SpaceX Vergleiche: Die Spass N-1 und die echte N-1

Auf mein heutiges Thema kam ich auf unterschiedliche Weise. Zum einen habe ich angefangen die Auskopplung „Russische Raketen“ aus dem 600 Seiten Wälzer „Internationale Trägerraketen“ zu bearbeiten. Eigentlich könnte ich mir es einfach machen, denn in den sieben Jahren seit dieses Buch erschien hat Russland keine neuen Träger in Dienst gestellt – als einzige Nation mit noch aktiven Trägerraketen weltweit. Selbst Iran und Nordkorea haben neue Träger eingeführt. Aber ich will die Gelegenheit nutzen, um es noch mehr zu ergänzen. Bei der N-1 ist das schon jetzt möglich, weil ich für das Buch Saturn Trägerraketen schon einiges mehr zur N-1 recherchiert habe. Aber ich lese auch zur Recherche einige Bücher über russische Raumfahrt wieder die ich schon habe. Das meiste über russische Träger wurde in der ehemaligen DDR veröffentlicht und während man in Werken von der BRD neutral über die Träger Russlands scheißt, geht das in der DDR wohl nickt. Neben dem unvermeidlichen DDR-Jargon finden sich in den Büchern dauernd Vergleiche, welche die Überlegenheit sowjetischer Technik belegen sollen.

Ansonsten wird in der Raumfahrt wenig verglichen. Es ist ja kein Wettbewerb mehr, in dem es darum geht „Erster“ zu sein. Diese Episode der Weltraumfahrt ist seit Jahrzehnten vorbei. Eigentlich seit der erfolgreichen Mondlandung von Apollo 11 im Jahre 1969, was aber nicht ohne einige Nachwehen ging (Mars 4-7 Flotte, um Viking vorzukommen, Bau von Energija/Buran als Gegenentwurf zum Space Shuttle, Raumstation „Freedom“ als Gegenstück zur Mir („Frieden“). Heute arbeitet man zusammen, wie dies eindrucksvoll bei der ISS der Fall ist.

Eine religiöse Sendung brachte mir dann eine neue Erkenntnis: es ist Bestandteil der christlichen Religionen Gleichnisse zu machen, und jedes Gleichnis beinhaltet einen Vergleich, was gut zu einer Ersatzreligion passt.

Wenn ich heute an die Stichwörter „Vergleiche“ und „Raumfahrt“ denke, dann allen mir sofort die SpaceX Fans ein, die hier im Blog erscheinen, die führen dauernd Vergleiche an. Passend dazu arbeitet SpaceX auch nicht mit anderen Firmen zusammen. Also warum soll ich nicht auch mal vergleichen? Es sind zwei Vergleiche, die sich mir fast schon aufdrängen. Das eine ist der Vergleich der Spass N-1 mit de echten N-1 und das zweite ist das Vorgehen von SpaceX bei der Red Dragon und dem Lunar Starship, also praktisch ein firmeneigener Vergleich um eine allgemeine Vorgehensweise aufzuzeigen. Der kommt morgen.

Die Spass N-1 und die N-1

Wie man weiß, scheiterte Russlands Mondrakete N-1 grandios. In vier Testflügen kam es nicht mal dazu, dass die erste Stufe erfolgreich war, geschweige denn alle drei bzw. fünf Stufen (die N-1 war eigentlich eine dreistufige Rakete gedacht für Erdorbitmissionen. Da sie aber für das Mondprojekt genutzt wurde, wurde sie um zwei weitere Stufen erweitert). Die Parallelen zur SpassX N-1 sind schon bei den daten offensichtlich: N-1 wie SpassX N-1 setzten auf sehr viele Triebwerke (33 bzw. 30 in der ersten 6 bzw. 8 in der zweiten Stufe). Da so ein Triebwerksausfall wahrscheinlicher ist, hatten beide Raketen einen hohen Schubüberschuss von 50 Prozent. Das war auch nötig, denn Triebwerksausfälle gab es bei allen fünf Starts der Raketen:

Beim Jungfernflug am 21.2.1969 brach nach 54,5 Sekunden im Heck von Block A ein Feuer aus und nach 68,6 Sekunden schalteten sich fast alle (28 von 30) Triebwerke ab. Triebwerk 12 und 24 wurden schon beim Start (nach 0,34 s) aufgrund eines Fehlers von KORD abgestellt. KORD war das Steuersystem der N-1. Es schaltete bei Fehlern Triebwerke komplett ab und da die Triebwerke wie die Äußeren bei der Spass N-1 nicht schwenkbar waren, wurde zur Erhaltung der Symmetrie das gegenüberliegende Triebwerk (24) ebenfalls abgeschaltet. Ursache war schließlich das eine Leitung durch die Vibrationen brach und ein Kabelbrand ein Signal auf den Leitungen induzierte das zum Abschalten aller Triebwerke führte.

Der zweite Testflug von Rakete 5L am 3.7.1969 endete in einer Katastrophe: Die Rakete hob langsamer ab als beim ersten Flug, schwankte und nach 12 Sekunden schaltete KORD in lediglich 200 m Höhe alle Triebwerke ab. Die Rakete fiel zurück auf den Startturm und explodierte nach 23 Sekunden. Die Untersuchung zeigte, dass Metallteile in den Treibstoffleitungen nach 0,25 s die Oxidatorpumpe von Triebwerk 8 zerstört hatten. Die Splitter beschädigten die benachbarten Triebwerke 7 und 9 und die Steuerleitungen. Es kam zur Störung der Stromversorgung und damit zum Abschalten der restlichen Triebwerke, nachdem durch den Ausfall von drei Triebwerken schon sechs Motoren direkt nach dem Start abgeschaltet wurden. Lediglich ein Triebwerk – Nummer 28 arbeitete weiter und drehte die N-1 nach dem Abheben langsam in die Horizontale. Dieses Szenario hatte wohl elon Musk im Hintergrund als er die Erwartungen für den Testflug der SpassX N-1 dämpfte.

Man betrieb nun eine Fehlersuche und Beseitigung. Erst am 27.6.1971 hob erneut eine N-1 ab. Diesmal geriet die Rakete in eine Schieflage, die immer stärker wurde. Nach 7,5 s hatten die Steuerdüsen ihre maximale Neigung von 45 Grad zur Achse erreicht. Nach 14,5 s erreichte die Abweichung der N-1 von 14 Grad zur Vorgabe die maximal zulässige Abweichung. Nach 39 s blockierten die Kreiselgeräte. Nun war die Rakete ohne Daten der Inertialplattform nicht mehr steuerbar. Nach 46,8 Sekunden brachen die Nutzlastspitze und Stufe 3 ab. Dies löste das Rettungssystem SAS aus. Nach 50,9 Sekunden wurden von KORD die Triebwerke abgeschaltet. Die Ursache war schnell gefunden – das System zur Rollachsenkontrolle war zu wenig leistungsfähig genug. Man nutzte bisher die Abgase der Hilfssysteme und stellte nun auf eigene Triebwerk um.

Der letzte Flug fand am 23.11.1971 statt. langen. Diesmal explodierte nach 106,94 Sekunden die N-1 in 40 km Höhe. Die genaue Ursache wurde nie geklärt, da Triebwerkshersteller und Rakjetenhersteller sich gegenseitig die Schuld zuschoben, aber es scheint das die Katastrophe das geplante Abschalten der inneren sechs Triebwerke nach 105 Sekunden auslöste. Immerhin flog diese N-1 höher als die SpassX N-1.

Na ja und den Testflug der Spass N-1 muss ich wohl nicht rekapitulieren. Aber Parallelen sind offensichtlich. Schon beim Start ausgefallene Triebwerke, langsames Abheben, im Flug abgeschaltete Triebwerke, Verlust der Lagenkontrolle. Und der große Vorsitzende hat wohl auch den Fehlstart Nummer 2 verinnerlicht als er meinte es wäre ja schon ein Erfolg, wenn sie den Tower passiert. Damals fand man tonnenschwere Bauteile auf den Dächern mehrerer hundert Meter entfernter Gebäude und die Fensterscheiben bis in mehrere Kilometer Entfernung waren geborsten. Die Startrampe war total zerstört und wurde nie wieder aufgebaut. Wohl deswegen hat sich SpaceX den Aufbau einer größeren Infrastruktur am Startplatz wohl gespart.

Parallelen gibt es nicht nur bei der Triebwerkszahl sondern auch deren Tests und Zuverlässigkeit. In beiden Fällen war es den Verantwortlichen zu kostspielig einen Teststand zu bauen, damit die Erststufen getestet werden konnten. Der muss eine Schubkraft von 46.000 bzw. 75.000 kN auffangen. Auch die nächstbeste Lösung, eine Stufe mit nicht allen aktiven Triebwerken zu testen tat man nicht. Bei der N-1 weiß man, dass auch die Triebwerke nicht intensiv getestet wurden, sowohl beim Testprogramm wie vor einem Start. Damals war es üblich, weil die Triebwerke deutlich unzuverlässiger als heute waren jedes Triebwerk vor dem Einbau zu testen. Ein Treibwerk der Saturn V Erststufe wurde sogar dreimal einzeln und in der Stufe vor dem Start getestet. Die Sowjets testeten pro Produktionscharge einige Exemplare und bestanden diese den Test, wurde die ganze Charge freigegeben, ansonsten die ganze Charge verschrottet.

Mehr noch: bei der N-1 gab es zwei Generationen von Triebwerken. Die erste Generation (11D1) war schon in Tests sehr unzuverlässig. Konkurrent Boris Tschertok bezeichnete sie als „faule Triebwerke“. Die zweite Generation (11D111) sollte nicht nur mehr Leistung erbringen, sondern auch viel zuverlässiger werden – nach Versagen, der später zum Teil in die USA verkauften verbliebenen Triebwerke, bei Tests im Stennis NASA Zentrum und einem Antares Start hat der Autor so seine Zweifel. Auf der anderen Seite wird das Triebwerk auch bei der Sojus 2.1v eingesetzt und hat dort bei zehn Flügen keinen Ausfall. Nun gibt es auch verschiedene Versionen des Raptors. Das Raptor 1 arbeitet mit 250 Bar Brennkammerdruck und die jetzige SpassX N-1 hat (angeblich) das Raptor 2 mit 300 Bar Brennkammerdruck. Ein Raptor 3 mit noch höherem Brennkammerdruck ist in der Entwicklung. Und wie sagte schon der große Vorsitzende: die Zuverlässigkeit der Raptors wird bei der nächsten Genration besser werden. Offensichtlich wusste man also auch hier schon vorher wie es um deren Verlässlichkeit steht.

Die Parallelen zeigen sich in den Finanzen. Es ist heute nicht mehr möglich, die Kosten der N-1 in westlicher Währung anzugeben. Es gab zu dieser Zeit einfach keinen Wechselkurs zum Rubel. Wichtiger sind wohl die volkswirtschaftlichen Kosten, also wie viel machten die Aufwendungen im Budget des Staates aus. Während der Apollo-Ära hatte die NASA ein Budget das im Schnitt bei über 3 Prozent der Staatsausgaben lag, heute sind es rund 0,5 Prozent. Bei der N-1 kann man Vergleiche mit dem Nachfolgeprojekt Buran ziehen. Die N-1 kostete 2,4 von 3,6 Milliarden Rubel, die das Programm bis 1971 kostete. Energija/Buran kosteten 12 bis 14 Milliarden Rubel. Es ist also ein Bruchteil der Kosten des Nachfolgeprogramms, bei dem beiden Flüge gelangen. SpaceX hat bisher 3 Milliarden Dollar in die SpassX N-1 Entwicklung gesteckt, was gemessen an der Größe des Trägers wenig ist, eine Milliarde der Mittel stammt von der NASA. Allein für weitere Testflüge rechnet Musk mit weiteren 2 Milliarden dieses Jahr. Diese Flüge sollen nur einen Orbit erreichen. Es ist also noch viel zu tun: Wiederverwendung zuverlässig ermöglichen, Betankungstechnologie demonstrieren, Qualifizieren für bemannte Flüge. Es folgen also noch etliche Testflüge. Bei der Saturn V als Gegenstück wurde das meiste Geld vor den Testflügen für die Entwicklung ausgegeben.

Das man die Tests von Bodenversuchen auf Testflüge ausweitet ist ebenfalls eine Parallele. Wegen der Untestbarkeit der ersten Stufe wohl auch für diese Stufe konsequent. Bei der russischen N-1 weiß man aber, dass dort auch bei Tests der Triebwerken alleine und der oberen Stufen gespart wurden. Bei SpaceX weiß man das nicht, aber bei Ausfällen von Triebwerken schon bei der Zündung wie beim Teststart und einer Probezündung geschehen, denke ich hat man auch da gespart.

Wie es weiter geht, weiß man bei SpaceX nicht. Bei der N-1 wurde das Programm eingestellt weil Wladimir Glushko, Konkurrent von Koroljow und immer gegen das Projekt, die Leitung übernahm und es einstellen ließ, bevor die bessere Generation der Triebwerke zum Einsatz kam.

Morgen geht es dann mit dem zweiten Vergleich weiter.