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Start einer Falcon-Rakete: einfache Technik
Start einer Falcon-Rakete: einfache Technik (Bild: SpaceX/CC0 1.0)

Was SpaceX aus den Fehlern gelernt hat

Die Falcon-9-Rakete besteht aus betont einfacher Technik, die lediglich auf den aktuellen Stand gebracht wurde. Die Merlin-Triebwerke arbeiten mit Kerosin und Sauerstoff im Gasgeneratorzyklus. Das Gas aus dem Gasgenerator, das die Turbopumpen antreibt, wird nicht weiterverwendet. Es sind nicht die effizientesten Triebwerke der Welt, aber - im Vergleich zum Schub - die leichtesten. Jedes Jahr werden über 100 dieser Triebwerke hergestellt. Die Tanks der Rakete bestehen aus einer leichten Aluminium-Lithium-Legierung aus dem Flugzeugbau. Das Ergebnis ist eine Rakete, die schon ohne jede Wiederverwendung wesentlich günstiger als vergleichbare Konkurrenz ist.

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Die Wiederverwendung setzt bei der ersten Stufe an und wurde aus der einfachen Rakete heraus entwickelt. Das hat mehrere Vorteile. Die Raketenstufe fliegt bei der Trennung nur mit etwa 8.000 bis 9.000 km/h, nicht mit 28.000 km/h wie das Spaceshuttle. Das war bei ersten Versuchen mit der Falcon 1 und Falcon 9 v1.0 immer noch zu schnell. Die Stufen traten damals noch unkontrolliert in die Atmosphäre ein und zerbrachen dabei, anstatt sanft am eingebauten Fallschirm im Meer zu landen.

Die Stufe wird beim Abstieg von Triebwerken abgebremst

Um solche Schäden zu vermeiden, wird die Lage der Stufe kontrolliert und vor dem Wiedereintritt mit den Raketentriebwerken abgebremst. Ohne das Gewicht der zweiten Stufe und des verbrauchten Treibstoffs ist das ohne weiteres möglich. Die ersten Landungen wurden mit völlig unveränderten Raketenstufen über dem Meer durchgeführt, nachdem die erste Stufe abgetrennt wurde und die zweite Stufe unterwegs war.

Danach folgten minimale Änderungen wie größere Tanks für die Kaltgasdüsen, als man merkte, dass die Stufe beim Rückflug zu stark in Rotation geriet. Endgültig wurde das Problem erst mit kleinen Gitterflossen gelöst. Die einzige größere Änderung im Vergleich zur Originalrakete sind die vier ausklappbaren Landebeine aus Kohlefaser. Selbst die Triebwerke mussten nicht verändert werden. Sie waren von Anfang an darauf ausgelegt, im Flug mehrfach gestartet zu werden, weil in beiden Stufen identische Triebwerke zum Einsatz kommen.

Baikal-Booster landet wie ein Flugzeug

Das ist kein Vergleich zu dem Aufwand, der beim Shuttle für den Wiedereintritt betrieben werden musste. Es ist auch viel eleganter als Konzepte wie der wiederverwendbare Baikal Booster, der wie ein Flugzeug mit Flügeln und Düsentriebwerken zurückfliegen sollte. Diese Änderungen sind so radikal, dass sie eine völlig neue Entwicklung brauchen. Sie haben das Papier nie verlassen.

Nach Angaben von Elon Musk entfallen etwa 70 Prozent der Startkosten einer Falcon 9 auf die erste Stufe. Das sind etwa 40 Millionen US-Dollar. Gleichzeitig führt der zusätzliche Treibstoffverbrauch bei der Rückkehr zum Startpunkt zu einem Verlust von etwa 30 Prozent der Nutzlast. Bei einer Landung im Meer ist es etwas weniger.

SpaceX spart schon bei der ersten Wiederverwertung

Die Kostenstruktur ist damit so günstig, dass schon eine einmalige Wiederverwendung zu deutlichen Einsparungen führen kann. Der Verlust einzelner Raketenstufen bei der Landung wird also nicht dazu führen, dass die Falcon 9 teurer als ohne Wiederverwendung wird. Umso komplizierter, schwerer und teurer die zusätzliche Technik für die Wiederverwendung ist, desto weniger kann man sich den Verlust der Hardware leisten.

Auch die längere Laufzeit der Triebwerke wird bei einem zweiten Flug keine Probleme bereiten. Das Triebwerk der zweiten Stufe muss mit über sechs Minuten ohnehin doppelt so lang laufen wie ein Triebwerk der ersten Stufe. Außerdem muss jedes Triebwerk von SpaceX vor dem Flug eine volle Mission auf dem Teststand am Boden bestehen. Daher weiß das Unternehmen, dass die Triebwerke ganz ohne Wartungsarbeiten noch wesentlich länger als bei einem einzigen Flug laufen können, inklusiver aller nötigen Neustarts.

Wie viel kostet die Wiederverwertung?

Damit sind allerdings noch nicht alle Fragen geklärt. Der Rücktransport und die Inspektion einer gelandeten Stufe kosten Zeit und Geld, genauso wie der Einsatz von Schiffen bei der Landung im Meer. Auch das genaue Verhalten der Struktur der Treibstofftanks beim Wiedereintritt ist noch nicht bekannt. Erste Untersuchungen der gelandeten Stufe haben gezeigt, dass dort keine Schäden aufgetreten sind.

Allerdings war die Raketenstufe bei der Trennung kürzlich nur etwa 5.000 km/h schnell, was sich das bei künftigen Landungen noch ändern kann. Die leichte Nutzlast ließ beim Flug im Dezember einen größeren Spielraum bei der Stufentrennung zu.

Die erste gelandete Raketenstufe wird eine weitere Mission auf dem Teststand absolvieren. Danach soll sie ausgestellt werden. SpaceX plant, 2016 etwa alle drei Wochen eine Rakete zu starten und die erste Stufe möglichst zu landen. Der nächste Flug, mit dem Forschungssatelliten Jason-3, ist für den 17. Januar angesetzt. Selbst wenn eine Reihe dieser Landungen fehlschlägt, wird die Zahl der gelandeten Raketenstufen sehr schnell sehr groß sein. Wenn nichts schiefläuft, soll der erste echte Flug einer Second-Hand-Rakete im kommenden Jahr stattfinden.

 Auf die letzte Stufe kommt es an

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Peter(TOO) 12. Jan 2016

Als erstes müsste man verstehen, wie die Gravitation überhaupt funktioniert, da hat man...

Peter(TOO) 12. Jan 2016

So ganz funktioniert deine Idee nicht wirklich. Grundsätzlich braucht man eine...

Peter(TOO) 12. Jan 2016

Meines Wissens wurden 30t Nutzlast und die Masse der Ladebucht vom Militär vorgegeben...

Peter(TOO) 12. Jan 2016

Wie Frank geschrieben hat, sollte das Shuttle ALLES ersetzen. Ursprünglich war geplant...

gehtjanx 10. Jan 2016

und komplett nichts mit IT-News zu tun hat. Kein einziger Satz über verwendete Computer...



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