Raumfahrt Sojus und Proton: Die verflixte dritte Raketenstufe

Vor Zuschauern weltweit fällt eine Proton-Rakete am 2. Juli 2013 Sekunden nach dem Start brennend zur Erde.
Vor Zuschauern weltweit fällt eine Proton-Rakete am 2. Juli 2013 Sekunden nach dem Start brennend zur Erde. © Foto: Natalia Kolesnikova / afp
Baikonur / Egbert Manns 11.02.2018
Die russischen Raketen Sojus und Proton haben an zuverlässigkeit verloren. Vor allem die dritte Stufe fällt negativ auf.

Wenn eine russische Rakete ihre Fracht nicht hoch bringt, liegt es seit einigen Jahren häufig an der dritten Raketenstufe. Warum? Wegen einer Gemengelage aus Mangel an Personal, an Qualität, an Geld, an Zeit und einem Überfluss an Verdruss und Korruption. Lange Zeit hat Russland damit Geld verdient, dass seine Raketen als billig, bewährt und zuverlässig galten, und für andere Länder Satelliten und mehr ins All transportiert. Der Ruf ist schon länger infrage gestellt.

2. Juli 2013, Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan. Eine Proton-M-Rakete steigt auf ihrem Feuerstrahl hoch. Nach vier Sekunden schwankt der 58 Meter lange Flugkörper; die Ausgleichbewegung führt ihn in einem großen Bogen zur Seite und nach unten. Die Rakete zerbricht im Fall und explodiert zwei Kilometer vom Startpunkt entfernt auf dem Boden. Drei „Glonass“-Satelliten verglühen. Schaden: rund 200 Millionen Euro.

Die Unfallursache ist typisch für die russische Raumfahrt: menschliches Versagen. Ein Sensor, der dem Bordcomputer zeigt, wohin die Rakete fliegen soll, war falschherum eingebaut worden. Er wies der Rakete den Weg nach unten anstatt nach oben.

Mangelhafte Qualitätskontrolle

Der Schuldige sei ein junger Techniker, heißt es im offiziellen Untersuchungsbericht der russischen Raumfahrtorganisation Roskosmos. Auch die Qualität der Qualitätskontrollen sei fraglich – die der Hersteller, die am Prüfstand, die auf dem Montagestand auf Baikonur.

Am Sensor waren Pfeile in Flugrichtung angebracht, heißt es in einem Bericht. Hätte es wenigstens eine Sichtkontrolle gegeben, hätte die falsche Lage auffallen können. Anderen Angaben zufolge hatte der Sensor eine Nut, so dass er eigentlich nur richtig montiert werden konnte – und sei mit Hammerschlägen „passend“ eingebaut worden.

Raketen sind nichts Neues. Tausende haben Frachten sicher ins All gebracht. Raketen sind Kleinserien, ein dutzend oder mehr im Jahr, für die es einen festen Bauplan und Spezifikationen gibt, die vorschreiben, welche Teile wie eingebaut werden müssen.

Die Sojus-Raketen, die heute starten, sind vom Prinzip her die gleichen wie die, die den Kosmonauten Juri Gagarin im April 1961 zum ersten Raumflug eines Menschen hochgebracht hat, auch wenn vieles modernisiert worden ist: Treibstoffe, Elektronik, Triebwerke und anderes wurden auf größere Tragfähigkeit, Treibstofferparnis und Reichweite ausgerichtet.

Zuletzt Erfolgsquoten von 90 Prozent

Beinahe 950 Sojus-Raketen sind seit dem 28. November 1966 gestartet. Mehr als 900 haben ihre Ladung erfolgreich ans Ziel gebracht. 28 Starts sind misslungen, 97 Prozent der Starts also gelungen.

Seit 8. November 2004 fliegt Russland unbemannte Fracht zunehmend und seit 25. Mai 2017 ausschließlich mit Raketen der Sojus-2-Familie. In vier von 65 Starts hat die dritte Stufe versagt. Gelungen sind insgesamt 59 Starts, das ist seit 2004 eine Quote von nur 91 Prozent.

Noch früher ist die erste Proton-Rakete gestartet, am 16. Juli 1965. Seitdem sind über 400 Proton-Raketen gestartet, rund 370 erfolgreich, aber 41 nicht. Nur 90 Prozent der Starts sind also gelungen.

Zwar ist die Hälfte der Proton-Abstürze in den ersten 15 Jahren passiert. Aber seit sechs Jahren wird die Erfolgsquote wieder niedrig, sie fällt unter 90 Prozent. Das ist extrem unterdurchschnittlich. Von 2010 bis 2014 haben weltweit etwa 94 Prozent aller Großraketen ihre Mission erfüllt, geht aus einer Mitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (dlr) hervor.

Ein Jahr lang startet keine Proton

Selbst wenn die Proton ihre Mission erfüllt hat und der Start damit unter „erfolgreich“ verbucht wird, heißt das nicht, dass die Rakete in Ordnung war. So am 9. Juni 2016. Einer der vier Motoren der dritten Stufe hat 9 Sekunden zu früh aufgehört, Schub zu geben. Damit war die Geschwindigkeit, als die Stufe ausgebrannt war, 28.2 Meter pro Sekunde (7,8 km/h) niedriger als geplant.

Nur weil die vierte Stufe, eine Briz-M, mehr als genügend Treibstoff an Bord hatte, ist die Mission ein Erfolg geworden. Sie gab bei der ersten ihrer fünf Zündungen 4 Minuten und 17 Sekunden lang Gas – 34:57 Sekunden länger als geplant – und kompensierte damit die Höhe, die die dritte Stufe nicht erreicht hatte. Es dauerte ein Jahr, bis die nächste Proton starten durfte.

Seit sechs Jahren versagen immer wieder sowohl Proton- als auch Sojus-Raketen. Meistens verhindern Fehler in der dritten Stufe, dass ein Flug gelingt. Immer wieder ist etwas falsch eingebaut, falsch kalkuliert, falsch programmiert worden. Sie ist die Stufe, deren Innenleben am meisten modifiziert wird. Auf ihr sitzen entweder die vierten Stufen (Fregat oder Briz-M) oder die Nutzlasten mit ihrer immer komplexer werdenden Technik, seien es Satelliten oder Raumkapseln.

Zu wenig Geld, zu wenig Innovation

Wie entstehen die Fehler? „Es sieht so aus, als löse sich die russische Raumfahrtindustrie mit kosmischer Geschwindigkeit auf“, sagte der russische Raumfahrtexperte Juri Karasch, ein Mitglied der Russischen Akademie für Weltraumwissenschaft, der Zeitung „USA Today“. Die Mitarbeiter würden niedrig bezahlt, sie seien „bei weitem nicht die besten Spezialisten“. Die wiederum gehen der Bezahlung wegen eher in die IT-Branche als zur Raumfahrtindustrie.

Auch die Arbeiter erhalten wenig Lohn und den oft verzögert. Deshalb ist es am neuen Weltraumbahnhof Wostotschny in Sibirien oft zu Arbeitsniederlegungen gekommen – einer von mehreren Gründen dafür, dass Wostotschny Jahre später fertig wird als geplant.

Es gebe kaum neue Projekte, sagt Karasch. Russische Raketenbauer hätten aber „kein Interesse daran, bloß alte Sachen zusammenzuflicken wie Raketen, die ein halbes Jahrhundert zuvor entwickelt worden sind.“ Alte Raketentypen werden bloß modernisiert, sagte er. Das sei wie eine Dampflok mit Computer, Klimaanlage und einem Lokführer mit Universitätsabschluss.

Das Fachmedium „Flightglobal“ schreibt, der Wechsel vom sowjetischen ins russische Wirtschaftssystem in den 90er Jahren sei der Raumfahrtbranche nicht gut bekommen. Zwar seien Konstrukteurbüros und Hersteller schon früher voneinander getrennt gewesen. Jetzt aber werkelten sie ohne zentrale Kontrolle vor sich hin.

Und es mangelt am Geld. Die russische Regierung hat Anfang 2016 einen Zehn-Jahres-Plan veröffentlicht, wonach für die Raumfahrt bis 2025 rund 20,5 Milliarden US-Dollar bereitstehen. Zwei Jahre zuvor waren für diesen Zahn-Jahres-Plan noch 56,4 Milliarden US-Dollar vorgeschlagen worden, aber zwischen Vorschlag und Beschluss lagen fallende Öl-Preise, die Annektierung der Krim und der Beginn westlicher Sanktionen, schreibt Anatoly Zak in einem Beitrag auf planetary.org. Zak betreibt die Internetseite russianspaceweb.com, die zuverlässigste Informationsquelle zur russischen Raumfahrt.

Dmitri Rogosin, der stellvertretende Ministerpräsident Russlands, hat das Problem vor vier Jahren so zusammengefasst: In der russischen Raumfahrt arbeiteten 250 000 Leute, in der amerikanischen 70 000. Und die russische sei nur ein Achtel so produktiv wie die amerikanische.

Roskosmos wird zum Staatskonzern

Das soll sich ändern, hat die Regierung in Moskau beschlossen. Sie gründete 2013 die Raketen- und Raumfahrtkooperation ORKK. Die soll alle Firmen besitzen und koordinieren, die für die Raumfahrt arbeiten. Am 1. Januar 2016 wurde die Raumfahrtagentur Roskosmos mit diesem Staatskonzern verschmolzen, die neue Raumfahrtorganisation heißt wieder Roskosmos.

Ob das hilft? Russlands Bevölkerung schrumpft seit Anfang der 1990er Jahre. Drei Gründe dafür nennt Sergey Aleksashenko, ein früherer stellvertretender Vorsitzender der russischen Zentralbank, in einem Beitrag für brookings.edu: Sinkende Lebensqualität in den ersten zehn Jahren nach dem Ende der Sowjetunion, steigende Sterblichkeit unter Männern unter 50 wegen Alkoholismus, Mangel an Frauen zwischen 20 und 30 als Spätfolge des Zweiten Weltkrieges. Eine Folge werde der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften sein.

Der ist in der Tat eine der Fehlerquellen. Am 28. November 2017 hat sich das beim Start einer Sojus-2.1B vom neuen Raumhafen Wostotschny wieder einmal gezeigt. Die Rakete kam perfekt hoch. Die Fregat-Oberstufe war jedoch auf einen Startplatz in Baikonur programmiert und flog in die falsche Richtung. Die Fracht, der Wettersatellit Meteor-M2.1, war verloren.

Teilemangel wegen Korruption

Russlands Raumfahrt leidet allerdings nicht nur am Mangel an Spezialisten. Sondern ganz wesentlich auch unter Korruption. Untersuchungsausschüsse stellen regelmäßig fest, ein Teil des Raumfahrtbudgets sei „fehlgeleitet“ worden.

Karasch im Klartext: „Das ist gestohlen worden.“ Allein vom Budget für das Navigationssystem „Glonass“, dem geplanten russischen GPS, seien 40 Prozent gestohlen worden.

Wenn eingeplantes Geld fehlt, entstehen Fehler. Wie der an der 2012 abgestürzten Mars-Sonde „Phobos Grunt“. Auf ihr waren einem offiziellen Bericht zufolge Computer eingebaut worden, die gar nicht weltraumtauglich waren. Massenware aus dem Supermarkt, weil das für die weltraumtauglichen Spezialcomputer vorgesehene Geld nicht (mehr) da war.

Vorgeschriebene Originalteile fehlten auch in der Sojus 2.1a, die am 28. April 2015 abgestürzt ist. Mehr als 50 Abweichungen von den Bauvorschriften soll die Untersuchungskommission entdeckt haben.

Die Abweichungen müssten nicht zwingend zu einem Unfall führen, sagte ein Informant der russischen Nachrichtenagentur Tass. Aber sie zeigten, dass die Konstrukteure, Hersteller und Kontrolleure nicht zusammenarbeiteten und dass es eine Menge Nichtoriginalteile gebe. Die Ingenieure müssten dauernd irgendetwas ersetzen. Mittlerweile sei „jedes Raketenteil eher ein Einzelstück anstatt ein Serienprodukt.“

Die dritte Stufe

Funktion Auf den dritten Raketenstufen entweder die Nutzlasten (Satelliten, Raumfähren mit Personal oder Ausrüstung für die Raumstation) oder die vierte Stufe. Die dritten Stufen können mehrfach zünden, um mehrere Nutzlasten in verschiedenen Höhen auszusetzen.

Elektronik In der dritten Stufe sitzt die Elektronik für die gesamte Rakete, sie steuert zum Teil auch die erste und die zweite Stufe. Die Elektronik wird für jeden Flug individuell programmiert, denn die Nutzlasten sind unterschiedlich schwer und müssen auf verschiedene Höhen und in verschiedene Bahnen gebracht werden. Deshalb ändern sich Treibstoffmenge, Schwingungen und mehr, das muss das Programm berücksichtigen. ema

Misserfolge seit 2011

24.08.2011, Sojus-U Die dritte Stufe feuert 38 anstatt 160 Sekunden. Ursache: Druckverlust im Gasgenerator wegen einer verschmutzten Zuleitung. Die Untersuchungskommission geht von einem Einzelfallfehler aus, schlägt aber vor, künftig auch jeden fertigen Raketenmotor noch einmal zu kontrollieren.

23.12.2011, Sojus-2.1b Bevor die Nutzlast sich löst, kommt es zum schlagartigen Druckabfall in einer Treibstoffleitung in der dritten Stufe. Unklar ist, ob das Triebwerk sich automatisch abschaltet (Notfallabschaltung) oder explodiert. Industriekreisen zufolge war die Brennkammer defekt.

16.05.2014, Proton Materialermüdung an einer Verbindung zwischen der Pumpensteuerung und dem Triebwerk? Die Turbopumpe vibriert so stark, dass eine Treibstoffleitung beschädigt wird und leckt. Möglicherweise der gleiche Fehler wie später beim Absturz am 16. Mai 2015.

22.08.2014, Sojus-ST-B Die vierte Stufe, eine Fregat, setzt zwei „Galileo“-Satelliten in einer falschen Umlaufbahn ab. Ein Triebwerksmotor hat nicht gezündet. Der Telegraph meldet als Ursache einen Softwarefehler in der dritten Stufe und beruft sich auf Industriekreise. Die offizielle Untersuchungskommission sieht den Fehler jedoch in der . Fregat: Treibstoff ist eingefroren, weil seine Leitung neben einer Tiefkühlleitung liegt. Die Einbauanweisung sei nicht eindeutig gewesen.

28.04.2015, Sojus-2.1a Beim Absetzen des Raumfrachters „Progress M-27M“ kommen sich die Steuerung der Rakete und die des „Progress“ in die Quere. So lautet das offizielle Untersuchungsergebnis. Sie sind nicht aufeinander abgestimmt worden. Ein typischer Designfehler der dritten Stufe der rein russischen Sojus-2-Familie (die Sojus-U hatte noch ukrainische Teile verbaut), heißt es in russianspaceweb.com. „Progress“ wird 40 Kilometer höher katapultiert als geplant und stürzt ab.

16.05.2015, Proton-M Nach dem Abtrennen von der zweiten Stufe versagt die dritte Stufe. Ein Steuerungstriebwerk hat nicht funktioniert. Das offizielle Untersuchungsergebnis besagt: ein Konstruktionsfehler. Das Steuerungstriebwerk hat wegen extremer Vibrationen versagt, sie waren die Folge einer Unwucht in einer Turbopumpe. Die sei auf Materialermüdung des Kolbens wegen der Hitze und eines schlechten Laufs der Kurbelwelle zurückzuführen. Ein Konstruktions- und Herstellungfehler, mutmaßlich der gleiche, der schon am 16.05.2014 zum Absturz einer Proton geführt hatte.

29.05.2016 Sojus-2.1b Die Rakete bringt einen Glonass-Satelliten in die geplante Umlaufbahn. Der RD-0124-Motor der dritten Stufe hatte zwar 5 Sekunden zu früh aufgehört zu feuern, aber die vierte Stufe, eine Fregat, kompensierte das, indem sie beim ersten Zünden länger feuerte als geplant.

09.06.2016 Proton-M Einer der vier Motoren der zweiten Stufe hört 9 Sekunden zu früh auf zu feuern. Die Ursache: Für die Montage von Einspritzdüsen der Motoren vom Typ RD-0210 und RD-0212 hatte deren Hersteller einen anderen Lötzinn genommen als in den Spezifikationen vorgeschrieben. Dessen Schmelzpunkt war zu niedrig, er hat der hohen Temperatur beim Feuern nicht standgehalten. Der falsche Lötzinn war möglicherweise für 71 Motoren verwendet worden, die 2015 und 2016 gebaut worden waren und in der zweiten und dritten Stufe verwendet werden. Alle wurden auseinandergebaut, repariert und noch einmal getestet.

01.12.2016 Sojus-U Die vorletzte Rakete vom Typ Sojus-U (noch mit in der Ukraine hergestellten Komponenten) bringt den Frachter MS-04 nicht hoch zur ISS. Die dritte Stufe explodiert 181 Kilometer über der südsibirischen Republik Tuwa, 96 Sekunden nachdem sie sich von der zweiten Stufe getrennt hatte. Die Ursache sicher festzustellen war nicht möglich. Die Untersuchungskommission und andere Experten sind sicher, dass der Oxidator-Tank geborsten war. Weshalb, dafür kursierten in der Kommission zwei Annahmen: entweder falsch ausgeführte Schweißnähte oder zu starke Vibrationen der Turbopumpe des RD-0110-Motors. Die letztere Version fand Eingang in den vorsichtig formulierten Abschlussbericht: Ein Fehler des Motors könnte zum Bersten der Oxidator-Pumpe geführt haben. Der könnte durch Fremdkörper in der Leitung oder Fehler beim Zusammenbau des Motors ausgelöst worden sein. Jedenfalls sei ein Produktionsfehler schuld am Desaster.

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