Eine gute Super Heavy ist wichtiger als ein besseres Starship
Die viel leichtere Raptor 4 hat im Vergleich zum Starship außerdem den Vorteil, dass auch in die für Starlink wichtigen Orbits mit 53° Inklination mehr Nutzlast verbleibt. Es wären knapp 90 Tonnen Nutzlast und in niedrige polare Orbits, die das aktuelle Starship kaum erreichen kann, bleibt mit über 65 Tonnen noch mehr als die halbe Nutzlast erhalten. Besser wäre allerdings, wenn die Raketenstufe im Orbit deutlich leichter als die Nutzlast wäre.
Die kleinere Raptor 4 wäre wegen ihrer Größe billiger in der Herstellung und in der Wartung als das Starship. Sie hätte nur vier statt sechs Triebwerke, kleinere Flügel und auch viel weniger Hitzeschutzkacheln. Außerdem hätte die Raptor 33 mit einer nicht wiederverwendbaren Oberstufe, mit einem Leergewicht von 40 Tonnen (das Zehnfache der Falcon 9, bei knapp zehnfacher Treibstoffkapazität) eine Nutzlastkapazität von 230 Tonnen in den niedrigen Erdorbit und über 50 Tonnen zum Mars.
Ein noch kleineres Starship wäre noch besser
Insofern die Raptor 33 ohne größere Abweichungen von den eingeplanten 300 Tonnen Leergewicht den Wiedereintritt mit 5.300 km/h übersteht, wäre sogar eine Stufentrennung bei 12.000 km/h sinnvoll – trotz zusätzlichem Treibstoff zum Abbremsen der ersten Stufe. Die Oberstufe ist dann im Verhältnis wesentlich kleiner als bei der Falcon 9. Sie ist nur noch eine Raptor 3 mit 942 Tonnen Gesamtmasse. Davon kommen 231 Tonnen im Orbit an, mit 711 Tonnen Treibstoffverbrauch aus dem großen Tank.
Die Raptor 3 hätte weniger als die halbe Größe des aktuellen Starship, eine rechnerische Masse von 111 Tonnen im Orbit (inklusive Treibstoff für die Landung) und 120 Tonnen Nutzlast. Sie wäre damit nochmals viel kleiner und billiger, auch wenn sie vermutlich kleinere Triebwerke für die Landung benötigen würde, die SpaceX für Landungen auf dem Mond und dem Mars wegen deren geringer Anziehungskraft aber ohnehin braucht.
Die Nutzlast wiegt endlich mehr als die wiederverwendbare Raketenstufe, mit der sie gestartet wurde. Die vollgetankt 4.908 Tonnen schwere erste Stufe braucht rund 300 Tonnen Treibstoff für das Brems- und Landemanöver, um genauso schnell wie die Falcon 9 in die Atmosphäre einzudringen.
Die Annahme von 300 Tonnen für die Leermasse der ersten Stufe, die nun 35 Prozent größer ist, kann durchaus hinterfragt werden. Doch selbst wenn die erste Stufe nun leer 400 Tonnen wöge und damit auch über 400 Tonnen Treibstoff bis zur Landung bräuchte, blieben 742 Tonnen für eine nun nochmals kleinere Oberstufe mit 560 Tonnen Treibstoff (nur noch ein Drittel der Treibstoffmenge vom Starship!), 182 Tonnen Masse im Orbit und davon 94 Tonnen Nutzlast übrig.
Die erste Stufe hat noch viel mehr Potenzial
Das 12.000-km/h-Beispiel zeigt aber auch, dass die erste Stufe hunderte Tonnen Masse an Treibstoff braucht, die potenziell eingespart werden und direkt dem Starship zugutekommen könnten. Hier gibt es noch viel technisches Verbesserungspotenzial.
Sie könnte insbesondere durch besseren Hitzeschutz beim Wiedereintritt auf das Bremsmanöver ganz oder teilweise verzichten. Auch kleine Flügel an der Raptor 33 könnten mit etwas Auftrieb den Flug durch die Atmosphäre verlängern, so dass die kinetische Energie der Raketenstufe über längere Zeit mit geringerer Belastung abgebaut werden kann.
Aber gleichzeitig wird deutlich, dass mit einer gut optimierten Rakete selbst große Abweichungen im geplanten Gewicht einzelner Teile nur begrenzte Auswirkungen auf die Nutzlast haben. Je mehr Beschleunigungsarbeit eine Raketenstufe leisten muss, desto schwerer wird sie – exponentiell mit der Geschwindigkeit.
Das derzeitige Starship wird physikalisch überfordert. Exponentialfunktionen machen auch für den reichsten Menschen der Welt keine Ausnahmen.
Die Physik zeigt auch, dass die Probleme der Wiederverwendung und des Wiedereintritts von Raketenstufen mit ihrer geometrischen Größe wachsen. Das Volumen und das Gewicht der Stufen wächst mit der dritten Potenz der Abmessung, die Oberfläche aber nur mit dem Quadrat.
Dadurch wird jeder Teil der Raketenstufen beim Wiedereintritt umso stärker belastet. Mit dem Bau einer kleineren Rakete, wie vielleicht einer Raptor 9 oder Raptor 11, wären viele aktuelle Probleme des Starships wohl schon gelöst.
Starship ist technisch undurchdacht und amateurhaft geplant
Elon Musk als verantwortlicher Chefingenieur und Firmeninhaber unterschätzte die physikalische und wirtschaftliche Rolle der ersten Raketenstufe sowie ihr Entwicklungspotenzial vollkommen – und auch, wie wichtig die Optimierung des Stufenverhältnisses bei wiederverwendbaren Raketen und Raumschiffen ist. Selbst wenn das aktuelle Starship durch technische Verbesserungen doch noch größere Nutzlasten tragen wird, wäre es mit optimierter Stufenaufteilung zu geringeren Kosten nochmals deutlich mehr.
Ein großer Fehler ist auch die Idee, dass die Nutzlast pro Flug keine große Rolle mehr spielt, wenn eine Rakete vollständig wiederverwendbar ist. Denn was ist billiger: ein Flug eines Starship, bei dem eine Raketenstufe mit einem vollständig wiederverwendbaren Schiff zurückgebracht wird – oder zwei Flüge eines doppelt so großen Starship mit der halben Nutzlast? Ist ein zusätzlicher Flug einer kompletten Rakete in den Erdorbit wirklich billiger als der Rücktransport einer Raketenstufe mit einem Schiff über das Meer?
Das Starship ist technisch undurchdacht und amateurhaft geplant. Die Grundlagen seiner Wirtschaftlichkeit und orbitaler Raketen allgemein werden in einem weiteren Artikel betrachtet.
Frank Wunderlich-Pfeiffer verfolgt die Entwicklung der Raumfahrt seit 2006 und SpaceX bereits vor dem Livestream des zweiten Starts der Falcon 1 im Jahr 2007. Damals wurde offensichtlich, dass die restliche Raumfahrt dieser Zeit noch immer in großen Teilen aus Technik der 1960er und 1970er Jahre bestand und selbst diese Technik nicht optimal nutzte. Mit SpaceX schien sich damals das Tor zu einer neuen, pragmatisch orientierten Zukunft der Raumfahrt zu öffnen, das sich nun hoffentlich nicht wieder schließen wird.
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