Erklärt: Warum die GSLV Mk-III-Rakete von Chandrayaan-2 einen Fehler entwickelte

Chandrayaan-2-Start heute: ISRO beabsichtigt, die Rakete, ein Produkt von über drei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung, für alle zukünftigen Missionen zur Erforschung des Weltraums zu verwenden, einschließlich Gaganyaan, Indiens erster bemannter Mission, die vor 2022 gestartet werden soll.

Die Geosynchronous Satellite Launch Vehicle (GSLV) MkIII der Indian Space Research Organization (ISRO) mit Chandrayaan-2 steht im Satish Dhawan Space Center, nachdem die Mission in Sriharikota in letzter Minute abgebrochen wurde.

Der Start von Chandrayaan-2, Indiens erster Versuch, eine Raumsonde auf dem Mond zu landen, wurde am Montagmorgen weniger als eine Stunde nach dem Start abgebrochen, nachdem Wissenschaftler einen technischen Fehler im Trägerraketensystem entdeckt hatten. Das Missionsfahrzeug war eine GSLV Mk-III-Rakete, eine relativ neue Anschaffung, die für die zukünftigen Missionen der ISRO von entscheidender Bedeutung ist.

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Was macht die neue Rakete so entscheidend?

ISRO beabsichtigt, die Rakete, ein Produkt von mehr als drei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung, für alle zukünftigen Missionen zur Erforschung des Weltraums zu verwenden, einschließlich Gaganyaan, Indiens erster bemannter Mission, die vor 2022 gestartet werden soll. Das Fahrzeug, das schwerere kommerzielle Satelliten starten kann , soll auch ein großer Umsatzbringer für ISRO sein.

Die tragende Säule der ISRO-Starts in den letzten drei Jahrzehnten war jedoch die Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV), eine Rakete, die seit Anfang der 1990er Jahre nur bei zwei ihrer 48 Starts gescheitert ist. Chandrayaan-1 und Mangalyaan wurden ebenfalls von PSLV ins Leben gerufen.

Warum wurde PSLV nicht für Chandrayaan verwendet- zwei?

PSLV hat seine Grenzen. Es hat nicht genug Leistung, um schwerere Satelliten zu transportieren oder tiefer in den Weltraum zu gelangen. PSLV kann eine Nutzlast von etwa 1750 kg in niedrigere Erdumlaufbahnen bis zu einer Höhe von 600 km von der Erdoberfläche transportieren. Im Geostationary Transfer Orbit (GTO) kann er einige hundert Kilometer höher fliegen, allerdings nur mit reduzierter Nutzlast. Chandrayaan-1 wog 1380 kg, während Mangalyaan eine Startmasse von 1337 kg hatte.

Viele der üblichen kommerziellen Satelliten, die für Fernerkundung, Rundfunk oder Navigation verwendet werden, wiegen deutlich unter 1.500 kg und müssen in niedrige Erdumlaufbahnen gebracht werden. PSLV hat sich hierfür als ideales Vehikel erwiesen – sowohl für indische als auch für ausländische kommerzielle Satelliten.

Es gibt jedoch Satelliten, die viel schwerer sind – im Bereich von 4.000 bis 6.000 kg oder mehr – und in geostationäre Umlaufbahnen gebracht werden müssen, die über 30.000 km von der Erde entfernt sind. Raketen, die so massive Satelliten tragen, müssen wesentlich mehr Leistung haben.

Gebaut als Rakete für die Zukunft, da ISRO immer größere Nutzlasten transportieren und tiefer in den Weltraum erforschen will, hat GSLV Mk-III eine interessante Geschichte und eine Geschichte von drei Jahrzehnten harter Arbeit bei der Zähmung der kryogenen Technologie. (Quelle: ISRO)

Und GSLV-Raketen haben diese Kraft?

GSLV-Raketen (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle) verwenden einen anderen Treibstoff und haben einen weitaus höheren Schub als PSLV. Sie können daher schwerere Nutzlasten tragen und tiefer in den Weltraum reisen. Chandrayaan-2 zum Beispiel hatte eine Gesamtmasse von fast 4.000 kg.

Unter den GSLV-Raketen von ISRO ist die GSLV Mk-III die neueste und leistungsstärkste. Es hatte bisher zwei erfolgreiche Flüge – es beförderte und installierte den Kommunikationssatelliten GSAT-19 am 5. Juni 2017 und dann den GSAT-29 Kommunikationssatelliten am 14. November letzten Jahres. Es hatte 2014 einen Versuchsflug.

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GSLV Mk-III wird von einem Kernflüssigkeitstriebwerk angetrieben, verfügt über zwei feste Booster, die den beim Abheben erforderlichen massiven Schub liefern, und ein kryogenes Triebwerk in der Oberstufe.

Was ist ein kryogener Motor?

Kryotechnik ist die Wissenschaft über das Verhalten von Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen. Die Kryotechnologie ist schwer zu meistern, aber für eine Rakete wie GSLV Mk-III unerlässlich. Von allen Raketentreibstoffen ist Wasserstoff dafür bekannt, den größten Schub zu liefern. Aber Wasserstoff in seiner natürlichen gasförmigen Form ist schwer zu handhaben und wird daher in normalen Triebwerken in Raketen wie PSLV nicht verwendet. Wasserstoff kann in flüssiger Form verwendet werden, wird jedoch bei einer sehr niedrigen Temperatur flüssig – fast 250°C unter Null. Um diesen Brennstoff zu verbrennen, muss auch Sauerstoff in flüssiger Form vorliegen, und das bei etwa 90 °C unter Null. Es ist schwierig, eine Atmosphäre mit solch niedrigen Temperaturen in der Rakete zu erzeugen – es verursacht Probleme für andere Materialien.

Zuschauer gehen, nachdem die Mission Chandrayaan-2 in Sriharikota (AP) abgebrochen wurde

Wann und wie hat Indien bei dieser Technologie Fortschritte gemacht?

Die Entwicklung des GSLV Mk-III ist die Geschichte von drei Jahrzehnten harter Arbeit an der Kryotechnologie. Die Technologie wurde Indien Anfang der 1990er Jahre von den Vereinigten Staaten verweigert, was es zur Indigenisierung zwang.

ISRO hatte die Entwicklung eines kryogenen Motors bereits Mitte der 1980er Jahre geplant, als nur eine Handvoll Länder – die USA, die ehemalige UdSSR, Frankreich und Japan – über diese Technologie verfügten. Um die Entwicklung von Trägerraketen der nächsten Generation zu beschleunigen – das GSLV-Programm war bereits vorgesehen – beschloss ISRO, einige dieser Triebwerke zu importieren. Es führte Gespräche mit Japan, den USA und Frankreich, bevor es sich für russische Motoren entschied. 1991 unterzeichneten ISRO und die russische Raumfahrtbehörde Glavkosmos einen Vertrag über die Lieferung von zwei dieser Triebwerke samt Technologietransfer, damit indische Wissenschaftler diese künftig bauen können.

Die USA, die den Triebwerksvertrag verloren hatten, protestierten jedoch gegen den russischen Verkauf unter Berufung auf Bestimmungen des Raketentechnologie-Kontrollregimes (MTCR), dem weder Indien noch Russland angehörten. MTCR versucht, die Verbreitung von Raketentechnologie zu kontrollieren. Russland, das sich immer noch vom Zusammenbruch der UdSSR erholte, erlag dem Druck der USA und kündigte den Deal 1993. In einer alternativen Vereinbarung durfte Russland sieben statt der ursprünglichen zwei kryogenen Motoren verkaufen, konnte die Technologie jedoch nicht übertragen nach Indien. Diese russischen Triebwerke wurden bei den ersten Flügen der GSLVs der ersten und zweiten Generation (Mk-I und Mk-II) verwendet. Letzteres wurde bei der Einführung von INSAT-4CR im September 2007 verwendet.

Nachdem der ursprüngliche Russland-Deal annulliert wurde, machte sich ISRO daran, im Liquid Propulsion Systems Center in Thiruvananthapuram seine eigene kryogene Technologie zu entwickeln. Es dauerte mehr als ein Jahrzehnt, um die Motoren zu bauen. Im Jahr 2010 scheiterten zwei Starts von GSLV-Raketen der zweiten Generation, eine mit russischem Motor und die andere in Eigenentwicklung.

Der große Erfolg kam im Dezember 2014 mit dem Versuchsflug des GSLV der dritten Generation (Mk-III), das ein einheimisches kryogenes Triebwerk enthielt. Diese Mission trug auch eine experimentelle Wiedereintrittsnutzlast, die nach Erreichen einer Höhe von 126 km ausgeworfen wurde und sicher im Golf von Bengalen landete.

Es folgten zwei weitere erfolgreiche Starts von GSLV Mk-III. Chandrayaan-2 war der größte und am sehnlichsten erwartete Start.

Was ist also schief gelaufen?

ISRO hat noch nicht die Art oder Details des technischen Fehlers in der Rakete mitgeteilt. Der Glitch wurde nach Abschluss jeder größeren Operation beobachtet. Eine der letzten Aufgaben vor dem Start ist die Beladung des kryogenen Treibstoffs Wasserstoff und Sauerstoff. Dies war etwa eine halbe Stunde vor dem Stoppen des Countdowns am Montagmorgen abgeschlossen. Eine Einschätzung der Schwere des Problems kann mehrere Tage dauern.

Wie groß ist der Rückschlag?

Die unmittelbare Auswirkung ist auf den Zeitplan von Chandrayaan-2. ISRO hatte erklärt, dass das derzeitige Zeitfenster für den Start von Chandrayaan-2 nur zwischen dem 9. und 16. Juli verfügbar sei. Diese Gelegenheit scheint nun verpasst worden zu sein. Dies könnte die Mission möglicherweise um mehrere Monate verzögern. ISRO hat nicht gesagt, wann sich das nächste Fenster der Gelegenheit öffnet.

Solange die ISRO ihre Einschätzung des Problems nicht veröffentlicht, ist es nicht möglich, die Auswirkungen auf zukünftige Missionen vorherzusagen, insbesondere auf Gaganyaan, das eine knappe Frist hat.

Misserfolge von Weltraumstarts sind jedoch nicht ungewöhnlich. Insbesondere Mondmissionen hatten eine hohe Fehlerrate. Bis zu 52 Prozent aller Mondmissionen waren erfolglos, zuletzt der Fall des israelischen Beresheet-Landers, der nach dem Eintritt in die Mondumlaufbahn und einer Bruchlandung auf der Mondoberfläche Probleme aufwies.

Technisch gesehen ist Chandrayaan-2 nicht gescheitert. Die Mission wurde vor dem Start abgebrochen, nachdem ein Problem erkannt wurde.

Brian Patrick Stepanek

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