Was ist ein Fehlstart – gar nicht so einfach zu beantworten

Die aufkommende Diskussion über LOC (Loss of Crew) and LOM (Loss of Mission) Risiken, bringt mich auf unser heutiges Thema. Es geht darum, wann ein Start „erfolgreich“ ist und wann ein „Fehlstart“. Das wirkt nur auf den ersten Blick einfach.

Nun gibt es natürlich die offensichtlichen Fälle. Wenn eine Rakete beim Aufstieg explodiert wie 2015 eine Falcon 9 oder 2014 eine Antares gleich nach dem Abheben, dann ist das klar. Auch wenn, was zum Glück, der Normalfall ist, die Satelliten die vorgesehene Umlaufbahn erreichen dann auch. Doch es gibt genug Zwischenstadien. Hier ein paar Beispiele:

Sehr häufig ist eine Unterperformance einer Stufe. Dafür gibt es verschiedene Gründe. So kann eine Turbopumpe nicht den vollen Druck erreichen, der spezifische Impuls sinkt ab oder noch schlimmer das Mischungsverhältnis ist falsch und nach völligem Verbrauchen des Treibstoffs ist die Bahn zu niedrig. Das kam bei einigen Proton-Starts vor allem bei Versagen der Breeze-M vor. Wenn die Nutzlast klein genug ist, kann die Rakete das Ausgleichen so beim Start von GPS-IIF3 2012 oder einer Cygnus auf einer Atlas 2016. Wenn es nur um die Rakete geht, so war dies auch beim Start von Apollo 13 (Triebwerksausfall in der S-II) und beim Start von Skylab (Zwischenstufenadapter lässt sich nicht ab und erhöht die Nutzlastmasse um 5 t) der Fall. Oftmals geht es aber nicht.

Seltener kommt es vor, das die Ausrichtung bei der Zündung nicht stimmt, so prominent passiert beim Start von Galileosatelliten mit einer Sojus STB von Kourou aus.

Bemannte Missionen

Auch bei bemannten Missionen ist es nicht so einfach. LOC – Loss of Crew ist ja noch eindeutig definiert. Ein Mensch ist tot oder eben nicht. Den Fall das jemand „nur“ schwer verletzt ist, ist in der Raumfahrt äußerst unwahrscheinlich. Doch wie sieht es bei „Loss of Mission“ aus? Auch hier gibt es Fälle, wo es eindeutig ist: Apollo 13, wo die Mondlandung nicht stattfand oder die Auslösung des Rettungssystems bei Sojus 31. Aber viel häufiger gibt es Pannen. Meistens kann man durch weitere Versuche noch die Mission retten. Das könnte man von der Rettung von Skylab behaupten. Andere Missionen erreichen nicht ihre vollen Missionsziele. Bei Gemini 8 musste die Mission abgebrochen werden, weile eine Düse dauernd feuerte, bei Gemini 9 klappte das zweite Missionsziel – EVA Arbeiten nicht. STS-2 wurde wegen Problemen der Brennstoffzellen von 5 auf 2 Tage gekürzt. STS-51F hatte einen Abort to Orbit mit anfangs zu niedrigem Orbit, vergleichbar einer Unterperformance einer Trägerrakete.

Beschädigungen vor dem Start

SpaceX führt neue Kategorien ein. Schon vorher gab es den Fall, dass Satelliten vor dem Start beschädigt wurden. Mal wurde ein Kran auf den Satelliten fallen gelassen (Insat), mal bei einem Vibrationstest zu stark geschüttelt. Letztes Jahr wurde der DSN-1 Satellit beim Transport zum CSG beschädigt. Das ein Satellit aber erst bei einem Probecountdown beschädigt wird ist neu. Bei anderen LSP wird die Nutzlast erst zum Start montiert. Hot-Fires erfolgen (wenn überhaupt) bei der Integration der Stufe und nicht erst beim Startplatz. Es gibt nur einen vergleichbaren Fall in der US-Geschichte, das war die Atlas 9C die am 24.9.1959 explodierte und die ganze Startrampe 12 zerstörte. Der Wiederaufbau dauerte 7 Monate. Mal sehen ob SpaceX schneller ist. Streng genommen ist es weder ein Fehlstart noch ein Fehler beim Transport und der Vorbereitung.

Partielle Fehlstarts bei Ariane 5

Schön wäre es daher, wenn man einen „partiellen Fehlstart“ gäbe. Aber auch so ist die Entscheidung nicht einfach. Nehmen wir mal die Arianestarts 502 und 510. Bei L502 zeigte sich das die Rollachsentriebwerke mit dem auftretenden Drehmoment überfordert waren, es ging der Treibstoff aus und am Ende des Betriebs rotierte die EPC. Dadurch sammelte sich der Treibstoff an der Außenseite und es wurde ein vorzeitiger Brennschluss ausgelöst. Die EPS stabilisierte wieder die Bahn und brannte länger als geplant, konnte aber die fehlende Geschwindigkeit nicht ausgleichen. Das Massemodell eines Satelliten wurde in einem 524 x 27000 km Orbit entlassen. Die ESA deklarierte den Flug als Erfolg. Schließlich hatten alle Stufen korrekt funktioniert und das Problem der Rollachsenkontrolle wurde durch weitere Triebwerke und mehr Treibstoff angegangen. Es trat nie wieder auf. Trotzdem erscheint der Flug in allen Listen als Fehlstart, weil die geplante Bahn nicht erreicht wurde (auch wenn es sich um keinen Satelliten, sondern nur Ballast handelte).

Bei L510 gab es eine Verbrennungsinstabilität bei der EPS-Stufe und eine Komponente des Treibstoffs wurde vorzeitig verbraucht. Die beiden Satelliten wurden in einem 17.545 × 594 km Orbit mit 2,9 ° Neigung zum Äquator ausgesetzt. Geplant war ein 35.853 × 858 km hoher Orbit, mit einer Neigung von 2 Grad.  Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen beiden Orbits betrug rund 500 m/s. Das hätte die Lebensdauer des japanischen Satelliten stark verkürzt und er wurde als Totalverlust der Versicherung gemeldet. Der europäische Artemis hatte als erster Satellit Ionentriebwerke an Bord und erreichte seine Endbahn. Anders als befürchtet, wurde auch die Lebensdauer nicht verkürzt. Nach 11 Jahren (Solllebensdauer 10 Jahre) verkaufte die ESA den Satelliten für 1 Euro an Avanti Communcations, er arbeitet noch immer, mittlerweile im 14-ten Jahr. Auch hier wäre also die Einstufung „Partieller“ erfolg besser.

100% Sucess-Rate bei SpaceX

Woanders ist man großzügiger und übernimmt die Angaben eines LSP. Ich sehe z.B. einige Parallelen der beiden Ariane 5 „Fehlstarts“ zu SpaceX Starts. Beim ersten Start der Falcon 9 wurde die Nutzlast in einem elliptischen Orbit entlassen, dazu um die Achse torkelnd. Die Abweichungen der Bahn waren schon höher als im Users Guide versichert (wie sich in Folge zeigen sollte, war das der Normalfall. Im neuen Users Manual wurde daher auch die Toleranz um 50% angehoben. Der springende Punkt: SpaceX deklarierte den Flug als vollen Erfolg. Wie bei Ariane 502 versagte die Rollachsenkontrolle und die Nutzlast taumelte im Orbit (dies war bei 502 z.b. nicht der Fall). So ist ein Satellit ein Totalverlust. Man bekommt dadurch keine Kommunikationsverbindung wie sich auch bei der Progress M-27M zeigte, die auch rotierend im Orbit entlassen wurde. SpaceX deklarierte den Flug als vollen Erfolg und so steht er auch in den Listen.

Beim vierten Start fiel ein Triebwerk aus und es wurde ein zu niedriger Orbit erreicht. Das Perigäum war um 100 km zu niedrig. Die nur mit 900 kg Fracht (SpaceX gibt 3.300 kg Maximalnutzlast an) beladene Dragon konnte dank eigener Treibstoffvorräte den Zielorbit erreichen. Eine nur 128 kg schwere Sekundärnutzlast nicht mehr. Sie wurde noch am selben Tag als Totalverlust gemeldet. Die Parallelen zu L510 sind unübersichtlich. SpaceX reklamiert den Start als Erfolg.

Beim ersten Start der V1.1 Variante scheiterte die Wiederzündung da durch kaltes Helium eine Leitung zwischen erster und zweiter Zündung zufror. Da die Nutzlasten schon bei der ersten Zündung ausgesetzt wurden und man mit der zweiten Zündung eine GTO-Mission durchspielen wollte, deklarierte man ihn auch als vollen Erfolg. Wäre es eine echte GTO-Mission gewesen, die Nutzlast wäre im Transferorbit gestandet wie z. B. Telkom 3 bei einem Proton Start am 6.8.2012.

Wendet man also die gleichen Kriterien wie bei den beiden Ariane 5 Starts auf die Falcon 9 an, so haben wir drei Fehlstarts mehr.

Zeit für eine Regelung

Kurzum: Man sollte das Mal regeln. Entweder, das wäre meiner Ansicht nach die beste Lösung, man führt einen „partiellen Erfolg“ (klingt besser als partieller Fehlstart) ein oder nimmt ein hartes, nachprüfbares, Kriterium. Ein partieller Erfolg liegt vor, wenn ein Teil der Missionsziele erreicht wurde (wenn an Bord nur Dummynutzlasten sind, wie üblich bei Testflügen) oder die Nutzlast den Endorbit noch erreichen konnte, aber ihre Lebensdauer verkürzt ist, wie es dann meist durch den verbrauchten Treibstoff der Fall ist. Alternativ liegt das vor, wenn eine von mehreren Nutzlasten ein Verlust ist, die andere(n) nicht. Das halte ich für die beste Lösung.

Belässt man es bei der Einstufung „Fehlstart oder Erfolg“, so braucht man ein hartes Kriterium. Bei kommerziellen Starts gibt es ein einfaches Kriterium: Ist es ein Versicherungsfall oder nicht (es gibt auch Fälle, wo die Versicherung nur einen Teil des Betrages zahlt, die der verkürzten Lebensdauer entspricht). Ansonsten nimmt man das Users Manual des LSP und vergleicht die zugesicherten Toleranzen für den Orbit mit den realen ab. Macht man das bei SpaceX, so sieht es sehr sehr schlecht aus. Von den ersten 11 Starts der Falcon 1+9, bei der ich das noch verfolgt habe, hielten nur zwei die Angaben des Users Guide ein. Der für die Falcon 1 und Falcon 9 „V1.0“ verschwand dann übrigens von der Website.

3 thoughts on “Was ist ein Fehlstart – gar nicht so einfach zu beantworten

  1. Also, so als grobe Richtlinie würde ich mal sagen:
    100% = Rakete hat Nutzlast in den geplanten Orbit gebracht, die Nutzlast ist voll funktionsfähig.
    90%-80% = Rakete hat Nutzlast in den Orbit gebracht, Nutzlast ist zum Teil funktionsfähig.
    70% Rakete hat Nutzlast nicht in richtigen Orbit gebraucht, Nutzlast ist voll funktionsfähig und kann sich eventuell selbst positionieren.
    60% wie 70% Nutzlast teilfunktionsfähig
    50% wie 70% Nutzlast unbrauchbar
    40% letzte Zündung versagt, niedriger Orbit
    30% kein Orbit
    20% Stufentrennung versagt
    10% Erste Stufe versagt bis zur Trennung
    0% Bumm…
    110% (ja gibts auch!) Redstone nach dem 10 cm Flug und erster Wiederverwendung! 😉

  2. Alle Starts, bei denen das Missionsziel ohne Abstriche bei den Teilmissionen erreicht wird, sind Erfolge.

    Alle Starts, bei der bei einer oder mehreren Nutzlasten Einschränkungen beim Betrieb durch Probleme bei dem Transport in die vorgesehene Bahn(en) entstehen, ein gewisser Betrieb jedoch zumindest teilweise möglich ist, sind Teilerfolge.

    Alle Starts, bei denen alle Nutzlasten verloren gehen oder ihre Aufgabe durch Probleme beim Transport in die vorgesehene Bahn(en) nicht erfüllen können, sind Fehlschläge.

    Einschränkung zum letzten Punkt: Wenn es sich um einen reinen Testflug handelt, können auch Starts mit Verlust der Nutzlast (und seien es Dummys) als Teilerfolg gelten.

  3. Man ist angewiesen auf verschiedene Quellenangaben, die besagen was vorgefallen war. Man kann es versuchen zu interpretieren, aber man scheitert!
    Als Beispiele für fragwürdige Ereignisse:

    Nutzlast | Startdatum | Trägersystem
    MR-1 | 21.11.1960 | Mercury-Redstone
    Express | 15.01.1995 | Mu-3S-II
    Mars 96 | 15.11.1996 | Proton-K
    Sojus 10-1 | 26.09.1983 | Sojus-U
    Amos 6 | 01.09.2016 | Falcon 9
    Dann gibt es noch verschiedene Nutzlasten für das amerikanische Militär oder für Geheimdienste, wo bewusst falsche Angaben gemacht werden.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.