Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/raumfahrt-mit-dieser-rakete-will-blue-origin-besser-als-spacex-sein-1703-126649.html    Veröffentlicht: 10.03.2017 14:32    Kurz-URL: https://glm.io/126649

Raumfahrt

Mit dieser Rakete will Blue Origin besser als SpaceX sein

Neue Details zur New-Glenn-Rakete zeigen, wie der Amazon-Gründer Jeff Bezos der Falcon 9 von Elon Musk Konkurrenz machen will.

Die New Glenn soll die erste Rakete von Blue Origin sein und damit den Falcon-Raketen von SpaceX Konkurrenz machen. Mit ihr will Blue Origin erstmals Satelliten und Raumschiffe in den Erdorbit und darüber hinaus befördern. Jetzt hat das Unternehmen erste Leistungsdaten veröffentlicht. Obwohl sie wiederverwendbar ist, soll sie die Leistung der nächsten Generation von Einwegraketen wie Vulcan und Ariane 6 übertreffen. Nur die chinesische Rakete Langer Marsch 5 wird ähnlich leistungsfähig sein.

Wie die Falcon 9 soll auch die New Glenn eine wiederverwendbare erste Stufe haben. Die zweistufige Variante der Rakete soll etwa 13 Tonnen Nutzlast in den Übergangsorbit für Geostationäre Satelliten (GTO) und 45 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit (LEO) bringen können. Damit liegt sie knapp unter der GTO-Nutzlast einer wiederverwendbaren Falcon Heavy, aber über der Nutzlast zum LEO. Eine wasserstoffbetriebene dritte Stufe ist in Planung. Abhängig von technischen Details könnte sie die Nutzlast zum GTO nochmals um 50 Prozent erhöhen, aber Leistungsdaten wurden dafür noch nicht veröffentlicht.

Stummelflügel für leichtere Landungen

Die Unterschiede zeigen sich schon im Aufbau der Rakete und dem Landemanöver. Anders als in den früheren Konzeptzeichnungen hat die New Glenn jetzt zwei Stummelflügel als Tragflächen am Rumpf der ersten Raketenstufe, zusätzlich zu den Ruderflossen am oberen Ende der Stufe. Sie werden ihr zwar nicht erlauben, elegant wie ein Flugzeug zu landen, aber sie erzeugen bei der Rückkehr zur Erde einen gewissen Auftrieb. Durch den Auftrieb dringt die Stufe langsamer in die dichteren Atmosphärenschichten ein und wird durch die Luftreibung langsamer abgebremst.

Obwohl die erste Stufe nur einen Bruchteil der Geschwindigkeiten eines Raumschiffs im Orbit erreicht, ist die thermische Belastung sehr groß. Je länger das Bremsmanöver dauert, desto kleiner wird die Belastung. Einige der Falcon-9-Raketen trugen durch die höheren Wiedereintrittsgeschwindigkeiten bei schweren Nutzlasten deutliche Schäden davon.

Blue Origin hofft, durch die Flügel auf das erste Bremsmanöver mit den Raketentriebwerken der Falcon 9 verzichten zu können, das große Mengen an Treibstoff verbraucht. Nach dem Wiedereintritt soll die Raketenstufe ganz ähnlich wie die Falcon 9 auf einem Schiff im Ozean landen. Blue Origin hatte schon früher versucht, sich dieses Verfahren patentieren zu lassen, scheiterte damit aber 2015 vor Gericht.

Ein neues Triebwerk

Das Herzstück der Rakete ist das methanbetriebene BE-4-Triebwerk. Die erste Stufe hat sieben dieser Triebwerke. Die zweite Stufe wird von einer Variante des gleichen Triebwerks angetrieben, die für den Betrieb im Vakuum optimiert ist. Inzwischen hat Blue Origin das erste dieser Triebwerke fertiggestellt. Die Triebwerke sind deutlich effizienter als die kerosinbetriebenen Merlin-1D-Triebwerke von SpaceX.

Der Treibstoff trägt nur einen kleinen Teil zur verbesserten Effizienz bei. Der Hauptgrund liegt an einem Verfahren, bei dem die Abgase der Treibstoffpumpen in die Brennkammer geleitet werden. Diese Pumpen werden von äußerst leistungsstarken, aber wenig effizienten Turbinen angetrieben. Das Abgas hat nach der Verbrennung noch einen sehr hohen Anteil an unverbranntem Sauerstoff und kann dadurch bis etwa 10 Prozent des gesamten Treibstoffbedarfs des Raketentriebwerks ausmachen. Das klingt einfacher, als es ist.

Ein Triebwerk ist schon explodiert

Die Technik, das sauerstoffreiche Abgas in die Brennkammer zu leiten, ist schwerig zu beherrschen, und tatsächlich ist zumindest eines der Triebwerke schon auf dem Teststand explodiert. Einer der Gründe ist, dass das heiße, sauerstoffreiche Abgas äußerst korrosiv ist. Ohne den Sauerstoff im Abgas würde sich aber Ruß bilden, der die feinen Treibstoffleitungen und Einspritzdüsen in der Brennkammer verstopfen würde. Nur mit Treibstoffen ohne Kohlenstoff kann der Sauerstoffanteil vermieden werden, wie etwa mit reinem Wasserstoff. Aber der muss extrem kalt sein und hat wegen der geringen Dichte ein großes Volumen, was der maßgebliche Faktor für die nötige Pumpleistung ist. Wasserstoff, wie in den Triebwerken des Spaceshuttles, macht die gesamte Technik viel aufwendiger und teurer.

Die Technik mit sauerstoffreichem Abgas wird aber seit einem halben Jahrhundert erfolgreich in russischen Triebwerken angewendet. In den USA wurde sie bisher aber nie zur Serienreife entwickelt. Den ersten Einsatz soll das BE-4 auch nicht in einer New-Glenn-Rakete haben. Stattdessen sollen 2019 zwei BE-4-Triebwerke in einer Vulcan-Rakete der United Launcher Alliance (ULA) verbaut werden, als Ersatz für das russische RD-180-Triebwerk, von dem die ULA bisher abhängig ist.

Das BE-4-Triebwerk wird von Blue Origin sehr konservativ ausgelegt. Der Brennkammerdruck ist mit 134 bar nur etwas höher als beim Merlin-1D-Triebwerk von SpaceX und nur halb so groß wie beim RD-180. Das lässt einiges Potenzial zur Leistungssteigerung offen und verschlechtert das Schub-Gewicht-Verhältnis des Triebwerks, sorgt aber auch für bessere Haltbarkeit. Die Triebwerke der wiederverwendbaren Rakete sollen 100 Flüge absolvieren können. Anders als die Falcon-9-Rakete, die auch mit den letzten Verbesserungen nur zehn Flüge schaffen soll. Aber nicht nur die Triebwerke der New Glenn sind von Anfang an auf Wiederverwendung optimiert.

Die Rakete hat erste Kunden, aber noch keine Preise

Über Preise hat Blue Origin bisher noch nicht gesprochen. Jeff Bezos versicherte lediglich, dass sie durch die Wiederverwendung deutlich sinken werden. Sie scheinen jedenfalls konkurrenzfähig zu sein. Denn sowohl Eutelsat als auch Oneweb haben sich schon erste Starts mit der Rakete in den Jahren 2021 und 2022 gesichert. Darunter sind 400 Satelliten für Oneweb, fünf Starts mit jeweils 80 Satelliten.

Es muss sich zeigen, ob die New Glenn tatsächlich zur Konkurrenz von SpaceX wird. Auch wenn die ersten Triebwerke schon fertig sind, existiert die New Glenn immer noch nur auf dem Papier. Bis 2021 die ersten Satelliten gestartet werden sollen, wird SpaceX einen noch größeren Erfahrungsvorsprung im Bau und Betrieb von Raketen haben. Außerdem steht die Entwicklung bei SpaceX nicht still. Die Falcon 9 wird ständig verbessert und ein besseres Triebwerk für neue Raketen ist auch schon in Arbeit.

Das neue Raptor-Triebwerk verwendet ein noch effizienteres Verfahren zum Betrieb der Pumpen, bei dem die gesamte Masse des Treibstoffs die Turbinen antreibt. Es erreicht damit einen viel höheren Brennkammerdruck von 300 bar, was sowohl den Schub als auch die Verbrennungstemperatur erhöht und damit die Treibstoffeffizienz des Triebwerks. Bisher soll es offiziell nur in der Trägerrakete für das Marsraumschiff ITS zum Einsatz kommen, aber möglicherweise hat SpaceX auch noch andere Pläne damit. In jedem Fall muss SpaceX in den nächsten fünf Jahren mit mehr Konkurrenz rechnen.  (fwp)


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