Skylab war die erste und bisher einzige rein US-amerikanische Raumstation sowie die Bezeichnung für die Raumfahrtmissionen in diesem Zusammenhang. Für etwa sechs Monate im Zeitraum von Mai 1973 bis Februar 1974 arbeiteten insgesamt neun Astronauten auf dem Skylab, in drei Teams zu jeweils drei Mann.
Planung Noch während der Vorbereitung des Apollo-Programms wurden bei der NASA bereits Überlegungen zur Zukunft der bemannten Raumfahrt angestellt. Hierzu wurde im August 1965 das Saturn/Apollo Applications Office gegründet. Dieses hatte die Aufgabe, nach Nutzungsmöglichkeiten für die Apollo-Entwicklungen und -infrastruktur zu suchen. Damit wollte man das erarbeitete Wissen der Ingenieure erhalten, die sonst nach dem Ende des Apollo-Programms entlassen worden wären. Man griff recht früh Vorschläge auf, eine Oberstufe einer Saturn-Trägerrakete zu einer Weltraumstation umzubauen und bisher nicht eingesetzte Apollo-Raumschiffe und Saturn IB zum Mannschaftstransport zu nutzen.
Schon im Vorfeld hatte die NASA neue Astronauten gesucht. Dieses Mal waren nicht Testpiloten gefragt, sondern Wissenschaftler. Am 28. Juni 1965 wurden Owen Garriott, Edward Gibson, Duane Graveline, Joseph Kerwin, Curt Michel und Harrison Schmitt der Öffentlichkeit als Wissenschaftsastronauten vorgestellt.
Es wurden viele Vorschläge erarbeitet, die Saturn-Raketen und Apollo-Raumschiffe als Grundlage hatten. Das einzige Projekt des Apollo Application Programs jedoch, das verwirklicht wurde, war eine erdumkreisende Raumstation mit drei Mann Besatzung. Ursprünglich plante man, diese mit einer Saturn IB zu starten und die leergebrannte S-IVB-Oberstufe in mehreren Flügen zu einer Raumstation auszubauen (Konzept „wet workshop“). Es zeigte sich jedoch, dass dieses Konzept zu aufwendig war. Man schwenkte im Sommer 1969 auf den Plan um, die Raumstation am Boden zusammenzubauen und mit einer Saturn V, bei der nur die beiden unteren Stufen zum Antrieb beitrugen, zu starten („dry workshop“). Hierfür wurde die Rakete SA-513 verwendet, die zuvor für Apollo 18 vorgesehen war. Die Mission Apollo 20 wurde im Januar 1970 aus dem Mondprogramm gestrichen, weil keine Saturn V mehr zur Verfügung stand. Ab Februar 1970 wurde für die Raumstation offiziell der Name Skylab verwendet.
McDonnell Douglas stellte 1970 zwei Exemplare der Raumstation her, eines diente zum Training, das andere war das Fluggerät. Es gab Überlegungen, das Trainingsmodell als Skylab B ebenfalls in den Weltraum zu bringen, dies wurde aber aus finanziellen Gründen verworfen.
Aufbau von Skylab mini|Der Aufbau von Skylab mini|Das Innere von Skylab Das Skylab bestand hauptsächlich aus der zweiten Stufe der Saturn IB AS-212 (identisch mit der dritten Stufe einer Saturn V), die bereits auf der Erde mit Vorräten und Ausrüstung versehen wurde. Für den Start wurden also nur zwei Stufen einer Saturn V zum Antrieb verwendet, die dritte zur Nutzlast umkonfiguriert. Dies war der erste und zugleich letzte Start einer Saturn V in dieser Konfiguration, denn bisher war dieser Raketentyp nur für Apollo-Raumschiffe verwendet worden. Dieser Teil der Station war der Orbital Workshop (OWS), der 35,8 t wog. Die Besatzung wohnte und arbeitete im Wasserstofftank mit einem nutzbaren Innenvolumen von 275 m³. Der Sauerstofftank wurde mit einer Schleuse ausgestattet und als Abfallgrube genutzt. Im OWS befanden sich Ausrüstung, Lebensmittelvorräte, Wasservorräte und die Drucktanks für den Treibstoff zur Lageregelung. Außerdem wurde die erste Dusche im Weltraum im Skylab verbaut. Diese bestand aus einem zylinderförmigen Apparat, in dem eine unter Druck stehende Wasserflasche angebracht wurde und in dem sich die Astronauten mit einem Schlauch abspritzen konnten. Das Wasser wurde dann von einem Vakuumsystem wieder aufgesaugt. Neben den Wohn-, Schlaf- und Sanitärräumen wurden dort auch Experimente durchgeführt, vor allem Erdbeobachtung durch ein Fenster und medizinische Untersuchungen. Der OWS hatte zwei kleine Schleusen für Experimente auf der der Sonne zu- und abgewandten Seite der Station; erstere wurde für die Reparatur des Thermalschutzes dauerhaft belegt. Das bewohnbare Volumen war mehrfach in Ess- und Ruhezonen sowie individuelle Schlafkabinen unterteilt, insbesondere mit gitterartigen Fußböden, in die sich die Astronauten mit speziellen Schuhen einhaken konnten. Durch den großen Durchmesser war ein Volumen von 280 m³ bewohnbar. Dieses Volumen wurde erst von der Mir in ihrer Endausbaustufe übertroffen.
Anzumerken ist, dass Skylab nicht über die (einfache) Möglichkeit einer Wiederbefüllung (durch Betankung o. ä.) verfügte, was nach späterem Verständnis wesentlich für eine Raumstation ist. Ein Teil der Ressourcen wäre allerdings, zumindest im Rahmen eines Außenbordeinsatzes, unter Benutzung der auch auf der Erde verwendeten Ventile ergänzbar gewesen.
An den OWS schloss sich der Instrumentenring der Saturn V an, der beibehalten wurde, um Veränderungen an den Startanlagen zu vermeiden. Er steuerte die Trägerrakete und gab nach dem Start, als Skylab in der Umlaufbahn angekommen war, die Kontrolle an die internen Computer von Skylab ab. Nach dem OWS folgte die 22 t schwere Luftschleuse, das Airlock Module (AM). Sie enthielt eine Luftschleuse zum Ausstieg, riegelte den OWS vom Docking-Adapter ab, enthielt die Steuerung der Teleskope und alle Gase für die Station in Drucktanks. Ihre Breite ging von 6,7 auf 3,04 m zurück. Sie hatte eine Länge von 5,2 m und ein Innenvolumen von 17,4 m³.
Es folgte der zylinderförmige Multiple Docking Adapter (MDA). Er war 3,04 m breit, 5,2 m lang und hatte eine Masse von 6260 kg. Er hatte zwei Andockstellen für Apollo-Kommandokapseln: eine radial und eine in der Verlängerung der Längsachse. Die radiale Andockstelle war für eine Notkapsel vorgesehen, die dann gestartet werden sollte, wenn eine Rückkehr mit der ersten Kapsel nicht möglich gewesen wäre, war aber funktional gleichwertig zur axialen.
Zur Sonnenbeobachtung, die ein wichtiges Ziel von Skylab war, verfügte die Raumstation zudem über ein Observatorium, das Apollo Telescope Mount (ATM), das nach dem Erreichen des Orbits in eine Position seitwärts an den MDA ausgefahren wurde. Es wog 11.066 kg, war 6 m breit und 4,4 m hoch. Seine Sonnenteleskope konnten auf 2,5 Bogensekunden genau ausgerichtet werden. Gesteuert wurde es vom OWS aus, wobei die Filme im Rahmen eines Außenbordmanövers (EVA) gewechselt werden mussten. Die Energieversorgung war mit vier Solarmodulen am ATM und zwei weiteren am Hauptmodul geplant. Alleine die Solarpanele des ATM hatten eine Spannweite von 31 m. Das ATM benutzte Komponenten der Mondlandefähre und richtete mit seinen Drallrädern auch die gesamte Station aus.
Zuletzt gab es noch das angekoppelte Apollo-Raumschiff als Command and Service Module (CSM). Das CSM übernahm die gesamte Kommunikation mit der Erde, da Skylab, abgesehen von seiner Bordtelemetrie, keinen eigenen Sender hatte. Weiterhin mussten die Lebenserhaltungssysteme des CSM einmal pro Monat die Gasreinigung übernehmen, wenn die Molekularsiebe von Skylab ausgeheizt wurden. Das CSM war daher integraler Bestandteil der Station.
Die Masse der Station betrug über 90 Tonnen. Insgesamt war Skylab wesentlich größer als die sowjetische Raumstation Saljut 1, die im April 1971 gestartet worden war. Bei günstigem Sonnenstand war das Skylab mit bloßem Auge als leuchtender Punkt auch am Taghimmel zu beobachten.
Start von Skylab 1 und Schadensanalyse mini|hochkant|Start des Weltraumlabors Der Start von Skylab (Missionsname Skylab 1) erfolgte planmäßig am 14. Mai 1973 vom Startkomplex 39-A in Cape Canaveral. Die Saturn V SA-513, die für Skylab 1 verwendet wurde, war etwas kürzer als die Modelle, die für die Mondflüge verwendet worden waren. Sie hatte keine Rettungsrakete, kein Apollo-Raumschiff und keinen Adapter für die Mondlandefähre. Außerdem nutzte diese Rakete nur zwei Stufen. An Stelle der dritten Stufe transportierte sie die Raumstation mit einer kegelförmigen Verkleidung an der Spitze. Dieser Flug war der letzte einer Saturn V. Die Umlaufbahn war mit einer Inklination von 50° so gewählt, dass große Teile der Landflächen der Erde überflogen wurden.
mini|hochkant|Skylab, aufgenommen von der Besatzung der Mission Skylab 4 am 8. Februar 1974. Zu erkennen ist, dass einer der beiden primären Solarzellenflügel fehlt. Der goldfarbene Sonnenschirm wurde in den Missionen Skylab 2 und Skylab 3 als Ersatz für den abgerissenen Hitzeschutzschild angebracht. Bereits 63 Sekunden nach dem Start empfing die Bodenstation alarmierende Telemetriesignale. Beim Durchbrechen der Schallgrenze riss innerhalb von nur drei Sekunden der gesamte Mikrometeoritenschutzschild ab, wodurch auch zwei Solarmodulträger beschädigt wurden. Spätere Untersuchungen zeigten, dass der Fehler durch mangelnde Koordination der Konstruktionsabteilungen entstanden war (siehe Not-Invented-Here-Syndrom). Die Raumstation erreichte zwar die geplante Umlaufbahn, war aber nicht funktionsfähig. Zwar gelang es der Flugleitung, die vier Solarmodule des Solarobservatoriums auszufahren, doch schien es Probleme mit den beiden anderen Modulen zu geben, so dass insgesamt nur etwa die halbe elektrische Leistung zur Verfügung stand. Der fehlende Meteoritenschutzschild hätte auch als Wärmeschutz dienen sollen, weshalb in der Station die Temperatur stark anstieg, so dass befürchtet werden musste, dass Lebensmittel, Medikamente und Filme verdorben sein würden.
Am Folgetag, also am 15. Mai 1973, sollte die erste Besatzung (Missionsname Skylab 2) mit einer Saturn IB von der Startrampe 39-B folgen. Es war das erste Mal, dass der Countdown von zwei Saturn-Raketen gleichzeitig vorbereitet wurde. Ähnliches hatte es aber schon im Dezember 1965 gegeben, als Gemini 7 und Gemini 6 nacheinander mit Titan-Raketen gestartet wurden. Als erste Reaktion auf die beim Start aufgetretenen Schäden und der daraus folgenden Unbewohnbarkeit von Skylab wurde der Start allerdings zweimal um jeweils fünf Tage verschoben, bis man sich ein klares Bild von der Situation machen konnte. Außerdem versuchte die Flugleitung, eine günstige Ausrichtung von Skylab zu erreichen. Waren die funktionsfähigen Solarzellen der Sonne zugewandt, konnte zwar genügend Energie gewonnen werden, gleichzeitig heizte sich die Station aber stark auf. Drehte man die Station so, dass die Stelle mit dem fehlenden Schutzschild im Schatten lag, gaben auch die Solarzellen zu wenig Leistung ab und der Ladestand der Batterien sank. Die NASA-Ingenieure hatten nun das Problem, Energiereserven, Treibstoffreserven und Temperatur der Raumstation im Rahmen zu halten. Würde es nicht innerhalb von Tagen möglich sein, die Schäden zu reparieren, wäre die Station verloren. Zwei Wochen lang wurde die Station so gesteuert, während die Skylab-2-Mission vorbereitet wurde. So wurden Reparaturpläne entworfen und Werkzeuge entwickelt, darunter ein Schneidegerät auf der Basis kommerzieller Baum- und Blechscheren, das mit Verlängerungen versehen wurde, sowie Stangen und Seilzüge. Um die Schwerelosigkeit zu simulieren, übte die Mannschaft von Skylab 2 in einem Wassertank die notwendigen Schritte.
Es gelang den Mannschaften während der Missionen Skylab 2 und Skylab 3, die Schäden zu reparieren. Die Station war anschließend voll funktionsfähig. Mehr über die Reparaturarbeiten (eng.: On-Orbit Servicing) in den entsprechenden Artikeln.
Missionsziele und Besatzungen mini|hochkant|Alan Bean während einer EVA Zu den Aufgaben der Besatzungen zählte zunächst die Reparatur der beschädigten Raumstation. Im Gegensatz zum Apollo-Programm, das klar die Mondlandung zum Ziel gehabt hatte, waren die Ziele von Skylab im Vorhinein eher vage formuliert. Die Missionsziele lassen sich wie folgt zusammenfassen: Sonnenbeobachtung über das Apollo Telescope Mount (ATM) und Erdbeobachtung sowie Erkenntnisgewinn in den Bereichen Raumphysik, Werkstoffforschung und Biomedizin.
Drei Besatzungen aus jeweils drei Astronauten verbrachten insgesamt 513 Manntage im All.