Edelstahl statt Kohlefaser

SpaceX präsentiert die neusten Starship-Pläne

Mit der Fertigstellung des ersten Prototypen im texanischen Boca Chica hat SpaceX seine aktualisierten Pläne für das Starship präsentiert. Wie immer spricht Elon Musk dabei von ambitionierten Zeitplänen, die sicherlich kaum zu erreichen sind, deren Zielvorgaben bisher allerdings früher oder später dann doch erreicht wurden und die Entwicklung in der Raumfahrt insgesamt nach vorne getrieben haben.

Ende September 2017 präsentierte SpaceX die ersten Pläne zum Starship und der Big Falcon Rocket (BFR) oder Falcon Super Heavy. Doch in der Zwischenzeit hat das Unternehmen viel über die Herstellung einer solchen Rakete lernen können und dabei bereits einige Zielvorgaben über den Haufen geworfen.

Die wichtigste Änderungen ist optisch auch schon die auffälligste. Anstatt einer Kohlefaserstruktur verwendet SpaceX für die Prototypen Edelstahl. Erst durch die Verwendung eines andere Materials wurde das Weltraumunternehmen überhaupt in die Lage versetzt, innerhalb von sechs Monaten einen Prototypen auf die Beine zu stellen und den Starhopper als ersten Testflug fliegen zu lassen. Allerdings steigt damit auch das Leergewicht der Rakete. Geplant sind einmal 120 t als Leergewicht für das Starship. Bisher liegt das Gewicht noch bei fast 200 t. Die nächsten Prototypen sollen aber bereits nicht mehr aus einzelnen Platten verschweißt werden. Stattdessen sollen die Ringe direkt gefertigt werden können. Dadurch kann auch dünneres Material verwendet werden, was das Gewicht weiter reduzieren wird.

Die Verwendung von Edelstahl hat aber noch weitere Vorteile. So kann es problemlos die tiefgekühlten Treibstoffe beinhalten, ohne dass das Material dabei Schaden nimmt. Außerdem verkraftet Edelstahl die beim Wiedereintritt auftretenden hohen Temperaturen durch die Reibung an der Atmosphäre bei hohen Geschwindigkeiten besser bzw. kann die Abwärme besser aufnehmen und weiterleiten. Somit kann der Hitzeschutz etwas vereinfacht ausgeführt werden.

Keinerlei Änderungen gibt es bei den Dimensionen des Raumschiffs. Der Durchmesser beträgt 9 m und die Höhe liegt bei 48 m. Beim Starship handelt es sich um die zweite Stufe der Rakete. Die erste Stufe der Falcon Super Heavy misst 68 m und ist nahezu ausschließlich mit Treibstoff gefüllt. Ihr Gewicht wird bei fast 4.000 t liegen. In der zweiten Stufe sollen sich einmal etwa 1.100 t an Treibstoff befinden, die eine Nutzlast von 150 t befördern können.

Aus drei Heckfinnen nun im neuen Design zwei geworden, die im atmosphärischen Flug zusammen mit den vorderen Finnen als Luftbremse und zur Steuerung verwendet werden können. Um in den vertikalen Landevorgang überzugehen sind aber noch weitere Hilfsmittel, wie etwa seitliche Triebwerke, notwendig.

Die Prototypen werden mit insgesamt sechs der neuen Raptor-Triebwerke ausgestattet sein. Drei sind für den Flug in der Atmosphäre vorgesehen und können gesteuert werden. Drei weitere sind auf Effizienz im Vakuum getrimmt und sind fix angebracht. Der von einem Raptor-Triebwerke erzeugte Schub liegt bei etwa 200 t und die Brenndauer bei 330 bis 380 s. Sie können mehrfach gezündet werden.

Eine weitere Besonderheit ist, dass sie Methan und Sauerstoff (CH4+O2) als Treibstoff verwenden. Diesen könnte man auch auf dem Mars produzieren. Das Starship fasst 240 t an Methan und 860 t an flüssigem Sauerstoff.

Die Triebwerke sind der von SpaceX auserkorene Flaschenhals in der weiteren Entwicklung. Vier Prototypen des Starships sind geplant, jeder wird mit sechs Raptor-Triebwerken ausgestattet sein. Satte 37 Triebwerke sollen es in der ersten Stufe alias Falcon Super Heavy sein. SpaceX wird die Produktion der Raptor-Triebwerke also deutlich nach oben fahren müssen und fast täglich ein neues Triebwerk fertigen, welches dann auch noch getestet werden muss.

Auch die Startrampe wird eine größere Herausforderung, denn die 37 Triebwerke sollen beim Start keinesfalls Schaden nehmen und daher steht die Rakete auf einem 20 m hohen Sockel, der die heißen Gase der Triebwerke beim Start verteilt. Nachdem die erste Stufe ausgebrannt ist bzw. die geplante Höhe erreicht wurde, trennen sich die beiden Stufen und die sechs Triebwerke der zweiten Stufe beginnen mit ihrer Arbeit, während sieben der 37 Triebwerke der ersten Stufe einen Boostback-Burn machen und die Stufe an ihren Ausgangspunkt zurückbringen. Letztendlich reichen dann drei Triebwerke aus, um die erste Stufe wieder zu landen.

Mit einer Falcon Super Heavy und dem Starship lassen sich große Lasten oder eine Vielzahl an Astronauten in den Erdorbit bringen. Um darüber hinaus zu gelangen, kommt eine weitere zentrale Komponenten des Designs ins Spiel – die Betankung des Starships in der Erdatmosphäre. Dazu landet die erste Stufe direkt wieder auf der Startrampe und wird mit einem weiteren Starship bestückt. Dieses startet dann erneut und betankt das erste Starship im niedrigen Erdorbit.

Am Ende steht wieder das Ziel der Landung auf dem Mond und auf anderen Planeten. Dies ist natürlich als Fernziel anzusehen. Das Starship zieht seine Vorteile in dieser Hinsicht vor allem aus der Möglichkeit in mehr oder weniger dicken oder dünnen Atmosphären zu landen. Dazu gehören die Erde, der Mars, aber auch der Saturnmond Titan und anderen Planeten. Durch Luftbremsen kann bei der Landung ein Großteil an Treibstoff eingespart werden.

Frühestens in sechs Monaten wird es einen ersten Testflug eines Starship-Prototypen geben. Wie es um die weitere Entwicklung bestellt ist, wird sich dann zeigen müssen. Bisher ist gar nicht klar, wo die Tests stattfinden werden. Für Boca Chica wird SpaceX so lange keine Genehmigung bekommen, wie dort noch Mensch in direkter Nähe wohnen. Bisher spricht SpaceX aber ausschließlich von Tests an diesem Ort, wenngleich man in Cape Canaveral bereits einige Startanlagen betreibt, von denen die bisherigen Falcon-Raketen starten – genau wie in Kalifornien.