Projektziel: Ein Space Shuttle startet am Kennedy Space Center, umrundet die Erde und landet in
Leipzig/Halle, durchgehend in einem einzigen Lauf, ohne Eingriff und in Echtzeit. FlightGear hat dafür ein sehr
detailliertes Shuttle-Modell. Mein Python-Skript bedient es von außen, so wie sonst die Besatzung. Nach mehreren
verunglückten Testflügen klappte es: gut zwei Stunden Flug, Stillstand 0,4 m neben der Mittellinie.
Bild 1 - Abheben am Kennedy Space Center. Der Boden besteht aus echten Luftbildern
Warum Leipzig?
Das Shuttle ist nie in Deutschland gelandet. In meinen Flügen fliege ich aber vor allem durch Mitteldeutschland, dort
liegen auch die schärfsten Luftbilder. Mit Bahn 08R und 3589 m Länge ist Leipzig/Halle lang genug. Das Flugzeug kennt
den Platz allerdings nicht, also trägt ein kleines Skript ihn in die Landeplatzliste des Flugzeugpakets ein.
Der Ablauf
| Zeit ab Zündung | Abschnitt | Ergebnis im Abschlussflug |
|---|
| 0:18 | Abheben | Vorher APUs und Startautomatik aktiviert |
| 8:38 | Haupttriebwerke aus | 106 km hoch, Bahn 226 × 40 km |
| etwa 35 min | Zündung OMS-2 | 186 ft/s, Bahn 234 × 227 km |
| etwa 75 min | Abstiegszündung | 262 ft/s in 152 s, Bahn taucht in die Atmosphäre |
| etwa 91 min | Drehen in die Eintrittslage | 40° Anstellwinkel, Schräglage fast null |
| etwa 103 min | Stärkste Hitze | 2454 °F, Warnung käme erst bei 3050 °F |
| etwa 130 min | Landung auf Bahn 08R | −3,6 ft/s, 169 kt über Grund |
Das Shuttle bringt für den Aufstieg, den Eintritt und den Endanflug eigene Automatik mit. Das Skript setzt die Schalter
zur richtigen Zeit, berechnet die Zündungen und übernimmt alles, was die Automatik nicht kann. Dazu gehören die
OMS-Zündungen, das Drehen vor dem Eintritt, Bremsschirm, Bugrad und Bremsen.
Bild 2 - Kurz vor der Trennung vom Außentank
Die Bahn so legen, dass Leipzig passt
Zuerst wollte ich nur einmal um die Erde fliegen. Das geht nicht: Der Eintrittspunkt läge dann rund 8300 nm vor Leipzig,
weit außerhalb der Gleitreichweite. Deshalb plant das Skript die Abstiegszündung aus dem echten Bahnzustand: Es
rechnet durch, wo das Shuttle bei welchem Zeitpunkt und welcher Stärke in die Atmosphäre eintritt, und nimmt die Lösung,
die rund 4300 nm vor Leipzig ankommt.
Dieser Abstand ist kein Zufall. Bei nur 3340 nm hatte das Shuttle zu viel Energie für die Strecke. Die Führung rollte
bis 120° Schräglage, um sie abzubauen, und der Hitzeschild versagte.
Fehler 1: Die Zündung ohne Schub
Beim ersten durchgehenden Versuch blieb die Abstiegszündung einfach aus, und das Shuttle kreiste weiter. Meine erste
Erklärung war falsch, ich hatte einen negativen Zielwert in Verdacht. Die Ursache lag in den Heizungen: Sie waren bis zur
Eintrittsvorbereitung aus. Unter 275 K verliert die Treibstoffleitung im Modell laufend an Zustand, und dieser Wert geht
direkt in den Schubhebel ein. Das OMS-Triebwerk zündet erst ab 60 % Schub, die Leitung stand aber nur noch bei 1,7 %.
Die Lösung war eine Zeile: Die Heizungen laufen jetzt ab der Tanktrennung. Außerdem prüft das Skript nach jeder Zündung
den Schub und bricht mit einer klaren Meldung ab, statt endlos zu warten.
Fehler 2: Das Pendeln
Der erste Flug in echter Echtzeit stürzte über Neufundland ab. Das Shuttle pendelte, und die Steuerdüsen im Heck
verbrauchten fast den ganzen Treibstoff: von 945 lbs waren noch 14 übrig, bevor die Steuerklappen in der dünnen Luft
griffen. Die Ursache: Nach der Abstiegszündung fliegt das Shuttle rückwärts. Mein Skript ließ es erst in der
Eintrittssteuerung umdrehen, und die hat bei so wenig Luft nur 10 % ihrer Gierkraft.
Das echte Shuttle dreht deshalb früher, noch mit der Orbitsteuerung. Genau das macht jetzt auch das Skript: Ab 175 km
dreht es auf dem kürzesten Weg um eine einzige Achse in die Eintrittslage.
tempo = min(2.5, grad * 0.15) # Grad pro Sekunde, kurz vor dem Ziel langsamer
Dabei gab es noch eine Falle: Das Vorzeichen des Gierens ist in Orbit- und Eintrittssteuerung umgekehrt. Mit der
richtigen Fassung stand das Shuttle bei 135 km auf rund 40° Anstellwinkel, fast ohne Schieben, und das Heck-RCS hatte
am Ende noch 404 und 367 lbs.
Die Landung
Unter 15.000 ft übernimmt die Autoland-Funktion des Flugzeugs. Der Anflug ist kein Fehler der Simulation: Mit 17–20° ist er
fünf- bis sechsmal so steil wie bei einem Verkehrsflugzeug, und einen zweiten Versuch gibt es nicht. Beim Aufsetzen schaltet
die Autoland-Funktion ab, ab da regelt das Skript das Ausrollen.
- Bremsschirm: Das Flugzeug lehnt ihn ab, solange es keinen Bodenkontakt meldet. Darum löst das Skript ihn wiederholt aus.
- Bugrad: Die Nase sinkt langsam, damit die Grenze von 2° pro Sekunde hält.
- Spur: Das Ruder regelt Ablage und Kursfehler, gebremst wird so stark, wie die Restbahn es verlangt.
Bild 3 - Endanflug auf Leipzig/Halle, unten die echten Luftbilder
Bild 4 - Kurz vor dem Aufsetzen in Leipzig/Halle
Das Ergebnis
| Wert | Abschlussflug |
|---|
| Dauer | gut 2 Stunden, Orbit in echter Echtzeit |
| Aufsetzen | −3,6 ft/s, 169 kt über Grund, Nase 14,7° |
| Stillstand | 0,4 m neben der Mittellinie, 540 m Bahn übrig |
| Bildrate | im Mittel 58 fps |
Was noch nicht perfekt ist
Das ist kein Nachflug einer echten Mission, Bahn und Landeplatz sind erfunden. Master Alarm und Warnmeldungen gehen im Flug
mehrmals an, weil das Skript nicht jedes System wie eine Besatzung bedient. Die, die ich geprüft habe, sind in diesem Flug
harmlos, zum Beispiel Hydraulik vor dem APU-Start oder ein zu kaltes Freon. Die Bodenbilder und die Erde aus dem All beschreibe
ich im Beitrag Echte Luftbilder aus offenen Kartendiensten.
Fazit
Das Shuttle-Modell verzeiht wenig, und genau das macht es spannend: Beide großen Fehler kamen nicht aus der
Flugphysik, sondern aus Abläufen, die eine echte Besatzung selbstverständlich erledigt, Heizung einschalten und rechtzeitig
drehen.