Auf diesen Tag hat die Nasa lange hingearbeitet. Wenn nichts dazwischenkommt, wird am Donnerstag gegen 13 Uhr deutscher Zeit eine mächtige Rakete vom Typ Delta IV in Cape Canaveral abheben. Der Start einer zweistufigen US-Rakete ist an sich nichts Besonderes - ihre Nutzlast ist es schon.

Oben auf der Delta IV steckt das Raumschiff "Orion", mit dem schon bald bis zu sechs Astronauten zum Mond, auf einen Asteroiden oder noch viel weiter fliegen sollen. "Dies ist unser nächster Schritt auf dem Weg zum Mars, und es ist ein großer", sagte Nasa-Manager William Gerstenmaier.

Mit "Orion" will die kriselnde Nasa endlich wieder Aufbruchstimmung erzeugen. Die Spaceshuttles sind seit 2011 eingemottet, die bemannten Routineflüge zur Raumstation ISS führen die Russen und ab 2017 zwei Privatunternehmen aus den USA durch. Die Nasa selbst konzentriert sich derweil auf Ziele außerhalb des Erdorbits.

Das "Orion"-Design wirkt vertraut, die Anleihen bei den legendären Apollo-Mondlandefähren sind kaum zu übersehen. Die "Orion"-Kapsel ist kegelförmig und sitzt beim Start ganz oben auf der Rakete. Dies hat den Vorteil, dass die Kabine im Notfall abgesprengt und mit Düsen aus der Gefahrenzone manövriert werden kann - eine Lehre aus dem Unglück des Spaceshuttles "Challenger", der 1986 beim Start von einer explodierenden Feststoffrakete zerstört wurde. Alle sieben Astronauten kamen damals ums Leben - allerdings nicht durch die Explosion selbst, die sie wahrscheinlich überlebten, sondern erst beim Aufschlag in den Atlantik.

Der unbemannte Jungfernflug von "Orion" am Donnerstag soll nur viereinhalb Stunden dauern. Das Raumschiff wird in dieser Zeit zwei Runden um die Erde drehen, die erste in einem erdnahen Orbit in 200 bis 900 Kilometern Höhe. Danach wird die Oberstufe der Rakete noch einmal für fast fünf Minuten feuern, um "Orion" bis in eine Höhe von 5800 Kilometern zu katapultieren. Zum Vergleich: Die Internationale Raumstation ISS umkreist die Erde in etwa 400 Kilometern Höhe.

Hitziges Eintauchen in die Atmosphäre

Beim ersten Testflug wollen die Ingenieure der Nasa und des Industriepartners Lockheed Martin vor allem Daten sammeln. Es geht nicht allein um die Flugdynamik, sondern auch um die mechanische und thermische Belastung und um die kosmische Strahlung. Die harte Strahlung im All ist vor allem bei Langzeitflügen weit außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde eine große Gesundheitsgefahr für die Astronauten. Auch deshalb soll "Orion" schon beim ersten Testflug in vergleichsweise große Höhen von fast 6000 Kilometern aufsteigen, wo die Strahlenbelastung höher ist.

Nach vier Stunden im All beginnt die Bewährungsprobe für den Hitzeschild. Mit maximal 8,9 Kilometern pro Sekunde (32.000 km/h) wird "Orion" in die Erdatmosphäre rasen. Das Plasma an der Unterseite der Kapsel erreicht dabei Temperaturen von bis zu 2200 Grad. "Eine russische Sojus-Kapsel, die aus einem erdnahen Orbit landet, ist nur etwa 3,7 Kilometer pro Sekunde schnell", sagt Johannes Weppler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Die höhere Eintrittsgeschwindigkeit ist ein Test für spätere Rückflüge vom Mond oder weiter entfernten Zielen. Dann wird die Kapsel mit 12 Kilometern pro Sekunde in die Atmosphäre eintauchen - eine extreme Belastung für den Hitzeschild aus Keramik. "Man könnte ein Raumschiff, das von Mond kommt, auch vorher noch abbremsen", erklärt Weppler. Dies würde jedoch zusätzlichen Treibstoff erfordern und die Mission verteuern.

Wenn alles glattgeht, platscht "Orion" exakt vier Stunden und 23 Minuten nach dem Start 1000 Kilometer vor der Küste Kaliforniens in den Pazifik - abgebremst von riesigen Fallschirmen, wie die Apollo-Kapseln aus den Sechzigerjahren.

Für Flüge zu einem Asteroiden oder zum Mars will die Nasa die sechssitzige "Orion"-Kapsel mit zusätzlichen Modulen zu einem längeren Raumschiff umbauen. Das könnte im Erdorbit an einer Raumstation oder in der Nähe des Mondes geschehen. An Bord würden sich dann auch 3-D-Drucker und Bioreaktoren befinden, mit denen die Astronauten Lebensmittel, Baumaterialien und Medikamente herstellen könnten.

Bei "Orion" greift die Nasa auch auf Technik aus Europa zurück. Das sogenannte Servicemodul, die flache Tonne unmittelbar hinter der Kapsel, wird von Airbus Defense & Space im Auftrag der Weltraumbehörde Esa gebaut. Im Servicemodul werden ein eigener Antrieb, die Energieversorgung sowie Wasser und Sauerstoffvorräte fürs Raumschiff stecken. Beim ersten Testflug startet "Orion" aber noch ohne das Servicemodul aus Europa. Für den Anschub im Orbit soll die Raketenoberstufe sorgen, mit der "Orion" bis kurz vor der Landung zusammengekoppelt bleibt.

Kritik gibt es an den hohen Kosten des "Orion"-Programms. Rund neun Milliarden Dollar wurden dafür bereits ausgegeben. Anfangs habe die Nasa die Gesamtkosten noch mit 18 Milliarden Dollar beziffert, sagt der Raumfahrtexperte Marco Caceres  von der US-Beratungsfirma Teal Group. Nun sei von 19 bis 22 Milliarden die Rede - und auch das werde kaum reichen. Caceres geht von mindestens 30 Milliarden Dollar aus.