Starship und Super Heavy

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Künstlerische Darstellung von Starship und Super Heavy

Starship und Super Heavy[1] sind die obere und untere Raketenstufe eines vormals BFR genannten Raketenprojekts des US-amerikanischen Raumfahrtunternehmens SpaceX. Dessen Gründer und technischer Leiter Elon Musk verfolgt mit Starship und Super Heavy das Ziel, den Weg zur Besiedlung des Planeten Mars zu eröffnen und die Menschheit zu einer „multiplanetaren Spezies“ zu machen.[2] Die Rakete soll langfristig alle bisherigen SpaceX-Flugkörper – die Falcon 9, die Falcon Heavy, das Frachtraumschiff Dragon und die bemannbare Dragon 2 – ersetzen.[3]

SpaceX plant für das vierte Quartal 2019 einen ersten Testflug mit einem Starship-Prototyp und für 2020 orbitale Tests mit Starship/Super-Heavy-Prototypen.[4] 2021Vorlage:Zukunft/In 2 Jahren soll die Rakete einsatzbereit sein.[5]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Starship und Super Heavy soll alle Missionen übernehmen können, die bislang von der Falcon 9 geflogen werden: Kommerzielle Satellitenstarts, Starts für Regierungsorganisationen und Versorgungsflüge zur Internationalen Raumstation ISS. Die Rakete soll dabei wegen der vollständigen Wiederverwendbarkeit noch einmal günstiger operieren als die Falcon 9. Sie soll auch sehr schwere Nutzlasten von bis zu 150 t in einen niedrigen Erdorbit (LEO) transportieren können und neuartige Satelliten mit Durchmessern von bis zu knapp 9 m. Nach mehreren Betankungsvorgängen im LEO könnten diese großen Lasten auch in höhere Umlaufbahnen oder in einer Fluchtbahn gebracht werden.[6][3][7]

Das Starship soll auf Himmelskörpern sowohl mit als auch ohne Atmosphäre landen und von dort wieder starten können und somit einen regelmäßigen Verkehr auf den Strecken ErdeMond und Erde–Mars sowie Interkontinentalverkehr auf der Erde ermöglichen.[3] Durch Massenproduktion standardisierter Bauteile und volle Wiederverwendbarkeit beider Raketenstufen sollen Flugkosten pro Person zum Mars von etwa 200.000 US-Dollar erreicht werden.[8] Die Passagiere sollen selbst für die Flugkosten aufkommen. Als erster Starship-Weltraumtourist soll 2023Vorlage:Zukunft/In 4 Jahren der japanische Textilunternehmer Yusaku Maezawa gemeinsam mit einer Gruppe von Künstlern um den Mond fliegen.[9]

Eine weitere Einsatzmöglichkeit für die BFR wären suborbitale Langstreckenflüge um die Erde. Dabei könnten die meisten Städteverbindungen in weniger als 30 Minuten geflogen werden, und theoretisch jeder Punkt der Erde in weniger als 60 Minuten erreicht werden.[3] SpaceX-Präsidentin Gwynne Shotwell erklärte im April 2018, es sei „sicher“, dass dieser Erde-zu-Erde-Transport mit der BFR innerhalb von zehn Jahren realisiert werde. Der Flugpreis werde bei einigen tausend US-Dollar pro Person liegen.[10]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorgeschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Firma SpaceX wurde von Musk von Beginn an mit dem Ziel gegründet, einen anderen Planeten zu besiedeln.[11] Alle Erfolge, die die Firma bisher vorweisen kann, sind nach Darstellung von Musk lediglich Zwischenschritte hin zur Marskolonisation.[12]

Mögliche Entwürfe für Raketen für sehr große Nutzlasten präsentierte SpaceX erstmals 2010 an einer Tagung der AIAA. Dort wurde auch bekanntgegeben, dass die Firma an einer vergrößerten Version des Merlin-Triebwerk arbeite, welches die Falcon-1- und Falcon-9-Raketen antreibt. Dieses Triebwerk sollte wie das Merlin mit RP-1 betrieben werden und wurde als Merlin 2 bezeichnet. Es sollte die Erststufen dieser Raketen antreiben. Für die Oberstufen war das Triebwerk Raptor geplant, welches mit flüssigem Wasserstoff (LH2) betrieben werden sollte.[13]

Mars Colonial Transporter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

2012 gab Musk geänderte Entwürfe für das Raptor-Triebwerk bekannt. Es sollte nun mit flüssigem Methan betrieben und sowohl an der Erst- wie auch der Zweitstufe verwendet werden. Dazu wurde das geplante Triebwerk vergrößert. Das Projekt Merlin 2 wurde fallengelassen.[13]

Im Jahr 2013 gab SpaceX erstmals bekannt, an Konzepten für ein Transportsystem zum Mars zu arbeiten, damals unter dem Namen MCT (Mars Colonial Transporter). Es handelte sich dabei um Studien, die in den folgenden Jahren mehrfach stark überarbeitet wurden.[14]

Die ersten Tests an Komponenten des Raptor-Triebwerks begannen 2014.

Interplanetary Transport System (ITS)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Interplanetary Transport System im Vergleich mit Saturn V, Boeing 747; das Interplanetary Spaceship alleine neben der Apollo-Mondlandefähre

Am 27. September 2016 stellte SpaceX-Vorstandschef Elon Musk auf dem 67. Internationalen Astronautischen Kongress mit dem Interplanetary Transport System (ITS) das Grundkonzept vor, mit dem erstmals ein bemannter Flug zum Mars ermöglicht werden soll.[2] Im selben Monat wurde erstmals ein Raptor-Triebwerk auf einem Teststand gezündet. Das gesamte ITS-Vehikel sollte eine Höhe von 122 m haben und bis zu 550 t Nutzlast in einen niedrigen Erdorbit transportieren können, das Raumschiff einen Durchmesser von 17 m aufweisen. Mit dem System würden 100 Menschen in durchschnittlich 115 Tagen zum Planeten Mars befördert werden. Die erste bemannte Marsmission sollte nach Plänen von Musk frühestens im Jahr 2024 starten.

BFR / Starship und Super Heavy[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 29. September 2017 – dem neunten Jahrestag des ersten erfolgreichen Flugs einer SpaceX-Rakete – präsentierte Musk auf dem 68. Internationalen Astronautischen Kongress in Adelaide, Australien[15] ein überarbeitetes Konzept des ITS namens BFR[3] (Big Fucking Rocket,[16][17][18][19] wenig später von SpaceX auch als Big Falcon Rocket bezeichnet[20][21]). Das BFR-Konzept wurde gegenüber dem ITS-Entwurf erheblich verkleinert, wäre bei Realisation aber immer noch die größte je gebaute Rakete gewesen. Im Rahmen dieser Änderungen wurde auch das Raptor-Triebwerk nach unten skaliert. Statt der zunächst geplanten Leistung von 3050 kN (3500 kN im Vakuum) sollte das Triebwerk nur noch 1700 kN (1900 kN im Vakuum) leisten.[8][22] Nach Angaben von Musk hätte es damit gemessen an seiner Masse immer noch die höchste Leistung aller jemals gebauten Triebwerke.[3]

Bei einer Präsentation am 17. September 2018, bei der auch der erste Weltraumtourist auf der BFR, Yusaku Maezawa, vorgestellt wurde, wurden die Angaben zur Rakete aktualisiert. Sie soll nun eine etwas größere Gesamtlänge, aber eine erheblich kleinere maximale Nutzlast aufweisen.

Der Schub des Raptor-Triebwerks soll auf 2000 kN angehoben werden.[23]

Die folgende Tabelle zeigt die beiden Entwürfe von 2010 (Falcon X und Falcon XX) sowie die neueren Konzepte im Vergleich zur Saturn V, der Rakete des Apollo-Mondprogramms.

Saturn V Falcon X[13] Falcon XX[13] ITS (2016)[8] BFR (2017)[22] BFR (2018)[6] Starship – SH (2019)[24][7]
Höhe 110 m 93 m 100 m 122 m 106 m 118 m 118 m
Durchmesser 10,1 m 6 m 10 m 12 m 9 m 9 m 9 m
Startmasse 2.934 t k. A. k. A. 10.500 t 4.400 t k. A. 5.000 t
Nutzlast (LEO) 133 t 38 t 140 t 300 t (550 t1) 150 t (250 t1) 100 t (k. A.1) > 100 t (beworben)[25]
150 t (angestrebt)
Startschub 33.851 kN 16.000 kN 45.360 kN 128.000 kN 52.700 kN 52.700 kN 62.000 –
74.000 kN
Besatzung 3 k. A. k. A. 100 100 100 100[26]

(Höchstwerte sind mit gelbem Hintergrund markiert; 1 ohne Wiederverwendung.)

Im November 2018 gab Elon Musk die Umbenennung der BFR in Starship und Super Heavy bekannt.[27]

Konzept[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wiederverwendbarkeit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Entwicklung der Kosten pro kg Nutzlast für den Transport in den erdnahen Erdorbit (LEO), mithilfe voll wiederverwendbarer Großraketensystemen. Hinweis: Die Angaben bzw. die Berechnungen im Diagramm gelten nicht speziell für das BFR, sondern sollen beispielhaft das Prinzip der Kostenreduzierung durch die Mehrfachnutzung verdeutlichen.

Ein Kernelement von Musks Konzept, das Vorhaben der Marskolonisation bezahlbar zu machen, ist die volle Wiederverwendbarkeit aller Raketenbestandteile. Die geschätzten Baukosten gab er bei einem älteren Entwurf (2017) mit 250 Mio. Dollar pro Rakete an. Mit zunehmender Anzahl an Wiederverwendungen relativieren sich die Kosten, denn durch die vielmalige Wiederverwendung des gleichen Raketensystems teilen sich dessen Herstellungskosten auf die Anzahl der Benutzungen auf. Lediglich die Startkosten z. B. für den Treibstoff und die Nutzung der Bodenanlagen fallen jeweils in voller Höhe an. In der Realität geht Musk davon aus, dass die Marsraumschiff-Oberstufe bis zu 12-mal wiederverwendet werden könnte, ein Tanker bis zu 100-mal und eine Erststufe bis zu 1000-mal.[8]

Wichtige Grundfähigkeiten wie die geplante aufrechte Landung beider Stufen mittels der eigenen Triebwerke (propulsive landing) auf Landebeinen wurde bereits am Versuchsträger Grasshopper entwickelt und dann mittels entsprechend aufgerüsteter Erststufen an Falcon 9-Raketen im kommerziellen Betrieb bis zur Serienreife optimiert. Allerdings strebt Elon Musk statt ausklappbarer Landebeine wie bei der Falcon 9 für die BFR ein festes und zwei in den hinteren Leitwerken integrierte Beine an.

Nach dem Einsatz im All wieder gelandete Raketenstufen wurden von SpaceX bereits aufgearbeitet, neu gestartet und wieder gelandet. Mit steigender Präzision der Landung sieht es SpaceX als möglich an, eine zurückkehrende Erststufe wieder direkt auf der Startrampe landen zu lassen.

Massenproduktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

SpaceX setzt bereits bei den aktuellen Raketen erfolgreich auf Massenproduktion. Durch den entstehenden Skaleneffekt können identische Bauteile in großer Stückzahl erheblich günstiger produziert werden. SpaceX setzt dabei weithin auf firmeninterne Produktion und lässt nur wenige Bauteile extern zuliefern. Bei der Falcon 9 werden zum Beispiel neun identische, relativ kleine Merlin 1D-Triebwerke in der Erststufe sowie ein baugleiches Aggregat in der Oberstufe verwendet, welches sich nur durch die vergrößerte Ausströmdüse unterscheidet. Die Falcon Heavy setzt 27 baugleiche Merlin-Triebwerke in der Erststufe und eines in der Oberstufe ein. Die BFR soll in der Erststufe 31 identische Raptor-Triebwerke erhalten, sowie 7 weitere an der Oberstufe.

Treibstoff[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Obwohl flüssiger Wasserstoff (LH2) in Verbindung mit flüssigem Sauerstoff (LOX) einen höheren spezifischen Impuls liefert als Methan und LOX und auf dem Mars einfacher herzustellen wäre, hat sich SpaceX gegen diese Treibstoffkombination entschieden.

Aufgrund der extrem tiefen Temperaturen des LH2 von etwa −252 °C und der chemischen Reaktionsfreudigkeit gestaltet sich dessen Handhabung als schwierig, wie z. B. beim Treibstoff-Transfer zwischen den Schiffen. Dies erfordert hohe technische Ansprüche an die Materialien und die Konstruktion des gesamten Treibstoffsystems. Zum anderen hat LH2 eine erheblich geringere Dichte (≈71 kg/m³) als verflüssigtes Methan (≈420 kg/m³), was zu größeren und damit schweren Tanks führen würde.

Der bei der Falcon 9 verwendete Treibstoff RP1 wäre auf dem Mars nur mit hohem technischen Aufwand herzustellen und führt zu stärkerer Verrußung der Triebwerke, was dem Ziel einer möglichst häufigen Wiederverwendung entgegenläuft.[13]

Flüssiges Methan und LOX verbindet die Vorteile eines hohen spezifischen Impulses, geringer Verrußung der Triebwerke und der relativ einfachen Produktion auf dem Mars, und wurde darum von SpaceX bevorzugt. Üblicherweise werden kryogene Treibstoffe im Bereich der Siedetemperatur eingesetzt. Bei der BFR hingegen soll der Treibstoff supergekühlt eingesetzt werden, also bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunkts. Das führt zu einer Erhöhung der Dichte der Treibstoffe und erlaubt bei gegebenen Tankvolumen 10–12 % mehr Treibstoffmasse unterzubringen, was wiederum die mögliche Nutzlast erhöht. Zudem verringert sich dadurch das Risiko von Kavitation in den Treibstoffpumpen und erhöht somit deren Lebensdauer.

Während eine Mondlandung ohne erneute Betankung möglich sein soll, muss der für einen Rückflug vom Mars benötigte Treibstoff vor Ort produziert werden. Dazu soll das auf dem Mars vorkommende Wassereis abgebaut und mittels Wasserelektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten werden:

Der Sauerstoff würde danach verflüssigt und eingelagert. Der molekulare Wasserstoff würde zusammen mit Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre dem Sabatier-Prozess zugeführt:

Das so produzierte Methan würde ebenfalls verflüssigt und gelagert. Das beim Sabatier-Prozess entstehende Wasser würde wiederum der Elektrolyse zugeführt. Als Energiequelle soll Solarenergie verwendet werden. Langfristig wäre Gewinnung mittels Solarenergie auch auf der Erde denkbar, um die Rakete umweltfreundlich zu betreiben.[3]

Erststufe (Super Heavy) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

3D-Animation der Erststufe des ITS, des Vorgängerentwurfs der BFR, bei der Landung

Die als Super Heavy bezeichnete erste Stufe soll mit 31–37 Raptor-Triebwerken ausgerüstet werden, die bei Starts von der Erde mit voller Nutzlast alle zum Einsatz kommen. Sie würden zusammen bis zu 7400 t Schub liefern, um die circa 5000 t schwere Rakete zu beschleunigen. Eine innere Gruppe von sieben Triebwerken soll schwenkbar angebracht sein und die Schubvektorsteuerung beim Start übernehmen. Die Erststufe soll zur Erde zurückfliegen und nach Betankung sofort wieder einsatzfähig sein.[7]

Für die tragende Struktur und die Tanks sah die ursprüngliche Planung kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) vor.[8] Ab Ende 2018 wurde zu einer Edelstahlbauweise gewechselt. Die Konstruktion soll einwandig ausgeführt werden, das heißt die Tankhülle soll gleichzeitig die Außenhülle der Rakete sein.[28][29]

Die Druckbeaufschlagung der Tanks – auch bei der Oberstufe – soll mit Hilfe von Methan- und Sauerstoffmengen erfolgen, die in den Triebwerken erhitzt und von dort zurück in die Tanks geleitet werden.[30]

Oberstufe (Starship) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Design des Oberstufe – des Starships (vormals BFS für Big Falcon Spaceship[31] oder Big Fucking Spaceship[32]) – steht noch nicht fest. Seit der ersten Vorstellung im September 2017 waren verschiedene Konfigurationen mit sechs oder sieben Raptor-Triebwerken im Gespräch. Ebenfalls wechselte das Design zwischen einer Kombination aus atmosphären- und vakuumoptimierten Triebwerken und – zur Beschleunigung der Entwicklung – ausschließlich Atmosphärentriebwerken.[33][34][35][36][37][38] Wie bei der Super Heavy ist eine Schubvektorsteuerung mit einer inneren Gruppe von schwenkbaren Triebwerken geplant, um die herum die starr befestigten übrigen Motoren angeordnet werden. Lageveränderungen während des Raumflugs sollen mit kleineren Steuertriebwerken erfolgen, die aus separaten Hochdrucktanks ebenfalls mit Flüssigsauerstoff und Methan versorgt werden.[7]

Die Außenhülle entwickelte sich wie bei der Super Heavy von einem CFK-Entwurf zu rostfreiem Chromnickelstahl (Typ 301). Dieses Material ist bei sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen wesentlich stabiler, kann den Infrarotanteil der Wärme zum größten Teil reflektieren und weitere Hitze ins Innere des Raumschiffs leiten.[39] Zudem ist Stahl preiswert und einfach zu verarbeiten. Die Unterseite soll mit dünnen keramischen Hitzeschutzkacheln versehen werden.[7]

Im Gegensatz zu herkömmlichen Raketenkonstruktionen soll die Oberstufe fest mit der Nutzlastsektion verbaut werden, sodass beide eine Einheit bilden. Der Durchmesser ist bislang mit 9 Metern geplant, die Nutzlastkapazität mit 1100 m3 und bis zu 150 Tonnen. Die volle Nutzung des Treibstofftanks und der Transportkapazität für interplanetare Flüge wäre nur möglich, wenn weitere Raumschiffe (Tanker) den Treibstoff in Portionen in den Erdorbit transportieren und dort das Raumschiff etwa für einen Flug zum Mars betanken.

Der aktuelle, immer noch vorläufige Starship-Entwurf vom Sommer 2019 verfügt über vier Brems- und Steuerflächen für Landungen auf Planeten mit Atmosphäre. Zwei kleine sind ähnlich Canards am vorderen (beim Start oberen) Ende des Raumschiffs angebracht, zwei längere am hinteren Ende. Diese Klappen wirken nach demselben Prinzip wie die Arme und Beine eines Fallschirmspringers: Während das Raumschiff mit dem „Bauch“ (der mit Hitzeschutz versehenen Seite) voran nach unten fällt, werden die Klappen unabhängig voneinander bewegt, um es in der Waagerechten bzw. dem gewünschten Anstellwinkel zu halten. In der Endphase des Landeanflugs dreht sich das Schiff um 90 Grad um die Querachse, fliegt rückwärts und landet wie die Falcon 9 mit Triebwerksbremsung, aber auf doppelt so vielen (sechs) ausgeklappten Landebeinen. Bei interplanetaren Flügen soll das Starship vor der Landung mehrmals in die Atmosphäre eintauchen, um schrittweise die Bewegungsenergie abzubauen ohne zu überhitzen.[7]

Die Oberstufe ist in mindestens drei verschiedenen Ausführungen geplant: Als Raumschiff für Personen- und Frachttransporte, als Tanker und als „Großraum“-Frachter mit großer Bugklappe für den Transport von übergroßen Satelliten oder Modulen für Raumstationen.

  • Raumschiff: Die Druckkabine soll über etwa 1000 m3 Raum unter Atmosphärendruck verfügen,[7] mehr Raum als das Hauptdeck (775 m3) in einem Airbus A380. Sie soll in der Marsversion u. a. 40 kleine Kabinen aufnehmen sowie den Passagieren große Gemeinschaftsräume anbieten. Hinter der Kabine befindet sich eine Nutzlastsektion, welche nicht unter Druck steht.[22]
  • Tanker: Fürs erste plant SpaceX, normale Raumschiffe ohne Nutzlast als Tanker einzusetzen. Erst für einen späteren Zeitpunkt ist die Entwicklung eines dedizierten Tankers geplant.[34]

Betankung im Orbit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für einen kostengünstigen interplanetaren Transport erachtet Elon Musk die Wiederbetankung der Raumschiffe in der Erdumlaufbahn als unverzichtbar. Eine Technik zum vollautomatischen Rendezvous und Ankoppeln realisierte SpaceX bereits mit dem Raumschiff Dragon 2. Beim Starship sollen jeweils zwei Schiffe – davon eines eine spezielle Tankerversion – mit der Rückseite über dieselben Elemente aneinander ankoppeln, mit denen sie auf der Erststufe aufsitzen.

Bei der Entwicklung der Wiederbetankungstechnik wird SpaceX mit dem Glenn Research Center und dem Marshall Space Flight Center der NASA zusammenarbeiten.[40][41]

Mond- und Marsflug[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um eine Oberstufe auf Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen, muss zusätzlicher Treibstoff aufgetankt werden. Für einen Flug zum Mond soll die Zweitstufe in einen hohen elliptischen Erdorbit gebracht und dort betankt werden. Für einen Marsflug ist vorgesehen, das Schiff auf einem niedrigen Erdorbit vollständig aufzutanken.

Während des Reiseflugs soll das Schiff die Nase gegen die Sonne ausrichten, damit der gekühlte Treibstoff in den Tanks nicht aufgewärmt wird.[34] Die Landung auf einem Himmelskörper soll vollständig autonom stattfinden. Die Bremstriebwerke sind redundant geplant, sodass mindestens ein Triebwerk ausfallen kann, ohne eine sichere Landung zu gefährden. Die Rückkehr zur Erde soll mit eigenem Antrieb möglich sein. Bei Marsmissionen ist dazu ein erneutes Betanken nötig, weshalb ein Hauptziel der geplanten ersten Marsflüge darin besteht, eine lokale Treibstoffproduktion und -Bevorratung aufzubauen. Bei Mondmissionen soll hingegen eine direkte Rückkehr mit dem Resttreibstoff im Schiff möglich sein.[22]

Vergrößerte Raketenversion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Starship und die Super Heavy mit knapp 120 Metern Gesamthöhe und 9 Metern Durchmesser sind die erste und kleinste Version einer geplanten Baureihe. Bereits seit mehreren Jahren konzipiert SpaceX auch eine „BFR Block 2“, die nach Andeutungen von Elon Musk einen auf 18 Meter verdoppelten Durchmesser haben könnte.[42][43]

Vorläufige technische Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stand: September 2019

Datenblatt[7][24]
Ganze Rakete Erststufe
(Super Heavy)
Zweitstufe
(Starship)
Nutzlast (LEO) wiederverwendbar: bis zu 150 t
Einfachnutzung: k. A.
Nutzlast (GTO) Einfachflug, wiederverwendbar: 20 t[44]
wiederbetankt, wiederverwendbar: bis zu 150 t
Einfachnutzung: k. A.
Nutzlast für Landung 50 t
Rumpfdurchmesser 9 m
Höhe 118 m 68 m 50 m
Leergewicht ca. 120 t
maximale Startmasse 5.000 t
Triebwerke 31–37 Raptor-Triebwerke 6 Raptor-Triebwerke
Schub 62.700–74.000 kN 1.260 kN
Tankkapazität 4.500 t 3.300 t, davon ca. 3/4 O2 1.200 t, davon ca. 3/4 O2

Die tatsächliche Nutzlastkapazität wird vom Leergewicht beider Stufen abhängen, das noch nicht feststeht. Der erste Prototyp des Starships wiegt 200 Tonnen; angestrebt werden maximal 120 Tonnen.[7] Beworben wird das System vorerst mit „über 100 t“ Höchstnutzlast.[25]

Umsetzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Finanzierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die ursprünglichen Entwicklungskosten für das ITS wurden 2016 auf rund 10 Milliarden US-$ veranschlagt,[2] die Kosten für die BFR zunächst auf 2–10 Mrd. Durch die Stahlbauweise wurde die Entwicklung beschleunigt und es ergaben sich große Einsparungen, sodass mittlerweile ein Aufwand von etwa 3 Mrd. Dollar angestrebt wird.[7] Die finanziellen Mittel zur Entwicklung der Rakete sollen einerseits durch kommerzielle Satellitenstarts, Versorgungsflüge zur ISS und Weltraumtourismus erwirtschaftet werden, andererseits durch Einnahmen aus dem Betrieb der eigenen Starlink-Satellitenkonstellation. Einen wesentlichen Beitrag – Schätzungen in Branchenkreisen zufolge 250 bis 500 Millionen US-Dollar[45] – leistet auch der Mondpassagier und Milliardär Yusaku Maezawa. Durch die Konzentration auf Starship und Super Heavy als einzige zukünftige SpaceX-Raketenplattform werden auch Kapital und Entwicklungskapazitäten freigesetzt, da kein Aufwand für eine Weiterentwicklung von Falcon 9, Falcon Heavy und Dragon mehr anfällt[3] (Letzteres nach Abschluss der Testkampagne mit der Mission SpX-DM2).

Prototypenbau und Tests[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Test eines Raptor-Prototyps am 25. September 2016.

Ein verkleinerter Prototyp des neuen Raptor-Triebwerks wurde 2016 erstmals getestet. 2017 wurde aus einem – nach Aussage von Elon Musk – neu entwickelten, bei kryogenen Anwendungen besonders stabilen Kohlenstofffaser-Verbundmaterial (CFK) ein Prototyp des Sauerstofftanks für das ursprünglich geplante ITS hergestellt und getestet.[46][3]

2018 begann die Entwicklung des BFR-Raumschiffs und – auf einem Gelände am Liegeplatz 240 des Port of Los Angeles – der Bau eines ersten Raumschiffprototyps aus CFK. SpaceX bereitete die Errichtung einer Fabrik auf dem Hafengelände vor; die produzierten Raketen wären von dort zu den Startplätzen verschifft worden. Für längere Landtransporte sind Starship und Super Heavy zu groß.[47][48][49]

Der Starhopper

Im Winter 2018/19 verlegte das Unternehmen die Raketenmontage zur SpaceX South Texas Launch Site in Boca Chica (Texas) und präsentierte dort ein noch unfertiges Fluggerät in Stahlbauweise.[50] Den Standort am Hafen von Los Angeles gab SpaceX auf; die teure Spezialausrüstung für die CFK-Raumschiffproduktion wurde verschrottet.[51]

Im Sommer 2019 fanden in Boca Chica mit dem mittlerweile als „Starhopper“ bekannten Testvehikel zwei Flüge bis zirka 20 beziehungsweise 150 Meter Höhe statt. Bei beiden kam das sechste gebaute Raptor-Nullserientriebwerk zum Einsatz.[52] Parallel dazu begann der Bau von zwei Starship-Prototypen, die als Starship Mk I und Starship Mk II bekannt sind (auch Mk 1 / Mk 2 oder Mark 1 / Mark 2). Sie werden von Teams in Texas (Mk I) und in Florida (Mk II) gebaut, die in Konkurrenz zueinander arbeiten.[53] Im September 2019 begann auch der Bau einer Starship-Startrampe am Launch Complex 39A des Kennedy Space Center (LC-39A) in Florida.[54]

Weitere Pläne[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein erster Starship-Testflug bis 20 km Höhe ist für das 4. Quartal 2019 mit dem Starship Mark 1 in Boca Chica geplant. Anfang 2020 soll ein atmosphärischer Testflug mit Mark 2 vom Kennedy Space Center folgen. Für weitere Testflüge werden neue Prototypen gebaut – Mark 3, Mark 4 usw. –, wobei jeder eine weitere Entwicklungsstufe darstellt. Orbitalflüge sind nur zusammen mit der Erststufe möglich; hierfür ist laut Elon Musk zunächst ein Produktionsengpass bei den Raptor-Triebwerken zu überwinden. Danach hält er orbitale Tests ab dem Frühjahr 2020 für denkbar, eventuell mit dem Starship Mark 4. Mit allen Prototypen sollen die Bremsflügel des Raumschiffs getestet werden, bei den orbitalen Flügen dann auch der Hitzeschild beim Wiedereintritt in die Atmosphäre mit hohen Geschwindigkeiten.[7][55]

Planungen aus dem Jahr 2017 sehen als weiteres Ziel regelmäßige Frachtflüge zum Mars ab 2022 (ca. alle 26 Monate) und bemannte Marsflüge ab 2024 vor. Diese Zeitvorgaben bezeichnete Musk als ambitioniert.[3] Bemannte Flüge hält er jedoch schon wesentlich früher für möglich.[7]

Bisherige Projektplanungen von SpaceX erwiesen sich meist als zu optimistisch; bei Großprojekten kam es regelmäßig zu Verzögerungen von mehreren Jahren.[56]

Starts[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Folgende mögliche Starship/Super-Heavy-Starts wurden genannt:

  • atmosphärische Testflüge von Starship-Prototypen ab Ende 2019[7]
  • orbitale Testflüge von Starship/SH-Prototypen 2020
  • erster kommerzieller Start 2021 mit einem Kommunikationssatellit[44]
  • mindestens zwei unbemannte Marsflüge 2022[3]
  • bemannte Mondumrundung mit Yusaku Maezawa 2023
  • zwei bemannte und zwei unbemannte Marsflüge 2024[3]
  • Start der zweiten und nachfolgender Generationen von Starlink-Satelliten[57]
  • Start von Türksat 6A2[58]
  • Start des Luvoir-Teleskops Ende der 2030er Jahre

Als Startplatz sind sowohl der Launch Complex 39A also auch die SpaceX South Texas Launch Site vorgesehen, beide für unbemannte wie bemannte Flüge.[7][55]

Bevorzugtes Zielgebiet für die ersten Marsflüge ist die Ebene Arcadia Planitia am nordöstlichen Rand des Gebirges Erebus Montes bei etwa 40° nördlicher Breite.[59][60]

Ähnliche Neuentwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die NASA entwickelt mit dem Space Launch System (SLS) eine Trägerrakete, die ebenfalls bemannte Missionen zum Mond und zum Mars ermöglichen soll. Das auf der Space-Shuttle-Raketentechnologie basierende SLS sieht keine Wiederverwendbarkeit vor und wird bei gleicher Nutzlast mehr als die zehnfachen Startkosten des Starship-Systems aufweisen. Auch China plant mit der Langer Marsch 9 (CZ-9) eine Superschwerlastrakete für bemannte Flüge zum Mond.

Das private US-amerikanische Raumfahrtunternehmen Blue Origin plant mit der New Glenn ebenfalls eine sehr große Trägerrakete (96 Meter Höhe, 7 Meter Durchmesser) mit wiederverwendbarer Erststufe. Als Anwendungen wurden bislang nur Missionen in Erdumlaufbahnen und zum Mond genannt. Die New Glenn soll nur etwa ein Drittel der Starship-Nutzlastkapazität bieten.

Die stärksten derzeit verfügbaren oder in Entwicklung befindlichen Trägerraketen für den Transport in niedrige Erdumlaufbahnen (LEO) sind:

Starship/SH Langer Marsch 9 SLS Falcon Heavy New Glenn Angara A5B Vulcan Centaur Heavy Delta IV Heavy
Hersteller Vereinigte StaatenVereinigte Staaten SpaceX China VolksrepublikVolksrepublik China CALT Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Boeing Vereinigte StaatenVereinigte Staaten SpaceX Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Blue Origin RusslandRussland Chrunitschew Vereinigte StaatenVereinigte Staaten ULA Vereinigte StaatenVereinigte Staaten ULA
Stufen 2 3 2 2 2 2–3 2 2
Seitenbooster 4 2 2 4 2 2
max. Nutzlast (LEO) 150 t3 140 t 95–130 t1 64 t 45 t3 37,5 t 35 t 29 t
max. Nutzlast (GTO) 20 t[61]
(150 t5)
66 t keine Angabe 27 t 13 t3 8 t 16 t 10 t
wiederverwendbar vollständig ? nein Erststufe, Seitenbooster,
Nutzlast­verkleidung4
Erststufe eventuell Erststufe und Seitenbooster Triebwerke der Erststufe2 nein
interplanetare Missionen geplant geplant geplant ja möglich geplant geplant ja
bemannte Missionen geplant geplant geplant nicht geplant geplant geplant geplant nein
Erstflug ca. 2021 nicht vor 2028Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren nicht vor 2021Vorlage:Zukunft/In 2 Jahren 2018 nicht vor 2021Vorlage:Zukunft/In 2 Jahren nicht vor 2027Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren nicht vor 2023Vorlage:Zukunft/In 4 Jahren 2004

1 Maximal 95 t LEO-Nutzlast in der ersten Ausbaustufe der Rakete (Block 1), 105 t in der zweiten (Block 1B) und 130 t in der dritten (Block 2).

2 Geplant für eine spätere Ausbaustufe; die Triebwerkseinheit soll dann an einem Fallschirm zurückkehren und mit einem Hubschrauber geborgen werden.

3 Maximale Nutzlast bei Wiederverwendung aller wiederverwendbaren Komponenten. Ohne Wiederverwendung wäre eine größere Nutzlast möglich. Bei der New Glenn ist dies nicht vorgesehen,[62] beim Starship eine denkbare Option.[63]

4 Wiederverwendung von Nutzlastverkleidungen ist geplant.

5 Bei Wiederbetankung im Orbit.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: BFR – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Mars. spacex.com, abgerufen am 15. April 2019.
  2. a b c SpaceX: Making Humans a Multiplanetary Species, Präsentation von Elon Musk vom 27. September 2016 (YouTube-Video).
  3. a b c d e f g h i j k l Präsentation von Elon Musk vom 29. September 2017 am 68. International Astronautical Congress in Adelaide, Australien (YouTube-Video). Tank aus einem neu entwickelten CFK-Werkstoff („new carbon fiber matrix“) ab 04:30, Wiederbetankung ab 27:00, Ersatz für alle anderen SpaceX-Systeme ab 28:20, Treibstoffproduktion ab 33:50, Planung der Marsflüge ab 37:00, Interkontinentalverkehr ab 40:00.
  4. SpaceX CEO Elon Musk teases Starship flight debut details, reveals presentation date. Teslarati, 3. September 2019.
  5. Eric Ralph: SpaceX President talks BFR and Mars exploration in laid-back Madrid Q&A session. In: Teslarati. 13. September 2018, abgerufen am 14. September 2018.
  6. a b First Private Passenger on Lunar BFR Mission. In: YouTube/SpaceX. SpaceX, 17. September 2018, abgerufen am 20. September 2018 (englisch).
  7. a b c d e f g h i j k l m n Starship Update. Präsentation von Elon Musk im 29. September 2019 (Youtube-Video)
  8. a b c d e Elon Musk: Making Humans a Multi-Planetary Species. In: New Space. Band 5, Nr. 2, Juni 2017, S. 46–61. (pdf).
  9. Jeff Foust: SpaceX signs up Japanese billionaire for circumlunar BFR flight. In: Spacenews. 17. September 2018, abgerufen am 18. September 2018.
  10. Eric Ralph: SpaceX execs bullish on BFR as Mars rocket test facilities expand in Texas. In: Teslarati. 24. April 2018, abgerufen am 25. April 2018.
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  55. a b Eric Ralph: SpaceX’s Starship/Super Heavy rocket needs a launch pad and work is already starting. In: Teslarati. 8. Juli 2019, abgerufen am 8. Juli 2019.
  56. Progress slow at SpaceX’s planned South Texas spaceport. In: 512tech. 21. November 2017: „They lay out very aggressive plans in terms of time schedules that are very rarely if ever met. There’s kind of an expectation that anytime SpaceX gives you a date, you always have to assume that there is going to be a few years of delay.“
  57. Twitter-Nachricht von Elon Musk, 23. Dezember 2018.
  58. Eric Ralph: SpaceX’s Starship could launch secret Turkish satellite, says Gwynne Shotwell. In: Teslarati. 13. Mai 2019, abgerufen am 24. Mai 2019.
  59. SpaceX acquires new photos of Starship landing sites with Mars-orbiting NASA satellite. In: Teslarati. 4. September 2019, abgerufen am 6. September 2019.
  60. SpaceX is eyeing these 9 places on Mars for its first Starship rocket missions. In: Business Insider. 3. September 2019, abgerufen am 9. Juni 2019.
  61. Caleb Henry: SpaceX targets 2021 commercial Starship launch. In: Spacenews. 28. Juni 2019, abgerufen am 28. Juni 2019.
  62. Sandra Erwin: Falcon Heavy’s first commercial launch to pave the way for reusable rockets in national security missions. In: Spacenews. 25. März 2019, abgerufen am 25. April 2019.
  63. Twitter-Nachricht von Elon Musk, 29. März 2019.