Hinter den Kulissen mit den ehrgeizigsten Raketenherstellern der Welt

Ende 2001 wurde Tom Müller opferte seine Nächte und Wochenenden, um einen Flüssigbrennstoff-Raketenmotor in seiner Garage zu bauen.

Mueller, ein Antriebstechniker bei Redondo Beach, der in Kalifornien ansässigen Luft- und Raumfahrtfirma TRW, fühlte sich als "unerwünschte Notwendigkeit" für seine tägliche Arbeit. Seine produktiven Vorstellungen von der Motorenkonstruktion gingen in einem so großen und vielfältigen Unternehmen verloren. Um seine kreativen Impulse zu befriedigen, baute er seine eigenen Motoren, befestigte sie an Flugzeugzellen und startete sie in der Mojave-Wüste mit anderen Enthusiasten der Reaction Research Society, Amerikas ältestem Amateur-Raketenclub. RRS-Mitglieder, darunter viele Mitarbeiter von Luft- und Raumfahrtunternehmen, treffen sich regelmäßig in der Gegend von Los Angeles, um die größten und höchsten Flugraketen zu bauen und zu starten, die sie können - so wie es die Gruppe seit ihrer Gründung in den frühen 1940er Jahren getan hat.

Der Bau eines Flüssigbrennstoff-Raketenmotors ist selbst für einen erfahrenen Antriebstechniker nicht einfach. Flüssige Treibmittel sind billig und bieten viel Hubkraft. Die Motoren sind jedoch auf eine Vielzahl von Ventilen und Dichtungen angewiesen, um den Durchfluss zu steuern. Und normalerweise benötigen sie unterkühlte Oxidationsmittel wie flüssigen Sauerstoff, um sich mit dem Kraftstoff zu mischen, damit er sich entzünden kann. Die entstehende Verbrennung - im Wesentlichen eine kontrollierte Explosion - wird unter hohem Druck in die Düse geleitet und erzeugt den Schub, der die Rakete antreibt. Trotz dieser Herausforderungen hatte Müller Anfang 2002 seinen Betrieb in das gemietete Lager eines Freundes verlegt und setzte den letzten Schliff für den weltgrößten Amateurflüssigkeitsraketenmotor, einen 80-Pfünder, der 13.000 Pfund Schub produzieren sollte.

Müllers ehrgeiziges Mondlicht erregte die Aufmerksamkeit des Internet-Multimillionärs Elon Musk, der den Ingenieur im Januar 2002 im Lager traf, als Müller versuchte, seinen selbstgebauten Motor an einer Flugzeugzelle anzubringen. Nach dem Verkauf von PayPal an eBay im Wert von 1,5 Milliarden US-Dollar suchte Musk Mitarbeiter für ein neues Weltraumunternehmen, das bald Space Exploration Technologies oder SpaceX heißen sollte. Er beäugte den Raketenmotor und stellte eine einfache Frage: "Kannst du etwas Größeres bauen?"

Mueller hat diesen Motor nie gezündet. Er brachte es zurück in seine Garage, wo es immer noch steht. Stattdessen nahm er das Angebot von Musk an, sich dem entstehenden privaten Raumfahrtunternehmen anzuschließen.

Heute beschäftigt SpaceX mehr als 700 Mitarbeiter, 500 davon in der Unternehmenszentrale in Hawthorne, Kalifornien. Mueller ist Vice President of Propulsion. "TRW ist ein riesiges Unternehmen mit einer winzigen Antriebsabteilung", sagt Müller. "Hier bin ich eine Art König."

Auf dem Boden des Hawthorne-Werks, einem ehemaligen Boeing 747-Montagewerk, ruht die Triebwerksbaugruppe aus der SpaceX-Rakete Falcon 9. Ruß von einem Testbrand überzieht die 12 Fuß hohe Struktur. Sieben von neun Motoren sind vorhanden; Die anderen beiden wurden von Technikern entfernt und auf fast 2 Meter breiten Düsen aufrecht gestellt. Jeder Motor mit einer 3200 PS starken Turbopumpe und einem Gewirr von Wasserleitungen ist größer als ein Mann.

Nach der Überholung aller neun Motoren wird die Baugruppe an das Testzentrum des Unternehmens in McGregor, Texas, geliefert. Das Abfeuern eines Motors, um einen Flug in die Umlaufbahn zu simulieren, weckt Babys in Städten, die kilometerweit entfernt sind. Die volle Gruppe, die fast 1 Million Pfund Schub produziert, muss sie in ihren Krippen wie springende Bohnen auf und ab hüpfen lassen.

Letztes Jahr erteilte die NASA SpaceX einen Auftrag über 1,6 Milliarden US-Dollar, um Fracht zur Raumstation zu schicken. Darüber hinaus wurde ein Vertrag über 1,9 Milliarden US-Dollar mit einem anderen Unternehmen, Orbital Sciences, abgeschlossen. Dies ist das erste Mal, dass die NASA private Trägerraketen in ihre Pläne aufnimmt. "Die NASA setzt auf sie", sagt William Gerstenmaier, Associate Administrator der Agentur, der für den Weltraumbetrieb verantwortlich ist.

Anfang nächsten Jahres wird sich eine SpaceX-Rakete in einem Testflug der Station nähern. Ein weiterer Test folgt Ende 2010. "Ich hätte nie gedacht, dass ich ein großes Programm für die NASA machen würde", sagte Musk sagt. "Es ist ein bisschen wild. Vom Cape Canaveral aus zu starten ist wie am Broadway zu eröffnen."

Bevor Musk seine Millionen machte, Er identifizierte drei Hauptbereiche, von denen er glaubte, dass sie der Menschheit den größtmöglichen Nutzen bringen könnten: das Internet, erneuerbare Energien und die Erforschung des Weltraums. Nach dem Verkauf von PayPal hat er das Internet von seiner Liste gestrichen. Innerhalb eines Jahres nach dem Verkauf investierte Musk in zwei Unternehmen, den Elektroauto-Entwickler Tesla Motors und das Solarstrom-Unternehmen SolarCity, um die Erforschung alternativer Energien voranzutreiben. Damit sei die Erforschung des Weltraums - "insbesondere die Erweiterung des Lebens über die Erde hinaus" - der letzte Punkt auf der Liste.

Musk wollte einen Marslander finanzieren, aber er stellte fest, dass der Start des Fahrzeugs mehr kosten würde als der Bau. Er entschied, dass die Welt wirklich bezahlbare Raketen brauchte. So suchte er in den Reihen der RRS nach Ingenieuren, die mit kleinem Budget Ergebnisse erzielen konnten, und fand in Müller einen starken Kandidaten für den Antriebschef. "Tom hatte eine beeindruckende Erfolgsgeschichte in der Motorenentwicklung bei TRW", sagt Musk. "Es hat mir auch sehr gut gefallen, dass er Raketen-Hardware mit seinen eigenen Händen gebaut und getestet hat."

Mit den Ressourcen von SpaceX konnte Müller einen zuverlässigen Motor mit einfachem Design zu einem günstigen Preis produzieren - den Merlin. Es war der erste neue große Flüssigbrennstoff-Raketenmotor der Nation seit 40 Jahren. Der Merlin wird mit hochraffiniertem Kerosin und kryogen gekühltem flüssigem Sauerstoff betrieben und verwendet im Gegensatz zu komplizierteren Motoren, die Kraftstoff und Oxidationsmittel an mehreren Stellen mischen, einen einzigen Injektor. Aber selbst mit moderner Technologie sind Raketentriebwerke bekanntermaßen nicht vorhersehbar.

Um Hitzeschäden zu vermeiden, behandelte Müller die Düsen der frühen Versionen des Merlin mit mit Silikonfasern imprägniertem Harz. Diese ablative Beschichtung verkohlt und blättert ab, wenn der Motor läuft und nimmt dabei schädliche Wärme auf. Das Ziel war es, einen Motor zu haben, der eine strafbare Brenndauer von 160 Sekunden aushält, damit die erste Stufe der SpaceX-Rakete Falcon 1 eine Höhe von 90 Kilometern erreichen kann, während der kleinere Motor der zweiten Stufe die Ladung auf 81 Kilometer auflädt Meilen und niedrige Erdumlaufbahn.

Im Oktober 2003 saßen Müller und seine Ingenieure im SpaceX-Kontrollbunker in Texas und feuerten einen Merlin auf dem Prüfstand an. Während des 60-Sekunden-Laufs begann der Auspuff das Metall im Hals des Motors zu schmelzen. Die Hitze gefährdete auch Dichtungen, die den Fluss des Treibmittels kontrollierten. Wenn der Motor länger gelaufen wäre, wäre er in die Luft gesprengt.

Es dauerte Monate, um die Fehler zu beheben. Müllers Team reduzierte die Menge an flüssigem Sauerstoff, die in den Injektor eindrang, um den Motor kühler und weniger kraftvoll laufen zu lassen, und verstärkte die Dichtungen. Fünfzehn Monate nach diesem ersten Test luden mich die Ingenieure ein, mich ihnen im Bunker anzuschließen, als sie versuchten, den Motor für einen vollen Missionszyklus laufen zu lassen - die Zeit, die erforderlich war, um eine Nutzlast in den Orbit zu schicken. Nach einem angespannten Countdown beobachteten die Ingenieure auf Breitbildfernsehmonitoren, wie der Motor hustete und dann zum Leben erweckte. Ein Käfiggebrüll drang durch die Beton- und Erdmauern des Bunkers. Die Stahlgitter auf dem Boden des Prüfstands zitterten und rasselten und zitterten schließlich an einer Platte, die über unser Sichtfeld tanzte. Der Motor lief einwandfrei und stellte sich nach 162,2 Sekunden ab, wenn der Kraftstofftank leer war. Nach der plötzlichen Stille brach der Raum in Jubel aus. "Ruf Elon an!" Schrie Müller. "Sag ihm, dass wir gerade eine volle Dauer gelaufen sind!"

Einen zuverlässigen Motor bauen war nur der Beginn der technischen Herausforderungen. Im Jahr 2006 montierten die Techniker den Merlin-Motor an der 70 Fuß hohen Falcon 1-Rakete von SpaceX und starteten ihn vom Werk des Unternehmens im Kwajalein-Atoll, 2500 Meilen südwestlich von Hawaii. Der Start sah perfekt aus, aber die Rakete war vor der Zündung zum Scheitern verurteilt.

Während wochenlanger Preflight-Tests hatte salzige Luft im Pazifik eine Aluminiummutter im Motor angegriffen. Kurz vor dem Abheben, als die Treibmittelventile öffneten, versagte die Mutter und verursachte eine Undichtigkeit. Als sich die Motoren 2 Sekunden vor dem Abheben entzündeten, entzündete sich der verschüttete Kraftstoff. Vierunddreißig Sekunden nach dem Start des Falcon brannten Flammen durch eine Druckluftleitung und stellten den Motor ab. Die Rakete stürzte einige Sekunden später in den Pazifik.

Es war der erste in einer Reihe von Fehlstarts. Ein Jahr später verursachte das Schwappen von Treibstoff in der zweiten Stufe eines anderen Falcon 1 Schwingungen und die Rakete geriet außer Kontrolle, bevor sie die Umlaufbahn erreichte. Während des dritten Fluges im August 2008 kollidierte die erste Stufe unmittelbar nach der Trennung mit der zweiten Stufe. Beide fielen ins Meer. Eine Untersuchung ergab, dass die Motorverbesserungen den Restschub erhöht und zum Aufprall geführt hatten.

Weniger als zwei Monate später waren diese teuren und peinlichen Fehler vergessen. In der Hawthorne-Zentrale von SpaceX sahen sich Mueller, Musk und die Mitarbeiter einen Video-Feed von Kwajalein an, als ein weiterer Falke, den ich vom südpazifischen Startrampenfeld aus brüllte. Bilder von Kameras, die an der Rakete montiert waren, zeigten, wie die erste Stufe auf die Erde zurückfiel und der Motor der zweiten Stufe ansprang, wodurch die Rakete in den Weltraum befördert wurde.

Tom Mueller beschreibt Merlin Engine
von Livescribe zu Ihnen gebracht

Die Verkleidungen an der Spitze des Falken lösten sich und fielen ab; Sie würden schließlich beim Wiedereintritt in die Atmosphäre verbrennen. Weniger als 10 Minuten nach dem Start setzte der Falcon mit einer Geschwindigkeit von 26.000 km / h und einer Geschwindigkeit von 130 km / h, die hoch genug war, um im Orbit zu bleiben, eine Scheinnutzlast frei. Musk und Mueller hatten die erste private Flüssigbrennstoffrakete geschaffen, die in die Umlaufbahn gelangte.

Kurz nach diesem erfolgreichen Start begannen die Kunden, sich für künftige Flüge mit der größeren, weitaus leistungsstärkeren Falcon 9 anzumelden. Die neun Triebwerke der Rakete verleihen ihr einen wichtigen Vorteil: Zuverlässigkeit. Es ist die erste seit der Saturn-Serie aus dem Apollo-Programm, die die Möglichkeit des Motorausfalls bietet. Das heißt, ein oder mehrere Motoren können ausfallen, und die Rakete schafft es immer noch in die Umlaufbahn.

Laut dem Launch-Manifest wird das Unternehmen die Nutzlast des ersten Kunden in Großbritannien, Avanti Communications, bis Ende dieses Jahres auf einer Falcon 9 erhöhen. Vier weitere Outfits haben bis 2015 Bestellungen aufgegeben. SpaceX-Gebühren für das Starten von Nutzlast auf einer Falcon 1 startet bei rund 8 Millionen US-Dollar, ein Schnäppchen im Vergleich zu den geschätzten 13,5 Millionen US-Dollar, die von Wettbewerbern in Rechnung gestellt werden. Ein Bericht des Government Accountability Office aus dem Jahr 2009 bestätigt, dass das Unternehmen fast alle seine eigenen Raketenteile herstellt, um die Abhängigkeit von teuren externen Lieferanten zu vermeiden. "SpaceX verfügt über umfangreiche interne technische Fähigkeiten", sagt Alan Lindenmoyer, Commercial Crew und Cargo Program Manager der NASA. "Aber sie haben auch den Unternehmergeist, der sie zum Erfolg antreibt."

Elon Musks Raumschiff, der Drache, sitzt in der Werkstatt in Hawthorne; Die Techniker bereiten die Kapsel in Originalgröße für Vibrationstests vor, indem sie Gewichte installieren, die für unvollständige Avionik- und andere Ausrüstungsteile stehen, die in der drucklosen Halterung im Drachenboden aufbewahrt werden. Eine Luke öffnet sich zu einem zweiten Laderaum, der unter Druck steht und das Vakuum des Weltraums nicht überstehen kann. Die Mitarbeiter haben einen Indigodrachen mit ausgestreckten Flügeln auf den Rumpf gemalt. Das Bild ruft die beiden Sonnenkollektoren hervor, die sich aus der Kapsel heraus öffnen, um bei längeren Einsätzen, z. B. bei Mikrogravitationsexperimenten, Strom zu liefern.

Trotz des Drucks des NASA-Vertrags und der Forderungen der anderen Kunden von SpaceX jagt Musk immer noch seinen Traum, Menschen über die Erde zu schicken. Die NASA hat das Unternehmen noch nicht gebeten, Hardware für den Transport von Astronauten zur Raumstation zu bauen, aber die SpaceX-Ingenieure bereiten die Drachenkapsel für eine Besatzung von sieben Mann vor. Jedes Drachen-Raumschiff, auch wenn es nur Fracht befördert, hat Fenster. Ich steige eine kurze Metallleiter zum unter Druck stehenden Laderaum hinauf. Es ist geräumig und hat geschwungene Wände, die zu weit voneinander entfernt sind, um mit ausgestreckten Armen erreicht zu werden.

Die NASA sagt, dass ihr neues Vertrauen in private Unternehmen, Fracht zur Raumstation zu befördern, die Agentur frei machen wird, sich auf bemannte Flüge zum Mond und schließlich zum Mars zu konzentrieren. Wie die Fenster des Drachen zeigen, hat SpaceX Pläne, die weit über die Abwicklung der NASA-Fracht hinausgehen. Wer weiß, wie schnell Musk, Mueller und die Firma gehen, SpaceX könnte vielleicht zuerst den Mars erreichen.

Schau das Video: Hinter den Kulissen der tagesschau (August 2019).