Spektakuläre Fehlschläge in der Raumfahrt – Russland Spezial

So nun auf vielfachen Wunsch noch zwei Beiträge über Russland und meine „Lieblingsfirma“ (als nächsten Blog). Mal was Allgemeines. Ich messe das Interesse an den Blogs an den Kommentaren. Wenn da keine kommen, gehe ich davon aus, das das Thema niemanden interessiert. Will ich nur Wissen vermitteln, dann schreibe ich einen Artikel für die Webseite (ohne /blog/). In der Website (Vorsicht Spoiler!) steht übrigens auch alles, was ich schreibe, nur nicht an einer Stelle … Ich beteilige mich aber nicht generell an Diskussionen. Ich habe meinen Standpunkt ja schon im Blog kundgetan. Ausnahmen sind falsche Aussagen in Kommentaren oder Fragen oder eine fachliche Diskussion. Ich erlaube aber jedem der sich blamieren will Kommentare zu verfassen sei es zum Ukainekrieg oder SpaceX (spacefirstclass). Nur muss ich das nicht auch noch kommentieren. Jeder mit Verstand kann ja erkennen, wo der Kommentator daneben liegt.

Zu Russlands Fehlschlägen gäb es eine Menge zu schreiben – ich vermute über die meisten wissen wir nicht Mal Bescheid. Ich habe mir für dieses Spezial nur die Raumsonden rausgesucht. Das ist ein kleines Gebiet in der ganzen russischen Weltraumforschung / -nutzung aber ich kenne mich da gut aus. Es gab durchaus größere Katastrophen, ich werfe mal die Stichworte „Nedelin“, „Woschod 1+2“, „Sojus 1“,“Sojus 11“ und N-1 in die Runde. Vielleicht kommen die in einem oder zwei weiteren Spezials noch dran.

Venera 4-6: Wenn man amerikanischen Messergebnissen nicht glaubt

Schon bald nach den ersten Raumsondenstarts deutete sich ab, das die USA sich auf den Mars konzentrierten, während Russland dies bei der Venus tat. Russland arbeitete seit 1962 an einer Venuslandung. Für die Mission von Vorteil war, dass die Venus eine dichte Atmosphäre hatte. Wie dicht, wusste man damals noch nicht, man wusste aber das sie mindestens so dicht wie die Erdatmosphäre war. Bekannt war das die Atmosphäre des Mars viel dünner war. Bei der Venus konnte man so wie auf der Erde landen – zuerst abgebremst durch einen Hitzeschutzschild dann einen Fallschirm. Beim Mars musste man die Landung aktiv steuern und durch Raketentriebwerke abbremsen, dass man weich landete, das ist wesentlich komplexer und so suchte sich Russland das vermeintlich leichtere Ziel aus. Die ersten Missionen scheiterten schon im Erdorbit (siehe zweiter Teil) da die Oberstufe Block L einen Designdefekt hatte. Venera 3 erreichte als erste Landesonde die Venus, fiel aber vorher durch Überhitzung aus. Erst mit Venera 4 – nun schreiben wir schon das Jahr 1967 – trat funktionsfähig in die Venusatmosphäre ein, verstummte aber bald. Russland feierte das sogar als erfolgreiche Landung. Leder machten die Amis einen Strich durch die Rechnung. Mariner 5 passierte wenige Tage später die Venus und konnte den Venusdurchmesser genau bestimmen. Er war rund 24 km kleiner, als von den Russen angenommen. Die Sonde war in rund 17 km Höhe verstummt.

Mariner 2 hatte schon die Bodentemperatur auf 425 Grad Celsius bestimmt, Mariner 5 ergab einen Temperaturbereich Betrag zwischen 267 und 500 Grad Celsius für die Bodentemperatur und sie bestimmte den Bodendruck auf 75 bis 100 bar. Venera 4 war für 5 Bar Druck ausgelegt und mehr Druck meldete sie auch nie – der Druckmesser als Experiment stoppte ebenfalls bei 5,3 Bar. Immerhin wurde die Außentemperatur (in 17 km Höhe) zu 262 °C bestimmt.

Man würde nun annehmen, das Russland daraus lernt und die nächsten Sonden auf den zu erwartenden Druck und Temperatur auslegt. Doch Venera 5 und 6 wurden nur auf 25 Bar ausgelegt. So kam es wie erwartet: Sie verstummten beide bei 27 Bar Außendruck in 18 bzw. 13 km Höhe. Erst jetzt glaubte man den Messdaten von Mariner 5 und legte die nächste Generation auf 150 Bar Außendruck und 540 Grad Celsius aus. Venera 7 hatte durch die dadurch nötige Mehrmasse nur noch eine minimale Ausstattung an Messgeräten, erreichte aber erstmals die Venusoberfläche intakt. Russland hatte einige Landesonden geopfert, weil man offensichtlich der Meinung war, das der Klassenfeind falsche Daten veröffentlichte.

Phobos 1+2: „Betaraumschiffe“

Die Raumsonden Phobos 1+2 waren die ersten Marssonden Russlands seit 15 Jahren und sie waren die letzten der Sowjetunion. Auf dem Papier waren die Missionen beeindruckend. Es gab 22 Experimente. Es gab eine große internationale Beteiligung durch 14 Staaten als Novum sowohl der BRD wie DDR. Ebenso war das Ziel ambitioniert: Die Sonden sollten den Marsmond Phobos nicht nur aus der Nähe erkunden, sondern auch zwei Landesonden absetzen.

Doch bald nach dem Start fiel Phobos 1 aus. Man hatte eine neue Software übertragen, in der war ein Befehl „vergessen worden“. Die Raumsonde geriet ins Taumeln und drehte ihre Solarpaneele von der Sonne weg, sodass ihr bald der Strom ausging. Der Computer hatte zwar ein Programm, dass solche Aktionen, welche die Sonde beschädigen könnten verhindern sollte, aber das wurde durch ein Testprogramm, das man vor dem Start aufspielte ersetzt. Es diente dazu alles durchzutesten und man „vergaß“ es vor dem Start zu löschen.

Phobos 2 schwenkte in einen Marsorbit ein, machte aus diesem Orbit Untersuchungen des Mars, änderte die Bahn dann auf einen Rendezvousorbit zu Phobos ab. Als sich die Sonde für Beobachtungen zu Phobos drehen sollte und danach wieder zur Erde zum Übertragen der Daten hörte man nichts mehr von ihr. Was passierte ist bis heute ungeklärt. Wahrscheinlichste Ursache ist ein Computerausfall.

Wie durch Glasnost bekannt wurde, lief schon bei der Entwicklung einiges schief: Der Hersteller Lawotschkin entwickelte die Sonde weitestgehend nach eigenem Ermessen. Das IKI, das Institut für Weltraumforschung der russischen Akademie der Wissenschaften, bekam es als „kostenlosen“ Träger ihrer Experimente, hatte aber keinerlei Einfluss auf die Auslegung. Da für 1990 der Start des Mars Observers geplant war, vermutlich aber auch weil es mit der Finanzierung des Weltraumprogramms durch immer größere wirtschaftliche Probleme bergab ging, startete man die Sonden übereilt. Die Techniker meinten, dass das Projekt zu ambitioniert war. Ein solches Projekt unter Einsatz neuester Technologien, wie Mikroprozessoren, hätte sechs bis sieben Jahre zur Umsetzung gebraucht. Es standen aber nur dreieinhalb Jahre zur Verfügung. So verließen „Beta-Raumschiffe“ ohne erprobte Komponenten die Erde. Insbesondere die Computer waren nicht ausreichend getestet worden. So gab keine Safemode-Programme, die eingreifen, wenn eine bedrohliche Situation auftritt und es fehlte an Redundanzen.

Mars 96: Fehlende Finanzierung

Der Fall Mars 96 ist in diesem Teil etwas anders gelagert als bei den anderen Missionen, da die Sonde schon beim Start verloren ging, sodass man nicht weiß, ob sie erfolgreich war. Da sie aber durch eigene Schuld verloren ging, denke ich ist es gerecht ein Urteil über sie zu fällen.

Mars 96 war das erste Raumfahrtprojekt nach Zerfall der Sowjetunion. Schon im Vorfeld zeigte sich das grundlegende Problem: die Finanzierung. Geplant waren zwei Orbitermissionen im Jahre 1992. 1998 sollte ein Rover auf dem Mars abgesetzt werden und 2001 Bodenproben zur Erde transportiert werden. Das wurde nach und nach zusammengestrichen bis nur noch eine Sonde übrig blieb und deren Starttermin rutschte auf 1996. Damit die Sonde überhaupt noch starten konnte, zahlte die ESA 80 Millionen Dollar für ausstehende Löhne. Wie bei Phobos 1+2 gab es eine breite internationale Beteiligung an der Sonde, diesmal vor allem aus den ESA-Mitgliedsstaaten die alleine 290 Millionen Dollar in ihre Experimente investiert hatten. Mars 96 sollte den Mars aus dem Orbit beobachten und Minilander und Penetratoren absetzen.

Doch dazu sollte es nicht kommen. Da seit Phobos 1+2 die Marssonden zu schwer für die Proton Trägerrakete waren, arbeitete man nach einem neun Bahnregime. Die Proton beförderte sie in eine langgestreckte Ellipsenbahn und sofort nach Abtrennung von dr letzten Stufe zündeten die Sonden ihr eigenes Triebwerk, das die fehlende Geschwindigkeit aufbrachte. Das erhöhte die Nutzlast weil für die zweite Brennphase die Leermasse der Oberstufe wegfiel. Gesteuert wurde die Oberstufe dabei vom Raumschiff. Das klappte auch bei Phobos 1+2. Bei Mars 96 gelangte diese zuerst mit der Oberstufe Block D2 in einen niedrigen Erdorbit. Danach sollte Block D2 gesteuert durch einen Zeitgeber zünden und Mars 96 beschleunigen, gefolgt von der Abtrennung und dem Zünden des Eigenantriebs. Da Russland ihre Funk-Überwachungsschiffe mit Antennen nicht mehr betreiben konnte gibt es von diesem Ereignis aber keine Daten. Block D2 muss in jedem Falle nicht oder nur kurz gezündet haben. Danach trennte sich Mars 96 ab, obwohl man noch im niedrigen Erdorbit war. So auch fehlorierentiert führte die Zündung aber zu einem Orbit dessen erdnächster Punkt in nur 87 km Höhe lag und Mars 96 verglühte beim Durchlaufen des erdnächsten Punktes.

Immerhin: mit dem sklavischen Befolgen von vorprogrammierten Abläufen, ohne die Situation zu berücksichtigen, war Russland SpaceX so um 22 Jahre voraus! Immerhin verdanken wir dem Fehlschlag Mars Express, der seit fast 20 Jahren den Mars umkreist dieser Pleite, denn um die damals verloren gegangenen ESA-Experimente doch noch zu starten entwickelte man aus Bauteilen die für Rosette entwickelt worden eine eigene Raumsonde. Für diese Experimente war es ein Segen, denn ich glaube nicht das Russland mehr als zwei Jahre lang Mars 96 betrieben hätte, selbst wenn die Mission erfolgreich gewesen wäre.

Phobos Grunt: Weltraumtaugliche Bauteile sind zu teuer

Schon an der Startverschiebung von Phobos Grunt von 2009 auf 2011 sieht man das auch hier Russland massive Probleme hatte, die Sonde zu finanzieren, obwohl es nach mehr als einem Jahrzehnt die erste Raumsonde und damit ein Prestigeprojekt war. Nach den Pleiten von Phobos 1+2 und Mars 96 fanden sich diesmal nicht sehr viele internationale Partner. Phobos Grunt ist eine fast alleinige russische Sonde. Der Grundaufbau ist der gleiche wie bei den vorherigen drei Marssonden. Nur wurde mittlerweile aus dem „Traktorblock“ der vorherigen Sonden eine eigenständige Stufe, die Fregat, entwickelt die seit Jahren routinemäßig auf der Sojus eingesetzt wird.

Phobos Grunt sollte dort weitermachen, wo Phobos 1+2 aufhörten. Zuerst sollte der Mond umkreist und untersucht werden, dann wir ein Minilander abgesetzt der eine kleine Bodenprobe entnimmt. Dieser tritt dann alleine die Heimreise an, der Großteil der Sonde verbleibt im Marsorbit. Soweit der ambitionierte Plan.

Schon im Vorfeld verwunderte, das Russland nicht die seit 1969 für Planetensonden eingesetzte Proton einzusetzen, sondern die Zenit. Die Zenit war zwar die neueste Trägerrakete, aber nicht zuverlässiger als die Proton. Vor allem stammt der Großteil der Zenit nicht aus Russland, sondern der Ukraine. Das war zwar 2011, noch vor der Annektion der Krim, aber schon damals gab es seit Jahren, die Politik nur noch Träger aus dem eigenen Land einzusetzen. Die Flüge der Zenit seitens Russland nahmen seit Jahren ab. Die Zenit ist eigentlich nur zweistufig und kann so den Mars nicht erreichen. Anstatt nun die Block DM Oberstute einzusetzen, die das Unternehmen Sealaunch für die Zenit anpassen lies, und seit längerem routinemäßig einsetzte, verfrachtete man Phobos Grund mit einer Fregat-Oberatufe mit Zusatztank auf die Zenit. Die Fregat wird dabei (wie gehabt) von Phobos-Grunt gesteuert.

Und das scheiterte. Seitens der Zenit funktionierte alles einwandfrei, sie setzte das Gespann in einem niedrigen Erdorbit aus. Doch danach klappte gar nichts mehr. Phobos Grunt blieb in diesem Erdorbit. Erst nach 12 Tagen wurde die ESA um Hilfe gebeten, weil durch die niedrige Bahnhöhe und nur mit Antennen auf Russlands Staatsgebiet es nicht klappte, die Sonde zu kontaktieren. Doch auch hier gab es keinen Erfolg. Schließlich verglühte die Sonde nach zwei Monaten.

Der Untersuchungsbericht gab als Ursache einen simultanen Reboot der beiden Computer an, die so nie eine arbeitsfähige Konfiguration erreichten. Wie bekannt wurde, hatte man in der Elektronik vor allem strahlungsolerante, aber nicht strahlungsgehärtete Bauteile verwendet: die ersteren findet man in militärischen und zivilen Flugzeugen und sie halten die erhöhte Strahlung in typisch 12 km Höhe aus, nicht aber die harte Röntgenstrahlung im All oder den Beschuss mit geladenen Teilchen. Sie sind dafür erheblich billiger – ein Prozessorboard von BAE kostet rund 200.000 DM für einen Prozessor mit dem technischen Stand von 1997, einzelne strahlen gehärtete Chips können auch im höheren drei bis niedrigen vierstelligen Eurobereich liegen.

Tja am falschen Ende gespart.

Wer mehr über die russischen Raumsonden wissen will, auch einiges, was sich nicht auf der Website findet, noch dazu besser zu lesen als die Webseite, dem seien meine beiden Bücher empfohlen. (bei Amazon) oder beim Verlag.