Künstliche Intelligenz
Aus Softwarefehlern lernen – Teil 2: Warum explodierte Ariane 5 nach dem Start?
Zahlen wirken in Programmen so selbstverständlich, dass viele Entwicklerinnen und Entwickler sie intuitiv wie in der Mathematik behandeln: Addition, Subtraktion, Multiplikation – was soll da schon schiefgehen? In der Praxis lauern hier jedoch zahlreiche Fallstricke. Speicherbegrenzungen, Rundungsfehler, Konvertierungen zwischen Datentypen und die unterschiedliche Behandlung von Ganzzahlen und Gleitkommazahlen führen immer wieder zu katastrophalen Fehlern.

Golo Roden ist Gründer und CTO von the native web GmbH. Er beschäftigt sich mit der Konzeption und Entwicklung von Web- und Cloud-Anwendungen sowie -APIs, mit einem Schwerpunkt auf Event-getriebenen und Service-basierten verteilten Architekturen. Sein Leitsatz lautet, dass Softwareentwicklung kein Selbstzweck ist, sondern immer einer zugrundeliegenden Fachlichkeit folgen muss.
Die Teile der Serie „Aus Softwarefehlern lernen“:
Muster 2: Überlauf, Arithmetik und Präzision: Wenn Zahlen kippen
Ein ikonisches Beispiel dafür ist der Fehlschlag des ersten Ariane-5-Starts im Jahr 1996. Nur 37 Sekunden nach dem Start verließ die Rakete ihre Flugbahn, begann sich unkontrolliert zu drehen und zerstörte sich schließlich selbst. Die Ursache war nicht ein Materialproblem oder ein Defekt an der Rakete, sondern ein Softwarefehler in der Trägheitsnavigationssoftware.
Konkret versuchte das System, einen 64-Bit-Gleitkommawert in einen 16-Bit-Integer zu konvertieren. Der Wert war für die Ariane 5 jedoch zu groß und es kam zu einem Überlauf, der dann eine Ausnahme auslöste. Die Folge: Das gesamte Leitsystem schaltete sich ab. Da die Rakete zwei identische Systeme hatte, die synchron liefen, wiederholte sich der Fehler sofort auf dem Backup – die Redundanz konnte also nicht helfen.
Das wirft die Frage auf: Warum passiert so etwas in einem milliardenschweren Raumfahrtprogramm? Die Antwort ist tatsächlich lehrreich: Die Software der Ariane 5 basierte in Teilen auf dem Vorgängermodell Ariane 4. Dort waren die Wertebereiche kleiner, und ein 16-Bit-Integer war völlig ausreichend. Bei der Ariane 5 lagen die Beschleunigungen jedoch in einem anderen Bereich. Die alten Annahmen passten nicht mehr, aber die Entwickler haben die entsprechenden Codepfade nie überprüft – schließlich hatte die Software ja bereits jahrelang zuverlässig funktioniert.
Dieses Muster findet sich auch heute immer wieder in unzähligen Projekten:
- Entwicklerinnen und Entwickler übernehmen alte Codepfade, ohne ihre Gültigkeit für neue Einsatzbedingungen zu prüfen.
- Implizite Typumwandlungen oder fehlende Bereichsprüfungen führen im Grenzfall zu Überläufen.
- Fehlerbehandlung fehlt oder ist zu global – wie im Fall der Ariane, bei der eine einzelne Ausnahme zum Totalausfall führte.
In der Praxis begegnen Developer diesem Risiko immer wieder – auch in völlig alltäglichen Projekten. Typische Symptome sind:
- Plötzliche Sprünge oder negative Werte in Zählern,
NaN-Ergebnisse oderInf-Werte bei Gleitkommarechnungen und- stille Rundungsfehler, die sich erst bei großen Zahlen oder nach langer Laufzeit bemerkbar machen.
Das Schlimmste daran ist, dass Gegenmaßnahmen durchaus bekannt sind, häufig aber aus Zeit- und Kostengründen vernachlässigt werden:
- Explizite Bereichsanalysen: Vor allem bei Übernahmen prüfen, ob alle Wertebereiche noch passen.
- Saturating Arithmetic oder Clamping: Wenn ein Wert den zulässigen Bereich überschreitet, diesen auf das Maximum setzen oder den Vorgang abbrechen, statt unbemerkt überlaufen zu lassen.
- „Fail fast“ bei kritischen Konvertierungen: Lieber ein gezielter Fehler, der sich früh zeigt, als eine stille Datenkorruption.
- Telemetrie und Monitoring: Wertebereiche im Betrieb überwachen und auffällige Ausreißer melden.
Interessant dabei ist auch die psychologische Komponente: Viele Teams verlassen sich auf ihre Testabdeckung und übersehen, dass Testdaten oft zu nett sind. Grenzwerte, Extrembereiche und ungewöhnliche Kombinationen fehlen häufig. Erst Property-based Testing, Fuzzing oder gezielte Grenzwerttests decken die kritischen Fälle auf.
Der Ariane-5-Vorfall hat gezeigt, dass selbst in hochkritischen Projekten mit gefühlt unendlichem Budget ein scheinbar banales Zahlenproblem zu einer Milliardenkatastrophe führen kann. Für den Alltag in der Unternehmens-IT heißt das: Jede Zahl ist ein Modell, und Modelle haben Grenzen. Wer diese Grenzen kennt und absichert, verhindert nicht nur Abstürze, sondern spart sich auch stundenlange Fehlersuche bei subtilen Rundungsfehlern.
Aus Softwarefehlern lernen – die Serie
Diese Artikelserie stellt neun typische Fehlerklassen vor, die in der Praxis immer wieder auftauchen – unabhängig von Branche oder Technologie. In jeder Kategorie wird die Serie ein konkretes Beispiel vorstellen, dessen Ursachen analysieren und daraus ableiten, was Softwareentwicklerinnen und Softwareentwickler langfristig lernen können.
Im nächsten Teil lesen Sie: Concurrency und Scheduling: Wenn sich Prozesse gegenseitig blockieren.
(who)
Künstliche Intelligenz
Für Sicherheit im Orbit: SpaceX will Starlink-Satelliten absenken
Die Satelliten des Internetdiensts Starlink sollen im Laufe des Jahres deutlich abgesenkt werden und dann nicht mehr in 550 km Höhe um die Erde rasen, sondern nur noch 480 km über der Erdoberfläche. Das hat Michael Nicolls angekündigt, der bei dem US-Raumfahrtunternehmen SpaceX für die Starlink-Technik verantwortlich ist. Gleichzeitig hat er versichert, dass die weitreichende Maßnahme „engstens“ mit anderen Satellitenbetreibern, Behörden sowie dem US-Militär koordiniert werde. Der Schritt soll die Sicherheit in der Erdumlaufbahn in mehrerlei Hinsicht erhöhen, versichert Nicolls. Erst Mitte Dezember hatte Starlink den Kontakt zu einem eigenen Satelliten verloren, damals gab es Hinweise auf eine Explosion an Bord.
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Wie Nicolls ausführt, soll die niedrigere Umlaufbahn unter anderem dazu führen, dass Starlink-Satelliten nach Ende ihrer Einsatzzeit schneller abstürzen und in der Atmosphäre verglühen. Dafür sorgt der geringfügig höhere Widerstand der dort etwas dichteren Ausläufer der Erdatmosphäre. Selbst bei geringerer Aktivität der Sonne würden die Geräte dann nur noch wenige Monate ungenutzt um die Erde rasen, statt sonst über vier Jahre. Ferner gebe es in dieser Höhe deutlich weniger Weltraumschrott und die Zahl der dort geplanten Satelliten sei „signifikant“ geringer. Damit senke SpaceX also das Risiko einer Kollision mit potenziell katastrophalen Folgen („Kessler-Syndrom“).
Mehr Sicherheit, geringere Latenzen
Der Technikchef von Starlink verweist noch darauf, dass die eigenen Satelliten extrem zuverlässig seien, von über 9000 im Erdorbit seien nur zwei „tot“. Erst Mitte Dezember hat das Raumfahrtunternehmen von Elon Musk aber einen nach einer mutmaßlichen Explosion verloren, wie die Nachrichtenagentur Reuters berichtet hat. Der Satellit hat demnach plötzlich vier Kilometer Höhe verloren und ist wohl in dutzende Teile zersplittert. Die bedeuten eine Gefahr für andere Satelliten, schlimmstenfalls können sie eine verheerende Kettenreaktion auslösen. Die jetzt angekündigte Verringerung des Orbits erfolgt jetzt aber zu kurzfristig, um eine Reaktion darauf zu sein. Trotzdem dürfte der Schritt die Sicherheit merklich erhöhen.
Dass SpaceX das Satellitennetzwerk in einem derart grundlegenden Punkt wie der Höhe der Umlaufbahn während des Betriebs ändern kann, ist ein enormer Vorteil. Noch gibt es aber keine Stellungnahmen von anderen Satellitenbetreibern, es ist also unklar, was die Branche davon hält. Während SpaceX die Sicherheit im Orbit erhöhen und das Risiko für alle Satelliten senken will, dürfte der Schritt auch für die Nutzer und Nutzerinnen von Starlink positive Folgen haben. Die geringere Entfernung zwischen den Satelliten und den Antennen dürfte die Latenz des Internetangebots zumindest geringfügig senken. Möglicherweise sinkt aber auch die Betriebszeit der Satelliten in dem niedrigeren Orbit, dann müssten diese in noch höherer Frequenz gestartet werden.
Starlink wird seit 2019 aufgebaut. Inzwischen liefern mehr als 9400 aktive Starlink-Satelliten auf allen Kontinenten schnelle Internetverbindungen. Geplant war zwischenzeitlich, dass allein diese Megakonstellation auf 30.000 Satelliten wachsen soll, hinzu kommen weitere etwa von Amazon oder aus China. Weil die aber alle – für geringe Latenzen – im niedrigen Erdorbit platziert werden, haben sie keine besonders lange Lebenszeit und müssen im Schnitt alle fünf Jahre ersetzt werden. Dafür werden die Satelliten abgebremst, bis sie unkontrolliert abstürzen und verglühen. Die Zahl dieser Abstürze steigt längst deutlich an, die Folgen für die Erdatmosphäre sind bislang unklar.
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(mho)
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Teslas Kathoden-Auftrag verpufft: Statt 2,9 Milliarden nur 7.000 Dollar
Neue Akkuzellen, die bei geringeren Kosten mehr Strom liefern, sollten ab 2023 den Elektroauto-Markt revolutionieren. Das hat Tesla-Chef Elon Musk 2020 am „Tesla Battery Day“ angekündigt. 2023 gab es zwar kein Volksauto, aber immerhin eine Bestellung für die notwendigen Kathoden für neue Akkuzellen im Format 4680. Das koreanische Unternehmen L&F sollte bis Ende 2025 Kathoden für 2,9 Milliarden US-Dollar liefern. Tatsächlich hat Tesla nur Kathoden für 7.386 Dollar abgenommen.
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Das hat L&F zwischen den Jahren bekanntgegeben. Für die Koreaner ist der verpuffte Vertrag schmerzhaft, hätte er doch eine Verfünffachung des Jahresumsatzes bedeutet. Weitere Umsätze aus dem Vertrag erwartet L&F nicht.
Tesla verbaut die Rundzelle bislang ausschließlich in seinem Cybertruck. Dieses Fahrzeug hat sich als Flop erwiesen. Teslas Gigafactory in Texas könnte 250.000 Stück pro Jahr bauen, der natürliche Absatz beläuft sich derzeit wohl auf weniger als ein Zehntel. Laut Electrek haben andere von Elon Musk gemanagte Firmen, SpaceX und xAI, jüngst mehr als 1.000 Cybertrucks abgenommen; das macht das Kraut nicht fett.
Heiße Ware
Möglich ist, dass Tesla andere, günstigere oder bessere Lieferanten für die hoch nickelhaltigen Kathoden gefunden hat, und deshalb L&F nichts abnimmt. Doch verbaut Tesla die wohlfeilen Akkuzellen in keinem anderen Fahrzeugtyp, und der Verkauf an Dritte dürfte sich bislang auf eine Ankündigung beschränken. Wahrscheinlich hat sich die energiesparende und damit günstigere Trockenbeschichtung der Folien bei der Massenfertigung als schwieriger herausgestellt, als Musk 2020 angenommen hat.
Übrigens: Wer sich für die Unterschiede zwischen Teslas zylindrischen 4680-Zellen und den von Mitbewerber BYD genutzten Flachzellen interessiert, kann sich in einen Vergleich vertiefen. Die Tesla-Zellen sind zwar bei der Energiedichte voran, produzieren aber deutlich mehr Abwärme, die verlässlich weggekühlt werden muss. Das deutet auf größere Innenwiderstände in.
Nicht nur Tesla und L&F
Unter anderem aus politischen Gründen herrscht im nordamerikanischen Markt für Elektrofahrzeuge Flaute. Tesla ist zusätzlich in anderen Erdteilen in die Defensive geraten. Einerseits hat die Konkurrenz, speziell aus China, aufgeholt, andererseits hat Musks politische Betätigung das Image der Marke Tesla abstürzen lassen. Ganz besonders hinter Musks Versprechen zurückgeblieben ist der Cybertruck.
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Die generelle Flaute trifft auch andere Hersteller. Nach General Motors hat auch Ford seine Elektrofahrzeug-Pläne zurückgestutzt und schreibt Milliarden ab. Das trifft ebenfalls einen südkoreanischen Zulieferer: LG Energy Solutions (LGES). Dieses Unternehmen sollte von Anfang 2027 bis Ende 2032 Akkus für insgesamt 75 Gigawattstunden oder rund 7,1 Milliarden Dollar (Wechselkurs bei Vertragsabschluss im Oktober 2024) liefern. Doch Ford wird jene Fahrzeuge, für es diese Akkus gebraucht hätte, nicht bauen. Für LGES ist außer Spesen nichts gewesen.
Ein Joint Venture zwischen LGES und Honda zur gemeinsamen Produktion von Akkus für den nordamerikanischen Elektroautomarkt hängt ebenfalls in den Seilen. Zwecks „Verbesserung der Betriebseffizienz“ kaufen die Japaner die Fabrik des gemeinsamen Unternehmens in Ohio. Das Joint Venture wird das Gebäude, das einen Buchwert von 2,9 Milliarden Dollar hat, zurückmieten.
Freudenberg Battery Power Systems schließt
Die deutsche Freudenberg-Gruppe wiederum stellt ihre Produktion von Lithium-Akkus in Michigan ein. Dort hat die Freudenberg-Tochter Xalt seit März 2024 von LGES gelieferte Zellen in Akkus für den E-Nutzfahrzeugmarkt verbaut. Doch dürften sich die Wachstumsphantasien dieses Marktes vorerst nicht erfüllen, weshalb Xalt zusperren muss.
LG Energy Solutions hätte bis Ende 2031 Module für insgesamt 19 Gigawattstunden oder 2,8 Milliarden Dollar an Freudenberg liefern sollen. Geworden sind es lediglich 110 Millionen Dollar, um den Rest fallen die Koreaner um.
(ds)
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Space Forge erhitzt erstmals Fertigungsofen im Weltall auf 1000 Grad
Das Unternehmen Space Forge aus Cardiff, Wales, hat seinen Fertigungsofen im Satelliten ForgeStar-1 erfolgreich angeschaltet und auf 1000 Grad erhitzen können. In solchen Öfen will Space Forge künftig Materialien für die Chipproduktion herstellen, die weniger Verunreinigungen aufweisen. Space-Forge-CEO Josh Western betonte gegenüber der BBC, dass ihre Arbeit dabei helfe, „Halbleitermaterialien im All mit bis zu 4.000-fach höherer Reinheit herzustellen als derzeit auf der Erde.“
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Der Satellit ForgeStar-1 sendete das folgendes Bild der erfolgreichen Erzeugung von Plasma zurück an Space Forge.
(Bild: Space Forge)
Die Bedingungen im Weltall sind durch die Schwerelosigkeit perfekt für die Herstellung von Chipmaterialien geeignet. Kristalle würden sich besser bilden und das Vakuum helfe dabei, dass weniger Unreinheiten eindringen.
Weitere Tests folgen
Der Satellit ForgeStar-1 mit dem etwa mikrowellengroßen Ofen wurde am 27. Juni vergangenen Jahres an Bord der Transporter-14 von SpaceX zusammen mit 70 weiteren Nutzlasten auf eine sonnensynchrone Umlaufbahn befördert.
Es ist noch nicht ganz klar, wie die erzeugten Materialien wieder zurück auf die Erde gelangen. Ein Hitzeschild mit dem Namen „Pridwen“, benannt nach dem Schild von König Arthur, soll in einer zukünftigen Mission getestet werden. Es könnte den Satelliten samt seiner wertvollen Fracht bei der Rückkehr schützen. ForgeStar-1 ist dieses Schicksal nicht beschert, es soll am Ende der Testphase kontrolliert in der Erdatmosphäre verglühen. Ebenfalls nicht berücksichtigt sind die Auswirkungen auf die Umwelt: Es müssen nämlich mehrfach Raketen mit den Rohstoffen zu den Öfen hochgeschossen werden, die dann wiederum die produzierten Halbleitermaterialien zurückbringen.
(wid)
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