenen astrophysikalischen Ergebnisse waren ernüchternd: Lediglich im Nahinfrarot bei zwei Mikrometern Wellenlänge gab es brauchbare Ergebnisse für einen Teil des Himmels. Die waren nicht durchweg neu, denn bereits Jahre vorher war der galaktische Zentralbereich von einem deutschen und einem japanischen Ballonteleskop in diesem Wellenlängenbereich vermessen worden. Die interessanteren Kanäle im mittleren und fernen Infrarot dagegen waren bei diesem Flug oft in der Sättigung.

Ursache dafür waren hohe Emissionen aus der Umgebung des Shuttles und zeitweises Streulicht der Sonne. Diese Vordergrundhelligkeit, verursacht durch Gas und Staub um das Shuttle, lag 100-fach über der angestrebten Empfindlichkeitsgrenze durch das Zodiakallicht im Infraroten. Allein die Wasserdampfatmosphäre war zeitweise 100-fach höher als erwartet, verursacht durch Ausdampfen und den Betrieb der Brennstoffzellen des Spaceshuttles. Der Abschlussbericht resigniert: »Alles in allem, die Umgebung ist sehr schlecht für untergrundbegrenzte Infrarotfotometrie …« Daraufhin gab es keine Folgemessungen im Infrarotbereich auf Spacelab. Bei zwei späteren Missionen in den Jahren 1990 und 1995 wurde mit kleineren amerikanischen Teleskopen für den UV- und Röntgenbereich beobachtet. Dabei kam auch das Instrument Pointing System (IPS) zum Einsatz (siehe »Blick auf die Ladebucht«).

Was bleibt?

Wäre GIRL vollendet und zum Einsatz gekommen, hätte die vom IRT gefundene Kontamination der Umgebung der Raumfähre auch dessen Grenzempfindlichkeit beeinträchtigt. Allerdings in wesentlich geringerem Ausmaß, da hier die Beobachtungsprogramme auf kompakte Objekte in sehr kleinen Gesichtsfeldern ausgelegt waren. Außerdem hätte das andersartige Blendensystem des Teleskops Streulicht von der Sonne und Shuttleaufbauten wirksamer unterdrückt. Beim Bekanntwerden der enttäuschenden IRT-Ergebnisse waren für die ehemaligen GIRL-Experimentatoren bereits Nachfolgeprojekte auf Satelliten und Freifliegern in greifbare Nähe gerückt.

Spacelab ging nach der kostspieligen europäischen Entwicklung bei der Lieferung in den Besitz der NASA über

Von den ursprünglich angestrebten 200 Spacelab-Einsätzen fanden am Ende, auch wegen der hohen Flugkosten, lediglich 22 statt; das IPS wurde nur auf drei amerikanischen Missionen genutzt. Für die deutsche und europäische Forschung unter Schwerelosigkeit waren die Flüge auf den Feldern der Biologie, der Medizin und den Materialwissenschaften ergiebig. Zudem wurden deutsche und europäische Astronauten ausgebildet, wobei in der Druckeinheit des Spacelabs wie auf der späteren Raumstation gearbeitet werden konnte. Für die astronomische Forschung dagegen, besonders für die langwelligen Spektralbereiche, lieferte Spacelab leider weniger als anfangs erhofft.

Erstaunlich war es, dass Spacelab nach der kostspieligen europäischen Entwicklung bei der Lieferung in den Besitz der NASA überging. Entschädigung dafür gab es in Form einer Mitfluggelegenheit beim ersten Spacelab-Einsatz: Hier wurde Ulf Merbold als Nutzlastspezialist der erste Nichtamerikaner und der erste Westeuropäer auf einem Shuttleflug. Alle weiteren Nutzungen mussten teuer bezahlt werden. Im Jahr 1998 wurde das Spacelab außer Betrieb genommen. Heute sind Teile davon weltweit in Raumfahrtmuseen anzutreffen.

Etwas anders lief die mit Spacelab gleichzeitig begonnene Entwicklung der europäischen Ariane-Rakete unter französischer Führung. Sie wurde zu einer andauernden Erfolgsgeschichte. So wurden die wissenschaftlich erfolgreichen Infrarotsatelliten ISO, Herschel und das JamesWebbSpaceTelescope mit Ariane-Raketen mustergültig auf ihre Bahnen im Weltall befördert.