Mit dem Starship zum Mond, Mars und darüber hinaus

Starship Mk. 1 vor dem texanischen Nachthimmel. Quelle: SpaceX.

Der erste Prototyp des „Starships“ steht – in Boca Chica, einem kleinen Weiler im äussersten Süden von Texas, einige hundert Meter vom Ozean und der mexikanischen Grenze entfernt. Fünfzig Meter hoch ragt der 200 Tonnen schwere Raumschiff-Prototyp aus Edelstahl in den windigen Nachthimmel, als SpaceX-CEO Elon Musk am 28. September 2019 gegen 20 Uhr Lokalzeit die Bühne betritt. Versammelt sind ausgelesene Medienvertreter und Unterstützer, sowie vereinzelte Anwohner aus Boca Chica. Dies ist nun bereits der vierte Event, an dem Musk sein langjähriges Herzensprojekt vorstellt, immer wieder in einer neuen, nochmals verbesserten Variante: ein komplett wiederverwendbares, gigantisches Raumschiff, das dereinst bis zu 100 Menschen und etliche Tonnen Nutzlast zum Mars (und, bei Bedarf, natürlich auch wieder zurück) transportieren soll. Das Ziel, das er auch an diesem Abend immer wieder erwähnt: die Menschheit soll zur multiplanetaren Zivilisation werden. Zum Mond fliegen, dort eine Basis bauen, weiter zum Mars, dort eine Stadt bauen, und dann immer weiter hinaus ins All.

Wie der stählerne Koloss im Hintergrund belegt, wurden seit der letzten Präsentation im Oktober 2018 beträchtliche Fortschritte bei der Realisierung dieser Vision gemacht. Ein Testflugkörper, Starhopper genannt, mit denselben neun Metern Durchmesser wie das Starship, aber deutlich kürzer, wurde ab Dezember 2018 in Boca Chica auf offenem Feld gebaut. Dem Starhopper wurde im Frühling ein Raptor-Triebwerk eingesetzt (das vielleicht konsequenteste und extremste Raketentriebwerk, das je entwickelt wurde), und ein Testflug von rund 200 m Höhe und Weite durchgeführt. Parallel wurde am ersten „richtigen“ Starship gebaut (Mk. 1 genannt, für „Mark 1“ oder auf Deutsch „Version 1“), wieder auf offenem Feld, wieder mit einfachsten Mitteln. Freitag letzter Woche, nur einen Tag vor Musks Präsentation, wurden die beiden Hälften noch hastig zusammengefügt (was die Vermutung nahe legt, dass das Raumschiff noch nicht wirklich flugtüchtig ist). Bereits in ein bis zwei Monaten, so Musk, soll Mk. 1 zum ersten Testflug abheben, auf bis zu 20 km Höhe steigen – und wieder landen.

Doch bereits in etwa einem halben Jahr will Musk ein Starship in die Erdumlaufbahn schicken. Mk. 1 wird bis dahin bereits wortwörtlich zum „Alteisen“ gehören. In Cocoa, Florida wird derzeit von einem SpaceX-intern konkurrierenden Team bereits an Mk. 2 gebaut, und schon ab nächstem Monat soll in Boca Chica mit dem Bau von Mk. 3 begonnen werden. Mk. 3 (und danach Mk. 4 in Florida) soll mit einer anderen, effizienteren Fertigungsmethode hergestellt werden, welche das ganze Raumschiff leichter und stabiler machen wird (bis zur technologischen Reife soll das Starship noch fast die Hälfte seines Gewichts verlieren). Aus Musk’s Ausführungen wurde nicht ganz klar, ob bereits Mk. 3/4 in den Erdorbit aufsteigen sollen, oder ob das erst mit ihren Nachfolgern Mk. 5/6 der Fall sein wird – dies deutet darauf hin, dass die Planung noch ziemlich im Fluss ist und sich stetig den neuen Gegebenheiten anpasst. Mit dem Bau des gigantischen Boosters („Super Heavy“ genannt; in der Kombination wurde die Rakete früher BFR genannt, heute nur noch Starship), auf dem alle Starships einen grossen Teil des Weges zum Erdorbit getragen werden sollen, soll erst nach dem Bau von Mk. 4 begonnen werden.

Und dann? Bereits nächstes Jahr, optimistisch gesprochen, könnte Starship Menschen in die Erdumlaufbahn bringen (nun ja…), gefolgt von einem Flug um den Mond, und schliesslich zur Mondoberfläche, in den nächsten paar Jahren. Im Jahr 2022, spätestens jedoch 2024 sollen zwei Starships ohne Besatzung zur Landung auf dem Mars entsandt werden – und zwei Jahre darauf (wenn die Positionen von Erde und Mars wieder effiziente Transferflüge erlauben), die ersten Menschen. Innerhalb der nächsten 10 Jahre soll das Starship auch für Flüge zwischen weit entfernten Destinationen auf der Erde zum Einsatz kommen – für zahlungskräftige Passagiere, die in rund 30 Minuten am anderen Ende der Erde sein müssen (oder wollen). All diese Vorgaben darf man getrost als hochgradig optimistisch bezeichnen – Elon Musk selbst weist auch selbst gerne immer wieder (so auch am Samstag Abend) darauf hin, dass es sich hier nicht um exakte Vorhersagen handelt, sondern um aggressive Zielvorgaben und Schätzungen basierend auf der Annahme, dass alles so läuft wie geplant (und wann ist das schon je der Fall, besonders in der Raumfahrt?).

Starship bei Saturn
Ein Starship (2019) in der Saturn-Umlaufbahn – vielleicht im Anflug auf Titan. Quelle: SpaceX.

Schaut man sich die Vergangenheit von SpaceX an, dauerte es von der ersten Ankündigung bis zur Umsetzung häufig viel länger als geplant: Schon die erste Rakete, die Falcon 1, blieb viele Jahre am Boden – erst am 28. September 2008 gelang im vierten Anlauf der erste Flug in die Erdumlaufbahn. Auch Falcon 9 startete erst mit jahrelanger Verspätung. Die Falcon Heavy flog statt 2012 erst 2018 zum ersten Mal – und die Crew Dragon, die (gemäss Musk, damals) bereits 2015 zum ersten Mal Menschen zur ISS bringen sollte, hat bisher zwar bereits einen ersten Testflug hinter sich, ist aber immer noch nie mit Besatzung geflogen (der Flug ist gegenwärtig ab November 2019 geplant, wird aber wohl kaum vor 2020 stattfinden). Auf der anderen Seite muss man aber auch anerkennen, dass die Firma einen grossen Teil ihrer Ankündigungen schliesslich auch umsetzt: die Falcon 9 hat die Wiederverwendung von Raketenstufen perfektioniert, die Falcon Heavy IST nun bereits drei Mal geflogen, Crew Dragon IST fast fertig. Nur Projekte, die vom eigentlichen Fernziel Mars ablenken, werden gelegentlich gekippt (wie etwa die Landung der Crew Dragon mit Raketen). Aus dieser Perspektive habe ich kaum Zweifel dass SpaceX über kurz oder lang auch den Mars erreichen wird. Wenn nicht 2024, dann vielleicht 2030. Aber immer noch lange vor der Konkurrenz.

Dass das Starship nun neu aus Stahl statt, wie letztes Jahr noch geplant, aus Kohlefaserverbundstoff hergestellt wird, hat das Projekt realistischer gemacht. Obwohl Kohlefaserverbundstoff pro Volumeneinheit deutlich leichter ist, ist er weniger tolerant gegenüber Temperaturextremen: der stetige Wechsel von extrem kalt (in Kontakt mit Treibstoff) und extrem heiss (beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre) setzt ihm schnell zu. Die geringere Temperaturtoleranz erfordert einen dickeren Hitzeschutzschild (gleiches gilt für die Aluminium-Lithium-Legierung, die bei Falcon 9 zum Einsatz kommt). Eine Variante von rostfreiem Stahl (301) hingegen wird bei tiefen Temperaturen härter, und beginnt erst oberhalb von 1500 Grad zu schmelzen – entsprechend dünn und leicht kann der Hitzeschutzschild sein. In der Kombination erweist sich die Stahlkonstruktion als deutlich leichter. Stahl kann im Gegensatz zum Kohlefaserverbundstoff relativ gut bearbeitet werden, selbst unter technologisch einfachsten Bedingungen, wie etwa in Boca Chica – oder in einer Siedlung auf dem Mars. Und schliesslich ist Stahl sehr viel günstiger: eine Tonne kostet etwa 2500 Dollar, während eine Tonne Kohlenfaserverbundstoff rund 130’000 Dollar kostet. Kein Wunder, bezeichnete Musk den Entscheid, auf Stahl umzusteigen, als seinen besten Design-Entscheid seit eh und je. „I am in love with steel“, meinte er lachend.

Starship Mk. 1 ist erst der Anfang. Das Raumschiff muss fliegen und landen lernen. Der Hitzeschutzschild muss entwickelt und angebaut werden, ebenso wie die verschiedenen Varianten des Starships (Personentransport, Frachttransport mit einer Frachttür, die sich wie ein gewaltiges Gebiss öffnet (im Internet bereits liebevoll „Chomper“ genannt, was soviel heisst wie „Mampfer“), ein Tanker um damit die Wiederbetankung im All zu perfektionieren). Es wird zweifellos Rückschläge geben, auch dramatische RUDs („rapid unscheduled disassemblies“ = „schnelle, ungeplante Zerlegungen“ = Explosionen) sind zu erwarten – und das Projekt wird am Ende vermutlich wesentlich mehr Geld und Arbeit verschlingen als heute auch nur in Ansätzen absehbar ist. Ob es wirklich gelingt, über das Starlink-Projekt und weitere Raketenstarts mit Falcon 9 / Falcon Heavy genügend Geld hineinzubringen, um die Entwicklungskosten von Starship über all die Jahre zu finanzieren, muss sich erst noch zeigen. Aber wie jede Reise beginnt auch diese mit den ersten Schritten. Und genau einen von diesen haben wir hier gesehen.

Die ganze Präsentation von Elon Musk (inklusive Q&A-Session; total ca. 1.5 h) kann auf dem Youtube-Kanal von SpaceX eingesehen werden.

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