Schwarzer Donnerstag

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Raumfahrt: Informationen – Meinungen – Hintergründe
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Die Raumfahrt ist stolz auf ihre Rekorde. Die meisten sind gut für das Image, sie sorgen für Aufmerksamkeit und Akzeptanz beim Publikum und machen sich prima in Werbebroschüren. Wie gesagt: die meisten. Aber nicht alle.

Proton M Breeze M mit Ekspress AM-4 an Bord. Zunächst verläuft der Start reibungslos… 

Generell hat also die Raumfahrt kein Problem mit Rekorden, aber am 18. August 2011 erzielte sie einen Rekord, auf den sie gerne verzichtet hätte. An diesem Tag stürzten nämlich nicht nur die die Aktienkurse ins Bodenlose (350 Punkte im Dax), zwei Raumfahrtträger taten es ihnen nach.

An diesem Tag kam es zu zwei aufeinanderfolgende Fehlstarts innerhalb von nur zwölf Stunden. In Russland bewies die Proton M einmal mehr, dass bei diesem Träger mehr als 90 Prozent Zuverlässigkeit einfach nicht drin sind und einen halben Tag später scheiterte in China eine Langer Marsch 2C, eine sehr einfache, bewährte Rakete, die seit 35 Jahren unfallfrei fliegt.

Man muss weit zurückgehen in den Annalen der Raumfahrt, um nocheinmal auf eine solche Kombination von Fehlstarts zu stoßen. Man findet einen ähnlich gelagerten Fall erst wieder am 17. Mai 1966. Es war dies der Fehlstart einer Woschod-Trägerrakete von Plesetzk aus mit dem sowjetischen Spionagesatelliten Zenit 4, dem am selben Tag (um 17:15 Uhr mitteleuropäischer Zeit) der einer Atlas Agena mit dem GATV-9 (Gemini Agena Target Vehicle) folgte. Nachdem der genaue Startzeitpunkt der sowjetischen Rakete nicht genau bekannt ist, die beiden Startorte aber durch neun Zeitzonen getrennt sind, ist die  Wahrscheinlichkeit, dass sie mehr 12 Stunden auseinander liegen recht hoch.

Vor dem Jahre 1966 kam es öfter mal zu zwei oder mehr aufeinander folgenden Fehlstarts, die sich in einem Zeitabstand zwischen 24 und 48 Stunden ereigneten. So am 12. und 13. Juli 1965 (der US-Spionagesatellit Samos 20/KH-7 und der russische Spionagesatellit Zenit 2-28) und am 20. und 21. April 1964 (eine sowjetische Luna-Mondsonde, die an Bord einer Molnija-Trägerrakete am 20. April um 10:08 Uhr gestartet war und die beiden Navigationssatelliten Transit 5BN3 und 5E2, die am 21. April um 20:50 Uhr als Paar mit einer Thor-Able Star in den Orbit gebracht werden sollten).

Am 26. April 1963 gab es einen vergleichbaren Fall, als eine Scout X-2M mit dem experimentellen militärischen Wettersatelliten P-35-4 und eine Thor Agena D mit dem Aufklärungssatelliten Discoverer 61 jeweils einen Fehlstart erlitten. Hier ist jedoch der Startzeitpunkt der Scout nicht gesichert, bekannt ist jedoch, dass die Thor-Agena um 22:13 mitteleuropäischer Zeit die Startrampe LC-75 der Startbasis Vandenberg verließ.

Am 24. und 25. Oktober 1962 lagen zwei sowjetische Fehlstarts rekordverdächtig nahe beieinander, als zunächst in den Abendstunden des 24. Oktober eine Molnija mit einer Marssonde bereits beim Start scheiterte und am 25. Oktober eine Kosmos 2-Trägerrakete mit Kosmos 12 nicht die Umlaufbahn erreichte.

Und noch ein Negativ-Rekord, den wir hier aber nicht weiter vertiefen wollen: Zwischen dem 10. und 26. Oktober 1960 und zwischen dem 19. und 27. März 1964 kam es zu jeweils vier Fehlstarts in Folge.

Bei all diesen Fällen ist jedoch zu berücksichtigen, dass sie im ersten Jahrzehnt der Raumfahrt stattfanden. Damals galt eine Zuverlässigkeitsrate 70 % als akzeptabel, 80 % als gut und 90 % waren eine Traumquote. Dazu kommt, dass nach 1963 jeweils mehr als 100 Starts jährlich stattfanden. Heute sind es im langjährigen Mittel um die 75. Die Wahrscheinlichkeit von "Mehrfach-Fehlstarts" war somit schon aufgrund der höheren Startfolge wesentlich größer als heute.

Im Zeitraum Januar bis August 2011 – also in der Mitte des fünften Raumfahrtjahrzehnts – ist es bei bislang 46 Starts bereits viermal zu Fehlstarts gekommen. Dabei konnte man keine dieser 46 Missionen ernsthaft als Testflug oder auch nur als frühe Mission neu eingeführter Trägerraketen ansehen. Kein guter Wert.

Zur den aktuellen Fehlerursachen lässt sich derzeit noch wenig sagen. Ich werde an dieser Stelle in den nächsten Wochen updates einbauen, sobald neue Informationen vorliegen. Momentan sieht es so aus, als hätte es beim Start in Jiuquan ein Problem bei der Stufentrennung gegeben (die Langer Marsch 2C ist nur zweistufig).

Hier ist es interessant zu beobachten, wie sich dieses Missgeschick auf die Startfolge der kommenden Missionen auswirkt. Erste und zweite Stufe sind über die komplette Langer Marsch-Trägerfamilie weitgehend identisch und wenn hier ein generischer Fehler vorliegt (beispielsweise ein Fertigungsproblem), würde sich das auf alle weitere Starts auswirken. Die nächste Mission steht in China bereits für den kommenden Donnerstag an. Es ist der Start des experimentellen Tiangong-1 Raumstationsmoduls. Als Träger dafür wird eine dreistufige Langer Marsch 2G eingesetzt.

Der Start dieses Moduls hat einen extrem hohen Aufmerksamkeitswert, vor allem auch international, und es ist obendrein eine enorm teure Mission. Ein Fehlstart hier wäre nichts anderes als eine Katastrophe für China. Finanziell und psychologisch. Diese Mission wird man nur dann starten, wenn die Fehlerursache des Langer Marsch 2C Starts keine generische Ursache hat sondern auf einen "Random Failure" oder möglicherweise auf menschliches Versagen zurückzuführen ist.

Beim Start der Proton in Baikonur liegt der Fehler einmal mehr bei der Breeze M-Oberstufe. Eine verkleinerte Version dieser Stufe (ohne den ringförmigen Außentank) versagte in diesem Frühjahr bereits beim Start einer Rokot von Plesetzk aus.

Grafik Breeze M mit ringförmigem Zusatztank

Bei der Proton M muss die Breeze eine komplizierte Abfolge von Brennmanövern durchführen, um einen Satelliten entweder direkt im geostationären Orbit oder auf einer geostationären Transferbahn abzusetzen. Die Startsequenz ist wesentlich komplexer als beispielsweise bei der Ariane 5.

Bahnmanöver einer Breeze M hier am Beispiel des Kommunikationssatelliten Nimiq 5

Wie üblich wurde die Breeze M mit dem Satelliten – diese beiden Komponenten bilden die so genannte "Orbitaleinheit" – zunächst von der dreistufige Proton M auf eine orbitnahe suborbitale Bahn gebracht, auf der noch ein Impuls von etwa 150 Meter pro Sekunde für eine niedrige Umlaufbahn fehlt. Diese so genannte Parkbahn wird durch eine erste Zündung der Breeze M erreicht. Das Manöver dauerte diesmal ungewöhnlich lange, weil sich mit Ekspress AM-4 eine massive Nutzlast an Bord befand, verlief aber problemlos.  Nach vier Minuten und 30 Sekunden war es abgeschlossen.

Danach erfolgte eine Driftphase von 51 Minuten Dauer an deren Ende die zweite Zündung der Breeze einsetzt. Dieses Manöver dauerte 18 Minuten und 12 Sekunden. Dann folgte erneut eine Driftphase, diesmal von etwa zwei Stunden Dauer. Anschließend begann Zündung Nummer drei mit einer Triebwerkslaufzeit von 12 Minuten. Bis zu diesem Zeitpunkt war alles nach Plan verlaufen.

Gleich nach dem dritten Brennmanöver sollte der Ringtank der Breeze M abgeworfen werden. Dies ist offensichtlich noch geschehen. Nur zwei Minuten danach hätte die vierte Schubphase einsetzen sollen, für die eine Dauer von  sechs Minuten geplant war. Hier ist unklar, ob sie noch erfolgt ist.

Danach wäre erneut eine mehrstündige Phase freier Drift gefolgt, in welcher die Orbitaleinheit aus Breeze M und Ekspress AM-4 zum Apogäum der Bahn in 36.000 Kilometern Höhe aufgestiegen wäre. Dort, im Scheitelpunkt der Bahnellipse, hätte ein weiteres, sechs Minuten dauerndes Brennmanöver durchgeführt werden sollen. Dies hätte das Perigäum der Bahn angehoben und die Bahnneigung zum Äquator verringert.

Dazu kam es jedoch definitiv nicht mehr. Derzeit sieht es danach aus, als wäre entweder vor oder nach der vierten Zündung ein massives elektrisches Problem aufgetreten, möglicherweise ein Kurzschluss. Dadurch wurde die Stromversorgung der gesamten Orbitaleinheit von einer Sekunde auf die andere lahmgelegt. Dies wiederum hatte zur Folge, dass auch die Sprengbolzen nicht mehr gefeuert werden konnten, die den Haltemechanismus des Satelliten deaktiviert hätte. Ekspress AM-4 blieb damit auf der Stufe verbolzt. Damit war auch die theoretische Möglichkeit vergeben, dass der Satellit mit seinem Bordantrieb (zu Lasten seiner Lebensdauer, aber immerhin) den restlichen Impuls selbst aufbringt um seine geostationäre Position zu erreichen.

Und noch ein Mini-Nachtrag zum Thema Rekorde: Der Start am Donnerstag war der 50. Einsatz einer Breeze-M.

Nachtrag 1 zum Proton M Fehlstart – 19. August 2011, 22:30 Uhr:

NORAD hat drei Objekte mit folgenden Parametern aufgefunden

1. Objekt Nummer 37798     EXPRESS AM-4           2011-045A  1.004.5 x 20.314.9 km, Inklination 51.33°   
2. Objekt Nummer 37799     BREEZE-M R/B            2011-045B    697.2 x 20.239.3 km, Inklination 51.18° 
3. Objekt Nummer 37800     BREEZE-M DEB (Tank) 2011-045C   146.0 x 11.303.9 km, Inklination 49.47°

Sollten sich diese Daten bestätigen, wären sie – milde ausgedrückt – äußerst befremdlich. Sie besagen, dass die Trennung vom Tank erfolgt ist und dass das vierte Brennmanöver teilweise stattgefunden hat. Die Solldaten nach dem vierten Brennzyklus wären 420 x 35.620 km bei einer Inklination von 49,1 Grad gewesen. Offensichtlich wurde der Satellit doch abgesetzt (was nach dem vierten Brennmanöver unter normalen Umständen nicht hätte der Fall sein dürfen). Die Frage wäre nun, warum er sich nicht meldet.

Nachtrag 2 zum Proton M Fehlstart

Mehrere russische Medien haben gemeldet (hier ITAR-Tass: http://www.itar-tass.com/en/c154/209546.html) dass Ekspress AM-4 wegen eines "Fehlers im Kontrollsystem der Breeze M" im falschen Orbit gestrandet sei und dass versucht wird, mit dem Satelliten Kontakt aufzunehmen.

Über die Art des "Fehlers im Kontrollsystem" gibt es noch keine Informationen.

Alle Proton M Starts der nächsten Zeit wurden auf Eis gelegt. Insgesamt hätten bis zum Jahresende noch 11 Proton M starten sollen.

Nachtrag 3 zum Proton M Fehlstart (28.8.2011)

Die Hinweise verdichten sich, dass die Breeze-M falsch programmiert war. Es gibt dafür aber noch keine offizielle Bestätigung.

Nachtrag 4 zum Proton M und Sojus U-Fehlstart (30.8.2011)

Eine fehlerhafte Programmierung der Steuerungseinheit der Breeze M und eine Störung im Gas-Generator der dritten Stufe der Sojus U (welcher Art diese Störung war, wurde noch nicht veröffentlicht) wurden als Fehlerursachen für die beiden Fehlstarts bekannt gegeben. Die Flugfreigabe für die Proton M ist bereits wieder erfolgt, der nächste Start wird bereits in einigen Wochen erfolgen. Über die Situation bei der Sojus gibt es noch keine Klarheit.

 

Ich bin Raumfahrt-Fan seit frühester Kindheit. Mein Schlüsselerlebnis ereignete sich 1963. Ich lag mit Masern im Bett. Und im Fernsehen kam eine Sendung über Scott Carpenters Mercury-Raumflug. Dazu der Kommentar von Wolf Mittler, dem Stammvater der TV-Raumfahrt-Berichterstattung. Heute bin ich im "Brotberuf" bei Airbus Safran Launchers in München im Bereich Träger- und Satellitenantriebe an einer Schnittstelle zwischen Wirtschaft und Technik tätig. Daneben schreibe ich für Print- und Onlinemedien und vor allem für mein eigenes Portal, "Der Orion", das ich zusammen mit meinen Freundinnen Maria Pflug-Hofmayr und Monika Fischer betreibe. Ich trete in Rundfunk und Fernsehen auf, bin Verfasser und Mitherausgeber des seit 2003 erscheinenden Raumfahrt-Jahrbuches des Vereins zur Förderung der Raumfahrt (VFR). Aktuell erschien in diesen Tagen beim Motorbuch-Verlag "Interkontinentalraketen". Bei diesem Verlag sind in der Zwischenzeit insgesamt 16 Bücher von mir erschienen, drei davon werden inzwischen auch in den USA verlegt. Daneben halte ich etwa 15-20 mal im Jahr Vorträge bei den verschiedensten Institutionen im In- und Ausland. Mein Leitmotiv stammt von Antoine de Saint Exupery: Wenn du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Menschen zusammen, um Holz zu beschaffen, Werkzeuge zu verteilen und Arbeit zu vergeben, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten unendlichen Meer. In diesem Sinne: Ad Astra

6 Kommentare

  1. 1971 ein engeres Paar Fehlstarts?

    Auf diesen Artikel angesprochen, äh, angetwittert, verwies der amerikanische Raumfahrtchronist Jonathan McDowell nach ein paar Minuten auf ein vermutlich engeres Paar von Fehlstarts 1971; ich konnte die genauen Umstände und Uhrzeiten auf die Schnelle nicht überprüfen (und habe um 3 Uhr morgens auch keine Lust dazu :-).

  2. Noch engeres Paar?

    Ich müsste das jetzt auch nochmal genau verifizieren, aber ein Blick in Jonathans eigenen Launch Log http://www.planet4589.org/space/log/launchlog.txt weist die beiden genannten Missionen als Erfolg aus. Selbst wenn sie es nicht wären: Der Abstand zwischen den beiden Starts ist mit 22 Stunden und 45 Minuten größer als der Zeitabstand zwischen den Starts von Ekspress AM-4 und Shijian 11-04. Generell ist es aber schon so, dass bei den frühen sowjetischen Missionen die genauen Startzeitpunkte nicht immer bekannt sind. Und so macher Flug, der die Startrampe nicht weit hinter sich gebracht hat, und kleine und häufig eingesetzte Träger verwendet hat (wie die frühen Kosmos-Versionen) mag auch in den offiziellen Listen gar nicht erfasst sein.

  3. Breeze-M

    Die Breeze-M ist mir wegen ihrer Komplexität unheimlich. Besonders “nett” war der Fehlschlag mit Arabsat-4N im Jahre 2006, wobei die Oberstufe selbst ein jahr später im Orbit explodierte und dabei reeichlich Weltraumschrott erzeugte.

    Was ich an den genannten bahndaten nicht verstehe, ist, wieso die Inklination des Tanks und der Nutzlast größer sein soll als die des abgetrennten toroidalen Tanks. Auch ist mir nicht klar, wieso sich die Bahnen der Oberstufe und der Nutzlast (falls sich die beobachteten Objekte so zuordnen lassen) deutlich in ihrer Perigäumshöhe unterscheiden. Der Trennmechanismus im Nutzlastadapter kann doch nicht so viel Delta-v erzeugen.

  4. Seltsame Geschwindigkeitsdifferenz

    Zu den Bahndaten gibt es inzwischen Berichtigungen:

    Ekspress-AM4: Apogäum 20.294 km; Perigäum: 994 km Inklination: 51,23 Grad.

    Breeze M: Apogäum: 20.240 km; Perigäum 697 km, Inklination 51,18 Grad.

    Briz-M Ringtank: Apogäum: 11.294 km; Perigäum: 146 km, Inklination: 49,5 Grad.

    Das äußerst niedrige Perigäum des Ringtanks deutet darauf hin, dass bereits das dritte Brennmanöver aus irgendeinem Grund irregulär verlaufen ist.

    Nach der Trennung hat das vierte Brennmanöver zumindest noch begonnen.

    Die weiteren Unterschiede in den Bahnen von Satellit und Breeze M sind allerdings tatsächlich erheblich und wenn die Daten stimmen, müsste da noch ein weiterer Faktor mit hereingespielt haben. Vielleicht eine heftige Kollision nach der Trennung, ein Rekontakt also.

  5. Detektivarbeit und Spekulation

    Breeze-M-Stufe und Nutzlast haben beide annähernd dieselbe Apogäumshöhe, die sich deutlich von der des toroidalen Tanks unterscheidet. Also muss nach Absprengung des toroidalen Tanks noch das Manöver stattgefunden haben, das das Apogäum anhob.

    Allerdings ist das Apogäum mit nur gut 20,000 km Höhe viel zu niedrig. Es sollten eigentlich knapp 36,000 km sein. Also muss bei dem Manöver schon etwas schiefgegangen sein. Entweder eine zu frühe Beendigung oder eine falsche Lage.

    Wir sehen dann, dass die Bahnen von Oberstufe und Nutzlast sich voneinander wesentlich im Perigäum entscheiden und dass beider Perigäum wiederum höher ist als das des toroidalen Tanks. Das weist darauf hin, dass um das Apogäum herum wieder eine Triebwerkszündung erfolgte, allerdings war das Delta-v viel kleiner als erforderlich.

    Merkwürdig ist, dass diese letzte Triebwerkszündung überhaupt am Apogäum erfolgte. Denn das Apogäum, und damit auch die Bahnperiode, waren doch viel kleiner als erwartet. Die Manöver werden aber doch wahrscheinlich durch ein zeitgesteuertes Kommando ausgelöst, oder nicht? Also hätte die Oberstufe mit der Nutzlast eigentlich ganz woanders sein müssen als am Apogäum, als das Triebwerk zündete.

    Sehr merkwürdig, das.

    Auch die Tatsache, dass die Inklination durch dieses Manöver offenbar noch zu- statt abnahm, ist seltsam. Da war die Ausrichtung der Oberstufe wahrscheinlich schon komplett verquer, vielleicht taumelte sie auch.

    Das würde auch die geringe Wirksamkeit des davorliegenden Manövers erklären. Auch wáre es dann gar nicht verwunderlich, denn die Oberstufe der Nutzlast nach dem Abtrennen noch einen kleinen Pferdekuss mitgibt.

    Schade, dass da keine Webcam mitflog. Der Film wäre doch mal hochinteressant gewesen.

  6. Spekulation

    Da passt einiges nicht zusammen und momentan lässt sich da schön spekulieren. Tu ichs also mal:
    Wenn wegen eines rein technischen Defektes ein Brennmanöver unzureichend ausfällt, stimmen häufig zumindest die Richtungsparameter. Die sind hier aber, wie ein Beobachter bildhaft meinte “goofy”. Aber dass ein “goofy” Brennmanöver stattfindet, fein säuberlich und ordentlich und wie geplant danach der Ringtank abgetrennt wird worauf dann ein weiteres “goofy” Brennmanöver folgt, an dessen Ende – ein Brennmanöver zu früh – der Satellit abgesetzt wird (der sich im Übrigen danach nicht meldet, weil er vielleicht angebumst worden ist) macht den Eindruck, ich kann mir nicht helfen, als hätte hier die Breeze-Programmierertruppe ein wenig zu tief ins Wodkaglas geschaut. Es wäre nicht das erste Mal, dass eine technisch perfekte Rakete wegen so was zu Klump geflogen wird.

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