Der Iridium Start: 22 t Nutzlast oder doch nur 11 t?

Ach ja, es gibt wieder Neuigkeiten von SpaceX. Nun hat man nach eigener Aussage die Ursache gefunden. Wie schon früher verlautbart, lag es an einer Heliumdruckflasche, die durch den flüssigen Sauerstoff in Brand geriet. Das soll durch andere Befüllungsprozeduren in Griff zu bekommen sein. Ich gebe gerne zu, das Problem ist zu speziell für mich, selbst als Chemiker, dafür muss man viel Ahnung von der Reaktionsfähigkeit von flüssigem Sauerstoff haben. Meine eigenen Erinnerungen an die Chemievorlesung lehren mich da, vorsichtig zu sein. Flüssiger Sauerstoff unterschiedet sich signifikant im Reaktionsvermögen von normalem Sauerstoff. So kann man mit einer Zigarre getaucht in flüssigen Sauerstoff schneller als mit jedem Schneidbrenner ein Stahlblech durchtrennen. Aber wir haben ja gottseidank im Blog genügend Fachleute, die sich jahrelang mit der Kryochemie beschäftigt haben 😉

Ich sage daher auch nichts zu der Idee, dass es am unterkühlten Sauerstoff liegen könnte. Meiner Ansicht nach müsste es auch beim normalen Treibstoff passieren. Zum einen ist der schon sehr kalt und vor allem ist das flüssige Helium noch deutlich kälter, sodass auch hier Sauerstoff zu Eis ausfrieren kann. Die Firma sagt ja nichts dazu, aber meint durch Änderung der Befüllung, die Sache in den Griff zu bekommen.

Doch darum geht es in dem Blog nicht. Es geht um die Ankündigung, nun ab dem 8.1.2017 neue Starts durchzuführen.

Die Tendenz zu mehr Starts ist ja deutlich gegeben: 2014 6 Starts, 2015 ebenfalls und 2016 schon 8. Dabei nur zwei Totalverluste. Mit etwas Glück erreicht die Falcon 9 in einigen Jahren die Startrate und Erfolgsquote der Proton.

Der Großkunde Iridium

Der Kunde diesmal ist ein großer: Iridium. Die Firma war Pionier bei der mobilen Kommunikation über Satellit und startete um die Jahrtausendwende zahlreiche erdnahe Kommunikationssatelliten. Das Geschäftsmodell ging jedoch nicht auf. Man setzte auf einen Kundenstamm, der überall auf der Erde mobil telefonieren will und dies entsprechend honoriert. Dieser Kundenstamm war erheblich kleiner als gedacht. Vor allem machte der Firma der rasante Ausbau von Mobilfunknetzen auch in Entwicklungsländern zu schaffen. Die Lücken auf der Landkarte ohne Empfang wurden schnell kleiner. Zeitweise war die Firma im Insolvenzverfahren und das Militär übernahm die Satellitenflotte. Nach Reorganisierung gelang es, die Gelder für eine Modernisierung der Flotte aufzutreiben. Trotzdem viel Spielraum hat die Firma nicht. So buchte sie sehr frühzeitig SpaceX als Launch Service Provider. Einfach weil es keine Alternative zur Firma gab. Woanders wäre es zu teuer geworden.

SpaceX wird 70 der 81 Iridium Next Satelliten starten. Meist jeweils 10 Satelliten pro Start so wie beim nächsten Start am Sonntag. Der ursprüngliche Vertrag hat einen Umfang von 492 Mill. Dollar. Er wurde schon am 16.6.2010, kurz nach dem Jungfernflug der ersten Falcon 9 abgeschlossen. Damals noch für den Start auf einer „Block I“ Falcon mit einer Nutzlast von 10,45 t. Dafür sollten die Ersten sie schon Anfang 2015 in den Orbit gelangen. Das war angesichts der Vorbuchzeit von 5 Jahren (üblich sind 1-2 Jahre) zu schaffen, okay, es wäre bei jedem anderen Launch Service Provider zu schaffen. Aber ebenso wie ein Päckchen vom Billiganbieter aus China etwas länger unterwegs ist, dauert es eben auch beim Billiganbieter SpaceX etwas länger. 2 Jahre Verzögerung sind da im Bereich des Normalen.

Die Niedrige Startbahn der Irdium Next Satelliten

Was mich an dem neuen Start verwundert ist das Bahnregime. Jeder Satellit soll in einer 625 km hohe polaren Umlaufbahn ausgesetzt werden. Dort nutzt er seinen eigenen Antrieb, um die Bahn in die operationelle Bahn in 780 km Höhe anzupassen. Dabei wiegt die gesamte Nutzlast mit Dispenser soll „mehr als 20.000 Pfund“ wiegen. Das sind, wenn man es in Kilogramm umrechnet, rund 9.100 kg. Die Nutzlast der Falcon 9 in einen LEO beträgt 22 t nach SpaceX Webseite. Eine Abnahme um mehr als 50% für eine polare Bahn? Ich halte das für sehr hoch. Normal sind etwa 20% Nutzlasteinbuße. Bei sehr schweren Oberstufen kann es auch mehr sein. Doch selbst bei der Vega mit einem schweren AVUM sind es nur 32% Einbuße, nicht 58% wie bei der Falcon 9. Doch da die Oberstufe wiederzündbar ist, kann man es ausrechnen.

Der Geschwindigkeitsbedarf für die höhere Umlaufbahn setzt sich aus zwei Komponenten zusammen:

  • Der Verlust des Gewinns durch die Erdrotation
  • Der Hohmanntransfer in eine höhere Umlaufbahn
  • Der erste Faktor macht bei Cape Canaveral: 406 m/s aus
  • Der zweite Faktor sind beim klassischen Hohmanntransfer 249 m/s.

Zusammen sind das 655 m/s.

Würde die zweite Stufe diese Mehrgeschwindigkeit alleine aufbringen, so würde die Gesamtnutzlast (bestehend aus Satelliten, Dispenser und leerer Oberstufe) um Exp(655/348/9,81) = 1,211 sinken, also rund 21%. Da die Oberstufe gleich schwer bleibt, sinkt die eigentliche Nutzlast stärker. Doch um 58% abzusinken, müsste die Oberstufe eine extrem hohe Leermasse haben. In Wirklichkeit sind die 21% eine Obergrenze, da durch die leichtere Nutzlast auch die erste Stufe eine höhere Abtrenngeschwindigkeit hat, also sich die Arbeit auf beide Stufen verteilt. Bei einer auf 4,53 t geschätzten Oberstufenmasse kommt man nie auf eine so große Nutzlastabnahme. Bei meinem Modell der Falcon 9 (die Daten von SpaceX reichen ja nicht für eine korrekte Berechnung aus) komme ich auf 17,6 t Nutzlast in diesen Orbit. In 780 km höhe sind es nur wenig mehr, nämlich 737 m/s. So frage ich mich, warum man die Satelliten nicht gleich im Endorbit aussetzt. Das spart schließlich Treibstoff und bei fast allen Satelliten ist der verfügbare Treibstoff die Ressource, welche die Lebensdauer begrenzt. Die ESA hat gerade Metop A in einen neuen Orbit verschoben, damit er länger betrieben werden kann. Der Treibstoff würde noch gut reichen, aber die ESA will nun alle Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer deorbitieren und dafür braucht man auch Treibstoff. Als Metop A gestartet wurde, gab es die Vereinbarung noch nicht. Iridium scheint dies nicht vorzuhaben, den Pläne, die alten Satelliten, die nun durch Iridium Next ersetzt werden zu deorbitieren, gibt es nicht. Doch selbst dann würden die rund 80 m/s Geschwindigkeitsänderung, die man so gewinnt, mehrere Jahren Betriebszeit entsprechen – in einer erdnahen Bahn ist der Treibstoffbedarf für Bahnanpassungen klein, viel geringer als im geostationären Orbit. Das meiste entfällt auf Lageänderungen, nicht Bahnkorrekturen.

Meine Vermutung: Die Falcon 9 könnte durchaus mehr Nutzlast transportieren. Iridium hat die Satelliten so ausgelegt, dass sie erst in dem ersten Orbit gelangen und ihn dann selbst anheben. Bei der Falcon 9 (erste Version) wären sie sonst nicht in Zehnerpack zu transportieren. Der Abschluss des Vertrages und damit auch die Auslegung der Satelliten war auf diese Trägerversion ausgelegt. Die Vorgehensweise ermöglicht dann auch den Einsatz anderer Träger. Bei der Dnepr sinkt die Nutzlast mit steigender Bahnhöhe z. B. stark ab. Doch da Iridium nie von SpaceX wechselte, ist es mir ein Rätsel, warum man sie nicht gleich im Zielorbit aussetzt, wenn man die Möglichkeit hat.

Für Iridium zu wünschen ist das bei 10 Satelliten pro Starts alle klappen. Das Risiko ist nach den letzten zwei Jahren ja gegeben: 2015 sechs Starts, ein Totalverlust, 2016 acht Startversuche, ein Totalverlust. Ein Iridium Start wird auch Grace Follow On (GFO), eine Nachfolgemission der DLR-NASA Mission Grace starten. Es bleibt zu hoffen das zumindest diese glückt. Das DLR zeigt ja typisch deutsche Tugenden: „Geiz ist Geil“. Anstatt Starts auf Trägern zu buchen die in Europa hergestellt werden sucht man die billigste Startmöglichkeit. GFO kann man auch mit einer Vega starten. Jeder Satellit wiegt nur 600 kg und gelangt in einen 490 km hohen Orbit. Damit ist er kompatibel mit der Vega.

Der Erfinder der Fake News

Mal sehen wie viele Starts es 2017 werden. Klakow hat ja am 9.6 2015 für 2015 12 Starts und für 2016 24 prognostiziert. Da ist er wohl etwas daneben gelegen. Er hat wohl zu sehr SpaceX geglaubt. Seit einigen Monaten sind ja die „Fake-News“ im Gerede. SpaceX ist in meinen Augen der Erfinder der „Fake News“. Die meisten ihrer Ankündigungen sind reine Phantasieangaben. Im August 2011 kündigte man an, von 2012 ab 400 Triebwerke pro Jahr zu produzieren. In den fünf Jahren von 2012 bis 2016 hat man so 2000 Triebwerke gebaut, aber in 30 Starts nur 300 verbraucht. Es müssen ganze Hallen voll mit Triebwerken bei SpaceX rumstehen – wenn denn die Angabe stimmen würde. Den im Februar 2016 baute man noch 6-8 Cores pro Jahr und wollte die Produktion auf maximal 18 ausbauen. (By the Way, mit 6.8 Cores kann man nicht mal die Starts abwickeln die man schon 2015 in den Auftragsbüchern hatte). Vielleicht jagt die Firma auch ihre Raketen selbst hoch, damit nicht auffällt, das sie gar nicht die Raketen haben, um alle Nutzlasten zu starten? So finanzieren die Kunden die Starts vor, ds Geld kann man in den Ausbau der Produktion stecken, um überhaupt die Raketen zu bauen. Da dann das Geld fehlt, um die Raketen herzustellen, wird auch klar, warum man so auf Wiederverwendung setzt und dann nur einen Preisnachlass von 10% gewährt. Das ist schlüssig, anders als die Marspläne.

Als Ausgleich für die Fake News bleiben sie dafür technische Grunddaten schuldig. Nicht mal in Dokumenten wie dem „Users Guide“ für Kunden. Man könnte ja sonst zumindest die Nutzlastangaben nachprüfen. So verwundert es nicht das ein SpaceX-Investor und Mitgründer nun im Beraterstab von Donald Trump sitzt.

[Edit] Mir ist erst einige Tage nach schreiben des Berichtes eingefallen, das der Nutzlastadapter von SpaxeX nur Massen von maximal 10,8 t zulässt, wahrscheinlich ist die ganze Rakete nur auf diese strukturelle Last ausgelegt (zumindest die Oberstufe, denn das spart Gewicht). Das wäre nichts neues: Auch Ariane 1-3 konnten ihre LEO-Nutzlast nicht ausschöpfen sondern waren auf die GTO oder bei Ariane 5 bei den kleineren Versionen typische SSO-Nutzlast ausgelegt.

15 thoughts on “Der Iridium Start: 22 t Nutzlast oder doch nur 11 t?

  1. Beeindruckend wie ein Bernd Leitenberger wieder anhand nüchterner Fakten aufzeigt, das bei SpaceX meist nur heisse Luft produziert wird.

    Ich bin da ganz auf Seiten eines Bernd Leitenbergers, das SpaceX scheitern wird. Es ist nur eine Frage der Zeit.

  2. „…..dass ein SpaceX-Investor und Mitgründer nun im Beraterstab von Donald Trump sitzt.“

    Genau deshalb wird Space-X nicht pleite machen. Elon Musk beim Twitter-König entsprechende Einflüsterungen veranlassen.

    Make Space-X great again! Yeeah!

  3. Trump und musk haben auch gemeinsam, das man von beiden die wichtigsten Dinge nur per Twitter erfährt. Zumindest von Trump denke ich reichen die 140 Zeichen auch vollständig für selbst komplexe Gedanken des nächsten US-Präsidenten.

    Für mich sind 140 Zeichen schon für einfache Sätze zu kurz, weshalb ich auch nie Twitter ausprobiert habe.

  4. @Jochen: Sie sind weiter gekommen, als ich gedacht habe und die einzige US-Firma, die als Launch Provider international größere Erfolge hat. Sicherlich handelt es sich manchmal um Großsprecher und der Umgang mit Amos 6 hat mich entsetzt, aber viele Technologien wurden von ihnen zuerst entwickelt, nicht nur die selbsttätige Landung eines Boosters, sondern auch das weltweit dritte Projekt eines full-flow-staged-combustion-Zyklus, darunter der erste Versuch mit Methan. Die Versuche von Aerojet Rocketdyne verwendeten Wasserstoff, der immer die Rakete verteuern wird, das RD-270 NTO/UDMH.

  5. Wahnisnn.

    Der Herr Musk muss ihnen ja irgendwann einmal ziemlich ans Bein gepisst haben das hier so ein Hass aufkommt. Kann man das ganze nicht etwas sportlicher sehen? Konkurrenz belebt für gewöhnlich das Geschäft.

    Ich drücke SpaceX auf jeden Fall die Daumen. Hoffentlich führt das zu einem Geminschaftsprojekt; mit der NASA zum Mars.

  6. @Metz

    „Der Herr Musk muss ihnen ja irgendwann einmal ziemlich ans Bein gepisst haben das hier so ein Hass aufkommt. “

    Ich habe Bernd noch nie dabei beobachtet, dass er Musk persönlich angegriffen hätte oder Kirtik geäußert hat ohne Belege für seine Aussagen zu haben.

    Sie sollten diese sachliche Kritik, mit ihrem Versuch eine emotional geladene Debatte zu eröffnen nicht weiter stören.

    Sollten sie inhaltliche Fehler an Bernd’s Kritik aufzeigen können wäre das doch der beste Beweis für die von ihnen unterstellte persönliche Vendetta.

    Also bitte ich sie daher etwas reifer auf die sachliche Kritik von Bernd and Musk und seinen Unternehmen zu reagieren und das nächste mal ihre Aussage zu belegen.

    Der Versuch den Autor den Autor selbst „ad hominem“ anzugreifen und nicht die von ihm formulierten Aussagen ist eine Taktik die man sonst bei Verschwörungstheoretikern oft beobachten darf.
    (Ein weiteres Indiz übrigens dafür, dass es sich bei dem Hype und der Unterstützung von Musk um ein Kult-artiges Glaubenskonstrukt handelt und nicht um die Begeisterung für echte Innovationen und Fortschritt).

    Also sollte ihre Unterstützung für Musk auf Fakten beruhen und nicht einer emotionalen und von Twitter Nachrichten induzierten Wahrnehmungsstörung dann überzeugen sie uns doch nun von der subjektiven unehrlichen und verlogenen Haltung welche hier Bernd immer wieder unterstellt wird und WIDERLEGEN sie Bernds Aussagen.

    Mit einem „selber doof gildet nicht“ kommen sie hier nicht weit, im Gegenteil sie schaden sich selbst und ihrem nicht vorhandenen Argument.

    Ich freue mich auf die nun folgende objektive und sachliche Kritik and Bernds Artikeln um uns aufzuzeigen wie subjektiv und unnötig emotional unsere Kritik doch ist.

    „Ich drücke SpaceX auf jeden Fall die Daumen. Hoffentlich führt das zu einem Geminschaftsprojekt; mit der NASA zum Mars.“
    Darf ich fragen wie lange sie sich bereits mit dem Thema Raumfahrt auseinandersetzen und welche Quellen sie dazu nutzen?

    Mit freundlichen Grüßen ABM Sprint

  7. Ich würde mich über die relativ knappe Formulierung nicht aufregen. Zum einen habe ich auch einige provokante Seiitenhiebe im Blog die nicht jeder mag. Zum anderen finde ich sie zu kurz um da viel reinzuinterpretieren.

    Ich finde es schade das sich inzwischen gar keine SpaceX Fans mehr hier tummeln. Das hat nach der ersten Explosion stark abgemnommen und nun genau aufgehört. Wahrscheinlich belieben die nun unter sich um so nur die Nachrichten zu bekommen die sie mögen.

    Ich warte seit fast einem Jahrzehnt übrigens immer noch auf den Pro-SpaceX-Gastblog. Wenn ich so unrecht habe müsste sich in der ganzen Zeit doch jemand finden der den verfasst ….

  8. Bernd vergleicht hier mal wieder Äpfel mit Birnen. Die auf der Website von SpaceX genannten Nutlasten der Falcon 9 (22,8 t LEO und 8,3 t GEO) gelten für eine Mission, bei der die Unterstufe nicht gelandet wird. Mit Landung der Unterstufe ist die Nutzlast typischerweise 30 Prozent niedriger. Ziehen wir 30% von den von Bernd berechneten 17,6 Tonnen ab, bleiben „nur“ noch 12,3 Tonnen übrig. Das ist dann gar nicht mehr so weit weg von der tatsächlichen Nutzlast von ca. 10 Tonnen.

    Warum nutzt SpaceX nicht die Reserven, um in die 780 km hohe finale Umlaufbahn zu fliegen, sondern setzt die Satelliten trotzdem in 620 km x 610 km (geplant waren 625 km) Höhe aus? Nun, das dürfte kommerzielle Gründe haben. Wie Bernd schreibt, hat Iridium die Starts zu einem sehr günstigen Preis bekommen. Deswegen erfüllt SpaceX nun genau das, was vertraglich vereinbart wurde. Mit Sicherheit hat SpaceX bei Iridium angefragt, ob letztere die höhere Leistung der zwischenzeitlich weiterentwickelten Falcon 9 nutzen wollen – zu einem höheren Preis. Iridium hat dann abgelehnt.

    Solches Verhalten ist kommerziell überall üblich. Intel Core i5-7600 und Intel Core i7-7700 sind derselbe Chip. Beim billigeren i5-7600 ist das performance-steigernde Hyperthreading aber abgeschaltet.

    Was es den Seitenhieb gegen mich mit dem Smiley anbelangt: Ich bleibe bei der Analyse, dass ein schnelles Verbrennen oder auch eine Detonation des COPV innerhalb des Sauerstofftanks nicht der initiale Auslöser der Explosion sein kann, die wir auf den Videobildern sehen. Das hat jetzt auch nichts mit Kryochemie zu tun, sondern einfach mit der Energiedissipation. Bei einer Explosion INNERHALB des Tanks würden wir auf dem ersten Frame nach der Explosion überall kalten Sauerstoff rumspritzen sehen. Nur bei einer Explosion AUßERHALB des Tanks sehen wir hingegen sofort den hellen Feuerschein der Verbrennungsgase. Das von mir verlinkte und leider kaum beachtete Youtube-Video von TechX liefert m.E. hingegen eine konsistente Theorie der Explosionsursache: https://www.youtube.com/watch?v=6BmEMbpaxZs

    Splitter einer explodierten LOX-Leitung haben wahrscheinlich das COPV getroffen, dass dann sofort ebenfalls explodiert ist.

  9. Ich sehe mich als SpaceX Optimist (Fan klingt unreflektierter), und ich lese gern hier obwohl ich einige Einschätzungen nicht teile. Andere Ansichten sind wie Salz in der Suppe, ohne sie wird es fad 😉

    Ich fände es manchmal nur schön, wenn im Blog Meinung und Fakten deutlicher* getrennt oder gekennzeichnet werden würden.

    * sie sind es zwar häufig, aber ich denke das geht noch besser

  10. Bei der ganzen Propaganda die um SpaceX betrieben wird, frage ich mich, In wie weit wird diese von Putin gesteuert? Weil es geht eigentlich nur darum die europäische und deutsche Industrie schlecht zu machen. Weil alles was SpaceX macht ist besser und auch deutlich billiger.

  11. @Ariane42L:
    Die Rundumschläge von Space-X (und deren Jünger) gehen durchaus gegen alle Mitbewerber, nicht nur gegen Arianespace. Laut so mancher früherer Voraussage werden ja die ULA und Arianespace anno 2018 vom Markt verschwunden sein, da von Space-X verdrängt.
    Diese Propaganda ist schon hausgemacht und wird von den zahlreichen Fans unreflektiert gebetsmühlenartig verbreitet, da braucht kein russischer Geheimdienst aktiv zu werden.

  12. @Araine 42L: Ich mag Putin auch nicht, aber es vollkommen absurd ihn dahinter zu vermuten. Ich darf daran erinnern, dass SpaceX eine amerikanische Firma ist, die von einem Trumpkritiker geführt wird und gegründet wurde.

  13. Echostar 23 hat keinen normalen GTO erreicht

    35903km X 179km 22.43deg

    Da die Rakte hier ihre volle Leistung gezeigt hat, kann man davon ausgehen, das die Aktuelle max Nutzlast für einen GTO 5,5t ist. Die Butzlast müsste sich um über die häldte Steigern um die von SpaceX angegebene Nutzlast zu erreichen.

    Wenn dieser prozentuale Nutzlastunterschied bei der FH noch etwas größer ist, reicht es vielleicht gar nicht für eine Mondumrundung.

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