SpaceX: Rundum verbesserte Falcon 9 fliegt zum ersten Mal
Vor fast 8 Jahren startete die erste Falcon-9-Rakete am 4. Juni 2010. In der Zwischenzeit wurde die Rakete von SpaceX in mehreren Schritten immer weiter verbessert und vergrößert. Inzwischen sind die Raketen teilweise wiederverwendbar, haben beim Start fast die doppelte Masse und mehr als die doppelte Nutzlast. Diese Entwicklung ist jetzt weitgehend abgeschlossen. Am 11. Mai 2018 startete die erste Falcon 9 Block 5. Es soll die endgültige Version der Rakete sein bis zur Einführung der BFR. Vor dem Start gab Elon Musk eine Pressekonferenz mit weiteren Details.
Die neue Falcon 9 brachte erfolgreich den Satelliten Bangabandhu-1(öffnet im neuen Fenster) in den Orbit. Es ist der erste Satellit, der für Bangladesh gestartet und nach dem Ehrentitel von Sheikh Mujibur Rahman, dem Nationalhelden und ersten Premierminister von Bangladesh benannt wurde. Ungewöhnlich war, dass im Rahmen des Livestreams von SpaceX eine Ansprache von Sheikh Hasina ausgesendet wurde, der aktuellen Premierministerin Bangladeschs und Tochter von Sheikh Mujibur Rahma.
Ursprünglich war der Start für den Nationalfeiertag am 16. Dezember vorgesehen, an dem gefeiert wird, dass Pakistan 1971 den Kampf im Unabhängigkeitskrieg gegen Bangladesch aufgab. Das Datum konnte aber mit der ursprünglich gewählten Ariane 5 nicht eingehalten werden. Der Grund war ein Generalstreik gegen die schlechten Lebensbedingungen(öffnet im neuen Fenster) der nicht-europäischen Bevölkerung im Überseedepartement Französisch Guayana. Daraufhin wechselte der Satellit zu SpaceX als Startanbieter.
Während die Raketentriebwerke weiter verbessert wurden - sie haben 8 Prozent mehr Schub und sind etwas effizienter - war das Ziel der Entwicklung vor allem eine schnellere und billigere Wiederverwendung. Anvisiert wird eine Flugpause von lediglich 24 Stunden, die sich auf das Auftanken, die Befestigung einer neuen Oberstufe und der Nutzlast beschränkt. Erst nach 10 Flügen wird eine Generalüberholung fällig. Die erste Rakete wird aber direkt nach der Landung zerlegt werden, um zu überprüfen, ob die Konstruktion wie geplant funktioniert hat.
Einige der Verbesserungen an der Rakete sind offensichtlich, andere liegen im Detail. Auffallend sind die schwarzen Landebeine und die Interstage, die Verbindungsstruktur zwischen erster und zweiter Stufe. Sie wurden mit einem neuen Hitzeschutz versehen, der nicht mehr lackiert werden muss. Zuvor wurde zur Isolierung Kork benutzt, der mit Farbe vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden musste.
Schrauben sind leichter zu kontrollieren als Schweißnähte
Größere Änderungen gab es am unteren Teil der Rakete. Das Octaweb, die Struktur an der die neun Triebwerke der ersten Stufe montiert werden, ist nicht mehr verschweißt, sondern nur noch verschraubt. Durch den Wechsel soll die aufwendige Inspektion der Schweißnähte wegfallen. Ebenfalls neu konstruiert wurde der Hitzeschild am Rand der unteren Stufe, wo beim Überschallflug durch die Atmosphäre die Schockwelle der Luft mit dem Material der Rakete direkt in Berührung kommt. Die Triebwerke selbst werden durch die vor ihnen aufgestaute Luft geschützt.
Der neue Hitzeschild besteht aus Titan und wird bei der Landung aktiv mit Wasser gekühlt, um höhere Wiedereintrittsgeschwindigkeiten zu erlauben. Auch die schon früher getesteten größeren Gitterflossen zur Steuerung bestehen aus Titan. Zuvor wurden sie aus Aluminium gebaut, das beim Wiedereintritt in die Atmosphäre teilweise verbrannte. Die Titanflossen sollen hingegen Temperaturen von rund 1000 Grad Celsius problemlos aushalten können. Hinzu sollen viele kleinere Änderungen kommen, die entweder die Haltbarkeit verbessern oder automatische Kontrollen ohne Demontage der Rakete möglich machen.
Musk macht detaillierte Angaben zu den Kosten
Relativ detailliert äußerte sich Elon Musk zu den Kosten der Rakete. Demnach macht die erste Stufe rund 60 Prozent der Kosten aus, 20 Prozent entfallen auf die Oberstufe, je 10 Prozent auf die Nutzlastverkleidung und die restlichen Kosten für den Start. Zur Zeit bietet SpaceX den Start einer neuen Falcon 9 Rakete für 62 Millionen US-Dollar an. Starts mit gebrauchten Stufen - SpaceX nennt sie flugerprobte Stufen - werden für 50 Millionen US-Dollar angeboten.
Derzeit wird nur die erste Stufe wiederverwendet. Es laufen auch Tests zur kontrollierten Landung und Wiederverwendung der Nutzlastverkleidung. Auch die Startkosten sollen noch weiter optimiert werden. Nach Musks Angaben ist der einzige nicht reduzierbare Anteil dieser Kosten der Treibstoff, der etwa 400.000 US-Dollar pro Start kostet. Die Preise von SpaceX sollen trotzdem nur langsam sinken, da SpaceX Geld für die Entwicklung der neuen Schwerlastrakete BFR und den Aufbau der Starlink Satellitenkonstellation benötigt.
Er hofft auch darauf, dass sich in Zukunft die Einstellung gegenüber der Wiederverwendung ändert. Während derzeit ein Flug mit einer Raketenstufe, die schon einmal geflogen ist, als unsicher erscheint, könnte später einmal der Flug mit einer Stufe, die noch nie geflogen ist, unsicher erscheinen, ähnlich wie der erste Testflug eines Flugzeugs. Dabei sieht Musk die Ankündigung von billigeren Raketen durch andere Firmen und Raumfahrtagenturen gelassen und lobt sie sogar als großen Fortschritt für die Raumfahrt.
Die Wiederverwendung der Oberstufe wird untersucht
Der einzige nicht wiederverwendbare Teil der Falcon 9 ist die Oberstufe. Sie soll in Zukunft mit Sensoren und Sendern ausgestattet werden, um sie beim Wiedereintritt beobachten zu können. Das ist schwierig, weil die zweite Stufe beim Wiedereintritt wie ein Meteor von einer Plasmahülle aus heißer Luft umgeben ist, die eine direkte Funkverbindung unmöglich macht. SpaceX hofft aber, durch die Lücke im Plasma hinter der Raketenstufe eine Funkverbindung mit Satelliten herstellen zu können.
Anschließend sollen die Oberstufen stufenweise mit verbessertem Hitzeschutz ausgestattet werden. Für Elon Musk ist dabei sicher, dass die Oberstufe prinzipiell wiederverwendbar gemacht werden kann. Fraglich ist aber, ob die Wiederverwendung durch den damit verbundenen Verlust von Nutzlast noch lohnenswert ist. Das Testprogramm soll die Frage beantworten, was der leichtestmögliche Hitzeschutz ist, mit dem die Stufe den Wiedereintritt gerade noch übersteht. Außerdem wird das Programm wohl wichtige Daten für den Bau des BFR-Raumschiffs liefern.
Im Verlauf des Interviews betonte Elon Musk, dass es 16 Jahre Arbeit und viele kleine Änderungen brauchte, um die Falcon 9 an den Punkt zu bringen, an dem sie mit minimalem Aufwand wiederverwendbar sein kann. Es sei "crazy hard" gewesen. Später fügte er hinzu, dass SpaceX wohl schon vor vielen Jahren die Entwicklung hätte einstellen und einen großen Teil des Weltmarktes gewinnen können. Aber das sei nicht das Ziel gewesen, sondern die Besiedelung des Sonnensystems.
Die gestern geflogene Rakete wird wegen der Demontage der Rakete wohl nicht die erste wiederverwendete Falcon 9 Block 5 sein, sie wird mehrere Monate am Boden verbleiben. Bis Ende des Jahres sollen die ersten Block-5-Raketen aber bereits drei oder vier Flüge absolviert haben. Nächstes Jahr soll die erste Rakete den kompletten Zyklus von 10 Flügen durchlaufen haben und auch der erste Neustart innerhalb von 24 Stunden demonstriert werden.
Insgesamt rechnet SpaceX mit einem weiteren Bedarf von rund 300 Flügen der Falcon 9. Dafür sollen 30 bis 50 erste Stufen des Block 5 gebaut werden, abhängig davon, wieviele Kunden auf die Verwendung einer neuen Rakete bestehen.