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Die Falcon 9-Entwicklung

Ein Charakteristikum der Firma SpaceX ist, dass alle Informationen nur kurzzeitig gültig sind. Die Daten von Trägern verändern sich, Ankündigungen für neue Projekte kommen und gehen und Träger werden wieder eingestellt (wie die Falcon 1e und V). So habe ich die Berichterstattung über die Entwicklung der Falcon 9 und ihre Starts von der technischen Beschreibung der Rakete getrennt und sie finden diese in diesem Aufsatz in chronologischer, wenn auch nicht systematischer Folge, eben entsprechend den Informationen von SpaceX bzw. von anderen Quellen. Die technische Beschreibung finden sie in diesem Aufsatz.

Die Entwicklung (aktuell ergänzt)

 TriebwerksblockNach dem Flug der letzten Atlas 3 im Jahre 2006 sollen in Cape Canaveral die beiden Pads 36A und 36B für Starts für die Falcon I und Falcon 9 umgerüstet werden. Derzeit (Januar 2005) muss sich SpaceX aber durch einige Verwaltungshürden und Vorschriften kämpfen. Die Firma hofft, einige von den Versorgungsanlagen für die Falcon verwenden zu können, da sie die gleichen Treibstoffe wie die Atlas einsetzt.  Es wird vor dem Jahr 2007 keinen Start einer Falcon von Cape Canaveral aus geben.

Anders als bei anderen Firmen steckt hinter SpaceX richtig viel Geld. Die Firma gehört Elon Musk, der 1999 seine erste Firma Zip2 an Compaq für 307 Millionen USD und seine zweite Firma PayPal im Oktober 2003 für 150 Millionen USD an e-Bay verkaufte. Dadurch ging die Entwicklung der Falcon recht rasch, obwohl die Firma nur etwa 30-40 feste Arbeiter hat. SpaceX wurde im Jahre 2002 gegründet und hat somit die Falcon in weniger als 3 Jahren entwickelt (ursprünglich sollten es sogar nur 2 sein). Demgegenüber arbeitet Kistler, eine zweite Firma, die ein Trägersystem entwickeln will, seit 1997 an diesem und kann seit einigen Jahren keine wirklichen Fortschritte vorweisen. Durch das Geld von Elon Musk kann die Firma auch einen Fehlstart verkraften und steht dann nicht gleich vor dem Bankrott.

Anfang 2005 hatte SpaceX zwei Kunden für einen Falcon V-Start, die später auf die Falcon 9 umgebucht wurden. Für den Jungfernflug ist eine nicht näher beschriebene US Regierungsnutzlast vorgesehen. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Start nicht bezahlt wird. In der Regel sind Jungfernflüge neuer Modelle für Kunden kostenlos. Der zweite ist ein Start von Bigelow Aerospace, die eine neue aufblasbare Struktur erproben wollen.

Die Falcon 9 mit großer NutzlastverkleidungEin neuer Kunde soll im Oktober 2006 für eine Falcon 9 gebucht haben. MacDonald Dettwiller & Associates will 2008 den 500 kg schweren Cassiope-Satelliten starten, der aus einem niedrigen Erdorbit Datenübertragung in Paketen erproben soll. Weshalb man für eine solch kleine Nutzlast allerdings eine Falcon 9 braucht, bleibt ein Rätsel, schließlich liegt die Nutzlast einer Falcon 9 im Bereich von 9 t. Elon Musk hat den Kadetten der Air Force, die den FalconSat gebaut haben, einen kostenfreien weiteren Start als Sekundärnutzlast versprochen. Als nächste Nutzlast ist für den Herbst TacSat-1 vorgesehen. Der Erststart der Falcon 9 ist um 3 Monate nach hinten gerutscht und nun für 2007 geplant.

Am 9.9.2006 gab Elon Musk bekannt, dass SpaceX einer von zwei Gewinnern einer NASA-Ausschreibung, der NASA Commercial Orbital Transportation Services, ist. Für 278 Millionen USD soll SpaceX 2008/9 drei Testflüge mit einem von ihnen entwickelten Raumschiff namens "Dragon" durchführen. Verlaufen diese erfolgreich, so kann SpaceX mit weiteren Aufträgen rechnen, bei denen zwischen 2011-2015 Dragon Fracht zur ISS transportiert. Elon Musk hofft sogar auf den Transport von Astronauten. Dragon soll, wie die Falcon 9, fast vollständig wieder verwendbar sein. Sollte SpaceX den Transportauftrag gewinnen, so wäre dies eine zuverlässige Einkunftsquelle von 300-500 Millionen US-$ pro Jahr. Konkurrent Rocketplane mit der Kistler K-1 bekam einen zweiten Auftrag im Wert von 207 Millionen US-$. Insgesamt hat SpaceX nun Aufträge für 400 Millionen US-$ akquirieren können, davon alleine 278 Millionen USD für 3 Falcon 9-Starts zur Demonstration ihrer Dragon-Kapsel von der der NASA.

Im September 2007 konnte SpaceX einen großen Erfolg verbuchen: Mit der britischen Firma Avanti wurde ein Vertrag zum Start des kleinen Kommunikationssatelliten Hylas mit einer Falcon 9 (vorgesehen ab Mitte 2009) abgeschlossen. Mit 3 Optionen hat der Kontrakt einen Wert von 150 Millionen US-$. Bislang sind damit 11 Starts gebucht, 6 der Falcon 9 und 5 der Falcon 1.Bis zu diesem Zeitpunkt hat das Merlin 1C Tests mit einer Gesamtdauer von 2.200 Sekunden hinter sich und der erste Tank der Erststufe der Falcon 9 ist fertiggestellt. Ende 2007 hat SpaceX nun 370 Angestellte, Ende 2008 sollen es 550-600 sein. Ab 2008 kann die Falcon 9 auch vom Launchkomplex 40 in Cape Canaveral aus starten, wie die NASA inzwischen bekannt gab.

Merlin 1C TriebwerkIm Mai 2008 konnte SpaceX einen ersten Test der Falcon 9-Erststufe mit 5 Triebwerken ankündigen - die Falcon 5 ist inzwischen von der Website verschwunden. Im Juli folgte der erste Test mit 9 Triebwerken. Nach dem Fehlstart der dritten Falcon 1 hat Elon Musk angekündigt, alle Falcon 9 Starts solange zu verschieben, bis mindestens eine Falcon 1 den Orbit erreicht hat. Am 30.5.2008 gab es den ersten Test eines Teils der Falcon 9 - 5 Merlin 1C-Triebwerke liefen synchron im Schubgerüst in klassischer Kreuzstellung wie bei der Saturn V.

Drei weitere Tests der Triebwerke Ende Juli, Anfang August und Ende September folgten. Allerdings wurden bei diesen ersten Tests nur Brenndauern von 15 Sekunden erreicht, weniger als ein Zehntel der geplanten Betriebsdauer der ersten Stufe. Wenn diese erreicht wird (über eine Zwischenstufe von 50 Sekunden) soll die Stufe qualifiziert sein. Bei anderen Trägerraketen sind durchaus ausgedehntere Tests üblich, bei denen Triebwerke bis zur zehnfachen nominellen Brenndauer gefahren werden, um die Sicherheit zu haben, dass es während des Betriebs keine Probleme gibt.

Anfang November 2009 gab SpaceX bekannt, dass die Falcon 9 ihren Erstflug schon 2009 absolvieren soll und im selben Jahr soll auch der erste Test eines Dragon-Raumschiffs stattfinden. Zur gleichen Zeit laufen Vorbereitungen für den Umbau des Launchpads LC40 in Cape Canaveral. Die Startrampe der Titan 4 hat schon eine neue Basis aus Beton bekommen. Neue Installationen umfassen eine Heliumleitung für den Tankdruck, Installationen von HDTV- und IR-Kameras und einen neuen Hangar, in dem die Rakete vorbereitet wird. SpaceX hofft, denselben Automationsgrad wie bei der Zenit zu erreichen und eine Falcon 9 in weniger als 2 Stunden zu starten.

Auch die eingestellten Arbeiten am Launchpad 3 in Vandenberg werden nach dem Erstflug der Falcon 1 wieder aufgenommen. Es soll nun für polare Flüge der Falcon 1+1e umgerüstet werden. Geplant ist auch der Erwerb des Launchpads 4 für Starts der Falcon 9. Die Falcon 9 könnte polare Starts auch von Kwajalein aus absolvieren, doch ist dies mit einem erhöhten Transportaufwand verbunden und die Infrastruktur dort ist sehr beschränkt. Dabei bietet der Startplatz keinerlei Vorteile bei polaren Starts. Starts in den geostationären Orbit, die von dem niedrigen Breitengrad profitieren sollen, finden in jedem Fall von Cape Canaveral aus statt. So wird Kwajalein nach den ersten Starts vom Cape und Vandenberg aus wahrscheinlich keinen weiteren Start der Falcon mehr sehen. Im November 2008 hatte SpaceX 560 Angestellte, mit einem Durchschnittlsalter von 30 Jahren.

Test der ersten StufeAm 23.11.2009 fand der erste Test der Falcon 9-Erststufe mit der geplanten Brenndauer statt: 160 Sekunden liefen alle neun Triebwerke und weitere 16 Sekunden sieben Triebwerke. Der Test bei Nacht wurde nur an Schulen in kleinen Notizen angekündigt, nicht jedoch allgemein öffentlich bekannt gemacht. So kam es beim Test zu wütenden Protesten: "Man meinte, um 10:30 Uhr wäre eine Bombe explodiert". In den Augen erboster Leserbriefschreiber und auch einiger Offizieller hat SpaceX damit viel an Ansehen verloren.

Am 23.11.2008 gab die NASA bekannt, dass SpaceX einen Auftrag für die Versorgung der ISS über 1,6 Milliarden Dollar erhielt. Dafür muss SpaceX 12 Flüge zwischen 2011 und 2016 mit einem Transport von mindestens 20 t Fracht durchführen. Ausschlaggebend war die geringe Summe, denn OSC, welche auch einen Kontrakt bekam, muss für 1,9 Milliarden Dollar nur 8 Flüge durchführen. Da ein dritter Bieter Einspruch erhob, ist das ganze noch nicht 100 % sicher. Das Geschäftsmodell von SpaceX muss überzeugende Preise bieten, denn 1,6 Milliarden Dollar für 12 Flüge sind nur 133,4 Millionen pro Flug.

SpaceX hat seine Pläne geändert: Hieß es noch vor einigen Monaten, dass man einige Flüge mit der Falcon 1 machen würde, bevor man sich an die Falcon 9 wagt, um sicher zu gehen, dass alle Systeme erprobt sind, soll nun schon bald der erste Falcon 9-Flug erfolgen. Ende Dezember 2008 begannen die Integrationsarbeiten für die erste Falcon 9.

Bestrebungen von Vandenberg aus zu starten, scheint es keine mehr zu geben. Nach den Angaben vom Januar 2009 wird Kwajalein als Startort für polare Starts angegeben.

Danach wurde es sehr lange Still. Nachdem die erste zum Cape gelieferte Falcon 9 suggerierte, die Rakete wäre startbereit, brachten weitere Updates auf der Website erst die Klarheit, dass weder die Bodenanalgen fertig waren, noch die Erprobung der Falcon 9. Nach nur drei Tests der ersten Stufe und zweien der zweiten Stufe galt diese als flugbereit. Im Februar 2010 legte SpaceX der Air Force die Dokumente vor, welche notwendig waren, um das Okay für die Sicherheit zu bekommen, ohne den kein Start möglich ist. Ein statischer Test der Falcon 9 am 9.3.2010 scheiterte jedoch schon vor der Zündung. Bei einem statischen Test wird die Stufe gezündet bis die Triebwerke vollen Schub erreicht haben und dann wieder abgeschaltet. Da viele Probleme sich schon bei der Zündung zeigen, kann so ein Teil der möglichen Probleme schon vor dem Start gefunden werden. Das scheint auch hier der Fall, denn 2 s vor der Zündung, als die Zündung mit hypergolen Substanzen zur Entzündung des Treibstoffs schon lief, schaltete der Bordcomputer die Stufe ab, da ein Subsystem nicht ordnungsgemäß hochfuhr.

Der nächste Test am 13.3.2010 klappte dann. In der Folge machte das Flugterminationssystem Probleme. Erst nach dem statischen Test wurde es eingebaut und der Air Force die Dokumente über das System vorgelegt, die es zertifizieren muss. Ohne das System darf kein Start vom Cape aus erfolgen. Beim Vorgängermodell Falcon 1 war keines nötig, da sie von einer unbewohnten Insel aus startete. Dabei stellte sich heraus, dass eine Komponenten ausgetauscht werden musste. Das verschob den Start weiter. Elon Musk setzte die Erwartungen bei einem Interview recht niedrig: Sollte die erste Stufe funktionieren so wäre das "schon ein guter Tag".

Zum Jungfernflug der Falcon 9 gab SpaceX an, die Mitarbeiterzahl betrage nun 900 Personen. Insgesamt hätte die Firma bislang rund 400 Millionen Dollar in die Entwicklung von Trägerraketen, der Dragon-Kapseln und anderer Systeme investiert. Nach anderen SpaceX-Angaben hat die NASA bislang schon 248 Millionen Dollar aus dem COTS-Programm und 101 Millionen Dollar aus dem Transportauftrag bezahlt. Dazu kommen noch die ersten beiden von der Air Force finanzierten Starts der Falcon 1. Damit ist die Firma inzwischen wie andere Raumfahrtfirmen vollkommen vom Steuerzahler finanziert. Etwa 100 Millionen Dollar sollen von Musk kommen, der im Juni 2010 bankrott ist: 200.000 Dollar Verbindlichkeiten pro Monat stehen Einkünften von 8.433 Dollar pro Monat gegenüber. Das hat schon zu Auswirkungen bei einem anderen Startup von Elon Musk (Tesla Motors) geführt. SpaceX soll dagegen durch die Regierungsgelder gesichert sein. Allerdings hat sich der Zeitplan verschoben. Die NASA war jedoch bereit, der Firma einen Flug zu erlassen, wenn die ersten beiden COTS-Flüge (allerdings mit geänderter Aufgabenstellung) glücken. Der erste Flug könnte 1-2 Monate nach dem Jungfernflug der Falcon 9 stattfinden - sofern diese erfolgreich ist. Der zweite dann im zweiten Quartal 2011.

Verwirrend sind auch weitere beim Jungfernstart gemachte Angaben: SpaceX will bis zu 12 Falcon 9 und vier Dragon-Kapseln pro Jahr fertigen. Da die Falcon 9 wiederverwendet werden soll, es aber keine Angaben gibt, ob dies auch für die Dragon gilt, sollten eigentlich weniger Trägerraketen als Kapseln gefertigt werden. Elon Musk rechnet mit einer Chance von 75 %, dass der erste Start alle Testziele erfüllt und einen Orbit erreicht. Eine Bergung der ersten Stufe ist vorgesehen, eine Bergung der zweiten aber nicht.

Elon Musk kritisierte in einem Interview mit Miles O Brien Neil Armstrong, als dieser sich zusammen mit Eugene Cernan bei einer Kongressanhörung gegen die Einstellung von Constellation durch Obama wandte mit folgenden Worten:

"I’m sorry but I think Neil Armstrong is being manipulated.  And it is a sorry sight indeed.  Because he is of course a national hero.  On the other hand, Buzz Aldrin…you know, I think, you want to go back and look to national heroes on advise for the future of space, there’s Neil Armstrong, who is a great man, and then there is Buzz Aldrin who is also a great man.  Now, Buzz Aldrin is the guy with the PHD from MIT, and Neil is a pilot.  He’s always been a pilot, that’s cool.  But if you are going to look for somebody to render a judgement, a technical judgement on what program makes the most sense, I think you would probably pick the PHD from MIT, rather than the pilot.  And Buzz Aldrin, the PHD from MIT, is the one who is a huge fan of the Obama policy. "

Der erste Startversuch der Falcon 9 scheiterte nach etwa drei Stunden Verzögerung als nach der Zündung die Triebwerke wieder heruntergefahren wurden, analog wie auch das erste statische Zünden scheiterte. Die Firma hat auch hinzugelernt. Nachdem man bei den vorherigen Flügen aufgrund der veröffentlichten Daten herausarbeiten konnte, das die vierte Falcon 9 einen falschen Orbit erreichte und dabei noch den ganzen Treibstoff verbrauchte, obwohl die Nutzlast geringer als die Maximalnutzlast war, gibt es nun keine Daten mehr zu diesem Flug bevor er erfolgt ist:

"Musk told Spaceflight Now on Wednesday he did not want SpaceX's enemies to have a score sheet for "nitpicking" the flight.".

Der Jungfernflug am 14.7.2009

Jungfernflug der Falcon 9Nachdem der Start während anderer Probleme (Schiff im Sicherheitsbereich, Wetter) mehrmals angehalten wurde, gab es einen ersten Startversuch, der bei +3 s abgebrochen wurde. Ursache war eines der Triebwerke, das nicht seine Sollparameter erreichte. Da dieses Problem schon vorher bekannt war genügte ein Update der Computersoftware, um diesen Fehler zu beseitigen. Etwa eine Stunde später klappte dann der zweite Start. Die erste Stufe funktionierte nach den Videos einwandfrei, beim Betrieb der zweiten Stufe waren zwei helle Stellen auf der Düse erkennbar, eventuell durch das Gasgeneratorgas verursacht, das auf die Düsenverlängerung trifft und dort nachverbrennt. In der letzten Minute fing die Stufe dann auch stark an zu rollen und neigte sich der Erde zu. Brennschluss der zweiten Stufe soll nach 578 s gewesen sein. Die Stufe soll mit dem verkleinerten Dragon-Modell einen Orbit erreicht haben, man konnte jedoch keinen angeben. Vermessungen der Luftwaffe ergaben einen 235 x 273 km Orbit mit 34,51 Grad Bahnneigung. Während die Bahnneigung korrekt ist, war der Orbit deutlich elliptischer als geplant. Ob dies am Rollen lag muss noch untersucht werden. Es ist mit Sicherheit nicht für Kunden akzeptabel, die einen Satelliten in einer stabilen räumlichen Ausrichtung und in einem bestimmten Orbit ausgesetzt haben wollen.

Auch gelang es nicht, die erste Stufe zu bergen (der vierte gescheiterte Versuch, nach dreien bei den ersten drei Falcon 1-Flügen). Es konnten nur Trümmer geborgen werden. Zwei Wochen später gab es eine Erläuterung von Ken Bowersox, SpaceX-Ingenieur. Das Rotieren direkt nach dem Start soll durch die Abgase der Gasgeneratoren und die zurückgeworfenen Gase der Triebwerke verursacht worden sein. Die Ingenieure sind zuversichtlich, dieses Problem lösen zu können. Wenn der Effekt durch weitere Flüge genauer bekannt ist, sollte es reichen eines oder mehrere Triebwerke beim Start aus der Vertikalen zu drehen, um ein ein entsprechendes entgegengesetztes Rollmoment zu erzeugen.

Als gravierender stufte Bowersox das Rollen der zweiten Stufe ein. Diesmal hätte es noch nicht das Erreichen des Orbits beeinflusst, doch das könnte auch anders sein. Es könnte auch ein unerwünschter Orbit resultieren, oder dass ein solcher nicht erreicht wird. Schließlich, auch das wurde bekannt, flog diesmal die Falcon 9 ohne Nutzlast, nur mit einer aerodynamischen Verkleidung in der Form einer Dragon-Kapsel - um nichts mehr handelt es sich also bei der ominösen Dragon Spacecraft Qualification Unit (DSQU), welche im Vorfeld bei SpaceX immer wieder erwähnt wurde, aber von der es keine weiteren Angaben gab. Das Rollen beeinflusst nicht nur den Orbit (der zumindest nach NORAD deutlich vom kreisförmigen 250 km-Orbit abweicht), sondern ist auch bei Kunden unerwünscht: Die meisten geostationären Satelliten sind dreiachsenstabilisiert. Werden sie in einer Drehung ausgesetzt, so werden die Solarpaneele nicht beschienen und die Batterien entladen sich schnell. Die Bodenkontrolle müsste in diesem Falle sehr schnell die Rotation stoppen, um den Satelliten nicht zu verlieren, während sich sonst die Inbetriebnahme über Tage und Wochen hinzieht.

Bowersox bestätigte, dass die erste Stufe den Wiedereintritt nicht überstand. Dass nicht nur das Fallschirmsystem versagte, sondern die Stufe in Stücke zerlegt wurde bevor sie überhaupt die dichtere Atmosphäre erreichte, wäre an den Trümmern zu erkennen. SpaceX würde nun daran arbeiten, bei den nächsten Starts den Schutz zu verbessern und wenn dies auch nicht ausreicht, würde man die Bergung aufgeben und das Fallschirmsystem weglassen.

Dieser Kernpunkt scheint sehr problematisch zu sein. Es ist die vierte versuchte Bergung, wie schon bei allen Falcon 1-Stufen scheiterte sie erneut. War ursprünglich davon die Rede, dass die Bergung der ersten Stufe wesentlicher Bestandteil des Geschäftsmodells sei, um günstige Starts zu ermöglichen, so rückt die Firma inzwischen davon ab. Elon Musk sagte, auch so wäre SpaceX profitabel. Auf der anderen Seite weisen die SpaceX-Seiten bei schweren Nutzlasten, bei denen die Bergung der zweiten Stufe nicht möglich ist, einen Aufpreis von 6,7 Millionen Dollar aus - soviel kostet also die zweite Stufe. Da sollte die erste Stufe mit einer fünfmal größeren Startmasse und neun statt einem Triebwerk noch erheblich wertvoller sein. Von einer Bergung der zweiten Stufe, bei der noch viel höhere Belastungen auftreten, ist inzwischen nicht mehr die Rede.

Zweiter Flug - diesmal ohne Probleme

Im Vorfeld gab es Probleme bei dem statischen Test der neun Triebwerke, der erst beim dritten Anlauf wegen abweichender Parameter bei zwei Triebwerken klappte. Bei der sich anschließenden Inspektion wurden dann zwei Risse an der Düsenverlängerung aus Niob bei der zweiten Stufe entdeckt. SpaceX musste dann die Düse reparieren, dazu wurde einfach die Düsenverlängerung entfernt. Die folgenden Düsen werden wahrscheinlich auch gekürzt werden, was Performance kosten könnte. Andere Firmen hätten sich vielleicht auf die Suche nach der Ursache gemacht, schließlich sind Risse in der Düse, die aus reinem Metall ist, schon etwas außergewöhnliches. Bei anderen Trägern schließt sich hier meist eine intensive Kontrolle der Fertigung an, da dies ja nur einer von mehreren versteckten Fehlern sein könnte.

Beim Start fing eine Verbindungsleine Feuer und der Startturm wirkte danach auch etwas angeschmort. Ursache soll ein nicht geschlossenes Ventil auf der Seite des Startturms gewesen sein. Bei der Rakete waren alle Ventile geschlossen und sie konnte nicht Feuer fangen.

Das Presskit zum zweiten Flug lieferte einige neue Daten. Die Brennzeit der ersten Stufe war identisch zum ersten Flug und lag bei 178 s. Diese scheint konstant zu sein. Die zweite Stufe brannte deutlich länger: 351 s statt der 332 s beim Jungfernflug. Es wurden auch 1.000 kg mehr Treibstoff in der zweiten Stufe mitgeführt. Dabei wurde der spezifische Impuls und Schub leicht nach unten korrigiert: 411 kN und 3.295 m/s. Vorher waren es 420 kN und 3.366 m/s. Nutzlast war die 5.200 kg schwere Dragon-Kapsel ohne Nutzlast. Obwohl die Nutzlast deutlich leichter und der Orbit energetisch günstiger als der zur ISS war (300 km Höhe, 34,5 Grad Neigung, diesmal 288 × 301 km erreicht) ist die Brennzeit der zweiten Stufe deutlich länger als die nominelle Brennzeit von 345 s. Rückschlüsse über die Nutzlast sind so nicht möglich. Immerhin korrigiert das NASA-Presskit die Nutzlast auf 9.800 kg in einen LEO-Orbit, 8.510 kg zur ISS, die SpaceX-Angaben auf der Website liegen immer noch bei 11.500 kg

Es wurden einige Sekundärnutzlasten transportiert: Die experimentellen militärischen Kommunikationssatelliten SMDC-ONE, Perseus 000 bis 003, die militärischen Technologiesatelliten QBX 1 und 2 sowie der Technologiesatellit Mayflower-Cerus (Northrop Grumman, University of Southern California). Alle Satelliten hatten Massen von nur wenigen Kilogramm.

Die beförderte Dragon unterscheidet sich noch vom späteren Einsatzmuster. So verfügt sie noch nicht über die Solarzellen und die Software für die Kopplungsmanöver ist auch noch nicht fertig. Es ist die "kurze" Version noch ohne die zylindrische Erweiterung. Diese Version kann nur in der Kapsel Fracht transportieren, wofür 7 m³ Volumen zur Verfügung stehen. Die lange Version kann in 14 m³ im Heck weitere Fracht befördern. Die endgültige Version der Dragon wiegt je nach Version mindestens 6.000 kg.

Auch diesmal sollte die erste Stufe geborgen werden. SpaceX schraubte die Erwartungen aber herunter: "Volle Wiederverwendung erfordert mehrere Versuche". Eventuell wäre man in einigen Jahren soweit, eine erste Stufe zu bergen. Diesmal war das Wetter dran schuld, dass nicht geborgen wurde. Elon Musk deutete in seinem sehr schwer verständlichen Statement aber auch an, dass die Anforderungen für die Stufenbergung und das Problem des Verlustes an Nutzlast noch nicht gelöst sind. Er hatte schon früher geäußert, dass eventuell darauf ganz verzichtet wird. Wenn, dann wäre in frühestens 2 bis 3 Jahren daran zu denken. Das deckt sich nicht ganz mit früheren Aussagen nach denen er sagte:

“We will never give up! Never! Reusability is one of the most important goals. If we become the biggest launch company in the world, making money hand over fist, but we’re still not reusable, I will consider us to have failed.”

Die Dragon nach der BergungElon Musk hat nach den Fehlschlägen bei der Falcon 1 auch die Meßlatte für den Flug geringer gelegt und nur eine Erfolgschance von 60 % prognostiziert. Wie bei den letzten (und allen vorhergehenden Flügen) wurde die erste Stufe auch diesmal nicht geborgen.

Die Kapsel landete 10 km vom Zielpunkt entfernt (nach andere Angaben, die leider nicht bestätigt wurden, 800 m)  - innerhalb der großzügigen Landeellipse, die 20 x 60 km groß war, aber deutlich unter den optimistischen Planungen, die mit den Draco-Triebwerken eine Punktlandung innerhalb von 500 m vorhersagten. Die Abweichung ist für einen beim Wiedereintritt gesteuerten Körper recht groß, schon im Gemini-Programm betrug sie in der Regel weniger als 2 km. Der nicht aktiv gesteuerte ARD der ESA erreichte 1998 eine Genauigkeit von 4,9 km. Die hohe Landegenauigkeit wäre für eine später vorgesehene Landung auf dem Festland wichtig, daher auch die überdimensionierten Fallschirme, um die Aufprallgeschwindigkeit zu senken (diesmal 18 km/h).

Die NASA-Pressekonferenz war sehr ungewöhnlich. Auch nach Ansicht eines anderen Beobachtersgab es wenige Fakten und viele Meinungen. Ungewöhnlich war, dass weder Fotos erlaubt waren, noch die NASA eigene Fotos der Startvorbereitung und des Starts veröffentlichen durfte. Offensichtlich hat SpaceX noch nicht erkannt, dass diese Starts vom Steuerzahler bezahlt werden und diese bisher übliche Geheimniskrämerei nicht angemessen ist, wenn diese bei einer NASA-Pressekonferenz mehr Details und Daten von dem Flug haben wollen.

An Bord der Kapsel war, das wurde einen Tag später bekannt, ein Käselaib als "geheime Nutzlast". Sinnvoller wäre sicher gewesen, ein Lebewesen mitzuführen, so wie die Sowjets bei einer Zond-Sonde Schildkröten um den Mond schickten. Die Gesamtinvestitionen in Falcon 9 und Dragon bezifferte Elon Musk nun mit 600 Millionen Dollar. Er gab auch an, dass vor dem NASA-Auftrag über 1,6 Milliarden Dollar SpaceX nach dem dritten Fehlstart einer Falcon 1 Mitte 2008 vor dem Bankrott stand. Seine Eigenbeteiligung an SpaceX wurde mit "über 100 Millionen Dollar" angegeben.

Nun möchte SpaceX, dass der nächste Flug gleich zur ISS geht, das würde einen COTS-Entwicklungsflug einsparen und das COTS-Programm auf zwei Flüge reduzieren. Der vierte Start einer Falcon 9 könnte dann ein Versorgungsflug für die ISS sein.

2011 - kein Start, sensationelle Ankündigungen und Klagen

Beim Passieren von MaxQSpaceX hat sich nun auch entschlossen, nicht mehr Pad 3 sondern 4 Ost in Vandenberg zu nutzen, sofern eine Startrampe dort entstehen sollte. Da Vandenberg nur für Falcon 9-Starts in polare Orbits nötig ist und der erste Start einer Falcon 9 in einen solchen Orbit steht nicht vor 2017 an.

Ursache der Risse in der Düsenverlängerung soll ein Ventil für gasförmigen Stickstoff sein. Durch ein diffuses Entlassen soll diese Fehlermöglichkeit beseitigt werden. Die zweite Stufe wurde erneut gezündet und gelangte in einen Orbit mit einem Apogäum von 11.083 km Höhe (Geschwindigkeitsdifferenz 1.569,3 m/s, genaue Umlaufbahn: 288 x 11.083 km x 34.,6 Grad). Bei einer Trockenmasse von 4 t würde dies eine Maximalnutzlast von 7,2 t für das Block I-Design bedeuten (die in SpaceX mit "typisch" 6,8 t angegebene Nutzlast würden dann einer Trockenmasse von 3,3 t für die zweite Stufe entsprechen). Ob das nur 7 % schwerere Block II-Design hier weitere 3.000 kg herausholt? Es darf bezweifelt werden.
[Edit: Nachdem in einem NASA-Presskit die genaue Stufenmasse auftauchte (2.957 kg) ist es möglich, die maximale Nutzlast bei diesem Flug für diesen Orbit zu berechnen. Ich komme auf 6.870 kg. Bei gleichen Stufenleermassen müsste (ohne Berücksichtigung der Verringerung der Gravitationsverluste durch einen höheren Schub) bei volleren Tanks das Block II-Design auf 7.510 kg in diesen Orbit kommen.]

Am 14.2.2010 fordert die NASA SpaceX auf, weitere Dokumente vorzulegen um zu entscheiden, ob die beiden ausstehenden COTS-Demoflüge 3+2 zusammengelegt werden sollen. Der Leiter des COTS-Programmes Lindenmoyer gibt sich reserviert und weist darauf hin, dass für den zweiten Flug zahlreiche Manöver geplant sind und gewährleistet sein muss, dass die Kapsel über die notwendigen Treibstoffreserven verfügt, um sowohl alle Flugmanöver des zweiten wie auch dritten Fluges durchzuführen. Weiterhin seien elementare Systeme noch nicht getestet worden wie Annäherungssensoren, Solarzellen und Racks, denn das alles war beim ersten Flug nicht an Bord. SpaceX drängt auf eine Zusammenlegung beider Flüge und Elon Musk hält die Dragon für ausgereift genug, um beide Missionen durchführen zu können. Bisher kostet die Entwicklung der Dragon und Falcon 9 rund 600 Millionen Dollar, je 300 Millionen für die Dragon und Falcon 9. Von der NASA erhielt SpaceX bisher für die Absolvierung von 25 der 29 "Milestones" des COTS-Programms 298 Millionen Dollar.

Am 6.4.2010 stellte SpaceX die "neue" Falcon Heavy vor: Gegenüber der bisher projektierten Falcon 9 Heavy ist sie deutlich schwerer (1.400 zu 885 t), hat eine höhere Nutzlast (45 zu 32 t) und bietet als Option die Möglichkeit des "Cross-Feeding": Die äußeren Booster leiten ihren Treibstoff in die Zentralstufe, die dadurch länger brennen kann. Das soll die Nutzlast auf 53 t erhöhen. Mit dieser Rakete bewirbt sich SpaceX um Aufträge des NRO/USAF, da bisher die Falcon 9 nicht leistungsfähig genug war, damit die Firma bei den EELV-Ausschreibungen berücksichtigt werden konnte. NASA, USAF und NRO senken auch die Einstiegshürde für Starts (offiziell für alle Firmen, aber nur SpaceX bewirbt sich derzeit um Aufträge). Die bisherigen Bedingungen konnte SpaceX nicht erfüllen, weil sie eine bestimmte Anzahl von erfolgreichen Starts vorsahen, die nötig waren, um die Zuverlässigkeit einer Rakete statistisch abzusichern. Wie genau die neuen Bedingungen aussehen wurde nicht veröffentlicht. Während dessen meldet Russlands Raumfahrtagentur Roskosmos, dass die Dragon derzeit noch keine Erlaubnis hat an der ISS anzudocken. SpaceX versäumte es offensichtlich, diesen Partner mit den entsprechenden Dokumenten und Protokollen zu versorgen. Für die Entwicklung eines Rettungssystems bekam SpaceX dann am Ende April 2011 weitere 75 Millionen Dollar von der NASA. OSC und SpaceX erhielten beide weitere 80 Millionen Dollar in zwei Etappen von der NASA, wahrscheinlich um gestiegene Kosten abzufangen. Im Oktober 2010 die erste Hälfte und die zweite wurde im März 2011 beantragt.

Auch die Falcon 9 wurde vergrößert. Nun ist von einer Startmasse von 480 t die rede (vorher 333 t). Die Nutzlast stieg bei LEO von 11,5 auf 16 t an, bei GTO blieb es bei 4,5 t. Kritiker wie der Autor hatten ja schon vorher bemängelt, dass bei den angegebenen spezifischen Impulsen diese 4,5 t GTO-Nutzlast bei 11,5 t LEO-Nutzlast physikalisch fast unmöglich sind, da sonst die zweite Stufe extrem leichtgewichtig sein müsste.

Falcon 9 mit 5,2 m VerkleidungWährenddessen plant SpaceX schon die erste Marslandung. Die Entwicklung des Merlin 1D für die Falcon Heavy macht große Fortschritte. Schon 150 Zündungen soll es gegeben haben. Die "upgrade"-Version des Merlin 1C mit 556 kN Vakuumschub wird daher nicht kommen, sondern ab dem siebten Start der Falcon 9 gleich das Merlin 1D. 2011 sollen 60 Triebwerke produziert werden, 2010 waren es 40. Währenddessen hat sich SpaceX still und leise von der Bergung der ersten Stufe verabschiedet - es waren eben keine thermischen Probleme, sondern strukturelle. Die Stufe ist ohne Umkonstruktion nicht bergbar und ein Versuch wird es beim nächsten Flug nicht geben.

SpaceX bemüht sich auch Sekundärnutzlasten zu starten. Die Falcon 1e wird wahrscheinlich nicht gebaut werden (ob es eine ausreichende Nachfrage gibt wird Ende 2011 evaluiert) und sich in die Reihe der Papierraketen von SpaceX wie der Falcon 5 und Falcon 9 Block II einreihen. Stattdessen will SpaceX den von Atlas und Delta bekannten ESPA-Ring einführen und damit bis zu 180 kg schwere Sekundärnutzlasten starten. Dies soll 4-5 Millionen Dollar bei LEO-Nutzlasten und 7-9 Millionen Dollar bei GTO-Nutzlasten kosten (die Falcon 1e wurde für 8,9 Millionen Dollar bei 1.010 kg Nutzlast angeboten. Somit ist der Transport einer Sekundärnutzlast auf der Falcon 9 teurer als eine eigene Rakete vom gleichen Hersteller). Für drei Cubesats von 1 je kg Gewicht steht der P-POD zur Verfügung. Ein P-POD kann für 200.000 bis 325.000 $ in den LEO und 350.000 bis 575.000 $ in den GTO mitgeführt werden. SpaceX will dafür vor allem die CRS-Flüge nutzen. Der Grund ist recht simpel: Da das Block II-Design nun ersatzlos dem Block III weicht, hat eine Falcon 9 eine maximale Nutzlast von rund 16 t in den LEO-Orbit. Sie wird zwar zur ISS etwas kleiner sein, aber die Dragon Raumkapsel ist viel zu leicht für die Rakete. Zwar kann nun tatsächlich die 6 t Nutzlast, die lange angekündigt werden, zur ISS befördert werden. Doch die ISS benötigt vor allem Fracht im Druckmodul und hier ist aufgrund der konischen Form das Volumen der limitierende Faktor. So wird die Nutzlast der Falcon 9 Block III kaum ausgenutzt werden und daher sollen Sekundärnutzlasten diese Lücke füllen. Geplant ist schon beim COTS 2-Flug die Mitführung von zwei ORBCOMM-Satelliten. Da dieser Flug zur ISS geht, muss dies aber von der NASA abgesegnet werden.

Im Juni 2011 verklagte SpaceX den Raumfahrtexeperten Joe Fragola, der auch Mitglied des NSF-Panels ist. Dieses Sicherheitspanel wurde nach dem Brand von Apollo 1 eingerichtet und sollte unabhängig von der NASA Empfehlungen zur Sicherheit bei bemannten Raumfahrzeugen aussprechen. In der Vergangenheit hatte es sich negativ gegenüber neuen Raumfahrtfirmen und ihren laufenden Projekten wie SpaceX-Dragon ausgesprochen und sie für noch nicht qualifiziert für bemannte Transporte angesehen. Ursache der Klage über 1 Million Dollar Schadensersatz sollen "Gerüchte" sein, die Joe Fragola gehört habe. Demnach soll es beim letzten Flug der Falcon 9 einen Ausfall von zwei Triebwerken gegeben haben und nach der Stufentrennung sollte sie explodiert sein.

Falcon 9 - weiche Landung der ersten StufeAm 2.8.2011 wurde die Klage eingestellt. Über die Details der Einigung wurde nichts verlautbart. Eine Woche später, am 9.8.2011, gab SpaceX bei einer Anhörung des NSF bekannt, dass es tatsächlich einen Triebwerksausfall bei diesem Flug gab, eine Tatsache, die sie zwei Monaten vorher in der Klageschrift bestritten hatte. Pikanterweise wusste davon auch die NASA, aber eben nicht das NSF. Ursache war eine zu sauerstoffreiche Mischung im Gasgenerator. Sie kann zu hohen Gastemperaturen führen, welche eine Turbopumpe beschädigen können. Wenn zum Ausgleich des asymmetrischen Schubs dann ein zweites Triebwerk abgeschaltet wurde, entspricht dies genau den Tatsachen, wegen denen Joe Fragola weniger Monate vorher verklagt wurde. Diese Episode zeigt leider auch, dass selbst bei NASA-Flügen nicht damit zu rechnen ist, dass die Öffentlichkeit über alle Details des Fluges informiert wird. Auch durften Bilder der Startvorbereitung und des Starts des COTS 1-Demofluges erst im April 2011 veröffentlicht werden. SpaceX untersagte die Veröffentlichung dieser qualitativ ihren eigenen Bildern überlegenen Bilder bis zu diesem Zeitpunkt.

Derzeit ist der kombinierte COTS 2/3-Flug für den 30.11.2011 geplant. Er wird nur wenige hundert Kilogramm nicht essentielle Nutzlast zur Station befördern, da er ein Demonstrationsflug ist. Stattdessen will SpaceX zwei ORBCOMM-Satelliten nach der Dragon aussetzen. Sie sind der Grund, warum die NASA bislang diesen Flug noch prüft, ob sie keine Gefahr für die ISS sind oder die primären Missionsziele nicht gefährden.

Landung der zweiten StufeInzwischen gibt es weitere Pläne von SpaceX, beide Stufen nicht nur wiederzuverwenden, sondern sogar weich und punktgenau mit den Triebwerken am Startort wieder zu landen. Bis zu tausendmal sollen die Stufen nach Aussage von Elon Musk wiederverwendbar sein. Unabhängige Fachleute halten das bisher nur in Videos vorgestellte Konzept für technisch nicht möglich. Schon 2013 sollen erste Tests eines Prototypen der ersten Stufe mit Landebeinen unter der Bezeichnung "Grasshopper RLV" von McGregor in Texas aus durchgeführt werden. Allerdings kann dieser nur den letzten Teil der Landung erproben, da er (nach stufenweiser Anhebung) maximal 3,5 km Höhe erreicht. Wie die Stufe aber zum Startplatz zurückkommen soll (bei der Abtrennung dürfte sie sich mindestens 100 km vom Startort entfernt befinden und eine Geschwindigkeit von >2 km/s nach Osten aufweisen, welche sie noch weiter vom Startort wegführt) ist ungeklärt, genauso wie die zweite Stufe trotz ihres ungünstigen Schwerpunkts nur mit einem Hitzeschutzschild am Kopf den Wiedereintritt überstehen soll.

Insgesamt mehren sich neben technisch immer anspruchsvolleren Konzepten auch Fragen über die Ausrichtung von SpaceX. So soll die Falcon Heavy in den Boostern ein Voll-/Strukturmasseverhältnis von 30 aufweisen. Das ist schon deswegen bemerkenswert, weil sehr viele kleine Triebwerke, wie sie SpaceX einsetzt, immer schwerer sind als wenige große. Bei der derzeitigen Falcon 9 wiegt der Triebwerksblock 7.700 kg, das sei nach SpaceX-Angaben die Hälfte der Trockenmasse, die dann rund 15,4 t beträgt. Bei einem Startgewicht von 270 t entspricht das dem Faktor 17. Wenn die Falcon Heavy dann 30 erreichen soll, ist sie sehr viel leichtgewichtiger mit weniger Reserven. Nun scheiterten alle Bergungsversuche der viel "massiveren" Falcon 9-Erststufe, auf dem Boden kam nur ein Trümmerfeld an. Es wird also notwendig sein, die Stufe massiv zu verstärken und dass sie erheblich schwerer ist, dafür gibt auch das Video Hinweise, denn dort wird bei der Landung ein Merlin 1D genutzt um abzubremsen. Dessen auf 70 % reduzierter Schub liegt aber bei 38 t. Damit die Stufe nicht abhebt muss sie bei der Landung schwerer sein - oder dreimal so schwer wie eine derzeit in der Entwicklung befindliche Falcon Heavy-Erststufe. Es macht weder technisch noch wirtschaftlich Sinn, zwei Entwicklungen zu betreiben die völlig entgegengesetzt sind - zum einen eine sehr leichte Stufe und zum andern eine sehr massive Stufe, die auch den Wiedereintritt übersteht. Viel mehr Sinn würde es machen, in der Falcon Heavy, die viel mehr Nutzlast aufweist als derzeit ein Kunde nachfragt, eine massive Stufe einzusetzen und an dieser erst mal eine "normale" Landung mittels Fallschirmen und Airbags im Meer zu erproben, dann an die Wiederverwendung zu gehen und zuletzt an die Punktlandung. Dass dies Nutzlast kostet, ist bei der Falcon Heavy wegen ihrer viel hohen Nutzlast (100 % mehr als jeder Konkurrent) am ehesten verschmerzbar.

Bedingt durch den Ausfall einiger Progresstransporter hat sich, wie schon vorher angedeutet, der Start des COTS 2/3-Fluges auf 2012 verschoben. Dafür scheinen nun auch die Russen diesem Flug zuzustimmen. Im Dezember 2012 wurde dies bestätigt und als Starttermin der 7.2.2012 angegeben. Es wird nur ein Orbcomm-Satellit mittransportiert.

Ein NASA Dokument, in dem die Kosten von SpaceX beleuchtet wurden, ergab zwar, dass tatsächlich die Kosten deutlich niedriger sind als bei kommerziellen Vorgehensweisen oder gar dem NASA-Modell: Sie betragen nur 443 Millionen Dollar. Allerdings taucht im selben Papier auf, dass die Fertigungskosten für die beiden ersten Flugexemplaren (ohne Gewinn und ohne Reserven) bei 143,6 Millionen Dollar liegen und damit weitaus höher, als die offiziellen Startpreise von SpaceX sind - dabei wird damit kein Gewinn gemacht. Dieser müsste dann den Preis auf über 80 Millionen Dollar ansteigen lassen, womit die Falcon 9 sich nun der Delta II und Taurus II nähert.

2012: Es zieht sich

Anfang Januar 2012 erfuhr man von der Presse, dass Ken Bowersox, als früherer Astronaut eine der Gallionsfiguren von SpaceX, schon Ende 2011 seinen Hut genommen hatte. Auf der SpaceX-Webseite fand sich kein Hinweis, er wurde nur aus der Liste der dort erwähnten Angestellten gestrichen.

Schrittweise rutsche der Starttermin des COTS 2/3 vom Februar weiter nach hinten. Selbst als es am 29.4.2012 einen statischen Test der Falcon 9 gab (der wieder kurz vor der Zündung abgebrochen wurde), war die Dragon noch nicht startbereit. Die NASA gab an, dass immernoch die Software von SpaceX validiert werden müsste. Sehr peinlich ist dies vor allem, weil der Chefentwickler von SpaceX schon Monate vorher aussagte, die Software wäre fehlerfrei.

Das Presskit zu COTS 2/3 weist nun noch höhere Brenndauern der Stufen aus: 180 s für die erste und 362 s für die zweite Stufe. Nach der Pressekonferenz soll die Dragon nun voll mit Treibstoff sein, um die zusätzlichen Manöver abzuwickeln (ähnliches kennt man auch von den ersten beiden Flügen von HTV und ATV), trotzdem scheint die Nutzlast, die zur ISS transportiert wird (520 kg) recht niedrig, schlussendlich wirbt SpaceX noch immer mit 6 t Nutzlast. Dabei wurde der ORBCOMM-Sekundärsatellit, der eigentlich beim selben Flug mitgeführt werden sollte, schon von der Nutzlast gestrichen. Sie sollen nun bei den CRS-Flügen mitgeführt werden.

Die lange Brenndauer, die trotzdem niedrigerer Umlaufbahn (310 x 340 km geplant ist (unterhalb der Bahnhöhe der ISS von momentan (392 x 402 km) und das es nur alle drei Tage ein Startfenster gibt, weisen darauf hin, dass die jetzige Dragon an der Nutzlastgrenze der Falcon 9 ist. Wäre sie es nicht, so könnte man mehr Güter mitführen oder man hätte mehr Freiheiten beim Startfenster: Versäumt man es, so muss man an den folgenden Tagen die Bahn leicht verschieben, da die ISS dann den Startort nicht genau überquert, sondern sich etwas westlich oder östlich befindet - je mehr Tage zwischen zwei Startfenstern liegen, desto geringere Reserven gibt es, um die Bahn zu verschieben. Das ATV hatte ein Startfenster jeden Tag, die Dragon eines alle 3-5 Tage, je nach Startdatum.

Wer indes hoffte, beim zweiten COTS-Flug weitere Daten über Dragon und Falcon 9 zu bekommen, wurde wie gewohnt enttäuscht. Weder Stufenmassen der Falcon 9 noch das Gewicht der Dragon tauchen auf. Stattdessen findet man widersprüchliche Angaben. Je nachdem wo man liest, finden sich im Presskit als Maximalnutzlast der Dragon 3.310 oder 6.000 kg.

Elon Musk schläft nach eigenen Angaben wegen des COTS 2/3-Fluges schlecht und glaubt nur zu 40 bis 50% an die Erfüllung aller Missionsziele. Das sind erstaunliche Aussagen, wenn man sonst die von ihm stammenden Aussagen über zukünftige Projekte und den Erfolg von SpaceX nimmt. Nach zwei Testflügen der Dragon (Strukturmodell, erste Version ohne Solarzellen) soll nun der dritte, der nur wenig Fracht mitführt, nur zu 40 bis 50% erfolgreich sein? Die Frage ist, warum man dann auf die Zusammenlegung der Flüge bestanden hat, statt vielleicht erst COTS 2 abzuschließen, wenn ein kombinierter Flug so riskant ist. Man wagt ja gar nicht einen Vergleich zum ATV oder HTV zu ziehen, wo der erste Flug zwar auch Erprobungscharakter hatte, aber auch fest eingeplant war für die Versorgung der Station. In beiden Fällen wurden 4 bzw. 5 t Fracht zur ISS gebracht.

Dessen ungeachtet plant SpaceX schon den ersten Versorgungsflug für den 18.8.2012. Immerhin ein Startdatum, dass nun von der NASA stammt. Die Angaben des Launchmanifests von SpaceX weisen ja gravierende Differenzen zur Wirklichkeit auf. Differenzen scheint es auch zwischen den SpaceX- und den NASA-Angaben zu geben. So ergab ein Audit des NASA-Inspectors General über die Beschaffung von Trägern und die damit verbundenen Kosten, dass die NASA mit 111 Millionen Dollar für einen Falcon 9-Start im Jahre 2012 rechnet und deren Nutzlast mit 6.500 kg in einen 600 km hohen polaren Orbit einsortiert. Im Users Guide von SpaceX sind es für dieselbe Bahn aber 7.782 kg und die Preisangabe auf der Website beträgt 54 Millionen Dollar, also weniger als die Hälfte. Das Dokument kommt zu dem Schluss, dass die Falcon 9 für eine Mission (SWAP) zu teuer und nicht vor Ende 2013/Anfang 2014 qualifiziert sei. Mit demselben Argument wurde schon 2010 ein Einspruch von SpaceX an die GAO, man hätte den Start von LADEE nicht an eine Minotaur vergeben dürfen, weil diese militärischen Ursprungs sei, abgelehnt. Auch hier befand die GAO, dass sich nur qualifizierte Vehikel um Aufträge bemühen können.

Dieser Bericht zeigt auch das Problem von SpaceX bei der NASA: Die Kosten für die NASA werden mit 111 Millionen angesetzt. Es sind die internen Kosten und die beinhalten eben auch die Aufwendungen für die NASA. Unklar ist, was diese sind, erhöhter Aufwand bei der Kommunikation/Kontrolle? Die Verzögerung bei COTS 2/3 kostet ja auch die NASA Geld, denn ihre Leute müssen alles abnehmen. Eventuell sind es Zusatzkosten, weil die Anforderungen der NASA höher sind als die kommerzieller Kunden. Auch die Atlas V, die im selben Dokument untersucht wird, ist teuer als die offiziellen Startpreise von Lockheed-Martin, aber die Differenz ist weitaus geringer. Weiterhin erfährt man, dass die NASA nur einen Auftrag vergeben kann, wenn der Zertifizierungstermin etwa 30 Monate vor dem geplanten Start liegt. Das ist die übliche Vorlaufzeit für die Fertigung eines Trägers. Das bedeutet, dass SpaceX, wenn die Falcon 9 im Januar 2014 zertifiziert ist (Angabe im Dokument "Late 2013, early 2014), frühestens Mitte 2016 den ersten Start einer Wissenschaftsnutzlast für die NASA durchführen kann.

Startfenster - eine neue Herausforderung

Vor dem Start benannte die NASA den Flug um in COTS 2+ und machte damit deutlich, dass nicht alle Ziele beider Flüge erreicht werden können, trotz inzwischen fast 3 Jahren Verzögerung (geplanter Start: Juni 2009). Sie sollen beim ersten CRS-Flug nachgeholt werden, was diesen praktisch zu einem weiteren Testflug macht.

Das Presskit weist nochmals höhere Brennzeiten von erster und zweiter Stufe (180/360 s) auf, die nun schon länger als die im Usersmanual sind. Die Treibstoffzuladung betrug diesmal 39.000/7.300 Gallonen Sauerstoff (168,3 und 31,5 t) und 25.000/4.600 Gallonen Kerosin (78.500/14.500 kg).

Bisher hatte SpaceX ein Privileg, das keine andere Raumfahrtfirma hatte. Es ist dies, die Rakete dann starten zu können, wenn es ihnen passt. Bei den meisten Aufträgen gibt es aber ein Startfenster. Bei kommerziellen Transporten in den GTO ist es etwa eine Stunde lang, bei ISS-Missionen erheblich kürzer, nur wenige Sekunden bis Minuten, je nach Fähigkeit der Trägerrakete, Abweichungen zu kompensieren. Der Start zur ISS, dies wurde schon im Vorfeld bekannt, muss auf die Sekunde erfolgen. Die Kapsel benötigt viel Treibstoff für die vorgesehenen Manöver, weshalb auch die Nutzlast sehr klein ist. Spielräume, um Verzögerungen durch eine Verschiebung der Bahn zu kompensieren, gibt es nicht mehr. Doch schon die Probezündung am 29.4.2012 klappte erst beim zweiten Anlauf.

Und so kam es wie es kommen musste, der erste Startversuch am 19.5.2012 wurde beim Abheben gestoppt - die Flugcomputer hatten einen zu hohen Druck in Triebwerk 5 festgestellt und den Start abgebrochen. Später wurde bekannt,  dass es nicht nur ein bisschen zu hoher Wert in einem der Triebwerke war, den man mit einer leichten Softwareanpassung in den Griff bekam (wie es Elon Musk twitterte), sondern ein defektes Turbopumpenventil. Das Triebwerke startete normal, doch dann stieg der Brennkammerdruck schnell an und eine halbe Sekunde vor dem Start brach der Bordcomputer ab. Gwen Shotwell äußerte später, dass wenn dies nicht erfolgt wäre, die Mission gescheitert wäre ("We aborted with purpose. It would have been a failure if we had lifted off with an engine trending in this direction."). Denn anders als SpaceX behauptet, hat die derzeitige Version der Falcon 9 keine engine-out capabillity in allen Flugphasen. Die Rakete startet nur mit knapp 1,2 g und ein direkt nach dem Start ausgefallenes Triebwerk würde sehr gravierende Konsequenzen haben. Im günstigsten Falle würde die Rakete keinen Orbit mehr erreichen. Später wurde bekannt, dass ein Stickstoffdruckventil, das die Triebwerke vor dem Start reinigen sollte, sich nicht mehr schloss. Es wurde ausgewechselt durch ein neues, geprüftes, Exemplar.

Dies ist nicht das erste Mal. Abbrüche aufgrund zu hohem Brennkammerdrucks gab es mindestens dreimal bei Starts oder static fire tests der Falcon. Schaut man sich die Historie an, dann sieht es noch übler aus: Alle drei static firings und Starts der Falcon 9 wurden abgebrochen. Bei der Falcon 1 konnte ich zu 4 von 4 Flügen Daten auftreiben. Dabei gab es zwei statische firings, die zum richtigen Zeitpunkt stattfanden. Bei den anderen beiden gab es genauso Abbrüche. Bei den beiden, die pünktlich stattfanden, gab es dann aber Anomalien und von den fünf Starts der Falcon 1 fand nur einer zum geplanten Termin statt - der vierte Start einer Falcon 1. In Zahlen: Die Chancen, dass ein statischer Brennversuch oder Countdown pünktlich erfolgt, liegen bei 3:1 oder rund 20%.

Der Start verlief dann drei Tage später, nachdem das Ventil ausgetauscht wurde, problemlos. Auch hier gab es erneut Abweichungen von der Sollbahn: Geplant waren nach Startmanifest 310 x 340 km mit einer Inklination von 51,80 Grad. Auch hier gab es wieder deutliche Abweichungen die in die obige Tabelle mit eingetragen sind. Erreicht wurden 346,5 x 297 km x 51,66 Grad. Die zweite Stufe verblieb in einer noch exzentrischeren Bahn (268 x 333 km). Sie ist wohl für Satellitenmissionen aussagefähiger, da die Dragon bei der Abtrennung beschleunigte, um eine Distanz aufzubauen, während Satelliten rein passiv durch geringere Federkräfte abgetrennt werden.  Die Bahn ist deutlich niedriger als geplant und die Inklination ist geringer. Perigäum und Inklination überschreiten erneut die zugesicherten Werte nach dem Users Manual (10 km, bzw. 0,1 Grad).

In der Pressekonferenz vor dem Start am 19.5. wurde bekannt, dass der Betrieb von SpaceX bisher 1,2 Milliarden Dollar verschlungen hat. Investiert wurden nur 220 Millionen Dollar, 100 von Elon Musk und 120 von Investoren. 381 Millionen zahlte die NASA für COTS, 100 für CCDev und 336 für CRS. Der Rest (163 Millionen) müssten dann von anderen Kunden kommen (obwohl es bisher nur Starts der Falcon 1 für Kunden gab - Flüge 1,2 und 5). Die Entwicklung der Dragon und anderer Systeme für den Transport (darunter wohl auch der Fluchtturm, für den man Aufträge bekam) kostete 680 Millionen Dollar.

Diese Zahlen bedeuten aber auch, dass zwei ein CRS-Flüge schon voll bezahlt sind, die 163 Millionen von Kunden entsprechen auch drei Falcon 9-Starts. So könnte SpaceX Probleme bekommen, wenn durch weitere Verzögerungen Kunden wieder abspringen, wie dies schon Hylas tat, die auf Ariane 5 umbuchten, nachdem SpaceX nicht starten konnte. Denn dann muss man das Geld zurückzahlen.

Weitere Daten aus folgendem Interview: SpaceX hat nun 1.800 Mitarbeiter und wächst weiter um 30 % pro Jahr - allerdings korrespondiert dies nicht mit den Aufträgen, so dass man immer mehr Mitarbeiter bezahlen muss. Das Backlog soll 40 Starts umfassen, dies passt aber nicht zum Volumen (4 Milliarden Dollar), selbst mit den Bezahlungen für die Dragon (bei CRS) kommt man nur auf 3 Milliarden Dollar. Aber vielleicht werden bald die Preise angehoben. Dieses Jahr (2012) gibt es zwei weitere Flüge zur ISS. Der sechste Flug wird dann mit der Falcon 9 v1.1 (vorher Block II oder III, je nach Quelle) sein mit Merlin 1D und 50 % länger. Die Falcon Heavy soll nun Mitte 2013 starten und die Falcon 9 v1.1 von Vandenberg aus im Frühjahr 2013. SpaceX wird an die Börse gehen, wenn sie einen Start pro Monat durchführen können, das soll Ende 2013 der Fall sein (so viele Starts  weist aber nicht mal das extrem optimistische Launchmanifest für 2013 aus).

Nach dem erfolgreichen COTS 2+ Flug gab es auch eine neue Option: Intelsat will wohl die Falcon Heavy nutzen. Ich spreche von Option, da wie bei anderen Ankündigungen von Aufträgen nur der Kunde, niemals aber der Satellit und der Starttermin, veröffentlicht wurden, wie dies bei anderen veröffentlichten Abschlüssen (z.B. bei Arianespace und ILS) der Fall ist. Dies spricht dafür, dass es mehr als Reservierung zu verstehen ist, die, wenn die Falcon Heavy zum gewünschten Termin genügend erfolgreiche Starts vorweisen kann, in eine feste Buchung umgewandelt wird.

Dafür setzt sich das alte SpaceX-Spiel fort: Die Nutzlast der Falcon Heavy wurde für GTO-Missionen von 19 auf 12 t abgesenkt und ist damit nur noch 10 % höher als bei einer Ariane 5. Auch bei der Falcon 9 sank die Nutzlast von 16 t LEO und 5,5 t GEO auf 13,23 t LEO und 4,85 t GTO, dabei wurde sogar der Schub der Merlin 1D von 689 auf 713 kN im Vakuum und der spezifische Impuls von 310 auf 311 gesteigert. Im September 2012 erhielt SpaceX von SES drei weitere Startaufträge. Diesmal wurden Details bekannt. Offenbar ist SES mit der Performance der Protons (zwei Fehlstarts in zwei Jahren, Zuverlässigkeit nur knapp 90%) unzufrieden und will so SpaceX als weiteres Standbein unterstützen. Die Startaufträge wurden mit Optionen bei Arianespace abgesichert. Sollte der Starttermin von SpaceX nicht eingehalten werden, so wird Ariane 5 die Satelliten starten. In diesem Falle greift eine Ausstiegsklausel.

2016 wird eine Falcon 9 den NOAA Satelliten JASON-3 befördern. Hier bezahlt die NASA schon 83 Millionen Dollar für den Start.

Erster CRS Flug (8.10.2012)

Der erste Versorgungsflug transportierte nur 450 kg Nutzlast, die weil die Verpackung mitgezählt werden, aber 900 kg wiegen. Dazu einen Orbcomm Satelliten als Sekundärnutzlast. 69 s nach dem erstmals pünktlich erfolgten Start fiel ein Triebwerk aus. Trümmer flogen von der Rakete weg. Das Startvideo wurde von SpaceX zuerst gesperrt und dann um die 3 s um den Unfall gekürzt wieder online gestellt, nach einigen Stunden folgte die vorherige Version wieder. Später gab es bei der Pressekonferenz folgende Aussage:

"Falcon 9 detected an anomaly on one of the nine engines and shut it down," Musk wrote in an email to Spaceflight Now. "As designed, the flight computer then recomputed a new ascent profile in realtime to reach the target orbit, which is why the burn times were a bit longer." The first stage burned nearly 30 seconds longer than planned.

Daraus ist zu folgern, dass der Ausfall durch ein Abschalten eines zweiten Triebwerks kompensiert wird. Das würde die längere Brenndauer erklären. Da die Rakete 314-333 t je nach Angabe wiegt und beim Start 386 t (855.000 lbf) Schub entwickelt ist so eine engine-out Capability erst nach einiger Zeit gegeben, denn dann sinkt der Schub auf 301 t ab.

Der Zielorbit wurde erreicht, auch weil die Nutzlast nur eine teilweise beladene Dragon war. Voll beladen nach den GOTS Verträgen wäre sie um 1 t schwerer gewesen. Es reichte aber nicht mehr um die Sekundärnutzlast im Zielorbit auszusetzen. Der Orbcomm 2 Prototyp wurde in einem 200 x 320 km hohen Orbit ausgesetzt. Das niedrige Perigäum führte dazu dass er schon nach vier Tagen wieder verglühte. Wieder gab es zahlreiche offene Fragen zu dem Ausfall, auch weil SpaceX sich sehr bedeckt hielt und von einem "Pressure lost" sprach. Nun verlieren aber Treibwerke keinen Druck, außer sie haben ein Loch in der Brennkammer, was meist ein katastrophales Ereignis ist. Wegfliegende Teile sollen nur aerodynamische Verkleidungen sein, doch deutet das schon auf einen kräftigen Gasstrahl hin, der soviel Kraft hat. Für SpaceX bleibt das Ereignis nur eine "Anomalie". Mehr zu diesem Vorkommnis in der expliziten Behandlung der Falcon 9 1+9 Starts. Die Dragon dockte am nächsten Tag ohne Problem an die ISS an.

Erstmals gab es auch im Anschluss Aufträge seitens der US Air Force um die sich SpaceX seit Jahren bemühte. 2014 soll eine Falcon 9 das Deep Space Climate Observatory für 97 Millionen Dollar starten, 2015 eine Falcon Heavy die Space Programm-2 Test Mission für 162 Millionen Dollar. Der erste Start ist einer der NASA, der zweite der erste der Air Force. Auffällig ist der rapide Preisanstieg des Trägers, schlussendlich ist der Vertragsabschluss mit Jason 3 noch nicht so lange her:

Das ist eine ziemliche Preissteigerung in einem Jahr, vor allem verglichen mit den Angaben auf der Website wird nun fast 80% mehr verlangt.

Falcon 9 v1.1 Demoflug

Am 30.9.2013 fand mit einjähriger Verspätung der Jungfernflug der Falcon 9 "v1.1" statt. Schon im Vorfeld gab es Probleme. Nachdem man im März vermeldete, das Merlin 1D wäre nun qualifiziert (nach ganzen 28 Tests mit einer Gesamtbrennzeit von 1.970 s, das ist mehr als die Betriebszeit aller Triebwerke bei einem Falcon 9 Start (1935 s) häuften sich die Rückschläge.

Nun musste die Erste Stufe mit 9 Triebwerken qualifiziert werden. Doch Tests brachen nach 1,5, 15, 72 und 108 s ab. Dabei kam es zu Beschädigungen bei Triebwerken und Stand. Erst der fünfte Versuch gelang, wobei auch dieser nicht über die späteren 180 s Brennzeit ging, sondern nur 112 s dauerte. Das war im Juni.

Mit dem Flugexemplar sollte dann noch vor dem Start ein Hot Fire erfolgen, also ein Hochlaufen der Triebwerke und Abschalten wenn der Sollschub erreicht wurde. Auch dies klappte erst im zweiten Anlauf. Der Start selbst erfolgte pünktlich und war erfolgreich dahingehend dass er die Nutzlasten (Cassiope ein 500 kg Satellit und einige Sekundärnutzlasten) in den Orbit brachte. Die Abweichungen der Umlaufbahnen von den vorher publizierten Sollbahnen wichen von den Angaben über zugesicherte Maximalabweichungen ab, wie bei fast jedem Start einer Falcon 9 bisher.

Es klappte aber weder die geplante Wiederzündung der Erststufentriebwerke um diese Stufe weich wassern zu lassen (für dessen Erfolg man aber schon vorher schon die Erwartungen heruntergeschraubt hatte und die Wahrscheinlichkeit das die Stufe heil unten ankommt auf 10 bis 20% einstufte), noch eine Widerzündung der zweiten Stufe. Sie schaltete ihr Triebwerk fast unmittelbar nach der Zündung ab. Etwas später entließ sie Treibstoff was zu UFO-Sichtungen in Südafrika führte.

NORAD verzeichnete dann insgesamt 20 Objekte in zwei Gruppen auf der Bahn, konnte aber Cassiope und die anderen Satelliten nicht identifizieren. Da auch die CSA nichts über ihren neuen Satelliten veröffentlichte gab es Spekulationen, dass die Oberstufe explodiert sein könnte. Klar ist, dass die Satelliten die Teilweise auch noch Tochterobjekte entlassen die Gruppe mit 12 Objekten auf einer höheren Bahn  sind. Die anderen acht Objekte müssen von der Oberstufe stammen. Nach SpaceX Angaben soll es Isolationsmaterial sein. Seltsamerweise scheinen von SpaceX Raketen immer wieder Teile wegzufliegen, so auch beim vierten Start als ein Triebwerk offiziell nicht explodierte sondern nur eine Verkleidung abfiel. Kurz vor dem nächsten Start gab SpaceX bekannt, dass der ausbleibende Restart von zugefrorenen Leitungen für den Zünder (eine hypergole Flüssigkeit wie Triethylaluminat) herrühre. Der flüssige Sauerstoff hätte sie zu stark unterkühlt und das Kerosin wäre dann zumindest zum Teil an den Wänden erstarrt. Der zu geringe Fluss hat dann das abschalten ausgelöst. Mit zusätzlicher Isolation würde dies nicht mehr auftreten. Die Frage ist nur welche Isolation, die ja 12 Objekte im Orbit generierte dann bei diesem Start verloren ging.

Auch die Abweichungen in der Bahn sind deutlich: Perigäum und Apogäum sind jeweils mehr als 100 km zu hoch. Das Users Manual nennt als typische Abweichung dagegen 10 km. So verwundert es nicht, das SES einem Start ihres Satelliten als nächster Nutzlast erst zustimmt, wenn SpaceX das Versagen der Wiederzündung technisch erklären kann und Maßnahmen zur Vermeidung bereit hat. Die Wiederzündung ist bei GTO-Transporten notwendig, dazu muss die Oberstufe nach einer kurzen Freiflugphase von etwa 10-17 Minuten über dem Äquator erneut zünden. Die Versicherung sieht auf jeden Fall die Oberstufe als nicht qualifiziert an, sollte SES-8 starten, dann ungesichert. Später kam es zu einer Einigung als SpaceX SES tiefe Einsichten die Unterlagen gewährte, eine Offenheit die der Firma auch im Umgang mit den Medien gut gestanden hätte. Das erleichterte eine eine Einigung von SES mit der Versicherung.

Die Rakete ist nach den neuesten Daten etwas schwerer geworden (505 t vorher waren es 480 t), das gilt auch für die Falcon heavy (1463 zu 1400 t). Bei letzterer wurde das Croissfeeding aufgegeben und sie ist teurer geworden. Ein 6,4 t schwerer Satellit kostet nun 77 Millionen pro Start, ein Einzelstart 135 Millionen.

Während die Firma weiterhin Tests der Landung mit dem Grasshopper durchführt, scheint die Wiederverwendung zumindest in nächster Zeit nicht angestrebt werden. Ein neuer Versuch wird erst beim CRS-3 Flug unternommen. Bei den anstehenden GTO Transporten würde der Leistungsabfall nicht tolerierbar sein. Da nach Elon Musk nur mit einer Kostenreduktion bei Wiederverwendung der ersten Stufe um 25% zu rechnen ist (bei einem, Kostenanteil von 75%), die Landung auf dem Wasser aber 15% Nutzlast und an Land sogar 30% Nutzlast kostet scheint dies auch nicht lukrativ zu sein.

Die Falcon 9 folgt der SpaceX Philosophie des "iterativen Designs". Also ein bestehendes Design wird sukzessive verbessert. Diese Vorgehensweise stammt aus dem Bereich der Softwareentwicklung und ist auch als Spiralmodell bekannt. Microsoft setzte dieses Modell für die Softwareentwicklung ein. Dazu gehört auch dass man die Stufen Planung - Entwurf- Bauen - Tests nicht vollständig durchläuft sondern erst eine Beta-Version erstellt, diese testet und verbessert und so den Zyklus mehrmals in kürzeren Abstanden durchläuft. Das ist bei Software so üblich wo dann auch oft Beta- und Pre-Release Versionen zum freien Testen angeboten werden, jedoch nicht bei Trägerraketen und Raumfahrzeugen wo ein kleiner Fehler den Fehlschlag der Mission bedeuten kann.

Artikel verfasst: 1.3.2005

Artikel zuletzt modifiziert: 5.10.2013

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Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen.

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiss. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: Fotosafari durch den Raketenwald. Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.



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sw


© der Bilder: SpaceX

© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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