Die Big Falcon Rocket von SpaceX kommt!

Elon Musk, der Gründer, Hauptbesitzer und CEO der privaten amerikanischen Raumfahrtfirma SpaceX, sagt regelmässig, dass die Firma eines Tages Menschen zum Mars fliegen soll. Das war bereits vor etwas mehr als zehn Jahren so, als SpaceX (eigentlich Space Explorations Technologies, Inc.) noch ein winziges Start-Up-Unternehmen war, das noch nicht mal eine einzige Rakete erfolgreich in die Umlaufbahn der Erde geschossen hatte. Natürlich nahm da niemand das „Grossmaul“ ernst. Auch als die Falcon 9, das heutige „Arbeitspferd“ der Firma, 2010 zum ersten Mal (erfolgreich) in All startete, machte Musk wieder klar, dass die nächste Raketen-Generation noch viel grösser ausfallen würde – und Menschen zum Mars bringen könnte. Die Raumfahrtwelt lachte, natürlich.

Heute ist die Falcon 9 die wohl erfolgreichste und kosteneffizenteste kommerzielle Rakete der Welt. Es ist auch die einzige Rakete weltweit, bei der die erste Stufe (der „Booster“) wiederverwendbar ist. In der „Block 5“-Variante, in der die Falcon 9 (und ihre Schwesterrakete, die „Falcon Heavy“, die noch zwei zusätzliche Booster hat) gegenwärtig fliegt, soll der Booster bis zu zehn Mal hintereinander mit nur minimalen Inspektionen wiederverwendet werden können, erst danach soll eine Generalüberholung nötig sein. Tatsächlich hat SpaceX die Booster bisher jeweils höchstens einmal wiederverwendet, aber bei einem der nächsten Flüge diesen Herbst soll nun ein Booster zum zweiten Mal wiederverwendet werden. Mit der Stabilisierung der Entwicklung der Falcon 9, und dem absehbaren Abschluss der Entwicklung der Crew Dragon, die nächstes Jahr endlich Astronauten zur Internationalen Raumstation ISS bringen soll, kann sich SpaceX nun der Entwicklung der nächsten Raketen-Generation zuzuwenden.

Diese neue Rakete soll nicht nur eines Tages die ersten Menschen (oder bis zu 100 Tonnen Fracht) zum Mars bringen, sondern dereinst auch alle Rollen der Falcon-Familie übernehmen, also das Aussetzen von Satelliten, der Transport von Astronauten zur ISS, Touristen zum Mond, ja sogar schnelle Punkt-zu-Punkt-Flüge auf der Erdoberfläche will man anbieten (dazu ein anderes Mal mehr). Einen offiziellen Namen für die Rakete gibt es noch nicht: Ursprünglich hiess sie „Falcon X / XX“, wurde später dann zum „MCT (Mars Colonial Transporter)“, dann zum „ITS (Interplanetary Transport System)“, und schliesslich einfach zur „BFR (Big F…alcon Rocket)“. Yep, das F in Falcon stand ursprünglich für etwas anderes. Dieser etwas kindische Scherz trägt – zusammen mit den grandiosen Mars-Ambitionen – dazu bei, dass das Projekt von SpaceX’s Konkurrenten bisher nicht ernst genommen wird. Man witzelt lieber darüber und nennt es Science Fiction.

Dabei sollten diese Konkurrenten, allen voran Europas Arianespace, mittlerweile gelernt haben, dass man Elon Musk und SpaceX sehr ernst nehmen muss. Es dauert zwar immer etwas länger als ursprünglich angekündigt – die Falcon Heavy flog mit über fünf Jahren Verspätung, was aber auch damit zu tun hatte, dass sie gegenüber der Entwicklung der Wiederverwendbarkeit geringere Priorität hatte. Aber die letzten zehn Jahre haben auch ganz klar gezeigt, dass bei SpaceX den Worten früher oder später Taten folgen. Im Fall der BFR verdichten sich jetzt die Hinweise, dass SpaceX’s nächster technologischer Sprung nach vorn kurz bevorsteht. Jede Rakete besteht im Prinzip aus drei fundamentalen Komponenten: einem Raketentriebwerk, der Tankstruktur, und der Avionik (der Elektronik, welche die Rakete fliegt). Schliesslich muss dann mit einem Testflug noch gezeigt werden, dass die drei Komponenten in der Realität gut zusammenarbeiten.

Nun zeigt sich, dass SpaceX in den zwei Bereichen, in denen sich die BFR deutlich von einer Falcon 9 unterscheidet (Triebwerk & Tanks), bereits grosse Fortschritte gemacht hat. Das Raketentriebwerk der nächsten Generation heisst „Raptor“, und statt flüssigem Sauerstoff (LOX) und Kerosin verbrennt es LOX und Methan. Methan erlaubt nicht nur einen höheren spezifischen Impuls (ein Mass der Effizienz des Raketenantriebs), sondern führt auch zu weniger Verunreinigungen im Raketentriebwerk, was die Wiederverwendung erleichtert. Zudem handelt es sich beim Raptor um ein (kaum je realisiertes) „full flow“ Triebwerk, was die Effizienz weiter steigert. Das Raptor-Triebwerk wurde mittlerweile unzählige Male getestet und scheint bisher alle Erwartungen zu übertreffen: bei der Ankündigung der ersten kommerziellen BFR-Mission letzten Monat lobte Elon Musk das Raptor-Team in den Himmel.

Auch bei der Entwicklung der Tankstruktur setzt SpaceX neue Massstäbe. Die BFR wird einen Durchmesser von 9 Metern haben (die Falcon 9 hat 3.7 Meter), die Tankhülle (die auch gleich die Aussenwand der Rakete bildet) soll dabei aus Kohlefaserverbundstoffen gefertigt werden. Das macht die Hülle noch leichter als die Aluminium-Lithium-Legierung, die bei der Falcon 9 zum Einsatz kommt, und erhöht so die Nutzlast. Ein erster Kohlenfaserverbundstoff-Tank wurde bereits 2016, bei der ersten Präsentation der BFR (damals noch „ITS“ genannt) gezeigt. Nun mag es gefährlich erscheinen, flüssigen Sauerstoff innerhalb einer Kohlenfaserverbundstoff-Hülle transportieren zu wollen: Sauerstoff und Kohlenstoff reagieren bekanntlich gern miteinander (tatsächlich war es ein in flüssigem Sauerstoff eingetauchter Helium-Tank aus Kohlenfaserverbundstoff, welcher 2015 zur Explosion einer Falcon 9 auf ihrem Startplatz führte).

In einem Interview im Frühling dieses Jahres bestätigte SpaceX-Präsidentin Gwynne Shotwell, dass dieses potentielle Problem mittlerweile gelöst wurde – wie, wollte sie allerdings nicht sagen. Yusaku Maesawa, japanischer Milliardär und erster BFR-Kunde, hat auf Twitter Fotos der ersten zylindrischen Tankhüllen-Elemente für die BFR gezeigt. Das heisst, die wichtigsten Elemente der BFR werden bereits produziert. Die Avionik der BFR dürfte SpaceX kaum Probleme bereiten, da sie mit der Falcon 9 bereits viel Erfahrung sammeln konnten. Während andere Hersteller mit dem „umziehen“ der Avionik von einer Rakete zur anderen Probleme hatten (z.B. verlor Arianespace ihre erste Ariane V genau wegen diesem Problem), wurde SpaceX’s Avionik von Beginn weg extrem flexibel ausgelegt, weil die Falcon 9 ohnehin mit praktisch jedem Flug weiterentwickelt wurde.

Die BFR soll aus einer ersten Stufe (dem Booster, manchmal auf BFB genannt) und einer zweiten Stufe (dem „Raumschiff“, oder BFS für Big F…alcon Spaceship) bestehen. Das komplexeste Element der BFR ist das BFS, welches deshalb zuerst entwickelt und getestet werden soll – „wiederverwendbare Booster bauen können wir“, meinte Musk mal lakonisch. Das BFS hat sieben Raptor-Triebwerke und eine Länge von gut 50 Metern. Ein erster Prototyp soll nächstes Jahr (2019) zunächst bei immer höheren und schnelleren Flügen getestet werden. Das Testgelände bei Boca Chica liegt im äussersten Süden von Texas, direkt am Meer und an der Grenze zu Mexiko. SpaceX wollte Boca Chica ursprünglich zu einem privaten Weltraumbahnhof ausbauen. Mittlerweile sind aber nur noch die BFS-Tests dort geplant, aber es bleibt denkbar, dass das Gelände später doch noch zu einem Startplatz für die BFR ausgebaut wird.

Neben den oben erwähnten drei Komponenten muss SpaceX für das BFS auch noch einen Hitzeschutzschild entwickeln – einen solchen haben Raketen normalerweise nicht. Das Space Shuttle hatte einen, und dieser empfindliche, komplexe Schutzschild mit tausenden von „Kacheln“ mit einer jeweils einzigartigen Form war einer Hauptgründe, warum die Wiederverwendung des Space Shuttles so teuer und aufwändig war. SpaceX wird hier alles daran setzen, um diesen Fehler mit dem BFS nicht zu wiederholen. Gerade hat Elon Musk auf Twitter angekündigt, dass er aus einer Falcon 9 Oberstufe eine Art „mini-BFS“ bauen will, um damit die Flugeigenschaften sowie neue Hitzeschutzschild-Technologien zu testen (unklar bleibt bisher, ob das ein spezieller Flug allein für dieses „mini-BFS“ werden soll, oder ob diese neue Art von Oberstufe im Rahmen normaler Starts getestet werden soll).

Zweifellos: bei der Entwicklung der BFR wird SpaceX Rückschläge erleiden. Eine Rakete, insbesondere eine wiederverwendbare, in dieser Grösse, aus neuen Materialien – all das schreit geradezu nach einer spektakulären und sehr teuren Explosionen. Aber das hat SpaceX noch nie aufgehalten: im Gegenteil, sie sind geradezu berüchtigt dafür, alles bis zur Zerstörung zu testen. Nur so kann die Technologie voran getrieben werden. Der grosse Fehler wäre jetzt aber, zu denken, dass es SpaceX mit der BFR nicht ernst meint. Oder dass es für andere Hersteller genug sein wird, zur Technologie der Falcon-Familie aufzuschliessen, um wieder konkurrenzfähig zu werden (genau das zumindest scheint Arianespace zu denken). Wenn die BFR einmal fliegt, soll sie gemäss Elon Musk unschlagbar günstig sein: ein einzelner Flug soll weniger kosten als damals, vor zehn Jahren, ein Flug mit der Falcon 1 – also etwa 6 Millionen US-Dollar.

Nun kann man das glauben oder nicht – aber man darf nicht vergessen, dass die Falcon 9 bereits heute weit günstiger ist als ihre Konkurrenz, und da spielt die Wiederverwendbarkeit noch nicht einmal eine Rolle. Die BFR wird, in der einen oder anderen Form oder Variante, Realität werden: irgendwann in den 2020er Jahren wird SpaceX eine vollständig wiederverwendbare Schwerlastrakete haben, die über 100 Tonnen in die Erdumlaufbahn tragen kann. Die Konkurrenz, inklusive Europa, sollte das nicht vergessen.

Was denkst du? Wann wird die BFR zum ersten Mal fliegen? Und wird Elon Musk sein Ziel erreichen, damit dereinst Menschen zum Mars zu fliegen? Schreib es unten in die Kommentare!