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Status 06.03.2016 - Start geklappt. Landung nicht. Wie vermutet

Ja, ich hab das Eingangs schon in diesem Diary verkündet: Die Chancen für eine gelungene Rückführung der Erststufe der Falcon 9 beim SES-9 Start sind gering. Und so war es denn auch am Ende. Wegen einer mehrtägigen Reise konnte ich den Ausgang der Sache am Schluss nur noch am Handy verfolgen. Heute bin ich zurück, und habe dem Start  einen eigenen Beitrag im Space Log gewidmet, und den können Sie hier nachlesen.

Status 01.03.2016 - zweieinhalb Stunden vor dem Start

Und gegen 22:00 Uhr sind wir nun glücklich bei Verschiebung Nummer fünf angelangt. Heute wird wegen starker Höhenwinde nicht geflogen. Wir erinnern uns: Bei SES-8 waren es sechs Verschiebungen.

Status 01.03.2016

Neues Glück, Neues Spiel. SpaceX probiert es heute Nacht, um 0:37 Uhr erneut mit dem Start von SES-9. Das entspricht 18:37 Uhr Florida-Ortszeit. Schau mer mal, wie die Sache diesmal läuft.

Der "kleinere Brand", der gestern nach dem abgebrochenen Zündvorgang beobachtet wurde, hat offensichtlich keine Auswirkungen auf den Triebwerksbereich der Rakete. Er dürfte entstanden sein, als nach der Unterbrechung der Oxidatorzufuhr noch für eine kurze Zeit Treibstoff nachlief. Der Treibstoffverbrauch (also nur RP-1) dürfte beim gestrigen Startabbruch - die Triebwerke liefen für etwa eine Sekunde - etwa 700 Kilogramm betragen haben. Ein Teil davon dürfte unverbrannt in den Flammenschacht gelaufen sein, und hat sich dabei entzündet.

Bei dem "Objekt", das sich am Sonntag unerlaubt in der Hazard-Area befunden hatte, handelte es sich um einen Schlepper, der eine Schute hinter sich herzog. Warum der Kapitän die Warnungen nicht beachtete, die schon ab 12 Stunden vor dem Start in Viertelstundenabständen über das Marine-Radio gesendet wurden, nicht beachtete. In der Regel steht ein Hubschrauber 45th Space Wing bereit, solche Schiffe rechtzeitig vor einem Start hinauszukomplimentieren. Diese Vorschrift wurde aber vor zwei Monaten aufgehoben. Der Hubschrauber ist seither nur noch in Standby auf der Cape Canaveral Luftwaffenbasis.

Bild: Grafische Darstellung von SES 9

Status 29.09.2016

Irgendwie war es schon von Beginn an klar, dass die Sache mit dem Start von SES-9 eine längere Geschichte werden könnte. SpaceX hat schon einmal einen Satelliten für diesen Kunden in den Orbit gebracht (SES-8) und da gab es insgesamt sechs Versuche bis es endlich klappte. Damals passiert im Übrigen genau dasselbe wie heute früh beim Startversuch Nummer: Es kam zu einen so genannten "Launch-pad-Abort": Die Triebwerke hatten bereits gezündet, die Klammern hielten die Rakete noch für den üblichen kurzen Betriebscheck (es sind drei Sekunden) fest, als der Bordcomputer eine Unregelmäßigkeit beim Schubaufbau feststellte und die Triebwerke gleich wiederabstellte.

Somit war es also auch heute wieder nichts mit dem Start, und die Ursache scheint ein weiteres Mal mit den tiefgekühlten Treibstoffen in Zusammenhang zu stehen. Zunächst kam es zu einer mehr als halbstündigen Verzögerung, weil ein Schiff unerlaubterweise in die Sicherheitszone vor dem Startgelände eingefahren war. Dies führte, gut sichtbar am Abblasen von Sauerstoff durch das Tankdruckregelventil, zu einer unerwünschten Erwärmung des Treibstoffs, den man ja gerade für diesen Start gerne in superkaltem Zustand gehabt hätte. Die Startfreigabe erfolgte dann für 1:20 Uhr mitteleuropäischer Zeit. Die Triebwerke zündeten, aber der Bordcomputer fuhr sie gleich wieder herunter, weil er einen zu langsamen Schubaufbau und Unregelmäßigkeiten in der Treibstoffzufuhr feststellte. Danach gab es noch mehrere Minuten lang einen kleineren Brand im Flammenschacht direkt unter den Triebwerken.

Der nächste Startversuch, inzwischen schon die Nummer vier, kann jetzt frühestens am Mittwochmorgen (mitteleuropäischer Zeit) erfolgen. Diese früheste Möglichkeit wurde von der Eastern Test Range bekanntgegeben und nicht von SpaceX. Es kann also durchaus auch länger dauern, und es sieht weiterhin ganz so aus, als würde SpaceX bei dieser Mission umfangreiches Wissen über Startprozeduren mit sehr kalten Treibstoffen gewinnen.

Bild: Bestes Startwetter und die Falcon 9 steht noch immer am Boden.

Status 28.02.2016 – 11:30 Uhr (MEZ)

Seit Freitag hat sich SpaceX zwei weitere Starttermine bei der Eastern Test Range genehmigen lassen. Einer ist heute Nacht um 0:47 Uhr mitteleuropäischer Zeit, der zweite tags darauf um die selbe Zeit. Dieses Neuansetzen von Starts ist in Cape Canaveral übrigens kein billiges Unterfangen. Die Preise sind zwar nicht veröffentlicht, es wird aber gemunkelt, dass die US-Luftwaffe für die Überwachungsaktivitäten jeweils um die 500.000 Dollar verlangt. Schon von daher ist ein gewisser Druck da, den Start über die Bühne zu bringen.

Der zweite Faktor sind die Leute auf der Elsbeth III und der ASDS-Landplattform „Of course I still love you“, die jetzt noch ein paar weitere Tage auf hoher See ausharren müssen. Hier gibt es allerdings offensichtlich etwas Erleichterung durch das Versorgungsschiff „Go Searcher“. Sie ist das zweite Begleitschiff (neben dem Schlepper Elsbet III) und die steuerte jetzt am Wochenende die Bahamas an, und dort den Hafen von Marsh Harbour. Unweit des Hafens ist der Marsh Harbour Airport, ein Regionalflughafen an dem auch größere Jets starten und landen können. Von hier aus gibt es regelmäßige Verbindungen mit einigen Städten in Florida, unter anderem Orlando, so dass das eine Option gewesen sein könnte, um Personal auszutauschen. Sicher ist das nicht, von SpaceX gibt es keine Verlautbarungen zu dieser Vermutung.

Momentan (Sonntag 11:30 Uhr MEZ) liegt die „Go Searcher“ immer noch im Hafen. Sollte der Start wirklich heute Nacht sein, dann wird es auch bei einer Fahrt von 20 Knoten knapp, noch rechtzeitig zur Elsbeth III und zum ASDS zu kommen. Unbedingt benötigt für die Landung wird die Go Searcher aber nicht, erst später, für eventuelle Maßnahmen zur Sicherung einer tatsächlich zurückgekehrten Stufe.

Bild: Go Searcher

Status 26.02.2016

Und eine weitere Verschiebung, von der momentan noch nicht bekannt ist, wie lange sie dauert. Wahrscheinlich mindestens zwei Tage. Heute früh wurde der Countdown nur noch 97 Sekunden vor der Zündung abgebrochen. Es sieht ganz so aus, als ob der Treibstoff diesmal etwas zu kalt war, und damit die Viskosität zu hoch wurde, wodurch die Betankung am Ende zu lang dauerte. Sie muss bei dieser Mission so "getimed" sein, dass sie erst 60 Sekunden vor dem Start abgeschlossen ist. Der nächste Startversuch könnte jetzt also am Montagmorgen, dem 29.02. um 0:47 Uhr sein. Die Sache mit dem tiefgekühlten Treibstoff stellt sich als trickreich und schwierig dar, und die Crew des Schleppers Elsbeth III mit ihrer ASDS-Landeplattform muss jetzt ein paar Tage länger auf dem kleinen Schiff 700 Kilometer weit draußen im Atlantik ausharren (und da ist die viertägige Rückreise mit der Plattform im Schlepptau noch gar nicht eingerechnet.

Langsam stellt sich an dieser Stelle also ein Deju-vu-feeling ein. Aber ich kann zur Unterhaltung, und damit dem regelmäßigen Besucher dieser Seite auch was geboten wird, ein paar weitere Daten für diese Mission liefern.

Aber rekapitulieren wir kurz: Die Trenngeschwindigkeit zwischen erster und zweiter Stufe wird bei dieser Mission bei fast 9.000 Kilometer pro Stunde liegen, 3.000 Kilometer pro Stunde mehr als bei den letzten beiden Missionen. Das kommt daher, dass dieses Mal eine viermal so schwere Nutzlast wie letztes Mal mit einer zusätzlich 5.400 Kilometer pro Stunde höheren Geschwindigkeit ausgestattet werden muss. Schon von daher ist diese spezielle Ladung (der 5.300 Kilogramm schwere Kommunikationssatellit SES-9) für die Falcon 9 am absoluten Limit.

Für den Versuch der Rückführung der ersten Stufe bedeutet das, dass die Landung mit einer wesentlich höheren Ausgangsgeschwindigkeit durchgeführt werden muss was zusätzlich dazu führt, dass der Wärmeeintrag auf die rückkehrende Stufe viermal so hoch ist, wie bei den vorangegangenen Missionen.

Um auch nur eine minimale Chance zu haben, die Stufe tatsächlich zurück zu bekommen, müssen alle Register der Trickkiste gezogen werden: Superkalte und damit verdichtete Treibstoffe (damit mehr Sprit in die Tanks passt), die obendrein erst in letzter Minute vor dem Start betankt werden dürfen und zusätzlich eine ausgeklügelte Landestrategie und die sieht so aus:

  1. Das so genannte Boostback-Burn, das Brennmanöver, das die Stufe unter normalen Bedingungen auf eine Rückkehrbahn zumindest in Küstennähe (wenn schon nicht zur Küste selbst) bringen soll, wird ersatzlos gestrichen. Stattdessen fliegt die Stufe ihre einmal eingeschlagene ballistische weiter ab, die sie bis in 200 Kilometern Höhe und 700 Kilometer weit in den Atlantik hinaus führt.
  1. Die vertretbare Reibungshitze wird bis an die Grenze ausgelotet und es wird versucht, so viel Geschwindigkeit wie möglich über den Luftwiderstand abzubauen. Das geht aber natürlich nur bis zu einer gewissen Grenze. Ein großer Teil der Geschwindigkeit muss dennoch mittels der Triebwerke reduziert werden, auch um die schützende Schockwelle um die Rakete legen zu können, welche die Reibungshitze um die Rakete herum führt.
  1. Der Lande-Brennstoß wird so lange wie möglich verzögert. Hier hat sich SpaceX diesmal eine besondere Strategie ausgedacht. Anstatt eine etwa 30 Sekunden lange Brennphase mit einem einzelnen Triebwerk bis zur Landung durchzuführen soll dieses Mal der freie Fall in Richtung Bergungsschiff fast bis zum Schluss dauern. Erst im letzten Moment werden dann statt einem drei Triebwerke gezündet um die Restfahrt abzubauen. Das setzt eine präzise aerodynamische Ansteuerung der Plattform voraus.

So spannend wie diesmal war ein Satellitentransport schon lange nicht mehr.

Bild oben: Missionsloge der SpaceX-Falcon 9-Mission No. 22. Credit: SpaceX

Status 25.02.2016

Gut dass ich heute Morgen doch nicht aufgestanden bin (naja, ich muss zugeben, ich hab mir gegen 1:00 Uhr die Twitter-Feeds kurz durchgesehen). Der Start wurde um 24 Stunden verschoben, und dies aus einem Grund, der in der Raumfahrt noch nicht so häufig vorgekommen sein dürfte (um ehrlich zu sein, ist mir überhaupt kein Präzedenzfall bekannt): SpaceX befürchtete nämlich, dass Oxidator und Treibstoff in ihrer Rakete zu warm werden könnten.

Dazu muss man wissen, dass eine der leistungssteigernden Maßnahmen, die man für die Falcon 9 v1.1 FT eingeführt hat, darin besteht, beide Treibstoffkomponenten nur knapp über ihrem jeweiligen Gefrierpunkt abzuzapfen. Kalter Treibstoff, in der Nähe des jeweiligen Gefrierpunktes, ist dichter als der normalerweise verwendete, der in der Nähe des Siedepunktes in die Tanks gefüllt wird. So kommt das Kerosin jetzt statt mit Raumtemperatur mit -7 Grad in die Tanks und der flüssige Sauerstoff mit minus 207 Grad anstatt wie bisher mit -183 Grad.

Nachdem sich der Treibstoff zu erwärmen beginnt, sobald er in den Tanks ist, wird bei der neuen Falcon 9-Version so getankt, dass die Befüllung erst unmittelbar vor dem Start abgeschlossen ist. Danach sollte der Start im Idealfall zügig erfolgen. Beim gestrigen Versuch sah es aber so aus, als würden starke Bodenwinde den Liftoff bis ins hintere Ende des Startfensters verzögern.

Wie ich aber in den Statusreports der letzten Tage festgestellt habe, wird gerade bei dieser Mission jedes Kilogramm Treibstoff benötigt, um zumindest die marginale Chance aufrecht zu erhalten, die Basisstufe nach ihrer Mission auf dem Bergungsschiff zu landen. Deshalb hat SpaceX den Start einfach abgesagt und um 24 Stunden verschoben. Dies umso mehr, als die Wetterbedingungen für den Folgetag ohnehin besser zu sein scheinen. Oder schienen, denn in diesen Minuten, in denen ich das schreibe, ist die Windgeschwindigkeit am Boden noch im roten Bereich. Aber bis zum Start sind es auch noch drei Stunden.

Bild: Gestern war das Startwetter nicht so besonders. Credit: SpaceX

Status 24.02.2016

Zum Zeitpunkt an dem diese Zeilen entstehen (gegen 22:00 Uhr) läuft immer noch alles auf einen Start in knapp drei Stunden hinaus. Ob ich mir den anschauen werde, ist allerdings angesichts des unchristlichen Zeitpunktes doch etwas fraglich. 0:46 Uhr ist für jemanden, der um 6:00 Uhr aus dem Federn muss eindeutig ein Härtefall.

Die Chancen, dass die Landung der ersten Stufe erfolgreich sein werden, sind relativ gering, wie ich schon vorgestern (siehe Status 22.02.2016) bemerkt habe. Dass eine Übertragung mitten aus dem Ozean zustande kommt, ebenfalls. Die Bedingungen für die Landung sind in jeder Hinsicht marginal. SpaceX weist darauf jetzt auch in seinem "Press Kit" zu dieser Mission ausdrücklich darauf hin. Darin heißt es: "Following stage separation, the first stage of the Falcon 9 will attempt an experimental landing on the “Of Course I Still Love You” droneship. Given this mission’s unique GTO profile, a successful landing is not expected".

Dennoch unternimmt SpaceX den aufwendigen Bergungsversuch, zum einen um die vorhandene sehr kleine Chance zu nutzen, die Stufe doch wieder zurück zu bekommen. Zum anderen natürlich um unbezahlbare Daten über Landungen unter marginalen Bedingungen zu gewinnen und damit die Grenzen des Systems auszuloten. Die Landeplattform ist jedenfalls, von einem Schlepper dorthin bugsiert, inzwischen im Zielgebiet angekommen.

Nichtsdestrotrotz werden am Tag nach dem (hoffentlich erfolgreichen Start) die deutschen Medien wieder ausführlich darauf hinweisen, dass SpaceX mit seinen Versuchen, Raketen wiederverwendbar zu machen, erneut gescheitert ist.

Bild: Die Nutzlastspitze der Falcon 9, unter der sich der Kommunikationssatellit SES-9 befindet. Credit: SpaceX

Status 23.02.2016

Der statische Brennlauf fand gestern abend 22.02. kurz vor 18:00 Uhr Ortszeit statt. Hier ein Film davon. Die Triebwerke liefen dabei, wie üblich, etwa fünf Sekunden lang, während die Rakete von Klammern auf der Rampe festgehalten wird. Interessant ist dabei, dass die Nutzlast bereits an der Spitze der Rakete integriert war. Es gab bei SpaceX auch statische Brennläufe, bei denen die Nutzlast erst danach auf die Rakete kam. Von daher sieht es ganz danach aus, als wollte man Zeit sparen und das deutet darauf hin, dass der Start tatsächlich für den 25.2. um 0:46 Uhr mitteleuropäischer Zeit stattfinden soll. Genau 24 Stunden später besteht eine weitere Startmöglichkeit.

In der Praxis wird das einige Anstrengungen kosten, denn bisher ist es SpaceX nur ein einziges Mal bei seinen 22 Falcon 9-Missionen gelungen, einen Start nur zwei Tage nach dem "Static Firing" durchzuführen. In den anderen Fällen (mit Ausnahme des allerersten Falcon 9-Starts, da waren es 83 Tage) dauerte das zwischen drei und 22 Tagen. Man kann natürlich eine gewisse Lernkurve unterstellen, aber es gilt auch zu bedenken, dass der SES-9 Start erst der dritte Einsatz einer Falcon 9 v1.1 FT ist. Wenngleich SpaceX mit dem unauffälligen Namenskürzel "FT" nach außen hin darstellt, dass diese Falcon 9-Variante eigentlich nur ein geringfügiger Update darstellt, sind aber de facto massive konstruktive Änderungen an der Rakete vorgenommen worden. Auch das Infrastrukturkonzept vor allem auch in der Betankungsphase unterscheidet sich sehr von dem der Falcon 9. V1.1

Die ASDS "Of course I Still Love Her" nähert sich in der Zwischenzeit ihrem Zielgebiet, knapp 700 Kilometer weit östlich von Cape Canaveral auf dem Atlantik. Am Zielort wird - trotz der Position im offenen Ozean - relativ ruhige See erwartet, mit Wellenhöhen von nicht mehr als 1,5 Metern. Das liegt gut in den Limits für den "Empfang" einer Raketenstufe. Die Wahrscheinlichkeit für akzeptables Startwetter am Cape liegt für Mittwochabend (Ortszeit), resp. Donnerstagmorgen (MEZ) bei 60 Prozent. Tags darauf sind es sogar bei 80 Prozent.

Bild: Eine Nahaufnahme des statischen Brennlaufs vom Abend des 22.2. Credit: SpaceX

Status 22.02.2016

Es lohnt vielleicht, den nächsten Flug von SpaceX, die Falcon 9-Mission Nummer 22, etwas genauer unter die Lupe zu nehmen. Ich will ihn deshalb von jetzt bis zu seinem Abschluss in kleinen täglichen Bulletins (gut, heute zum Beginn ein wenig ausführlicher) verfolgen. Der Einsatz sieht den Transport des 5.300 Kilogramm schweren Kommunikationssatelliten SES-9 auf einen geostationären Transferorbit vor. SES-9 ist die bislang schwerste Nutzlast, die SpaceX in diesen speziellen Orbit transportiert. Er erfordert einen Geschwindigkeitsbedarf von 9,3 Kilometer pro Sekunde, 1,5 Kilometer pro Sekunde mehr als für einen "normalen" Transporteinsatz in einen niedrigen Erdorbit. Startort ist die Anlage 40 der Luftwaffenbasis Cape Canaveral, als Träger wird eine Falcon 9 v1.1 FT (Full Thrust) eingesetzt. SpaceX beabsichtigt, mit der ersten Stufe einen Landeversuch auf einer ASDS-Landeplattform (ASDS = Autonomous Spaceport Drone Ship) mit der Bezeichnung "Of course I Still Love Her" durchzuführen.

Gleich vorneweg: Die Wahrscheinlichkeit ist hoch - ich schätze auf mindestens 70 Prozent - dass es bei diesem Landeversuch erneut Bruch gibt. Das werden Sie dann tags darauf in den Medien als "erneuten Fehlschlag von SpaceX bei der Wiederverwendbarkeit zukünftiger Trägerraketen" vorfinden. Mit Hinweis darauf, dass man in Europa nach reiflicher Überlegung dieses hochriskante Verfahren für die zukünftige Trägerrakete Ariane 6 nicht gewählt hat.

Warum ist die Wahrscheinlichkeit, dass es auch dieses Mal nicht klappt, so hoch? Das liegt an der sehr hohen Trenngeschwindigkeit zwischen erster und zweiter Stufe. Zum Vergleich, beim Start von Jason-3 am 17. Januar lag sie bei etwa 5.800 Kilometer pro Stunde. Das Landeverfahren auf der 270 Kilometer downrange platzierten Landeplattform "Just Read The Instructions" klappte hervorragend, allerdings kippte dann die schon gelandete Stufe um, weil der Verriegelungsmechanismus einer der Landebeine nicht eingerastet war.

Dieses Mal dürfte die Trenngeschwindigkeit zwischen erster und zweiter Stufe, wegen nutzlastbedingt wesentlich größeren Anforderungen an den Geschwindigkeitsbedarf bei etwa 8.400 Kilometern pro Stunde liegen. Das hat zur Folge, dass die erste Stufe bei ihrer Rückkehr wesentlich weniger Treibstoff für die Landung zur Verfügung haben wird als letztes Mal, dabei aber mit viel höherer Energie hereinkommt. Unter anderem muss sie beim Wiedereintritt den vierfachen Hitzeeintrag überstehen. Man muss dabei wissen, dass die Landestufe überhaupt nur deswegen den Wiedereintritt überlebt, weil während der Phase der maximalen thermischen Belastung - in einer Höhe von etwa 90-70 Kilometern - drei der neun Triebwerke laufen und neben der unbedingt notwendigen Abbremsung zusätzlich eine bogenförmige Schockwelle vor die Rakete legen. Die verhindert, vor allem bei einer Hochgeschwindigkeitsrückkehr, dass das Vehikel verglüht, denn die Schockwelle leitet wesentliche Teile der Reibungshitze um die Rakete herum.

Aufgrund der Anforderungen dieser Satellitentransportmission wird beim Landeversuch eines der drei üblichen Lande-Brennmanöver entfallen müssen, und zwar das Reorientierungs-Brennmanöver gleich nach der Stufentrennung. Dieses Manöver muss bei dieser Mission mit dem Wiedereintritts-Brennmanöver, dem Reentry-Burn zusammengelegt werden. Hier Treibstoff zu sparen ist nicht möglich. Das geht erst wieder beim abschließenden Lande-Brennmöver. Und da kann es sehr gut sein, dass der Treibstoff so knapp wird, dass schlichtweg der Sprit ausgeht, bevor die Stufe das Landeschiff erreicht. Oder dass das kombinierte Reorientierungs- und Wiedereintrittsbrennmanöver die Stufe nicht nahe genug an die Barke herangebracht hat.

Geplant ist der Start derzeit für Donnerstag, den 25. Februar, um 0:46 Uhr mitteleuropäischer Zeit. Das ist 18:46 US-Ostküstenzeit und somit dort in der Abenddämmerung nach Sonnenuntergang. Der Landeversuch selbst, weit draußen auf dem Atlantik, wird in tiefer Dunkelheit erfolgen. Das Einhalten dieses Startdatums würde allerdings voraussetzen, dass das so genannte "Static Firing", ein kurzer Probe-Brennlauf der ersten Stufe auf der Startrampe, noch heute stattfindet. Bis jetzt gibt es dafür aber keine Anzeichen. Kann also gut sein, dass sich der Start um einen oder mehrere Tage verschiebt.

Die ASDS-Landeplattform hat, zusammen mit ihrem Schlepper (Elsbeth III), Port Canaveral gestern verlassen und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 3,5 Knoten pro Stunde in genau östlicher Richtung. Die Abfahrt vier Tage vor dem Start ist notwendig, denn die Landezone ist dieses Mal weit draußen auf dem Atlantik. Waren es beim Startversuch für die Jason-3 Rakete nur etwa 270 Kilometer von der Startstelle entfernt, müssen es dieses Mal, wegen der weit höheren Trenngeschwindigkeit fast 700 Kilometer sein (nach derzeit aktueller Berechnung exakt 668 Kilometer).

 Bild: Der hellblaue Tropfen in der orangeroten Ellipse zeigt die Position auf der die "Of course I Still Love Her" die Rückkehr der Falcon 9-Erststufe erwarten wird.