SpaceX: Wie das Starship den Kampf gegen die Physik verliert
Inhalt
- SpaceX: Wie das Starship den Kampf gegen die Physik verliert
- Die Raketengleichung
- Wie der Traum vom Starship platzte
- Was wiegt ein Starship?
- Das Starship scheitert als System
- Auch die Super Heavy ist verdammt schwer
- Ein plausibles Modell der technischen Daten des Starship
- Ein viel kleineres Starship hätte über 100 Tonnen Nutzlast
- Eine gute Super Heavy ist wichtiger als ein besseres Starship
Inzwischen fliegt die dritte Generation des Starship von SpaceX. Die erste Generation sollte eine Nutzlast von 150 Tonnen in einen Erdorbit befördern können. Aber der einzige Flug mit Nutzlast brachte nur eine Plüschbanane in den Indischen Ozean.
Die vergrößerte zweite Generation wurde mit einer Nutzlast von 100 Tonnen angekündigt, explodierte häufig, flog nie in einen Orbit, aber einmal mit acht Satellitenattrappen zum Indischen Ozean. Heute schreibt SpaceX, die erste Generation habe 15 Tonnen Nutzlast gehabt und die zweite Generation 35 Tonnen. Die dritte Generation? Die soll 100 Tonnen Nutzlast haben.
Das sind keine Fehler. Das hat Methode. Die Menschheit betreibt seit fast 70 Jahren aktive Raumfahrt. Die dafür grundlegende Mathematik, die Raketengleichung, wurde 1903 aus einfacher Physik hergeleitet. Im selben Jahr, als die ersten Flugzeuge flogen, waren die wichtigsten Fragen über Flüge in den Weltraum bereits geklärt. Wer die Nutzlast vom Starship, zumindest innerhalb gewisser Grenzen, kennen will, muss sie selbst berechnen. Denn auf Nutzlastangaben von SpaceX ist längst kein Verlass mehr.
Die Falcon 9 war vorbildhaft
Die Rechnung zeigt deutlich, dass SpaceX in den 2020er Jahren nichts mehr mit der Firma zu tun hat, die einst mit der Falcon 9 die Raumfahrt revolutionierte. Die 2002 gegründete Firma SpaceX zeigt seit 2010 mit der Falcon 9, wie gut konstruierte Raketen selbst mit sehr einfacher Triebwerkstechnik zu hervorragenden Leistungen in der Lage sind und auch mit Wiederverwendung der ersten Stufe nur wenig Leistung einbüßen.
Es ist eine vorbildhafte Rakete, die demonstriert, was möglich ist, wenn die Grundlagen der Raketenwissenschaft von Ingenieuren ernstgenommen werden dürfen – statt wie bei Ariane 6, SLS und Spaceshuttle den Vorgaben fachfremder Regierungsvertreter oder Chefetagen folgen zu müssen. Kritisch war für die Falcon 9 vor allem die Einhaltung eines optimalen Stufenverhältnisses entsprechend der Raketengleichung(öffnet im neuen Fenster), von dem sich das Starship nun weit entfernt hat.
Am Starship wurde seit 2016 aktiv gearbeitet. Das neue Raptor-Triebwerk wurde vorgestellt und es ist Hightech: leicht, schubstark und effizient. Es soll schneller und besser wiederverwendbar sein als das Merlin 1D und seit 2019 fliegt es zumindest mit Prototypen von Raketenstufen des neuen Starships.
Das Starship ist ganz objektiv wirklich schlecht
Beim letzten Flug hatte das Starship 20 Satelliten an Bord, zwei weniger als die 37,5 Tonnen Nutzlast beim Flug davor. Es wurde damit relativ zur Startrampe auf 26.500 km/h beschleunigt und hat keinen Orbit erreicht – dafür waren es 500 km/h zu wenig. Wäre das Starship nicht direkt in Richtung der Erdrotation geflogen, sondern so wie die Starlink-Mission am Tag davor, hätte es eine Geschwindigkeit von 28.500 km/h, fast 100 km mehr Flughöhe und eine zusätzliche Beschleunigung quer zur Flugrichtung zum Ausgleich der Erdrotation benötigt. Dafür fehlten über 40 Tonnen Treibstoff.
Selbst das Spaceshuttle hatte mit 27,5 Tonnen Nutzlast im Vergleich zu dessen Startgewicht von nur 2.000 Tonnen fast die doppelte Nutzlast des beim Start etwa dreimal so schweren Starship – und es brachte nebenbei noch sieben Astronauten mit allen Lebenserhaltungssystemen in den Orbit. Das Starship ist, ganz objektiv, wirklich schlecht. Die Frage ist: Warum?
SpaceX muss das Problem seit Jahren kennen
Intern muss bei SpaceX schon 2020 längst absehbar und leicht berechenbar gewesen sein, dass das Starship weniger leistet, als die Präsentationen zeigten. Heute sollte jedoch für alle offensichtlich sein, dass etwas gründlich schiefgelaufen ist, wenn eine Rakete mit mehr als der zehnfachen Startmasse einer Falcon 9 und stark verbesserten Hightech-Triebwerken bestensfalls die doppelte Nutzlast ihres kleinen Vorgängers transportiert.
Für SpaceX waren, aus der Erfahrung mit den Prototypen, das Gewicht aller Bauteile des Starships, die Größe der Treibstofftanks und die Leistungsdaten der Triebwerke mit geringen Unsicherheiten bekannt. Die Zahlen können von außen zwar nur abgeschätzt, aber dennoch sinnvoll eingegrenzt werden. Die Berechnung der möglichen Nutzlast und die Einsicht in die Probleme ist dann nur noch Raketenwissenschaft und kann seit 1903 mit Logarithmentafeln und Rechenschiebern berechnet werden. Ich empfehle Taschenrechner und Notizblock.
Es folgt eine Erklärung der Raketengleichung, die Grundlage aller Raketenwissenschaft, und anschließend die Beschreibung der daraus folgenden Leistungsgrenzen des Starships und der Super Heavy aus den bekannten Zahlen und Beobachtungen. Sie werden zeigen, dass das Starship ein großes Gewichtsproblem hat.
Anschließend wird mit diesem Wissen gezeigt, dass trotzdem über 100 Tonnen Nutzlast mit der gleichen Konstruktionstechnik des Starships von SpaceX mit voller Wiederverwendung, weniger Aufwand und geringeren Kosten möglich wären.
- SpaceX: Wie das Starship den Kampf gegen die Physik verliert
- Die Raketengleichung
- Wie der Traum vom Starship platzte
- Was wiegt ein Starship?
- Das Starship scheitert als System
- Auch die Super Heavy ist verdammt schwer
- Ein plausibles Modell der technischen Daten des Starship
- Ein viel kleineres Starship hätte über 100 Tonnen Nutzlast
- Eine gute Super Heavy ist wichtiger als ein besseres Starship
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