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Feb 27

Innovationsmanagement bei Space X: Testen für eine große Vision

Typisch für das Innovationsmanagement bei Space X ist ein Ansatz, der durch ständiges Testen, Iterationen, Nachbesserungen und wieder neue Tests für eine große Vision gekennzeichnet ist, selbst auch dann, wenn es ernst wird und eine Rakete tatsächlich in den Weltraum geschossen werden soll. David Giger, der als Ingenieur für Space X arbeitet, beschreibt das Innovationsmanagement bei Space X so: „Space X wurde auf „testen, testen, testen, testen, testen“ aufgebaut. Wir testen, während wir fliegen“. Diese Art von Innovationsmanagement bei Space X ist bestens bekannt von der Softwareentwicklung. Elon Musk hat ständiges Testen in seinen beiden ersten Softwareunternehmen, Zip2 und PayPal, die er im Silicon Valley mitgegründet hatte und jeweils eine Zeitlang als CEO führte, praktiziert und zum Prinzip erhoben. Aber als er im Juni 2002 Space Exploration Technologies, abgekürzt Space X genannt, in El Segundo, einem Vorort von Los Angeles, mit der großen Vision einer multiplanetaren Besiedlung des Weltraums, vor allem des Mars  gründet, ist dieser Ansatz des Innovationsmanagements bei Space X in der Hardwareindustrie, ganz zu schweigen von der Raumfahrtindustrie, gänzlich unbekannt. Musk ist sich des kleinen Unterschieds zur Softwareentwicklung wohl bewusst: „Wenn Du dann wirklich (Anm.: die Rakete) startest, darf es keinen signifikanten Fehler geben…Anders als bei anderen Produkten, gibt es dann keine Chance der Fehlerkorrektur oder des Rückrufs nach dem Abheben“. Oder vielleicht doch? Auf jeden Fall soll – gerade deswegen – vor dem Raketenstart in unzähligen Iterationen ständig getestet werden. Dan Rasky, der als Senior Scientist der NASA später Space X beim Technologietransfer von der NASA und beim Innovationsmanagement unterstützt, berichtet von dem Kulturschock, den dieser neue Ansatz zunächst bei den Leuten auslöst, die – wie er – von der NASA bzw. aus der traditionellen Luft- und Raumfahrtindustrie zu Space X kommen. „Sobald sie (Anm.: bei Space X) – wir haben uns darüber lustig gemacht – 51% Wahrscheinlichkeit erreichen, fällen sie eine Entscheidung …, die Dir erlaubt, weiterzumachen, und dann überprüfst Du, ist das die richtige Entscheidung oder nicht, und wenn sie das ist, machst Du weiter; aber Du fällst immer eine Entscheidung, dann die nächste und dann die nächste…Und wenn Du voranschreitest und herausfindest, dass es ein Problem gibt, mit dem Du nicht gerechnet hast, dann gehst Du einen Schritt zurück …, bis Du die nächste Entscheidung triffst. Das erlaubt Dir, sehr schnell voranzuschreiten“.

In der Geschichte der Space X Innovationen ist der 28. September 2008 ein besonders kritischer Tag des Testens. An diesem Tag wird sich entscheiden, ob Space X als Unternehmen überlebt oder scheitert. Hier auf Omelek, einer Insel des Kwajalein Atolls, das zu den Marshall-Inseln im Südpazifik gehört, findet der letzte Versuch statt, um die von Space X entwickelte Falcon 1 Rakete erfolgreich auf eine Erdumlaufbahn zu schießen. Elon Musk ist extra von Los Angeles zum Kwajalein Atolls herausgeflogen, um an diesem Tag bei seinen Leuten an der Startrampe zu sein.

Diesem letzten Versuch sind drei andere Tests vorangegangen, die einer nach dem anderen gescheitert sind. Die Falcon 1 ist als Einstieg ins Raketengeschäft gedacht. Gwynne Shotwell, die im September 2002 als Vice President Business Development zu Space X kommt, nachdem sie vorher für das kleine Raumfahrtunternehmen Microcosm gearbeitet hat, bezeichnet die Falcon 1 als „unsere Übungsrakete“ – in der Softwarebranche würde man wohl von einem Minimum Viable Product sprechen. Aber die drei Fehlschläge haben sehr viel gekostet. Musk muss zunehmend besorgt beobachten, wie ihm das Geld zwischen den Fingern zerrinnt. Die Ursachen fürs Scheitern werden in akribischen Untersuchungen gefunden.

Der erste Absturz war die Folge eines Treibstofflecks, das wiederum auf eine korrodierte Aluminium-Schraube an einer Treibstoffpumpe zurückging. Beim zweiten Versuch erreichte die Falcon 1 Rakete zwar den Weltraum; aber die Geschwindigkeit und die Umlaufbahn waren niedriger als geplant, weil die falsche Software in den Merlin-Motor der ersten Raketenstufe geladen worden war. Für den dritten Versuch war eine neue Version der Falcon 1 entwickelt worden. Das neue Merlin Triebwerk hatte noch mehr Schubkraft und wurde dafür mit einem neuen Kühlungssystem ausgestattet. Auf dem Teststand schien alles sehr gut zu funktionieren. Und der Start der Rakete sah auch sehr gut aus. Aber im Augenblick der Trennung der ersten von der zweiten Raketenstufe erfuhr die erste Stufe einen unerwarteten zusätzlichen Schub, der zur Kollision der zwei Stufen und dem Absturz führte.

Heute am 28. September sind die Space X Ingenieure zuversichtlich, dass sie das Problem gelöst haben. Sie haben in der Raketensoftware nur eine Zahl geändert: Die Verzögerung zwischen der Abschaltung des Hauptmotors und der Trennung der beiden Raketenstufen ist um eine Winzigkeit verlängert worden. Tatsächlich erweist sich diese Änderung als die Lösung. Bei diesem vierten Versuch hebt die Falcon 1 fehlerlos von der Startrampe ab, nach neun Minuten trennen sich die beiden Raketenstufen ohne Probleme voneinander, und die zweite Stufe, die vom Kestrel Motor angetrieben wird, erreicht genau die geplante Erdumlaufbahn. Und, da Musk keine Möglichkeit für einen Test ungenutzt an sich vorbeiziehen lässt, wird gleichzeitig getestet, ob sich der Motor der zweiten Stufe problemlos aus- und wieder anschalten lässt, und auch dieser Test gelingt.

Die Falcon 1 wird an diesem 28. September 2008 zur ersten mit Flüssigtreibstoff angetriebenen Rakete der Welt, die von einem privaten Unternehmen entwickelt wurde und erfolgreich die geplante Erdumlaufbahn erreicht. Dieser Tag wird zum Wende- und Startpunkt einer Space X Erfolgsgeschichte, die nach der Falcon 1 die größere Falcon 9 Rakete, die Dragon Kapsel und die noch größere Falcon Heavy Rakete umfasst und die vor allem durch weitere Rekorde gekennzeichnet ist. So wird die Dragon-Kapsel von Space X am 25. Mai 2012 zum ersten von einem Privatunternehmen finanzierten Raumschiff, das an die internationale Raumstation ISS andockt. Und am 21. Dezember 2015 ist Space X das erste Raumfahrtunternehmen, das einen großen Teil der Rakete, in diesem Fall die erste Raketenstufe der Falcon 9, sicher landet und der späteren Wiederverwendung zuführt.

Diese Arbeitsweise und dieses Innovationsmanagement von Space X unterscheidet sich fundamental von der traditionellen Luft- und Raumfahrtindustrie und der NASA, die normalerweise jede einzelne Änderung der Software genau überprüft, bevor sie freigegeben wird, und die bei Innovationen und Neuproduktentwicklungen erst einmal ein umfangreiches und sehr zeitaufwändiges Lastenheft erstellt, bevor auch nur ein erster Test durchgeführt werden kann. Rasky sieht ungläubig, wie schnell Space X das Hitzeschutzschild für die Dragon Kapsel entwickelt. Kein anderes Unternehmen war in der Lage, die Technologie des von der NASA vor vier Jahrzehnten für die Apollo Mission entwickelten Hitzeschildes zu replizieren. Mit Raskys Hilfe entwickelt Space X ein neues Hitzeschild, das nicht nur kostengünstiger, sondern vor allem auch hitzebeständiger ist. Das aus den Experimenten resultierende Material mit dem Namen PICA-X ist eine echte Innovation. Während des ersten Wiedereintritts der Dragon Kapsel in die Erdatmosphäre funktioniert dieses neue Hitzeschild so gut, dass die Techniker sich besorgt fragen, ob die Sensoren kaputt sind; denn sie zeigen während des gesamten Wiedereintritts keinen Temperaturanstieg an.

Musk ist überzeugt, dass ein junges Unternehmen mit Start-up-Mentalität, einer großen Risikobereitschaft, neuen Arbeitsweisen im Innovationsmanagement und dem Willen, durch Tests ständig dazuzulernen, und vor allem mit einer inspirierenden Mission eine Chance hat, den etablierten Raumfahrtunternehmen erhebliche Marktanteile abzunehmen. Brian Bjelde z.B., der vorher als Ingenieur im NASA Jet Propulsion Labor gearbeitet hat und im August 2003 als Mitarbeiter Nr. 7 zu Space X kam und heute als Vice President den Personalbereich von Space führt, erklärt seine Motivation wie folgt: “Der Grund, wieso ich zum Unternehmen gekommen bin, … ist der intensive Fokus auf die Mission“ von Space X. Musk gelingt es immer wieder, die besten Talente für sein Unternehmen zu gewinnen. Diese Talente wissen von Musks extrem hohen Anforderungen und seiner anspruchsvollen Arbeitsethik. Aber gerade diese Herausforderungen reizen sie.

Die Lernbereitschaft und Offenheit der Space X Mitarbeiter für neue Ideen und Innovationen beeindruckt Rasky. Anders als traditionelle Raumfahrtunternehmen, die die Dinge lange Zeit immer wieder auf dieselbe Art tun, beobachtet Rasky im Innovationsmanagement von Space X: „Wenn sie von einer neuen Technologie hören, ist das Erste, was sie tun, sie gehen ins Internet. Sie finden Artikel, Berichte, die beschreiben, was diese Technologie ist, wer arbeitet daran, wer ist der Forscher. Sie kontaktieren denjenigen, der daran arbeitet, sie haben mit ihm Diskussionen am Telefon. Vielleicht laden sie die Person ein, oder sie fahren dahin, sie zu sehen. Sie bereiten Prototypen vor…Wann immer wir interessante Technologie gesehen haben, würden wir buchstäblich innerhalb einer Woche einen Prototypen dieser Technologie bei uns haben, um damit zu beginnen, sie zu untersuchen….Es war einfach erstaunlich, wie schnell sie sich bewegten“.

Ein gutes Beispiel ist die innovative Technologie des Rührreibschweißens (engl. friction stir welding), das vom The Welding Institute (TWI) in Großbritannien erfunden wurde. Space X leistet Pionierarbeit in der Weiterentwicklung des betreffenden Hardwaresystems. In seinem Werk steht eine zweistöckige Rührreibschweißmaschine, die Space X befähigt, den Schweißprozess für riesige Metallbleche wie jene, die die Verkleidung der Falcon Raketen ausmachen, zu automatisieren. Im Vergleich zum traditionellen Schweißen produziert das Rührreibschweißen wesentlich festere Verbindungen zwischen den Blechen. Als Ergebnis seiner unzähligen Experimente verfügt Space X heute über die Fähigkeit, große, dünne Metallbleche zu verarbeiten und damit bei seinen Falcon Raketen unnötiges Gewicht zu einzusparen. Die traditionellen Luft- und Raumfahrtunternehmen nehmen normalerweise Abstand vom Schweißen, da das konventionelle Schweißen das Metall schwächt und sie das Rührreibschweißen zu wenig kennen, und so sind sie auf das Nieten und Klammern angewiesen.

Auch der SuperDraco Motor, der für den Antrieb der Dragon 2 Kapsel verwendet wird, demonstriert sehr gut die Technologieoffenheit und das Innovationsmanagement von Space X. Der SuperDraco Motor ist der erste Raumschiffmotor, der komplett aus einem 3D-Drucker kommt. Eine Schlüsselkomponente dieses Triebwerks, die so genannte Brennkammer, wird unter Verwendung der Superlegierung Inconel auf einem Metall-3D-Drucker des deutschen mittelständischen Unternehmens EOS hergestellt.

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Abbildung: Modulare Produktarchitektur von Space X Raketen

Was die Gesamtarchitektur seiner Raketen anbetrifft, hat Musk schon früh auf ein modulares Design im Innovationsmanagement gesetzt. Das ist im Innovationsmanagement der traditionellen Raumfahrt unüblich. Sie entwickelt typischerweise für jede Mission eine ganz neue Rakete. Grundlage des modularen Designs von Space X ist das einfache und hocheffiziente Merlin Triebwerk, das Tom Mueller entwickelt hat, der von Anfang an bei Space X als Vice President of Propulsion Engineering dabei ist, nachdem er früher für das Raumfahrtunternehmen TRW gearbeitet hatte. Die Kraftstoff-Einspritzdüse seines Merlin Triebwerks ist Gegenstand des einzigen Patents, das Space X hält. Dank des Merlin Motors kann Space X seine Triebwerke und Raketen zu immer größeren Raketen bündeln. Im Vergleich zur Falcon 1 mit einem Merlin Triebwerk umfasst die Falcon 9 neun Merlin Triebwerke, die in einer Kreisformation angeordnet sind. Die Falcon Heavy bündelt wiederum drei Falcon 9 Raketen, d.h. verfügt über 27 Merlin Triebwerke. Dieser Ansatz resultiert in wesentlichen Ersparnissen, da nicht jedes Mal eine ganz neue Rakete entwickelt werden muss und man in der Produktion Skaleneffekte erreicht. Außerdem vertreten Musk und seine Leute die Ansicht, dass damit die Ausfallsicherheit erhöht wird.

Tatsächlich erweist sich schon am 8. Oktober 2012, dass sie damit wahrscheinlich recht haben. An diesem Tag soll die Falcon 9 einen Satelliten für das amerikanische Satellitenkommunikationsunternehmen Orbcomm auf einer niedrigen Erdumlaufbahn aussetzen und gleichzeitig für die NASA Material mit der Dragon Kapsel zur ISS bringen. Aber 79 Sekunden nach dem Start fällt eines der neun Falcon Triebwerke aus. Wie es das Steuerungsprogramm vorsieht, wird der Treibstoff jetzt automatisch auf die verbliebenen acht Triebwerke der Falcon 9 umverteilt und der Schubkraftverlust dadurch kompensiert, dass die erste Raketenstufe 30 Sekunden länger brennt. Die Dragon Kapsel gelangt erfolgreich zur internationalen Raumstation. Allerdings kann der Orbcomm Satellit nicht die gewünschte Höhe erreichen, sondern muss auf einer niedrigeren Erdumlaufbahn ausgesetzt werden.

Insgesamt entwickelt sich die Falcon Rakete und das Innovationsmanagement der Innovationsmaschine Space X zu einer beeindruckenden Erfolgsgeschichte. Nachdem die Falcon 1 in der Zeit von 2006 bis 2009 nur fünf Mal fliegt – mit zwei erfolgreichen Flügen nach drei Fehlversuchen – ,ist – Stand 16. Februar 2021 – die Falcon 9 seit dem 4. Juni 2010 im Einsatz mit insgesamt 109 Starts, von denen 106 erfolgreich sind. Die Falcon Heavy fliegt das erste Mal am 6. Februar 2018. Bisher sind alle ihre drei Flüge erfolgreich.

Die Kosten eines Space X Raketenstarts liegen in einer ganz neuen, bisher völlig ungekannten Größenordnung. Im Vergleich zur traditionellen Raumfahrt kostet ein Raketenstart mit Space X nur etwa ein Viertel. Das Ziel, den Weltraum zu erschließen, rückt in eine immer greifbarere Nähe. Die letzten beiden Höhepunkte passieren am 31. Mai 2020 und 17. November 2020. Am  31. Mai 2020 dockt eine Crew Dragon Kapsel, die mit einer Falcon 9 in den Weltraum befördert wird, mit zwei NASA Astronauten erfolgreich an der internationalen Raumstation ISS an. Space X schreibt ein weiteres Mal Geschichte. Am 17. November 2020 wiederholt eine Space X Falcon 9 Rakete mit Crew Dragon Kapsel diese Leistung, diesmal mit vier Astronauten für die ISS.

Dr. Rolf-Christian Wentz

 

Quellen:

  • Wentz RC (2020) Die neue Innovationsmaschine, Kindle Direct Publishing

Innovationsmanagement bei Space X

  • Fernholz T (2018) Rocket Billionaires, Mariner Books
  • Vance A (2015) Elon Musk, HarperCollins Publishers
  • Rasky D (2018) Complete Dan Rasky interview (SpaceX secrets), 16.3.2018, unter: https://www.youtube.com/watch?v=MxIiiwD9C0E