Raumfahrt 2017: Wie SpaceX die Branche in Aufruhr versetzt

Der Unternehmer und Investor Elon Musk hat die Raumfahrt in eine Geschichte von Erfolgen, Versprechen, Milliardären und Scharlatanen verwandelt. Die Falcon 9 seiner Firma SpaceX setzt private wie staatliche Konkurrenten immer mehr unter Druck.

26. Dezember 2017 um 12:00 Uhr / Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Die Landung von Raketenstufen, wie bei der Falcon 9, galt lange als unmöglich oder unwirtschaftlich Bild: SpaceX

Der Erfolg des privaten US-Unternehmens SpaceX verändert das Raumfahrtgeschäft weltweit. Staatliche Organisationen geraten angesichts der einfachen Technik und niedrigen Preise von SpaceX in Erklärungsnot, nachdem sie jahrzehntelang betonten, die Raumfahrt werde immer komplex und teuer bleiben. Auf ungläubige Realitätsverweigerung folgte erster Aktionismus, aber es gab keine tiefgreifenden Reformen. Gleichzeitig entstand eine Vielzahl, teils fragwürdiger Raumfahrtunternehmen, die nun alle gleichzeitig auf den Markt drängen.

Fehlgeschlagene Landungen der Falcon 9 (02:08)

Einige der reichsten Männer der Welt wollen mit einer großen Materialschlacht beweisen, dass sie genauso gut wie SpaceX-Chef Elon Musk sind. Einfache Geschäftsleute finden plötzlich Investoren für über Jahre ausgearbeitete Konzepte, Scharlatane nutzen die Gutgläubigkeit unerfahrener Geldgeber aus. Wenn die Blase platzt, wird sie Gutes und Schlechtes hinterlassen. Bis dahin stehen der Raumfahrt wilde Zeiten bevor.

Die Falcon 9 fliegt öfter als alle anderen Raketen

Der Grund für die Aufregung? Die Startpreise der Falcon 9 von SpaceX sind niedriger als die aller vergleichbaren Raketen. Sie führte 2017 als erste Rakete eines privaten Unternehmens die Liste der meisten Raketenstarts an, vor allen staatlichen Organisationen. 18 Mal startete die Falcon-9-Rakete, auf den nächsten Plätzen folgen die russische Sojus-Rakete mit 15 Starts sowie die europäische Ariane 5 und die US-amerikanische Atlas V mit je 6 Starts. Die Kritik an angeblich zu niedrigen Preisen und der Machbarkeit der Wiederverwendung der Falcon 9 sind längst verstummt.

Sie ist sogar günstiger als die russische Proton-Rakete, deren niedriger Preis immer mit schlechter Zuverlässigkeit einherging. In den USA unterbietet SpaceX die Startpreise der Atlas-V- und Delta-IV-Raketen regelmäßig um 50 Prozent und mehr. Der Start einer Ariane 5 kostet mehr als das Dreifache einer Falcon 9, bei weniger als der doppelten Nutzlast und weniger Flexibilität in der Missionsgestaltung. Selbst der Start einer russischen Sojus von Französisch Guayana aus, mit der halben Nutzlast einer Falcon 9, ist teurer.

Dabei sind Kosteneinsparungen durch Wiederverwendung der ersten Stufe der Falcon 9 noch nicht eingepreist. Von 15 geplanten Landungen glückte jede Einzelne. Die Wiederverwendung ist ein mehrmonatiger Prozess, der mit der letzten Generation von Raketen auch nur ein- oder zweimal funktioniert. Ab dem nächsten Jahr soll jedoch die nächste Generation von Falcon-9-Raketen fliegen. Diese sollen nur noch nach etwa jedem zehnten Start eine Generalüberholung benötigen und sonst nach der Landung nur eine Inspektion durchlaufen.

Die erste Reaktion eines staatlichen Raketenbauers auf die Entwicklung der Falcon 9 kam 2014. Kritik am Preis verhinderte die Finalisierung der neuen Ariane-6-Rakete. Beim ersten Start im Jahr 2020 sollte diese mit 85 Millionen Euro deutlich über den umgerechnet 52 Millionen Euro einer Falcon 9 liegen, bei kaum größerer Nutzlast. Aber schon 2014 starteten genauso viele Falcon-9- wie Ariane-5-Raketen. Nur der Fehlstart einer Falcon 9 verhinderte, dass sich diese Startrate schon 2015 verdoppelte. Die ersten Anzeichen eines tiefgreifenden Wandels zeigten sich dann 2016.

Alle wollen günstige Raketen

Die europäische Raumfahrtagentur Esa stellte 2016 die Ariane 6 vor, das amerikanische Joint-Venture United Launch Alliance (ULA) von Boeing und Lockheed Martin Space Systems die neue Vulcan und die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) die H-3 Rakete. Alle Hersteller versprachen, die Produktion stärker privatwirtschaftlich auszurichten. Alle neuen Raketen entsprechen weitgehend dem Konzept und der Leistung der jeweiligen Vorgängerraketen (Ariane 5, Atlas V und H-II), alle sollen 2019 oder 2020 erstmals fliegen und später etwa zum halben Preis ihrer Vorgänger angeboten werden. Es zeigt sich aber jetzt schon, dass diese Pläne unrealistisch sind.

Teurer als versprochen und keine Besserung in Sicht

Am deutlichsten demonstriert das wohl die Vulcan-Rakete. Diese soll im Jahr 2019 erstmals fliegen, doch die Entscheidung für das Haupttriebwerk steht bis heute aus. Dabei stehen mit dem AR-1 und dem BE-4 zwei Triebwerke zur Auswahl. Eins benötigt Kerosin als Treibstoff, das andere tiefgekühltes Methan mit niedriger Dichte und damit einer völlig anderen Tankkonstruktion. Schlimmer noch: Keins der beiden Triebwerke ist fertig entwickelt und bereit für die Produktion.

Präsentation der Ariane 6 (02:24)

Die Pläne für die Ariane 6 sind zwar solider, aber auch sie wird ihre Versprechen nicht einhalten können. Der angekündigte Preis der Ariane 6 kann trotz 2,6 Milliarden Euro staatlicher Subventionen von Start- und Produktionsanlagen nicht eingehalten werden. Erst stieg der Preis von 85 Millionen auf 90 Millionen Euro. Aktuellen Berichten zufolge sollen kommerzielle Flüge der Ariane 6 international nun für 130 Millionen US Dollar (umgerechnet 110 Millionen Euro) angeboten werden. Außerdem sollen staatliche Organisationen in Europa zur Nutzung der Ariane 6 verpflichtet werden, um Nutzlasten für die Rakete zu sichern. In der Politik wird die Ariane 6 inzwischen zumindest vom französischen Finanzminister Bruno Le Maire stark kritisiert.

Die Esa hängt noch hinterher

Der Vergleich mit SpaceX zeigt, dass die Esa weit von einem Paradigmenwechsel entfernt ist. So soll die Entwicklung der (über-) nächsten Generation europäischer Raketen erst 2030 abgeschlossen werden. Alles hängt dabei von der Entwicklung des Prometheus-Triebwerks ab. Dieses soll methanbetrieben und wiederverwendbar sein, einen Schub von 1000 kN haben und nur eine Million Euro pro Stück kosten, grob vergleichbar mit dem Merlin-Triebwerk der Falcon 9. Ein Vorläufer des Triebwerks mit 420 kN Schub für ein wiederverwendbares Raketenflugzeug war seit 2007 in Kooperation mit Japan in Entwicklung. Das Flugzeug wurde indes nie gebaut, das Triebwerk wird nie zum Einsatz kommen.

Die Raketen- und Triebwerksentwicklung von SpaceX begann 2002. 2006 und 2008 flogen Falcon-1-Raketen mit Merlin 1A und 1C-Triebwerken mit 340 kN Schub. 2010 flog die erste Falcon 9 mit einem Merlin 1C mit dem vollen Schub von 420 kN. 2013 flogen erstmals Merlin-1D-Triebwerke mit 650 kN Schub, 2016 mit dem vollen Schub von 730 kN. Eine weitere Steigerung auf 845 kN ist geplant. Dabei wiegt das Merlin 1D nur noch 470 kg, das Merlin 1C wog noch 670 kg. Trotz der schnellen Entwicklung und häufiger Änderungen gab es im Flug nur zwei Triebwerksausfälle, von denen nur einer zu einem Fehlstart führte, genauso wie bei der Ariane 5.

Wettbewerb der Milliardäre

Inzwischen gibt es eine Reihe von Startups, die versuchen, den Erfolg von SpaceX zu wiederholen. Dazu gehört Blue Origin, die Raumfahrtfirma des Amazon-Gründers und reichsten Manns der Welt, Jeff Bezos. Die Firma entwickelte zunächst die kleine New-Shepard-Rakete für Weltraumtouristen. Die erste Orbitalrakete von Blue Origin, die New Glenn, soll mit 1.400 Tonnen beim Start halb so schwer wie die Mondrakete Saturn V sein und etwa die Leistung der Falcon Heavy haben. Derzeit ist das BE-4-Triebwerk der New Glenn aber noch nicht fertig entwickelt.

Stratolaunch, die Firma des Microsoft-Mitbegründers Paul Allen, baute derweil aus zwei Boeing-747-Jumbo-Jets ein Trägerflugzeug mit sechs Triebwerken, das 2018 die ersten Testflüge unternehmen soll. Es ist dafür konstruiert, Raketen aus der Luft zu starten. Eine Rakete dafür existiert jedoch noch nicht. Nachdem mehrere Kooperationen platzten - unter anderem sollte SpaceX eine kleinere Version der Falcon 9 für die Firma bauen - soll jetzt die von Northtrop Grumman aufgekaufte Firma OrbitalATK ( ehemals Orbital Sciences ) eine solche Rakete entwickeln.

Ein weiterer Milliardär mit Raumfahrtambitionen ist der Virgin-Gründer Richard Branson. Seine Firma Virgin Galactics entwickelt seit 2004 das Spaceship Two, das wie die New Shepard einmal reiche Touristen in 100 km Höhe befördern soll. Außerdem hat er die Firma Virgin Orbital. Anders als Stratolaunch kaufte diese nur eine Boeing 747 und nannte sie Cosmic Girl. Sie soll mit einer Rakete namens Launcher One kleine Satelliten bis 200 kg Masse starten.

Die Euphorie um die private Raumfahrt hat derweil nicht nur Milliardäre auf den Plan gerufen. Die Pläne anderer Unternehmen mit weniger finanziellen Mitteln beginnen nur nicht mit dem Kauf von Jumbo Jets. Bei der Suche nach einem für Investoren interessanten Geschäftsmodell hilft ihnen, dass inzwischen ein Markt für den Start von Cubesats existiert, dessen Nachfrage nicht vollständig bedient wird. Es ist der gleiche Markt, den auch Virgin Orbital mit seiner kleinen Rakete bedienen will - und dort geht es wild zu.

Kleine Raketen werden auf der ganzen Welt entwickelt

Als Sekundärnutzlast finden Starts von Cubesats zurzeit oft nur mit großer Verspätung statt und selten in die gewünschte Umlaufbahn. Dabei haben die kleinen Cubesats viel kürzere Entwicklungszyklen als große Satelliten und würden von schnellen und zuverlässigen Starts profitieren. Kunden in diesem Marktsegment sind bereit, Preise in der Größenordnung von 50.000 US Dollar pro kg für pünktliche Starts in passende Erdumlaufbahnen zu zahlen - den zehnfachen Preis von Nutzlasten beim Start mit einer Falcon 9.

Die bisher erfolgreichste dieser Firmen ist Rocket Lab aus Neuseeland. Sie beteiligte sich 2010 an einer Studie, eine kleine Rakete zum Start von Satelliten für das United States Office of Naval Research (ONR) zu entwickeln. Aber erst 2013 fand sich ein erster Investor mit genug Geld für die Entwicklung der nur zehn Tonnen schweren Electron-Rakete. Es ist die erste Rakete, die 3D-gedruckte Triebwerke mit elektrisch betriebenen Treibstoffpumpen benutzt. Mit neun Triebwerken in der ersten und einem Triebwerk in der zweiten Stufe gleicht sie einer Falcon-9-Rakete im Modellmaßstab.

Testflug der Electron Rakete (01:59)

Ihr erster Flug fand am 25. Mai 2017 statt, dabei erreichte die Rakete eine Höhe von rund 200 km, aber keinen Orbit, nachdem die Bodenstation durch einen Softwarefehler den Kontakt mit der Rakete verloren hatte. Der zweite Flug wird im Januar stattfinden, nachdem ein Startversuch am 12. Dezember eine Sekunde nach Triebwerkszündung abgebrochen wurde. Der Plan von Rocket Lab sieht 50 Starts pro Jahr zum Preis von je 4,9 Millionen US-Dollar vor. Bereits jetzt sind eine Reihe Raketen schon voll ausgebucht.

Von Wolke 7 in den Orbit

Der vormals wichtigste Konkurrent Rocket Labs war Firefly Space Systems. Nach Schwierigkeiten bei der Entwicklung der druckbetriebenen Triebwerke seiner Alpha Rakete, dem Wechsel von Methan zu Kerosin als Treibstoff und Verschiebungen im Zeitplan musste die Firma jedoch Insolvenz anmelden. Im März 2017 wurde sie von dem Ukrainer Maxim Polyakov übernommen, der zuvor mit einer Onlinedatingplattform reich geworden war.

Auch in Europa gibt es Firmen, die kleine Raketen für kleine Satelliten entwickeln. Die spanische Zero2Infinity etwa baut die Bloostar-Rakete, die von einem Schiff aus mit einem Ballon gestartet werden soll. In der Stratosphäre sollen schließlich die Triebwerke der dreistufigen Rakete gezündet werden. Zumindest der Test mit einem einstufigen Modell mit nur einem von elf Triebwerken verlief im März erfolgreich und zeigte, dass sich so eine Rakete beim Start tatsächlich kontrollieren lässt.

In China gibt es ebenfalls Startups, die Raketen nach diesem Geschäftsmodell entwickeln. One Space will Raketen auf Basis von Feststoffantrieben mit Nutzlasten zwischen 200 bis 750 kg in niedrige Erdorbits konstruieren. Allerdings ist die Firma offenbar über Triebwerkstests am Boden noch nicht hinausgekommen. Die 2014 gegründete Firma Linkspace hat zwar eine englischsprachige Webseite mit Zitaten des US-Astronauten Buzz Aldrin, des Physikers Stephen Hawking und des SpaceX-Gründers Musk, ist aber ebenfalls noch nicht über Tests am Boden hinaus. Die Firma will eine Rakete mit 200 kg Nutzlast (für sonnensynchrone Orbits) bauen, deren erste Stufe ähnlich wie die Falcon 9 landen und wiederverwendet werden kann.

Bei den genannten Beispielen handelt es sich noch um größtenteils seriöse Angebote. Einige der sogenannten New-Space-Firmen bewegen sich mit ihren Versprechen indes nah an der Grenze zum Betrug, andere gehen möglicherweise sogar noch einen Schritt weiter.

Hinter großen Versprechen steht nicht viel

Zur Kategorie der Firmen mit großem Mundwerk gehören Relativity Space und Vector Space Systems. So behauptete Relativity Space anfangs, eine vollständig 3D-gedruckte Rakete zu entwickeln, deren Produktion fast ohne Menschen auskomme. Schon ein Blick auf das von ihr entwickelte Triebwerk zeigt jedoch, dass es sich dabei um ganz normal verschraubte Technik handelt. Nur Düse, Brennkammer und Kühlkanäle scheinen 3D-gedruckt. Konkurrenz bekommt die Rakete von Relativity Space indes nicht durch das mit viel Handarbeit gebaute Vulcain-Triebwerk der Ariane 5, sondern durch Triebwerke wie das Rutherford von Rocket Lab, das auch 3D-gedruckt und wenig komplex ist.

Heere Behauptungen stellte auch Jim Cantrall, der Chef von Vector Space Systems, auf. Die Firma will 100 Raketen pro Jahr mit 66 kg Nutzlast bauen. Sie sollen mit drei Triebwerken in der ersten Stufe ausgestattet werden, die durch hohen Druck in den Tanks mit Treibstoff versorgt werden. Zudem sollen sie aus Kohlefaser gefertigt werden. Bei einem öffentlichen Auftritt verkündete Cantrall, dass die Rakete bei einem Test auf "eine suborbitale Höhe" geflogen und "aus dem Dschungel geborgen" worden sei.

Tatsächlich flog sie keine drei km hoch und landete im Wald in der Nähe der Startrampe in Virginia. Dabei bestand die Rakete größtenteils aus einem mit Alublech überzogenen Metallgitter und einem kleinen Treibstofftank im Inneren. Das einzige Triebwerk lief nur wenige Sekunden, war starr montiert und nicht steuerbar. Angeblich will die Firma aber schon 2018 orbitale Flüge durchführen. Immerhin: Der versprochene Startpreis von 1,5 Millionen US Dollar verschwand inzwischen von der Webseite.

Wenn der Chef schon im Gefängnis sitzt

Dumitru Popescu, der Chef von Arca Space, saß derweil schon wegen Betrugs, Hinterziehung und Fälschung in einem Gefängnis in New Mexico - wenn auch nicht im Zusammenhang mit Arca Space oder dessen Haas-Rakete. Die Modelle der Haas-Rakete bestehen derzeit größtenteils aus Sperrholz. Als einstufige Rakete soll sie angetrieben von Kerosin und Wasserstoffperoxid eine Nutzlast von 100 kg in den Orbit befördern, bei Startkosten von einer Million US Dollar. Sie hätte mehr Nutzlast als die ohnehin grenzwertigen Versprechen der Rakete von Vector Space Systems.

Der Treibstoff ist noch weniger effizient als Kerosin und Sauerstoff und für eine einstufige Rakete denkbar ungeeignet. Eine einstufige Rakete mit diesem Treibstoff überhaupt in einen Orbit zu bringen, ist an der Grenze des physikalisch Machbaren. Es setzt zudem pumpgeförderte Triebwerke mit möglichst hohem Brennkammerdruck voraus. Die Triebwerke der Haas-Rakete sind aber druckbetrieben und haben deshalb prinzipbedingt einen niedrigen Brennkammerdruck. Das soll durch eine spezielle Aerospike Düse ausgeglichen werden, mit der eine ungekannte Effizienz, 30 Prozent höher als alle anderen Triebwerke, ermöglicht wird. Das ist schlicht falsch.

Aerospikes sollen schlechte Triebwerke besser machen

Aerospikes sind spezielle Raketendüsen. Normalerweise gibt es nur die Wahl zwischen kleinen Düsen für den Flug in der Atmosphäre oder großen Düsen für den Flug im Vakuum. Dabei können kleine Düsen beim Start etwa 30 Prozent effizienter sein als große Düsen, die für diesen Zweck nie gebaut wurden. Umso kleiner der Brennkammerdruck, desto größer der Unterschied. Aber schon kurz nach dem Start verschwindet der Vorteil der kleinen Düsen, weil der Luftdruck mit der Höhe schnell abnimmt. Aerospikes verschaffen Raketentriebwerken mit kleinen Düsen beim Flug im Vakuum mehr Effizienz. Sie sind aber schwerer und komplexer, außerdem erreichen sie niemals die Effizienz einer einfachen, vakuumoptimierten Raketendüse im luftleeren Raum, wo der größte Teil des Flugs stattfindet.

Die erste Stufe vieler Raketen, etwa der Delta IV, der Atlas V oder der Falcon 9 wären jederzeit in der Lage, ohne zweite Stufe einen Orbit zu erreichen. Allerdings nur dank effizienterer Treibstoffe, leichter Tankkonstruktion ohne großen Innendruck und pumpgeförderter Triebwerke, die durch ihren hohen Brennkammerdruck auch ohne Aerospike wesentlich effizienter sind. Aber selbst sie würden - je nach Rakete - rund 90 Prozent der Nutzlast einbüßen und höhere Orbits gar nicht mehr erreichen. Deswegen haben sie eine zweite Stufe.

Arca Space wird nicht die einzige Firma sein, die vom Markt verschwindet. Es gibt noch viel mehr Firmen, die derzeit auf Reichtum in der Raumfahrt hoffen. Alle treten mit Konzepten an, die viele Starts im Jahr benötigen, um tragfähig zu sein. Letztlich ist die globale Nachfrage viel zu klein, um allen Firmen ein Geschäft zu ermöglichen. Auch viele solide Firmen mit technisch hervorragenden Konzepten werden das unvermeidliche Platzen dieser Investitionsblase nicht überstehen.

Es hilft, einen reichen Chef zu haben

Studien zu aktuellen Firmenplänen zum Start von Kleinsatelliten gehen davon aus, dass der Markt bis 2023 auf rund 300 bis 500 Satelliten mit einer durchschnittlichen Startmasse von rund 5 kg steigen werde. Die Pläne für 50 Starts der Electron-Rakete mit 150 kg Nutzlast sind allein mehr als ausreichend, um diesen Markt zu bedienen - selbst wenn die Hälfte der Nutzlast aus Trägerstrukturen besteht, reicht das für den Start von 750 Satelliten.

Die hohen Startpreise für kleine Nutzlasten resultieren ausschließlich aus dem fehlenden Angebot für die Nachfrage. Mit dem zu erwartenden Überangebot werden sie bald sinken. Die größten Überlebenschancen haben dabei, unabhängig von der technischen Kompetenz, die Firmen mit den zahlungskräftigsten Geldgebern. Ein Multimilliardär als Chef, der einem anderen Multimilliardär zeigen will, wer die bessere Rakete hat, hat andere Möglichkeiten als ein Unternehmen, das ein realistisches Geschäftsmodell braucht. Denn das wird für die meisten Firmen schwer zu finden sein.

SpaceX stellt den Raumfahrtagenturen die Existenzfrage

Die staatlichen Betreiber brauchen zwar kein realistisches Geschäftsmodell. Aber ihre Geldgeber sind Bürger, denen die Raumfahrtagenturen Rechenschaft schuldig sind. Im vergangenen Jahr rechtfertigte ESA-Chef Jan Wörner im Interview mit dem Countdown Podcast die ineffizienten Strukturen der Esa bei den Produktionsstandorten und der verwendeten Technik mit dem sogenannten Geographic Return : Im Gegenzug zu den Mitgliedsbeiträgen werden von der Esa Arbeitsplätze in den Mitgliedsländern gesichert.

In den vergangenen Jahrzehnten funktionierte diese Rechtfertigung, zumal es keine Alternative zu den staatlichen Anbietern gab. Aber egal ob Esa, Nasa oder Jaxa, die staatlichen Organisationen müssen dem Anspruch gerecht werden, modernste Technik zu entwickeln und den Fortschritt der Gesellschaft zu sichern. Wenn sie weiterhin ineffiziente Strukturen aufrecht erhalten, um politische Forderungen zu erfüllen, werden sie über kurz oder lang ihre Existenzberechtigung verlieren.

SpaceX dagegen kann Produktionsstandorte und verwendete Technologien weitgehend frei von politischer Einflussnahme auswählen und strebt größtmögliche Leistung bei kleinstmöglichem Aufwand an. Das Unternehmen zeigt deutlich, wie berechtigt die jahrzehntelange Kritik an der überteuerten Raumfahrt war. In der Konfrontation mit SpaceX, Blue Origin und anderen Unternehmen werden tiefgreifende Reformen zur Existenzfrage. Bislang gab es davon zu wenige - und zu spät.