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Start der Falcon 9 am 21. Dezember 2015
Start der Falcon 9 am 21. Dezember 2015 (Bild: Joe Skipper/Reuters)

Kleine Stückzahlen brachten hohe Preise

Trotzdem ist der Zwang zu einer hohen Zuverlässigkeit unangenehm. Es braucht großen Aufwand und ständige Aufmerksamkeit in allen Details. Deshalb wurden immer größere Triebwerke entwickelt. Es setzte sich die Ansicht durch, dass man die Zahl der Fehlerquellen reduzieren sollte, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Nur die einfach aufgebauten Feststoffbooster wurden weiter in großer Zahl benutzt.

Im Militär wurde diese Technik in so großer Zahl eingesetzt, dass sie als nahezu perfekt angesehen wurde. Abgesehen von den Feststoffboostern bestanden die meisten westlichen Raketen bis vor kurzem nur noch aus zwei Triebwerken: einem großen Triebwerk in der unteren Stufe und einem kleinen in der oberen Stufe. Warum genau sich dieser Ansatz durchgesetzt hat, ist aber unklar. Schließlich hatte sich bei der Ariane 4 der Ansatz mit mehreren Triebwerken pro Stufe als durchaus zuverlässig und kostengünstig erwiesen.

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Der Ansatz der wenigen, großen Triebwerke hat dabei einen Nachteil. Er führt zu außerordentlich kleinen Stückzahlen. Für die Ariane 5 wird nur etwa alle zwei Monate ein HM7B- und ein Vulcain-2-Triebwerk gebaut. Alle Anlagen, Werkzeuge, Dokumente und Teststände dafür werden sechsmal im Jahr benutzt. Automatisierung geschieht deshalb nur dort, wo es die Präzision erfordert. Für sechs Triebwerke pro Jahr wird kein Montageroboter entwickelt, wenn Techniker den Arbeitsschritt mit einigen Tagen Arbeit von Hand erledigen können.

Entsprechend hoch sind die Kosten pro Triebwerk und entsprechend großer Aufwand muss betrieben werden, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Tatsächlich gibt es einen Film der Sendung mit der Maus, in der dieser Prozess gezeigt wird - in dem unter anderem drei Ingenieure über 500 Einspritzdüsen von Hand unter Reinraumbedingungen einschrauben. Seit 2001 wurden 58 Vulcain-2-Triebwerke für die Ariane 5 gebaut und geflogen. Davon versagte eines gleich beim ersten Flug und zerstörte eine Nutzlast im Wert einiger Hundert Millionen Euro.

Viele Triebwerke können trotzdem zuverlässig sein

Aber es gibt noch einen anderen Ansatz, der von SpaceX wieder eingeführt wurde. Die Falcon 9 benutzt zehn identische Merlin-1D-Triebwerke, neun davon in der ersten Stufe und eins in der zweiten - genauso wie die Electron von Rocketlabs. Die Firefly Alpha soll sogar zwölf identische Triebwerke in der ersten Stufe haben. Überschätzen diese Firmen die Zuverlässigkeit ihrer Triebwerke? Nein. Denn sie müssen gar nicht so zuverlässig sein.

Die Reduzierung der Fehlerquellen ist nicht die einzige Möglichkeit, die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Die Saturn V hatte zum Beispiel jeweils fünf Triebwerke in der ersten und zweiten Stufe. Aber sie waren in der Lage, den Ausfall eines Triebwerks zu verkraften, wenn er nicht zu früh passierte. Das verändert die Lage drastisch. Wenn keins der fünf Triebwerke ausfallen darf, führt ein 99-prozentig zuverlässiges Triebwerk zu einer Erfolgsquote von 95,1 Prozent. Wenn aber ein Triebwerk ausfallen darf, dann steigt die Erfolgsquote sogar, hier wären es 99,9 Prozent.

Das ist natürlich nur die Theorie. In der Praxis darf der Ausfall eines Triebwerks nicht zum Ausfall weiterer Triebwerke führen. Sonst funktioniert dieses Rechenbeispiel nicht. Wenn sich eine der leistungsstarken Turbopumpen durch Materialfehler selbst zerlegt, können auch angrenzende Triebwerke beschädigt werden. Deshalb müssen stabile Trennwände aus Kevlar und anderen Materialien eingebaut werden, um mögliche Trümmerstücke aufzuhalten. Genau das ist beim vierten Flug der Falcon-9-Rakete passiert. Eines der älteren Merlin-1C-Triebwerke versagte, aber die Rakete setzte ihre Mission erfolgreich fort. Wegen der größeren Gravitationsverluste brauchte sie dabei aber ihre Treibstoffreserve auf. Bei den neueren Raketen dient dafür im Notfall der Treibstoff, der eigentlich für die Landung vorgesehen ist.

 Space X: Falcon, warum hast du so viele Triebwerke?Zuverlässige Triebwerke reichen nicht 

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DerGoldeneReiter 05. Jan 2016

Wow, vielen Dank für die Kostenrechnung, sehr aufschlussreich.

ma~ 26. Dez 2015

Geht es nicht auch immer um Grundlagenforschung? Enterprise und Co. landen ja auch auf...

jim 23. Dez 2015

Pogoeffekt d.h. Schwingungen sind mit kleineren Brennkammer einfacher zu handhaben. Der...

JouMxyzptlk 22. Dez 2015

Bist du, mit dem Nicknamen, nicht schon vor knapp 200000 Jahren da gewesen?

Ben Stan 22. Dez 2015

Cool, danke für die verständliche Erklärung. Damit kann ich was anfangen.



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