„„Inkrementelle Entwicklung“ oder Dilettantismus?

Der letzte, so katastrophal gescheiterte Teststart bringt mich zu einem Grundsatzthema bei SpaceX, nämlich ihrer Vorgehensweise. Doch ich beginne mal mit den Anfängen. Man wird es kaum glauben, aber als ich zum ersten Mal über SpaceX schrieb, das muss so um 2004 gewesen sein, in jedem Fall noch vor ihrem ersten Start, fand ich es gut, dass es eine neue Firma im Raumfahrtbusiness gibt und eine neue Rakete. Über die gab es auch ein User Manual, das den Namen verdient und das Details enthielt, die man heute beim Starship und dem Superbooster nicht mehr findet. Selbst Elon Musks Ausführungen fand ich damals noch interessant.

Das änderte sich, als von ihm immer mehr Seitenhiebe auf andere Konkurrenten kamen und ich begriff, dass dieser Mensch sehr komisch tickt, als er den Start der Falcon 1 verlegte. SpaceX hatte schon die Nutzung eines Pads in Vandenberg zugesagt bekommen, durfte aber nicht starten, bevor die letzte Titan 4 abgehoben hatte, aus Sicherheitsbedenken (da die Falcon 1 ja dann auch nach weniger als einer Minute Flug in der Nähe des Startpads aufschlug, gut nachvollziehbar). Wer zieht denn schon in den Pazifik um, wo es keinerlei Infrastruktur gibt, nur weil er einige Monate warten muss? Die letzte Titan 4B hob übrigens am 19.10.2005 ab, die erste Falcon am 24.3.2006, also brachte das nicht mal zeitlich etwas. Als dann haarsträubende Beschuldigungen von Technikern wegen des Fehlstarts durch Musk kamen, war der für mich und die Firma als Ganzes durch. De facto war ja Musk die einzige Person zu der Zeit, die sich öffentlich über Technik bei SpaceX äußerte und heute ist es auch nicht viel besser.

Die Anfänge

Aber das ist ein anderes Thema, nämlich SpaceX und Medienarbeit. Hier geht es um die frühen Fehlschläge und ihre Ursache. Da die ersten Starts durch die USAF finanziert wurden, gab es Untersuchungsberichte und die widersprachen Musk. Es kam aber noch besser. Neben der primären Ursache wurden auch andere Vorkommnisse genannt, die nicht zum Versagen führten, aber nicht sein sollten, und wenn man die in einem Untersuchungsbericht las, wusste man schon die Fehlerursache für den nächsten Flug. Der erste Start einer Falcon 1 scheiterte, weil durch die Korrosion der Treibstofffluss kurz nach dem Start abriss und die Korrosion war eine Folge dessen, dass Musk den Start verlegt hatte und die Rakete zu lange herumstand.

Der zweite Start scheiterte, weil das Triebwerk der Zweitstufe ausfiel, nachdem diese in Bildern schon immer mehr anfing zu schwanken. Letztendlich waren fehlende Prallbleche, die das Treibstoffschwappen unterdrücken sollten, daran schuld. Bei der Stufentrennung wäre schon die erste Stufe fast mit der zweiten kollidiert. Das stand dann auch im Untersuchungsbericht. Und nun ratet mal, warum Start 3 scheiterte? Richtig, die erste Stufe kollidierte mit der zweiten. Der Grund war, dass die „Pusher“, im Prinzip riesige Federn, die erste Stufe nicht genügend abgebremst hatten und diese noch zu viel Restschub hatte.

Das zeigte schon die allgemeine SpaceX-Vorgehensweise, die man heute wieder sieht: Es fehlen Subsysteme, die man bei anderen Trägern und Stufen dieser Klasse kennt, und sie kommen erst hinzu, wenn es einen Fehlstart gibt. Also Prallbleche haben viele Oberstufen, weil sie besonders stark durchgeschüttelt werden. Zudem ist bei ihnen die Tankform zudem viel ungünstiger als bei den langen Basisstufen. Man kann auf Retroraketen verzichten und Pusher nehmen, wenn bei der Trennung die obere Stufe schon arbeitet. So wurden mit Pushern die Booster von Ariane 3, 4 und der Titan abgelöst, weil die Zentralstufen schon arbeiteten und sie so nicht kollidieren konnten. Bei der Delta, wovon die der Falcon 1 stammten, werden sie auch eingesetzt, beim Abtrennen der Feststoffoberstufe. Die wird aber erst nach etlichen Minuten im Orbit gezündet, Zeit genug sich von der Delta zu entfernen. Das war bei der Falcon 1 nicht gegeben.

Dieser – ich nenne es Dilettantismus – zeigte sich auch bei den ersten Flügen der Falcon 9. Beim Erstflug der Falcon 9 entdeckte man am Cape einen Riss in der Düse des Oberstufentriebwerks. Anstatt das zu untersuchen, was natürlich den Start verzögert hätte, ließ Musk einen Techniker einfliegen, der mit einem Messer die Düse oberhalb des Risses abschnitt, also effektiv verkürzte. Das war Musks Vorschlag zur Lösung des Problems: „What if we just cut the skirt? Like, literally cut around it?“. Das mag das Problem lösen, aber es erschwert die Feststellung, wie es denn zum Riss kam und erinnert mich daran, dass ich öfters beim Zusammenbauen die Unterlegscheiben von Muttern vergesse. Klar hält auch so, aber die Scheiben haben schon einen Zweck, nämlich den Druck besser zu verteilen. Schon damals beschrieb Elon Musk das als iterative Vorgehensweise, eine Technik, die ich als Programmierer kenne. Man baut erst mal einen Prototypen, testet diesen, baut ihn aus oder bespricht mit dem Kunden, ob ihm dieses Konzept gefällt und hat, wenn das nicht der Fall ist, nicht zu viel Arbeit in den Sand gesetzt.

Meine Theorie und die wird auch durch weitere Tatbestände bestätigt ist eine andere. Elon Musk hat sich schon am Anfang darüber geäußert, dass er andere Raketen als „insane expensive“ ansieht. Wenn es nach ihm geht, müsste alles viel billiger gehen. Ich denke, er wird bald nachdem er mit der Falcon 1 begonnen hat die Einsicht gewonnen haben, warum die Raketen so teuer sind. Eine Rakete ist nicht so teuer, weil sie aus wertvollen Materialien besteht. Es ist die Arbeit, die in ihr steckt. Es sind viele Kontrollen; nachdem Starts schon scheiterten, weil man Werkzeuge oder Putzlappen vergaß, müssen alle Werkzeuge beim Zusammenbau der Ariane, die entnommen werden in ein Buch eingetragen und beim Zurücklegen quittiert werden. Das dauert. Eine Kollision der Erststufe mit dem Oberstufenbündel gab es schon bei dem Start von Explorer 5 am 24.8.1958. Daraufhin bekam der Nachfolger der Juno I, die Juno II Retroraketen und seitdem die meisten Raketen. Das ist Erfahrungswissen auf das Profis nicht verzichten.

Dann kann man noch bei der Qualifikation der Arbeiter sparen. Bei der frühen SpaceX Zeit war hier einiges bekannt: Das Arbeitsumfeld wird auch von den Mitarbeitern als schwierig und von Konkurrenz geprägt beschrieben. Nur die Hälfte der zuerst auf Probe angestellten wird übernommen. Der Altersdurchschnitt ist niedrig und liegt bei 26. Nur ein Drittel hat einen weiteren Abschluss nach der Schule, die meisten werden direkt von der Schule angeheuert und im Job geschult.

Also man spart an ausgebildeten Ingenieuren, dafür setzt man mehr angelernte Arbeiter ein. Das spart einiges an Kosten ein. Daneben kommen diese Mitarbeiter natürlich nicht auf die Idee ihre Erfahrungen aus der Arbeit bei anderen Raumfahrtfirmen einzubringen. Das ist übrigens genau das Gegenteil dessen was Ulrich Walter glaubt, nämlich das die Firma die besten Leute der NASA hat. Alle Namen, die man mit der Entwicklung der Falcon 9 verbindet, wie Hans Koenigmann, Tom Mueller haben die Firma längst verlassen. Zwei Astronauten die man als Galionsfiguren engagiert verließen die Firma noch schneller. Bei Ken Bowersox erfuhr man das nur, weil bei Presseanfragen durch die automatische Rückantwort des Servers auffiel das sein Emailkonto nicht mehr existierte. Auch bei den folgenden Jahren gab es dann noch Vorfälle wie die Explosion der Falcon 9 mit Amos 6. Dafür gibt es natürlich Erklärungen von Musk oder SpaceX, doch nach meinen Erfahrungen kann man die nicht glauben. Vorher scheiterte schon eine CRS-7 Mission. Eine Strebe gab nach, eine Heliumflasche fiel in den Tank, das Helium wurde gasförmig und die Flasche und die Oberstufe explodierten. Der Bericht von SpaceX sagte, dass die Strebe aus rostfreiem Stahl für eine Belastung von 10.000 Pfund ausgelegt war, aber bei 2.000 Pfund versagte. Eine unabhängige Untersuchung der NASA kam zu dem Schluss, dass die wahrscheinlichste Ursache für das Versagen der Strebe ein Konstruktionsfehler war: Statt einer Edelstahl-Strebe aus „aerospace certified“ Material wählte SpaceX „industrial grade“ ohne angemessene Prüfung und Tests und übersah die empfohlene Sicherheitsmarge. An diesen falschen Behauptungen hat sich seitdem nichts geändert. Übrig blieb Gwynne Shotwell, die wohl kaum SpaceX verlassen ist sie als President and chief operating officer of SpaceX gut verdient. Allerdings ist sie seit letztem Dezember direkt für die Starbase verantwortlich, keine gemütliche Position in der Firma.

Ein Zeitsprung in die jüngere Vergangenheit

Doch seitdem funktionierte doch dann alles. Die Falcon 9 flog immer öfters. Die Landungen klappen nach anfänglichen Problemen und alles sah gut aus. Das verwundert nicht, denn sobald die Kinderkrankheiten und versteckten Fehler einer Rakete alle entdeckt sind kann man sie nach einer Standard-Vorschrift zusammenbauen und benötigt eigentlich keine Kenntnisse über Raketentechnik.

Mit der Entwicklung des Starships beginnt wieder das alte Spiel. Es gibt Fehlschläge die, nun ja, einzigartig sind. Da sind die die verglühten Starlink Satelliten vom Februar 2022. Ursache war das sie in geringer Höhe ausgesetzt wurden und es einen G2-Sonnensturm gab. Die niedrige Höhe resultierte daraus das die Starlink Satelliten schwerer wurden.

Sonnenstürme überschwemmen die Erdatmosphäre mit energiereichen Teilchen die tragen Energie in die Atmosphäre die sich ausdehnt und so Satelliten stärker abbremst. Das weiß man, es gibt Tools mit denen man den Effekt vorhersagen kann. G2-Sonnenstürme sind zudem nicht selten, sondern eher häufig. Es gibt zwischen 360 und 600 G2-Sonnenstürme in einem elf Jahre dauernden Sonnenzyklus. Da hätte man sich also vorher wappnen können. Der letzte war übrigens 17 Tage vorher. Das zeigt das nun eine andere Riege von Verantwortlichen bei SpaceX übernommen hatte, Leute denen es an Erfahrung fehlt, oder die es nicht wagen die Satellitenanzahl zu reduzieren, weil sie Druck von oben bekommen.

Dann gab es die Tests mit dem Starship. Schon einfache Druckbeaufschlagungstests mit den Prototypen Mark I, SN3 und 4 scheiterten. Dabei handelt es sich hier nicht um „Raketenwissenschaft“. Seit der Erfindung der Dampfmaschine ist bekannt, wie man mit Druck umgeht, der auf einen Tank oder Kessel wirkt. Trotzdem verlor SpaceX vier Prototypen. Das passierte nicht einmal bei der Atlas-Rakete, die ohne Druck nicht stabil war. Hier kam es zum Gegenteil: dem „Schrumpfen“, als das Druckbeaufschlagungssystem ausfiel. Aber für die Entlastung von Überdruck gibt es schon seit sehr langer Zeit Überdruckentlastungsventile.

Danach kamen Tests der Triebwerke und Flugtests. Eine Probezündung eines Raptor-Triebwerks führte zur Explosion. Nach drei Versuchen gelang eine Landung nach einem Aufstieg in 10 km Höhe, allerdings explodierte das Starship kurz danach. Beim nächsten Versuch schlug das Starship erneut auf. Erst beim fünften Anlauf klappte die Landung.

Nach den Testflügen des Starships steht der Teststart an. Bei einem statischen Test am 9.9.2022 zündete das Starship alle sechs Triebwerke. Ein statischer Test zündet die Triebwerke bis sie vollen Schub erreichen und schaltet sie dann wieder ab, damit die Rakete nicht abhebt. Es folgten am 14 und 29 November mit dem Booster 7, demselben der beim Teststart verloren ging, eine Zündung von 14 und 11 Triebwerken (seltsamerweise war der zweite Test der Test mit weniger Triebwerken, ob hier schon welche ausfielen?). Dann am 9.2.2023 der Test mit allen Triebwerken, aber auch hier fielen zwei aus.

Also, nach Musks Angaben sind diese Triebwerke ausgelegt um 1.000-mal wiederverwendet zu werden und sie fallen (übrigens auch bei den Landungstests) vorzeitig aus, hier schon bei der Zündung. Wäre es da nicht sinnvoll zuerst Ursachenforschung zu betreiben und das Problem zu lösen, anstatt einen Testflug anzusetzen?

Man kann diese Vorkommnisse schon lange nicht mehr mit mangelnder Erfahrung begründen. Dafür sind viele Fehler einfach zu simpel. Beim erwähnten Test am 9. Februar wurde schon jede Menge Material unter dem Startplatz freigesetzt. Um das vorherzusagen, muss man nicht Raketenwissenschaft studiert haben. Wir haben hier eine Rakete, die pro Sekunde 20 t Treibstoff mit 1.300 Grad aus der Düse ausstößt. Selbst wenn die Temperatur beim Auftreffen auf den Grund durch Expansion soweit abgesunken ist, dass der Flammenstrahl am Boden kein Gestein mehr aufschmelzt, so reicht die übertragene Energie vollkommen aus, Gestein durch die thermischen Spannungen, wenn es an einer Stelle erhitzt wird und sich ausdehnen möchte, aber nicht kann, zu zerbrechen.

Man kann Raketen ohne ein System um die Flammen abzulenken oder zu kühlen (mit Wasser geflutete Gräben werden von der NASA eingesetzt) starten, aber das geht nur wenn diese sehr schnell abheben. Das ist so bei militärisch genutzten Raketen, aber nicht einem Starship das 3 Sekunden vor T-0 die Triebwerke zündet. Ob diese Trümmer an dem Fehlstart schuld oder zumindest mit schuld sind wird spekuliert, aber das ist eigentlich nicht der Punkt.

Der Punkt ist, dass man so etwas vorher weiß. SpaceX hat etliche Falcons auf NASA-Startanlagen gestartet, alle mit Systemen, um so etwas zu verhindern. Bei Pad 39A gibt es sogar ein Sprinklersystem, das nachträglich nach dem ersten Space-Shuttle-Start installiert wurde, um die Druckwellen der SRBs zu reduzieren.

Meine Meinung: Es liegt an Elon Musk selbst. Der gute Mensch knausert, wo er nur kann, außer natürlich bei sich selbst. Erst wird eine Ausgabe nicht genehmigt und erst wenn dann etwas schief geht, wird nachgebessert. In diese Theorie passen die Tatsachen wie Streben aus billigerem, aber ungeeignetem Material, fehlende Prallbleche oder billige Pusher anstatt Retroraketen und natürlich auch Einsparungen von Kosten für einen Graben, Flammenumlenker oder gar eine Wasserflutung.

Es gibt auch die sehenswerte Doku über Die Entwicklung des Autopilots von Tesla. Da sagen die Entwickler das Elon Musk, für ein System das den Käufer 10.000 Dollar Aufpreis kostet, nur Kameras als Sensoren haben wollte, weil das billiger ist. Standard bei anderen Automobilherstellern sind zusätzlich wesentlich teurere RADAR- und LIDAR-Sensoren, die aber anders als Kameras genau Position und Geschwindigkeit von Fahrzeugen feststellen können. Erst nach mehreren tödlichen Unfällen wird das System nun aufgerüstet. Elon Musk preist übrigens bis heute das System als Autopilot, also ein System das autonom fahren kann, während es technisch nur als Fahrassistenzsystem zugelassen ist und das nur auf Autobahnen (oder technisch exakter Spuren ohne Kreuz- und Gegenverkehr). Bei einem Fahrassistenzsystem darf man die Hand nicht vom Lenkrad nehmen und muss jederzeit reagieren können. Viel Geld für wenig Leistung.

Fazit

Ich glaube nicht, dass SpaceX iterativ entwickelt. Sie versuchen erst einmal, mit Weglassen oder Abkürzungen durchzukommen. Erst wenn etwas passiert, wird nachgebessert. Das ist keine iterative Entwicklung, das ist Herumwursteln. Spätestens nach dem 9.2.2023 wurde offensichtlich, dass die Raptor-Triebwerke noch nicht einsatzfähig sind. Dieser Tatbestand und die Verschiebung eines Teststarts ist auch keine Niederlage. Es handelt sich um eine neue Technologie und das BE-4, das ja zeitgleich entwickelt wurde, ist auch noch nicht einsatzfähig, der Jungfernflug der Vulcan wurde mehrfach verschoben.

Die bisherige Vorgehensweise, bei der alles quergecheckt wird und jeder mögliche Fall bei der Entwicklung und Produktion berücksichtigt wird, mag zwar teurere Raketen produzieren, aber diese haben dann weit weniger versteckte Mängel. Denn mit dieser Vorgehensweise werden nur die Probleme adressiert, die bis dahin aufgetreten sind. Die Falcon 9, die mit Amos 6 auf dem Startplatz explodierte, war die 29 Falcon 9! Also trat dieser versteckte Fehler erst nach 29 Einsätzen auf und die Falcon 9 ist im Vergleich zum Starship eine eingeführte und erprobte Technologie.

Meiner Ansicht nach geht dies direkt auf Elon Musk zurück, denn der fiel ja schon in der Vergangenheit dadurch auf, das er den Sinn von woanders normalen System bezweifelte. Die Natur dieses Mannes der völlig antirealistische Vorstellungen von Zeitplänen hat (dieser Testflug sollte eigentlich schon im Frühjahr 2020 erfolgen) hat und meint alle sollten mehr arbeiten als vertraglich ausgemacht ziehen natürlich auch nicht die Leute an die hochqualifiziert sind und ihr Geld woanders mit weniger Arbeit verdienen können. Einige Berichte deuten darauf hin, dass Praktikanten in der SpaceX-Zentrale in Hawthorne, Kalifornien, 80-Stunden-Wochen für 22 Dollar pro Stunde arbeiten. Es gibt auch Berichte über ungewöhnliche Arbeitszeiteinteilungen, wie zum Beispiel 12-Stunden-Schichten und 7 Schichten in zwei Wochen.

Wie der Milliardär Yusaku Maezawa mit einem so unreifen Gefährt angesichts der bisherigen Liste von Fehlschlägen noch 2024 zum Mond fliegen will und die NASA 2025 sogar Astronauten auf dem Mond landen will, ist mir ein Rätsel.

Für euch sicher interessant: Eine Analyse des DLR des Starships. Sie kommen im wesentlichen auf die gleichen Ergebnisse wie ich, liegen in der Nutzlast sogar noch niedriger als meine Simulation (allerdings habe ich auch 175 und nicht 270 t Trockenmasse für den Superbooster angenommen). Sollten wir beide recht behalten, dann hat SpaceX ein Problem wenn das Starship schwerer wird – der Hitzeschutzschild ist ja noch nicht mal erprobt und auch das Space Shuttle wurde deutlich schwerer als geplant.