Ein Beitrag von Tobias Willerding. Quelle: Elon Musk, SpaceX. Vertont von Peter Rittinger.

Nach dem Absturz der Falcon 9 am 28. Juni bei einer ISS-Versorgungsmission war es für mehrere Wochen still geworden um SpaceX und Elon Musk. Normalerweise ist Musk keiner, der die Öffentlichkeit scheut, sondern sie gezielt mit kleinen Informationsbrocken versorgt, um das öffentliche Interesse und die Spekulationen am Laufen zu halten. Diesmal war jedoch Funkstille. Diese wurde gestern gebrochen als Elon Musk die vorläufigen Untersuchungsergebnisse auf einer Telefonkonferenz präsentiert hat und sich den Fragen der Journalisten stellte.

Der Fehlstart
Der Falcon 9 Start am 28. Juni verlief zunächst tadellos. Jedoch bildete sich bei crica 136 Sekunden nach dem Start eine weiße Wolke um die Rakete, sodass sie aus dem Sichtfeld verschwand. Als sich die Wolke lichtete, war die Rakete plötzlich verschwunden. Sofort war klar, dass der Start gescheitert ist. Dragon separierte noch von der Rakete, stürzte jedoch dann ins Meer. Bereits kurz nach dem Start konnte man nach Analyse des Bildmaterials sehen, dass aus der Oberstufe eine weiße Wolke aus Sauerstoff entwichen ist. Elon Musk bestätigte auch via Twitter, dass es ein Überdruckereignis in der Oberstufe gegeben hatte.

Auf der Telefonkonferenz hat Musk nun das Heliumsystem als Auslöser des Überdruckes benannt. Es kam jedoch nicht zu einem Platzen einer der Heliumtanks im Inneren des Flüssigsauerstofftanks, sondern vielmehr hatte sich die Halterung des Heliumtanks gelöst. Das schließt man aus den Daten verschiedener Beschleunigungssensoren an der Rakete. Bei einem Platzen des Heliumtanks hätte es eine andere Systemantwort gegeben.

Die Heliumtanks sind mit Holmen am Boden des Flüssigsauerstofftanks befestigt. Da Helium leichter ist als flüssiger Sauerstoff, hat der Tank massiven Auftrieb und muss mit den Holmen am Boden gehalten werden. Je höher die Beschleunigung der Rakete ist, desto höher ist der Druck im flüssigen Sauerstoff und desto höher ist die Auftriebskraft, die den Heliumtank am Boden halten muss.

Durch den Riss des Holms schnellte der Heliumtank nach oben und die strukturelle Integrität vom Heliumsystem versagte. Durch den Austritt von Helium kam es dann zum Reißen des Oberstufentanks.

Der Holm
Die Holme bezieht SpaceX von einem externen Zulieferer und sie sind zertifiziert vom Zulieferer für eine nominelle Last von 10.000 lbf (44 kN). Während dem Flug treten maximale Lasten von 3.500 lbf (16 kN) auf dem Holm auf, es gibt also einen Sicherheitsfaktor von ca. 3. Zum Zeitpunkt der Anomalie herrschte eine Last von ca. 2000 lbf (9 kN). Das sorgte für einige Verwunderung bei SpaceX, ob denn manche Holme nicht einmal 20% der zertifizierten Last vom Hersteller halten.

Daraufhin hat SpaceX einige Holme vom Hersteller selbst getestet und einige sind bei weniger als der zertifizierten Laste gerissen – nicht jedoch bei den 9 kN, die im Flug geherrscht haben. Da es jedoch keine andere Erklärung für die Unglücksursache gab, hat Musk angeordnet, dass sämtliche Holme bei SpaceX auf Lager getestet werden und bei ca. 1000 Tests ist tatsächlich ein Holm bei ca. 9 kN gerissen.

Diese experimentelle Verifikation der These macht dies zur wahrscheinlichen Unglücksursache. Weitere Untersuchungen in alle Richtungen sollen jedoch folgen.

Elon Musk rechnet mit dem nächsten Falcon 9 Start für Ende September. Dies kann sich jedoch noch weiter verzögern, falls weitere Anomalien identifiziert werden. Die Falcon Heavy soll jetzt im April abheben. Nichtsdestoweniger beabsichtigt SpaceX im Jahre 2015 noch alle für 2015 geplanten Kunden zu fliegen laut einem Statement auf der Webseite. Laut Musk bedeutet der Fehlstart einen größeren finanziellen Verlust für SpaceX in der Größenordnung von mehreren 100 Millionen Dollar. Da SpaceX jedoch kürzlich eine Milliarde Dollar Investment von Google eingesammelt hat, dürften die finanziellen Verluste abfangbar sein.

Der Beitrag Holm soll Ursache für Falcon 9-Fehlschlag sein erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag vom RaumCon-Nutzer „Führerschien“. Quelle: NASA, Raumfahrer.net, SpaceX. Vertont von Peter Rittinger

In den letzten 8 Monaten waren schon zwei Versorgungsmissionen gescheitert, Cygnus CRS Orb-3 von Orbital Sciences mit Antares-Träger und Cygnus-Raumschiff aus den USA, und Progress-M 27M von Roskosmos aus Russland mit Sojus-Rakete und Progress-Raumschiff. Das erhöht die Wichtigkeit jedes neuen Fluges.

Die Mission CRS-7
Mit diesem Flug sollte IDA 1 gestartet werden. Ein wichtiges Stück Infrastruktur für die ISS, das zur Vorbereitung bemannter Flüge zur ISS montiert werden soll. IDA ist ein Docking Adapter, der es bemannten Raumschiffen ermöglicht, ohne aktive Unterstützung durch die ISS an- und abzudocken.

Die IDA-Adapter sind eine Neuentwicklung in Zusammenarbeit mehrerer nationaler Raumfahrtorganisationen. Sie können ein internationaler Standard werden. Im Gegensatz zu bisherigen Systemen erlauben sie nicht nur das Andocken von Raumschiffen an die ISS, sondern auch das Andocken von zwei Raumschiffen mit diesem Adapter aneinander. Diese Fähigkeit wird zukünftig wichtig, wenn Missionen über den LEO hinaus durchgeführt werden sollen.

Nachdem die erste Stufe die zweite Stufe auf ihren Weg in den Orbit gebracht hat, sollte sie den Versuch machen, eine Plattform im Meer anzusteuern und dort weich zu landen. Das ist der erste Schritt zur Wiederverwendung von Raketenstufen. SpaceX erwartet sich davon eine wesentliche Senkung der Kosten für die Raumfahrt. Ein Ziel das SpaceX verfolgt, über das Ziel, mit Raumfahrt Geld zu verdienen, hinaus will man die Raumfahrt insgesamt voranbringen. Dieser Versuch gehört nicht zur Primärmission, die ISS zu versorgen, sondern ist ein Sekundärziel, langfristig aber von besonderer Bedeutung.

Start und Flug
Der Start erfolgte am 28. Juni 2015 um 16:21 Uhr. Es gab zunächst einen Bilderbuchstart ohne irgendwelche besonderen Probleme. Nach gut zwei Minuten war die Arbeit der ersten Stufe fast getan. Im Sprechfunk hörte man, dass die Vorkühlung des Triebwerkes der 2. Stufe beginnt.

Dann kam das abrupte Ende des Fluges. Während noch die Triebwerke der 1. Stufe liefen, verlor der LOX-Tank der 2. Stufe seinen Inhalt und damit den Druck, der für seine Stabilität nötig ist.

Das Dragon-Raumschiff wurde von der Trägerrakete getrennt. Dragon hat noch längere Zeit nach der Trennung Telemetriedaten gesendet. Er war aber nicht dafür eingerichtet, die Fallschirme für eine weiche Wasserung auszulösen, selbst wenn er noch ausreichend funktionsfähig gewesen wäre. Zu dem Zeitpunkt lief die 1. Stufe immer noch normal.

Anschließend setzte sich die Kettenreaktion nach unten fort. Der RP-1 (Kerosin) Tank der 2. Stufe gab nach. Dann löste sich auch die 1. Stufe auf. Ob durch auftreffende Trümmer oder durch Selbstzerstörung, ist noch unklar. Ein Selbstzerstörungssignal durch die Range-Sicherheit wurde wesentlich später gesendet, aber die Stufe hat auch autonome Möglichkeiten zur Selbstzerstörung.

Was ist bekannt über den Fehlstart?
Eine Ursache für den Fehlstart ist noch nicht bekannt. Die Untersuchungen laufen unter Federführung von SpaceX mit Beteiligung der NASA und der FAA, der amerikanischen Federal Aviation Authority.

Es gibt eine Aussage von Elon Musk, Chef von SpaceX: „There was an overpressure event in the upper stage liquid oxygen tank. Data suggests counterintuitive cause.“ Auf Deutsch: Es gab ein Überdruck-Ereignis im Sauerstofftank der Oberstufe. Die Daten deuten auf einen nicht-intuitiven Grund hin.

Der LOX-Tank der 2. Stufe verlor Druck und damit Stabilität. Die Ursache dafür ist aber nicht bekannt. Die Avionik mit Telemetrie fiel sehr früh aus. Die Avionik ist oberhalb des Tankdoms installiert. Möglicherweise hat der Druckverlust oben am Tankdom begonnen, sonst wäre die Telemetrie vielleicht noch etwas länger gesendet worden. Letzteres wäre sehr hilfreich gewesen für eine Fehlereingrenzung.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die als Ausgangspunkt für die Zerstörung der Rakete in Frage kommen. Zum Beispiel sind dies:

1. LOX-Tank-Herstellungsfehler
Ein Fertigungsfehler beim Bau des LOX-Tanks führte zum Aufplatzen einer Naht.

2. Ein Versagen eines Heliumtanks im LOX-Tank
Im Inneren des LOX-Tanks sind Helium Tanks zur Erzeugung des Innendrucks. Diese Tanks bestehen aus einem dünnen Innentank aus Metall, weitgehend undurchlässig für das sehr flüchtige Helium. Um die Tanks hoch druckfest zu machen, aber leicht zu halten, bekommen sie außen eine Schicht aus Faser-Kompositmaterial. Diese Tanks hat SpaceX zunächst von einer Spezialfirma zugekauft aber wegen Qualitätsproblemen wurde dann die Produktion selbst durchgeführt. Auch da gab es Anfangsprobleme mit der Qualität. Es wurde aber angenommen, dass sie gelöst sind, möglicherweise ein Irrtum. Wenn ein Heliumtank platzt, besonders bei vollem LOX-Tank, kann das verheerende Auswirkungen haben.

3. Montage-, Konstruktions- oder Herstellungsfehler der Wartungsluke im LOX-Tank
Im Tankdom gibt es eine Wartungsluke. Ein Fehler bei der Produktion oder beim Schließen ist möglich.

4. Von Befestigungspunkten gelöste Nutzlast im Frachtabteil des Dragon

Eine sehr viel diskutierte, verschiedentlich als unwahrscheinlich eingeschätzte Möglichkeit ist ein von seinen Befestigungspunkte losgelöster IDA-Adapter.

Der Adapter ist die bisher schwerste Einzel-Nutzlast im Dragon-Trunk. Wenn die Befestigungspunkte beispielsweise fehlerhaft konstruiert waren oder unerwartete Resonanzen den IDA-Adapter losgerüttelt hätten, würde die bei hoher Beschleunigung fallende Masse zuerst die Avionik, und dann den Tankdom treffen und beschädigen.

Zum Zeitpunkt des Fehlers war die Vorkühlung des Triebwerkes der 2. Stufe eingeleitet. Dafür wird LOX aus dem Tank entnommen. Das kann Zufall im Hinblick auf das zeitliche Zusammentreffen sein, wir kennen aktuell keinen plausiblen Mechanismus, wie das zum Tankversagen geführt haben kann.

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• Falcon 9 / Dragon CRS-7

Der Beitrag Der SpaceX-Fehlstart CRS-7 auf Falcon 9 1.1 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: NASA, SpaceX, NSF, SpaceNews. Vertont von Peter Rittinger.

Wenn 2017 Astronauten an Bord der kommerziellen Raumschiffe von den privaten Unternehmen SpaceX und Boeing zur Internationalen Raumstation ISS starten, tun sie das nicht nur auf einer Trägerrakete vom Typ Falcon 9 oder Atlas V. Sie sitzen auch mehr oder weniger auf mehreren hundert Tonnen Kerosin, Wasserstoff und Sauerstoff, den Treibstoffen der Raketen. Nicht auszudenken, was bei einer Explosion geschehen würde. Deshalb verfügt sowohl das Raumschiff von SpaceX – der Dragon 2- als auch der CST-100 (Crew Space Transport 100) von Boeing über ein Rettungssystem, welches die Raumkapsel mitsamt der Astronauten bei einem Notfall in sichere Entfernung befördert. Anders als die Rettungssysteme des Apollo- oder des Orion-Raumschiffs, bei denen eine Rakete über der Kapsel das Raumschiff „wegzieht“, ist bei den kommerziellen Raumfahrzeugen das Rettungssystem in dem Raumschiff integriert und „schiebt“ das Raumschiff von unten weg. Es ist klar, dass man eine solche kritische Komponente nicht unerprobt in den bemannten Einsatz schicken will. Deshalb versuchen nun sowohl Boeing als auch SpaceX, ihre Rettungssysteme zuvor zu testen.

Das System von SpaceX ist -wie fast alle Entwicklungen des kalifornischen Start-Ups- sehr innovativ. Acht Raketentriebwerke sind jeweils paarweise an der Seite ihrer Dragon-2 Kapsel angebracht. Die Triebwerke vom Typ SuperDraco arbeiten mit druckgefördertem, diergolischem Treibstoff und können jeweils bis zu 80 kN Schub erzeugen. Die Brennkammern des Triebwerks werden 3D-gedruckt. An dem Trunk, dem nicht unter Druck stehenden Frachtbehälter unterhalb der Raumkapsel, sind vier Finnen angebracht, die das Raumschiff während des Startabbruchs aerodynamisch kontrollieren. Der Clou dieses Systems liegt zum Einen darin, dass das Rettungssystems während des gesamten Fluges einsetzbar ist, es existiert keine Lücke, in der sich die Besatzung nicht in Sicherheit bringen kann. Zum Anderen ist das Rettungssystem -wie bei allen bisherigen Systemen- keine tote Masse, die einfach in der Erdatmosphäre verglüht, wenn sie nicht benötigt wird. Wird das System nicht benötigt, kann der Dragon auf dem Abgasstrahl der Triebwerke nach der Mission sanft auf der Erde landen.

Um dieses System vor dem Flugeinsatz zu testen, plante SpaceX, einen sogenannten Pad-Abort Test durchzuführen. Dabei sollte eine Testversion des Dragon 2 am Boden das Rettungssystem auslösen und dann einen Startabbruch simulieren. Vorher wurden bereits unzählige Testzündungen der SuperDracos durchgeführt. Um den Flug aufzuzeichnen und Daten zu sammeln, befanden sich im Inneren der Kapsel 270 Sensoren und ein Dummy. Um die Masse der restlichen Ausrüstung zu simulieren, befanden sich des Weiteren Gewichte an Bord. Nachdem sich dieser Test mehrmals verschoben hatte (ursprünglich war er für August 2014 geplant), wurde der Dragon 2 Anfang Mai auf einem Gerüst zu dem Startplatz SLC-40 in Cape Canaveral transportiert. Am 5. Mai fand dann die Generalprobe für den Test statt: Für kurze Zeit wurden am Boden alle acht SuperDracos gezündet, der Dragon 2 wurde jedoch noch am Boden festgehalten. Eine solches „static fire“ ist eine übliche Vorgehensweise bei SpaceX, bei der das Antriebssystem vor dem Flug getestet werden kann.

Dann, am 6. Mai, war der große Tag gekommen. Um 15:00 mitteleuropäischer Zeit hob der Dragon 2 ab. Obwohl die acht SuperDracos gerade einmal sechs Sekunden lang zündeten, hätte das Raumschiff wohl jeden Supersportwagen beim Ampelduell nassgemacht: Nach 1,2 Sekunden war der Dragon bereits über 160 km/h schnell, seine Höchstgeschwindigkeit betrug über 550 km/h. Nach einer halben Sekunde senkrechten Fluges wurden die Triebwerke so gedrosselt, dass das Raumfahrzeug jetzt dem Atlantik entgegenflog. Als wenig später der gesamte Treibstoff verbraucht war, flog der Dragon antriebslos weiter zum höchsten Punkt der Flugbahn, wobei er passiv von den Finnen des Trunks aerodynamisch kontrolliert wurde. Dann wurde der Trunk abgetrennt und zwei Bremsfallschirme wurden entfaltet, die eine korrekte Ausrichtung der Kapsel gewährleisteten, um die drei größeren Hauptfallschirme zu entfalten. Diese bremsten das Raumschiff ab, damit es sanft im Ozean landen konnte, wo es geborgen und an Land gebracht wurde. Wegen Seitenwinden, die hart an der Grenze waren, betrug die zurückgelegte Entfernung statt den geplanten 2.105 nur 1.202 Meter. Da bei einem der SuperDracos die Treibstoffmischung nicht korrekt war, „rülpste“ es kurz, die erreichte Höhe lag mit 1187 Metern etwa 300 Meter unter den Erwartungen.

Dennoch war der Test im Großen und Ganzen erfolgreich, wären Menschen an Bord gewesen, hätten sie den Flug wohl problemlos überstanden. Als nächster Schritt in der Entwicklung des Dragon 2 war ursprünglich ein sogenannter In-Flight Abort vorgesehen. Bei diesem Testflug soll das Raumschiff des Pad Abort-Tests erneut verwendet werden und auf einer Erststufe der Falcon 9 angebracht werden. Nachdem diese Trägerrakete auf ihrem Flug den Punkt, bei dem der höchste aerodynamische Druck auf das Raumschiff wirkt, überschritten hat, soll erneut das Rettungssystem des Dragon ausgelöst werden. Ursprünglich sollte dieser Test im September 2015 auf dem SpaceX-Startplatz in Vandenberg, Kalifornien, stattfinden. Nun wird aber offenbar darüber nachgedacht, zugunsten eines ersten unbemannten, orbitalen Testflugs (bisher geplant für Ende 2016) den In-Flight Abort auf Anfang 2017 zu verschieben. Der bemannte Erstflug von Dragon 2 ist momentan für April 2017 geplant, der etwa 14 Tage dauern und zur ISS führen soll.

Auch Boeing macht Fortschritte in der Entwicklung ihres CST-100 (Crew Space Transport 100). Neben dem Bau eines Zugangsturms am Startplatz, durch den die Astronauten in das Raumschiff an der Spitze der Atlas V-Trägerrakete einsteigen können, wird auch bei dem CST-100 großen Wert auf die Sicherheit der Astronauten gelegt. Dieses Raumschiff wird ebenfalls über ein Pusher-Rettungssystem verfügen, das sich jedoch anders als bei SpaceX nicht in der Raumkapsel, sondern dem zylindrischen Servicemodul unterhalb dieser befindet. Das Rettungssystem besteht aus vier RS-88 Triebwerken, die ursprünglich in den frühen 2000ern für das OSP-Programm (Orbital Space Plane) entwickelt wurden. Für den Einsatz im CST-100 wurden sie modifiziert, beim Treibstoff wurde von flüssigem Sauerstoff und Alkohol auf eine diergolische Mischung gewechselt und bei der Kühlung der Düse von ablativ (Material nimmt Hitze auf und führt sie durch Schmelzen ab) auf eine Filmkühlung (Treibstoffilm über der Düse kühlt sie). Auch diese Triebwerke hat der Hersteller Aerojet Rocketdyne intensiv am Boden getestet. Genauso wie bei dem Dragon sind ist das Rettungssystem keine tote Masse: Sollte bei dem Flug ins All alles problemlos verlaufen und das Rettungssystem nicht benötigt werden, kann mit ihm der Deorbit-Burn ausgeführt werden, mit dem das Raumschiff seine Umlaufbahn senkt, um für die Landung wieder in die Erdatmosphäre eintreten zu können.

Um dieses System zu testen, plant Boeing, ebenfalls einen Pad-Abort Test durchzuführen. Obwohl bis zu ihm noch etwas Zeit vergehen wird (er ist momentan für Februar 2017 geplant), wird auch er schon vorbereitet. Hier zeigt sich auch ein Unterschied in der Unternehmensphilosophie: Während SpaceX (fast) alles selbst baut, testet und startet, arbeitet Boeing mit zahlreichen Zulieferern und NASA-Zentren zusammen. Im Langley Research Center der NASA in Virginia führt Boeing etwa Tests eines ungefähr 60 cm großen Modells des CST-100s im Windtunnel durch, bei denen ein Startabbruch simuliert wird. Auch finden hier Wasserungstests eines Mockups der Kapsel statt. Gewöhnlicherweise landet der CST-100 nach der Mission mithilfe von Fallschirmen und Airbags an Land, bei einem Startabbruch oder anderen Notfällen ist jedoch eine Landung im Ozean erforderlich. Um dieses Szenario zu erproben, wird eine Testversion der Raumkapsel in ein großes Schwimmbecken des Zentrums geworfen. Daneben werden die Triebwerke weiterhin in White Sands getestet. Für weitere Tests soll ein Servicemodul gebaut werden, das am Boden testgezündet werden soll, um einen Startabbruch zu simulieren.

Nach dem Pad Abort-Test wird Boeing im April 2017 einen ersten unbemannten, orbitalen Testflug des CST-100s durchführen. Dieser wird 30 Tage dauern und zur ISS führen. Im Juli folgt eine zweite Mission, die nur 14 Tage dauern wird. Hier werden zwei Astronauten an Bord sein, einen von ihnen stellt Boeing, den anderen die NASA. Wer die Glücklichen sein werden, wird Boeing diesen Sommer bekanntgeben. Später werden auch die Raumanzüge vorgestellt, die sie tragen werden. Sie werden momentan von der Firma David Clark entwickelt.

Nicht nur bei den Transportfahrzeugen, sondern auch bei ihrem Ziel laufen die Vorbereitungen auf Hochtouren: Der Internationalen Raumstation ISS. Neben der Umsetzung eines Lagermoduls, die am 28. Mai mit dem Roboterarm geschehen soll, wird auch ein neuer Adapter an der Station installiert werden. Dieser trägt den Namen IDA-1 und wird es den kommerziellen Raumschiffen ermöglichen, an dem Harmony-Modul der Station anzudocken. Der Adapter soll bei der nächsten Versorgungsmission von SpaceX geliefert werden: CRS-7 (Commercial Resupply Service 7), momentan geplant für den 26. Juni, bei der auch wieder eine Landung der Erststufe auf einer Seeplattform angestrebt wird. Am 21. Mai wurde die vorherige Mission beendet, indem der Dragon-Raumfrachter von der ISS abgekoppelt wurde und mit über 1.500 kg Fracht wieder auf der Erde gelandet ist. IDA-1 wird in dem nicht unter Druck stehenden zylindrischen Trunk des unbemannten Dragon-Raumfrachters transportiert und später dann bei einem Außeneinsatz installiert werden. Ein zweiter derartiger Adapter soll Ende 2015 an der ISS ankommen.

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