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Jun 15, 2023

Ein Starship-Beitrag

Am Donnerstag startete SpaceX seine erste Vollversion der „Starship“-Rakete von einem Startplatz an der Küste in der Nähe von South Padre Island, Texas. Vier Minuten nach Beginn des Fluges wurde die Rakete absichtlich zerstört

Am Donnerstag startete SpaceX seine erste Vollversion der „Starship“-Rakete von einem Startplatz an der Küste in der Nähe von South Padre Island, Texas. Vier Minuten nach Beginn des Fluges wurde die Rakete in einer Höhe von etwa 35 km absichtlich zerstört, wobei Trümmer etwa ein Dutzend Kilometer weit in den Golf herabregneten.

In vielerlei Hinsicht war der Flug ein Triumph. Es war die größte jemals gebaute Rakete. Es verfügte über mehr Triebwerke als jeder andere Booster in der Geschichte und verdrängte damit Russlands gescheiterte N-1-Mondrakete. Es wurde größtenteils im Freien gebaut, vor den Augen faszinierter Weltraumfans, statt hinter verschlossenen Türen unter nahezu „Reinraum“-Bedingungen. Beobachter sahen zu, wie das Raumschiff aus Rollen aus rostfreiem Stahl zusammengeschweißt wurde und nicht aus Kohlefaser, Aluminium oder anderen traditionelleren Raketenmaterialien gefertigt wurde. Die Motoren für das Starship wurden in Verbindung mit der Rakete von Grund auf neu entwickelt, wobei üblichere Treibstoffe durch Methan ersetzt wurden und ein extremes Effizienzniveau erreicht wurde.

Alles am Starship war das Ergebnis einer Reihe von Entscheidungen, die darauf abzielten, die Raumfahrt billiger zu machen. Der Methan-Kraftstoff. Die Stahlkonstruktion. Die Bauweise. Sogar die enorme Größe der Rakete. Es war alles ein Wagnis, ein vollständig wiederverwendbares System zu schaffen, das die Kosten für den Flug in den Orbit auf einen kleinen Bruchteil der heutigen Kosten senkt und den Weltraum nahezu unendlich zugänglicher macht.

Eine Entscheidung in diesem Prozess führte jedoch nicht nur zur Zerstörung der Rakete, sondern löste auch eine Kaskade von Misserfolgen aus, die das Programm wahrscheinlich um mindestens ein Jahr zurückwerfen und die Chance auf eine geplante Rückkehr der NASA zum Mond zunichte machen wird dabei. Diese Entscheidung liegt zu 100 % bei Elon Musk.

Sowohl bei Tesla als auch bei SpaceX hat Musk seine grundlegende Designphilosophie häufig wiederholt.

„Der beste Teil ist kein Teil. Der beste Prozess ist kein Prozess. Es wiegt nichts. Kostet nichts. Da kann man nichts falsch machen.“ – Elon Musk

Es ist sicherlich ein Ansatz, der ernsthafte Früchte zu tragen scheint. Das sieht man an den Tesla-Autos, wo ein einziger Touchscreen alle Tasten ersetzt hat, die normalerweise das Radio, die Klimaanlage und alles andere bedienen würden, was bei anderen Autos auf dem Armaturenbrett untergebracht ist. Auf diese Weise wird der Bau eines Tesla erheblich vereinfacht, obwohl es einige potenzielle Besitzer frustriert und einer der Gründe dafür ist, dass das Unternehmen derzeit in der Lage ist, einen Preiskampf mit anderen Autoherstellern zu führen und gleichzeitig eine relativ hohe Gewinnspanne aufrechtzuerhalten.

Ford verliert Geld bei seinem Mustang EV. Tesla verdient Geld mit dem Model Y. Und das Model Y ist billiger. Es ist auch viel erfolgreicher. Derzeit ist das Model Y das meistverkaufte Auto in fast allen Ländern, in denen es verkauft wird, einschließlich der Vereinigten Staaten, und übertrifft so langjährige Klassiker wie den Toyota Corolla. (Obwohl er immer noch besser verkauft wird als der F-150 und der Chevy Silverado. Denn dies ist Amerika, wo jeder einen LKW braucht.)

Allerdings sieht man bei Tesla auch die Kehrseite von Musks „Das Beste ist kein Teil“-Philosophie. In seinen ständigen Bemühungen, die Konstruktion zu vereinfachen, entfernte Tesla das Radar, das in früheren Modellen Teil des verkehrsbewussten Tempomaten war, und machte sie vollständig davon abhängig, wie ihre Software Bilder von Kameras interpretiert. Können Sie „Phantombruch“ sagen? Wenn Sie einen Tesla fahren, können Sie das. Anschließend entfernten sie sogar die Ultraschallsensoren, die zur Erkennung von Hindernissen in der Nähe verwendet wurden.

Dies hatte zur Folge, dass Käufer neuer Teslas einige Monate lang keine Einparkhilfewarnungen mehr hatten, und selbst diejenigen, die die lächerlichen 15.000 US-Dollar bezahlt hatten, die Musk für „völlig autonomes Fahren“ verlangte, stellten fest, dass ihre Autos nicht einmal das automatische Einparken konnten das gibt es bei vielen Autos. Einiges davon wurde inzwischen behoben, es bestehen jedoch weiterhin Einschränkungen im Vergleich zu den älteren Autos mit Radar und Sensoren.

Tatsächlich ist das vollständige autonome Fahren, das Jahre, nachdem Musk erstmals sagte, es sei „zwei Wochen entfernt“, noch lange nicht abgeschlossen ist, wahrscheinlich ein Opfer dieser Philosophie. Andere Automobilhersteller, die dieses Ziel verfolgen, haben sowohl Radar als auch laserbasiertes Lidar eingesetzt, um die Welt um das Auto herum zu charakterisieren. Musk hat von Anfang an darauf bestanden, dass Kameras ausreichen, und sich jedem Versuch widersetzt, dem Auto weitere Systeme hinzuzufügen (obwohl es jetzt den Anschein hat, dass Radargeräte zurückkehren könnten). Wenn man den Aufwand und die Dollars bedenkt, die Tesla in seine Bemühungen um autonome Fahrzeuge gesteckt hat, ist es schwer zu sagen, wo sie stehen würden, wenn Musk den Aufwand nicht auf der Hardware-Seite lahmgelegt hätte.

Und es war genau diese hartnäckige Weigerung, die notwendige Hardware hinzuzufügen, die nicht nur den ersten Start von Starship zum Scheitern verurteilte, sondern wahrscheinlich das gesamte Projekt für Monate zum Scheitern bringen wird. Wenn nicht mehr.

Etwas mehr als zwei Minuten nach Beginn des Fluges erreichte Starship den Punkt, an dem die massive 33-Triebwerk-Boosterstufe hätte abschalten und an die 6-Triebwerk-Oberstufe (verwirrenderweise auch als Starship bekannt) übergeben sollen. Bei den meisten Raketen wird ein hydraulisches oder mechanisches System verwendet, um die beiden Stufen auseinanderzudrücken. Nicht auf Starship. Stattdessen kippt die Rakete nur leicht um. Dadurch sollen sich die beiden Teile sanft trennen, woraufhin die zweite Stufe ihre Triebwerke zündet und sich auf den Orbit begibt, während die Trägerrakete zurück zur Erde fliegt.

Das ist nicht passiert. Stattdessen blieb das gesamte Raumschiff in einem Stück und drehte sich von Kopf zu Kopf, bis sich das Schiff tatsächlich in der Mitte zu biegen begann und die SpaceX-Controller am Boden gezwungen waren, den Flugbeendigungsknopf der fallenden Rakete zu drücken.

War es das also? War das fehlende System zur Trennung der beiden Phasen das Problem?

Es könnte sich bei zukünftigen Flügen als Problem herausstellen. Aber es war nicht das, was am Donnerstag schief gelaufen ist. Um das Problem zu verstehen, muss man auf die ersten Sekunden des Fluges zurückblicken und auf Entscheidungen, die vor Monaten getroffen wurden.

SpaceX hat seinen aufwändigen Starttisch und Turm als „Stufe Null“ für seine Raketen bezeichnet, und dieser ist tatsächlich komplexer und teurer als die Raketen selbst. Es hat einige Besonderheiten, weil es so sein muss.

Alles in allem ist der Bau von „Stage Zero“ kostspieliger und viel zeitaufwändiger als der Bau von sogar einem halben Dutzend Raumschiffen. Schließlich soll die Rakete supergünstig sein. Ein Teil dieser individuellen Billigkeit ergibt sich aus der Verlagerung der Funktionalität auf das Pad. Der fliegende Trägerrakete war eigentlich Trägerrakete 7. Die Oberstufe war Schiff 24. Bis zu diesem Punkt hat SpaceX so viele Prototypen durchlaufen. Die meisten davon wurden einfach zerschnitten und verschrottet. Es wurde jedoch nur ein Startturm gebaut.

Lassen Sie uns nun den eigentlichen Flug durchgehen.

Nach einer Wartezeit von T-40 Sekunden schien SpaceX zufrieden, dass alle Probleme gelöst worden waren, und begab sich zum Start. Allerdings gab es gleich zu Beginn etwas Seltsames. Die Triebwerke hätten bei etwa T -6 starten sollen. Das haben sie nicht getan. Stattdessen tauchten die ersten Flammen erst etwa eine Sekunde vor Null auf. Dann zögerte die Uhr tatsächlich einen Moment, bevor sie sich in die andere Richtung bewegte. Fünf Sekunden später saß Starship immer noch auf dem Pad. Es würde 15 Sekunden dauern, bis es den Turm verließ.

Was bei näherer Betrachtung dieser Bilder auch sichtbar ist, sind einige absolut riesige Trümmerstücke. Es handelt sich nicht nur um Eis, das von den Seiten des Tanks fällt, sondern auch um riesige Betonbrocken, die in den Himmel fliegen und teilweise direkt neben Starship auftauchen. Bilder aus anderen Blickwinkeln zeigen große Betonbrocken, die auf allen Seiten des Turms ins Wasser fliegen. Der Grund dafür, dass die Wolke hier braun ist und nicht weiß, wie man es normalerweise bei Cape-Kennedy-Starts sieht, liegt darin, dass es sich nicht um Rauch handelt. Das meiste davon besteht aus Sand, Steinen und Betonsplittern, die vom Boden hochgeschleudert werden.

Ein Großteil der Stufe Null wurde zu diesem Zeitpunkt schrecklich beschädigt.

Sechzehn Sekunden später, kurz nachdem SpaceX den Turm verlassen hatte, veröffentlichte es eine Grafik, die viele nützliche Informationen über den Flugfortschritt lieferte. Aber eines der ersten Dinge, die sichtbar sind, ist, dass drei der Raptor 2-Triebwerke im Flug bereits ausgefallen sind. Das liegt wahrscheinlich daran, dass sie durch nach oben geschleuderte Steine ​​oder Betonbrocken beschädigt wurden, während Starship noch auf der Landeplattform war.

Erinnern Sie sich an diese Klammern? Bei einer Rakete wie der Saturn V hielten sie die Rakete tatsächlich ein paar Sekunden lang an Ort und Stelle, während die Rakete ihre volle Leistung erreichte. Dann lassen die Klammern los.

SpaceX hat es anders gemacht. Sie öffneten die Klammern, bevor der Countdown überhaupt begann. Dann drosselten sie die Rakete auf dem Pad langsam. Deshalb brauchte Starship mit der doppelten Leistung einer Saturn V fast doppelt so lange, um den Turm zu überwinden. Es blieb einfach viel länger da und schoss auf den Boden. Das war alles Teil des Plans – aber es war auch Teil dessen, was den Flug zum Scheitern verurteilte.

Eine Minute nach Beginn des Fluges näherte sich Starship „Max Q“, dem Punkt maximaler Belastung der Flugzeugzelle. Der Ansager klingt im Video des Fluges zu diesem Zeitpunkt sicherlich glücklich, aber die Wahrheit ist, dass Starship langsamer an Geschwindigkeit gewinnt als erwartet und beim Erreichen dieses kritischen Punktes mehrere Sekunden zurückliegt. Wenn man sich die Infografik ansieht, ist es nicht schwer zu erkennen, warum.

Diese Grafik zeigt vier Motoren, aber es gibt gute Gründe, der Infografik zum jetzigen Zeitpunkt nicht mehr zu glauben. Hier ist eine Nahaufnahme der Rückseite von Starship, nur wenige Sekunden später.

Vier Motoren fehlen nicht. Es fehlen sechs.

Starship fährt noch, aber es steigt langsamer und gewinnt mit mehr Mühe an Geschwindigkeit, als es sollte. Was nicht verwunderlich ist, da ihm 18 % seiner Motorleistung fehlen. Es kam nicht nur zu zahlreichen Triebwerksausfällen, auch die ersten Bilder der Rakete zeigen, dass sie sowohl rotiert als auch immer wieder ihre Fluglage ändert. Der erste Grund ist wahrscheinlich ein Verlust der Flugkontrolle, möglicherweise eine Beschädigung einer Flosse der zweiten Stufe oder die Fähigkeit des Boosters, seine Triebwerke kardanisch aufzuhängen. Der zweite Grund ist wahrscheinlich, dass die Software Schwierigkeiten hat, die Rakete auf die geplante Flugbahn zu bringen, aber aufgrund des fehlenden Triebwerks scheitert.

Außerdem waren die Motorabgase bisher sehr gelb – nicht die erwartete Farbe für eine Methanrakete. Das Raumschiff erhält wahrscheinlich nicht das richtige Verhältnis von Treibstoff und Sauerstoff, möglicherweise aufgrund von Schäden an Leitungen oder Ventilen, während es noch am Boden war. In Bezug auf die Raketentechnik sieht es so aus, als ob es „motorreich“ verbrennt und dabei das Metall seiner eigenen Systeme auffrisst.

Zweieinhalb Minuten nach Beginn des Fluges nähert sich Starship dem Punkt, an dem das Haupttriebwerk abgeschaltet und die Bühne getrennt werden sollte. Nur hier laufen die Dinge endgültig und endgültig schief. Weil die Hauptmotoren nicht abschalten.

Zu diesem Zeitpunkt zeigt die Infografik fünf Booster, aber wie wir bereits gesehen haben, ist diese Grafik nicht korrekt. Ein Blick auf das Flammenmuster lässt darauf schließen, dass Starship jetzt acht Triebwerke verloren hat – es hat fast ein Viertel seines Schubs verloren.

Trotzdem beginnt Starship mit dem Pitch-Over-Manöver, das die beiden Phasen trennen sollte. Die Kameraansicht auf der linken Seite sollte zeigen, wie die erste Stufe abklingt und die zweite Stufe einsetzt. Nur ist das nicht der Fall.

Das liegt daran, dass das Haupttriebwerk einfach weiter feuert, auch wenn sich Starship immer weiter neigt und schließlich eine vollständige 360-Grad-Schleife durchläuft. Mit acht Triebwerken hat die Rakete weder die Geschwindigkeit noch die Höhe erreicht, die sie erreichen sollte. Es hat auch nicht die Menge Kraftstoff verbrannt, die es hätte verbrauchen sollen. Ein Teil der Software des Boosters scheint darauf zu bestehen, dass er weitermachen muss, während ein anderer Teil die Zeit für die Trennung signalisiert hat.

Der anhaltende Schub der ersten Stufe hält die beiden Schiffsteile zusammen. Sie können sich nicht trennen, weil die erste Stufe weiter drängt und nicht aufhört. Die erste Stufe wirft und stößt weiter, und inzwischen ist Starship Hals über Kopf im Sturzflug. Es hat auch aufgehört, an Höhe zu gewinnen, etwa 37 km, und beginnt zurückzufallen. Die erste Stufe brennt noch.

SpaceX lässt es so lange taumeln, bis es etwa einen Kilometer tief ist, dann öffnet es schließlich die Plastikabdeckung, die niemand öffnen möchte, und drückt den großen roten Knopf.

Starship ist die Arbeit von Hunderten talentierter Ingenieure und Tausenden von Mitarbeitern, die ihr Bestes gegeben haben, um dieses Ding zum Laufen zu bringen. Das Design ist äußerst gewagt und so etwas wie ein Wunder. Die Motoren sind erstaunlich, auch wenn sie bewiesen haben, dass es ihnen derzeit an Zuverlässigkeit mangelt. Das gesamte Bausystem verspricht, die Raumfahrtindustrie zu revolutionieren.

Aber es sind zwei Teile, die bei „Starship“ weggelassen wurden, die diesen Flug absolut zum Scheitern verurteilt haben, und die Entscheidung, sie nicht einzubeziehen, liegt genau bei dem Mann am Ende der ersten Reihe bei „Star Command“.

Diese Teile waren keine Teile für die Rakete. Es waren Teile für die Startrampe.

Aus irgendeinem Grund war Musk schon früh davon überzeugt, dass er nicht wollte, dass der Startturm Folgendes hatte:

Die Startanlagen in Kennedy verfügen über beides. Sogar die Startrampen der viel kleineren Falcon 9 verfügen sowohl über einen Flammengraben als auch über eine Wasserflut. Sie schützen nicht nur die Startrampe und die Umgebung, sondern reduzieren auch den Lärm. Das klingt trivial, aber dieser Lärm ist Energie. Das ist es, was den Beton unter dem Starship Stage Zero aufgebrochen hat, nicht das Feuer. Dadurch flogen autogroße Brocken in alle Richtungen.

Ein Flammenumlenker und eine Wasserflut hätten den Schaden im Bereich um das Pad erheblich verringert oder sogar beseitigt. Sie hätten den Rückstoß der Trümmer verhindert, die Starship beschädigten, bevor es überhaupt den Boden verließ. Es könnte die ganze Kaskade von Ereignissen verhindert haben, die dazu geführt haben, dass dieser Knopf vier Minuten nach Beginn des Fluges gedrückt wurde.

Wir müssen nicht raten, wessen Entscheidung es war, diese Systeme nicht zu implementieren, denn Musk hat bereits gesagt, dass er sich entschieden hat, diese Systeme über die Empfehlungen seiner Ingenieure hinweg zu überspringen. Musk hatte sogar eine Vorschau auf das, was passieren würde, da frühere Testflüge der Oberstufe auch zu erheblichen Abplatzungen von Betonstrukturen und Schäden an mindestens einem der Schiffe führten. Er ließ sie einfach verschiedene Betonsorten ausprobieren.

Die Teile für eine Wasserflut waren tatsächlich vor Ort und bereit zum Einbau, aber Musk beschloss, auf diese Installation zu verzichten – wahrscheinlich, um das Wortspiel zu genießen, seinen Super-Joint am 20. April zu starten. Das war etwas, worüber Musk schon vor Monaten gescherzt hatte.

Hoffentlich hat ihm der Witz gefallen, denn die EPA und die FAA werden lange und gründlich nachdenken, bevor sie einen weiteren Flug von Boca Chica aus genehmigen. All diese Ingenieure und all diese Arbeiter und all ihre gute Arbeit werden als Geiseln von Musks Launen gehalten.

Auch ein Opfer von Musks Entscheidung, diese wichtigen Teile vom Tisch zu lassen? Das Artemis-Programm der NASA. Musk hat bereits den Auftrag erhalten, den ersten Mondlander für das neue Programm zu bauen, aber dieser Lander ist absolut von Starship abhängig. Es ist sicher, dass Musk seinen Teil des Programms nicht rechtzeitig fertigstellen wird. Es wird einige Zeit dauern, bis wir überhaupt einen weiteren Testflug durchführen.

In der Zwischenzeit kann SpaceX den Schaden reparieren, einen Flammenumlenker bauen, das Überschwemmungssystem installieren, die Software bereinigen und die gesamte „Pitch-over“-Methode zur Stufentrennung durch etwas Einfacheres ersetzen – wie die Verwendung der Triebwerke der zweiten Stufe zum Antreiben der Stufen auseinander mit einem ungezündeten Schuss Methan.

Wir sehen uns im Jahr 2024, Raumschiff. Vielleicht.

Eine Reihe von Bildern, die einen Teil der Zerstörung am Boden zeigen.

Die gute Nachricht ist also, dass eine der Fernkameras den Start von @SpaceX #Starship für @AFPphoto @AFP überlebt hat – viele andere hatten katastrophale Schäden. Auf die Startrampe kann immer noch nicht zugegriffen werden, um festzustellen, ob die Speicherkarten dieser Kameras überlebt haben. Hier sieht man gewaltige Trümmerbrocken umherfliegen pic.twitter.com/h3HsX6f8D4

In dem atemberaubenden 8K-Video von Everyday Astronaut wurde beobachtet, dass die sechs ausgefallenen Raptors überhaupt keine Düsen hatten. pic.twitter.com/QeVnKdp9oK