Astra: Kämpfe immer wieder trotz wiederholter Misserfolge, was soll's, wenn die Rakete fliegt

Am 29. August 2021 wurde Astras „Rocket 3.3“ vom Pacific Spaceport in Alaska gestartet. Nach der Zündung kam es zu einer Fehlfunktion eines der fünf Triebwerke der Erststufe der Rakete, was zu einem unausgeglichenen Schub führte. Die Rakete bewegte sich auf der Startrampe zunächst seitwärts und flog dann kaum nach oben, doch aufgrund eines schwerwiegenden Lagefehlers musste der Startkontrolleur den Flug abbrechen, und die Rakete stürzte schließlich in den Pazifischen Ozean.

Astra arbeitet derzeit an der Entwicklung einer kleinen Schnellreaktionsrakete für die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency und ist vielleicht das typischste Beispiel für kleine Raketenunternehmen, die zwischen Kosten und Leistung ringen.

Astras „Rocket“-Rakete soll dem Militär vor allem eine kleine, schnell reagierende Rakete zur Verfügung stellen, die je nach Bedarf auf dem Schlachtfeld im Notfall Satelliten starten kann. Seine Startkapazität ermöglicht es, eine Nutzlast von etwa 150 kg in eine erdnahe Umlaufbahn in 500 Kilometern Höhe zu befördern. Astra wurde im Oktober 2016 gegründet und brachte seine erste Rakete im März 2018 auf die Startrampe, was ziemlich schnell klingt.

Bei der Namensgebung seiner Rakete war das Unternehmen sehr nachlässig und nannte sie einfach „Rocket“. Das erste Modell trägt den Namen „Rocket One“. Allerdings kann diese „Rocket One“ keine Satelliten in die Umlaufbahn bringen. Es dient ausschließlich der Erprobung des Erststufen-Raketentriebwerks „Delphin“, was auf Deutsch „Delfin“ bedeutet. Der Motor der zweiten Stufe, „Ether“ genannt, war noch nicht entwickelt, daher wurde nur ein Gegengewicht verwendet.

Im Juli 2018 wurde „Rocket One“ gestartet. Es wird jedoch berichtet, dass Astra zwischen März und Juli mehrere Versuche unternommen hat, die Rakete zu starten, die jedoch fehlschlugen. Auch der Start am 20. Juli war erfolglos. „Rocket One“ startete vom Startplatz in Alaska, flog jedoch nur 27 Sekunden, bevor es zu einer Anomalie kam und das Flugzeug wieder auf den Boden fiel. Die Absturzstelle lag nicht über dem Zaun des Startgeländes. Der Präsident von Astra sagte Reportern jedoch, dass die Kunden mit den Ergebnissen der Markteinführung sehr zufrieden seien.

Vier Monate später organisierte Astra einen weiteren Start. Die Rakete flog 30 Sekunden lang, bevor sie abbrach und zu Boden stürzte. Das Unternehmen erklärte, der Start sei ein Erfolg gewesen.

Der Start der Astra-Raketen 1.0 und 2.0 dürfte als erfolgreich gelten, da es nur eine Rakete der ersten Stufe gibt und diese nur senkrecht in den Himmel geschossen wird und nicht in die Umlaufbahn gelangen muss. Daher ist diese Aufgabe nicht allzu schwierig. Doch während der 3.0-Phase musste Astra eine Trägerrakete entwickeln, die in die Umlaufbahn gelangen konnte, sodass sich der Schwierigkeitsgrad des Problems sofort exponentiell erhöhte.

Komme sowieso nicht auf die Spur

Die dritte Version der Rakete ist das Modell, das tatsächlich in die Umlaufbahn gelangen wird, und ihre Nummerierung erfolgt im Format 3.x. Der erste heißt „Rocket 3.0“. Mit dieser Rakete werden offiziell Startmissionen für die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency durchgeführt. Ursprünglich war der 2. März 2020 das letzte Startfenster für Rocket 3.0, dieses Fenster wurde jedoch verpasst, da die Bodenvorbereitungen nicht abgeschlossen waren. Die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency zog ihre Unterstützung für Astra jedoch nicht zurück und forderte das Unternehmen auf, weiterhin Startmissionen durchzuführen.

Am 23. März war Rocket 3.0 endlich wieder startbereit, fing jedoch während der Startvorbereitungen Feuer. Zu diesem Zeitpunkt führten Bodentechniker eine Übung durch, doch aus unbekannten Gründen fing die Rakete Feuer und brannte vollständig aus. Angeblich befand sich zu diesem Zeitpunkt noch kein Satellit auf der Rakete, so dass es zu keinem Verlust von Nutzlast kam.

Nach der Zerstörung von Rocket 3.0 forderte Astra weiterhin die erste Weltraumgeschwindigkeit heraus. Am 31. August 2020 wurde Rakete 3.1 auf der Startrampe errichtet, aufgrund schlechten Wetters musste der Start jedoch verschoben werden. Am 12. September zündete Rakete 3.1 schließlich, fiel jedoch bald wieder zu Boden und explodierte auf einem leeren Feld. Offizielle Stellen von Astra sagten, dass der Flug keine Nutzlast an Bord hatte, sodass der Ausfall keinen erheblichen Schaden verursacht hätte.

Die nächste Rakete ist 3.2. Am 15. Dezember 2020 startete Rakete 3.2 von Alaska. Diesmal schien der Erfolg nahe zu sein. Die Rakete überquerte erfolgreich die Karman-Linie und erreichte eine Höhe von 390 Kilometern. Dies war die Umlaufbahn, in der der Satellit abgesetzt werden sollte, aber aufgrund eines Problems mit der Kraftstoffmischung im Triebwerk der Oberstufe erreichte die simulierte Nutzlast nicht die erste kosmische Geschwindigkeit. Doch Astra gab bekannt, dass die Mission ein Erfolg gewesen sei, da das experimentelle Ziel darin bestanden habe, die Abschaltung der ersten Stufe und die Trennung der ersten von der zweiten Stufe zu erreichen. Solange ihnen dies gelang, war die Mission ein Erfolg, und die Leute hörten ihr einfach zu.

Rakete 3.3 fliegt seitwärts Am 29. August 2021 wurde Rakete 3.3 vom Pacific Spaceport in Alaska gestartet, scheiterte jedoch erneut. Das Fehlerszenario ist wie am Anfang dieses Artikels beschrieben. Der Mitbegründer und CEO des Unternehmens, Kemp, sagte in einer Telefonpressekonferenz etwa 90 Minuten nach dem Ausfall, dass aus unbekannten Gründen weniger als eine Sekunde nach dem Start einer der fünf Motoren der ersten Raketenstufe ausgefallen sei, was zum Fehlschlag des Starts geführt habe.

Sie fragen sich vielleicht: Wenn ein Raketentriebwerk ausfällt, explodiert die Rakete dann nicht? Warum ist die Rakete von Astra so „hartnäckig“, dass sie eine Zeit lang kämpfte und schließlich in die Luft flog? Dies muss beim Flugprinzip von Raketen beginnen.

Wir wissen, dass der Schub des Raketentriebwerks einer Rakete größer sein muss als das Gewicht der Rakete, wenn sie die Geschwindigkeit erreichen will, die sie zum Aufsteigen braucht. Für diesen Indikator gibt es in der Branche einen speziellen Begriff: „Schub-Gewichts-Verhältnis“. Nach Angaben von Astra verwendet die diesmal gestartete Rakete flüssigen Sauerstoff und Kerosin als Treibstoff, ist 11,6 Meter lang und hat einen Durchmesser von 1,32 Metern. Es ist so konzipiert, dass es in einen Standard-Frachtcontainer passt. Die vorgesehene Tragfähigkeit im sonnensynchronen Orbit beträgt 25 Kilogramm und im niedrigen Orbit 100 Kilogramm. Die erste Stufe der Rakete ist mit fünf von elektrischen Pumpen angetriebenen „Dolphin“-Triebwerken mit einem Gesamtschub von etwa 140 Kilonewton ausgestattet; Die zweite Stufe ist mit einem einzelnen „Ether“-Triebwerk mit einem Vakuumschub von etwa 3,1 Kilonewton ausgestattet.

Bei diesem Start konnte die Rakete ihre Position halten, ohne abzustürzen, und sich seitwärts über den Boden bewegen, obwohl einer ihrer Motoren ausgefallen war. Dies deutet darauf hin, dass der von den verbleibenden vier noch funktionierenden Motoren erzeugte Schub genau dem Gewicht der Rakete entsprach. Zu diesem Zeitpunkt kann die Rakete nicht die Beschleunigung erreichen, um nach oben zu fliegen. Da das Raketentriebwerk jedoch weiterhin Treibstoff verbraucht, nimmt die Gesamtmasse der Rakete weiter ab. Wenn der Treibstoff bis zu einem gewissen Grad verbraucht ist, gewinnt die Rakete wieder an Beschleunigung und beginnt erneut zu steigen.

Sie haben vielleicht noch eine andere Frage: Warum schwebte die Rakete nicht an Ort und Stelle, sondern verlagerte sich seitwärts?

Dies bedeutet, dass der defekte Motor der Rakete nicht in der Mitte der fünf Motoren platziert war, sondern an einer Seite. In diesem Fall ist der Schub der Rakete unausgeglichen und theoretisch müsste die Rakete zu Boden fallen. Aber warum ist sie nicht zu Boden gefallen? Dies ist dem Lageregelungssystem der Rakete zu verdanken.

Wir wissen, dass Trägerraketen im Allgemeinen über Leit- und Kontrollsysteme verfügen. Das Leitsystem gibt der Rakete an, wann sie wenden soll, wie weit sie wenden soll und unter welchen Bedingungen das Raketentriebwerk abgeschaltet werden soll. Den Anweisungen des Leitsystems folgend, wird die Trägerrakete schließlich die vorgegebene Umlaufbahn erreichen.

Wer also lenkt die Triebwerksauslenkung und steuert die Rakete, um die Anweisungen des Leitsystems auszuführen? Das ist das Lageregelungssystem der Rakete.

Das Lageregelungssystem muss die aktuelle Lage der Rakete jederzeit erfassen und die Auslenkungsrichtung des Triebwerks anpassen, um die Lage der Rakete in die vom Leitsystem angegebene Position zurückzubringen. Während dieser Zeit ist die Lage der Rakete zwangsläufig verschiedenen Störungen ausgesetzt, und das Lageregelungssystem muss diese Störungen überwinden und die Lage der Rakete kontrollieren.

Beim Start einer Rakete gibt das Leitsystem grundsätzlich die Anweisung, senkrecht um 90 Grad nach oben zu fliegen. Als ein an einer Seite der Astra-Rakete installierter Motor eine Fehlfunktion aufwies und ausfiel, lag der Schwerpunkt der Rakete viel höher als die Stelle, an der der Schub des Motors wirkte. Um das Gleichgewicht der Rakete zu halten, musste das Raketenlagekontrollsystem den Motor so steuern, dass er auf die andere Seite schwenkte, um ein entgegengesetztes Schubdrehmoment zu erzeugen und die Lage der Rakete so vertikal wie möglich zu halten. Dies hat jedoch auch einen weiteren Nebeneffekt: Die Rakete erhält eine seitliche Kraft, die sie dazu zwingt, seitwärts zu fliegen.

Telemetriedaten zeigten, dass die Rakete eine Höhe von etwa 50 Kilometern über der Erdoberfläche erreichte, als die Bodenkontrolle den Motor abschaltete. Von einem erfolgreichen Start ist Astra daher noch weit entfernt.

Trotz wiederholter Misserfolge bleibt der Ehrgeiz unverändert. Obwohl der Start erneut scheiterte, scheint dies Astras Siegesambitionen nicht geschmälert zu haben. Ihrer Meinung nach sind die letzten drei Orbitalflüge zwar alle gescheitert, doch jeder einzelne ist dem ultimativen Ziel, nämlich dem Erreichen einer niedrigen Erdumlaufbahn, näher gekommen.

Der Firmenchef machte sich auf Twitter Mut und sagte, er sei extrem stolz auf das Team und dass die Eroberung des Weltraums zwar schwierig sein werde, wir aber genau wie diese Rakete nicht aufgeben würden. Solche kühnen Worte klingen sehr berührend, aber was ihn tatsächlich nicht aufgeben lässt, sind die Investitionen von rund 100 Millionen US-Dollar, die er bereits erhalten hat. Mit einer derart großen Geldsumme als Unterstützung und dem Vorverkaufsvertrag mit der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency kann das Unternehmen seine Trial-and-Error-Arbeit sicherlich weiter vorantreiben.