Zusammenfassung:
Heute früh hat SpaceX wieder einmal eine Szene inszeniert, die eines Science-Fiction-Films würdig wäre. Nach mehr als 22 Stunden Raumflug und 14 Erdumrundungen trat ein riesiges, etwa 52 Meter hohes Raumschiff wieder in die Atmosphäre ein und flog zurück zur Starship Base in Texas, USA. Nicht weit vom Boden entfernt zündete das Raumschiff den Motor erneut, vollendete die letzte Drehung und Verzögerung und gelangte präzise zwischen die beiden riesigen mechanischen Arme des Startturms. Dann wurde der Motor abgeschaltet und der Roboterarm fing das Raumschiff stabil auf.
Dies ist das erste Mal, dass Menschen erfolgreich einen Roboterarm eines Startturms einsetzen, um ein aus der Erdumlaufbahn zurückkehrendes Raumschiff einzufangen. Es bedeutet auch, dass SpaceX einem vollständig wiederverwendbaren Orbitaltransportsystem einen großen Schritt näher kommt.
Vor dem Start sagte Musk auf X, dass SpaceX versuchen werde, den superschweren Trägerraketen und die Oberstufe des Raumschiffs gleichzeitig zu erobern. Gelingt beides, würde dies die erste vollständige Rückkehr aller wichtigen Flugsegmente einer Orbitalrakete zur Erde bedeuten.
Er nannte es „den entscheidenden Durchbruch, der nötig ist, um das Leben zu einer multiplanetaren Spezies zu machen.“
Allerdings erreichte SpaceX dieses Mal nicht die erwartete „doppelte Erholung“. Der Super Heavy-Träger erlebte bei seiner Rückkehr eine Anomalie und stürzte schließlich in den Golf von Mexiko. Was wirklich Geschichte schrieb, war die Oberstufe des Raumschiffs.
Aus dem Weltraum zurückkehren und von „Essstäbchen“ gefangen werden
Wie schwierig ist es?
Im letzten Jahrzehnt oder so hat SpaceX mit Falcon 9 bewiesen, dass Raketen nicht nur einmal verwendet werden können.
Nach dem Start kann der Booster der ersten Stufe von Falcon 9 erneut zünden, abbremsen und vertikal landen und dann nach Inspektion und Überholung seine Mission wieder aufnehmen. Diese Technologie verändert die Kostenstruktur der kommerziellen Raumfahrt erheblich.
Aber Falcon 9 hat immer eine Einschränkung: Die Rakete der zweiten Stufe kann nicht geborgen werden.
Das Raumschiff von SpaceX hofft, diese Wiederverwendbarkeit auf das gesamte Startsystem auszudehnen.
Das komplette Raumschiffsystem ist etwa 124 Meter hoch und besteht aus einem superschweren Booster, der unten mit 33 Raptor-Triebwerken ausgestattet ist, und einem Raumschiff oben.
Dem Design zufolge ist der superschwere Booster dafür verantwortlich, das Raumschiff in den Weltraum zu schicken und dann zum Startplatz zurückzukehren. Das Raumschiff beschleunigt weiter in die Umlaufbahn, setzt Satelliten aus oder führt andere Aufgaben aus und kehrt schließlich zur Erde zurück.
Beide Teile können wiederverwendet werden, sodass sich der Raumtransport schrittweise dem Betriebsmodus der Zivilluftfahrt annähern kann.
Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass die Rückkehr eines Raumfahrzeugs aus dem Weltraum viel komplizierter ist als die Bergung eines Boosters der ersten Stufe.
Der Booster der ersten Stufe trennte sich mit relativ geringer Geschwindigkeit und erlebte einen relativ kurzen Rückkehrvorgang. Das Raumschiff fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 7,8 Kilometern pro Sekunde in die erdnahe Umlaufbahn. Damit ein solcher Gigant sicher zurückkehren kann, müssen eine Reihe von Problemen wie Hochgeschwindigkeits-Wiedereintritt, thermischer Schutz, Lagekontrolle und präzise Landung gleichzeitig gelöst werden.
Das Schwierigste ist der Wärmeschutz.
Wenn das Raumschiff mit Umlaufgeschwindigkeit wieder in die Atmosphäre eintritt, wird die Luft vor ihm stark komprimiert und es entsteht ein Luftstrom mit extrem hoher Temperatur. Das Raumschiff ist auf Tausende von Isolierkacheln angewiesen, die die Luvseite abdecken, um den Raketenkörper aus rostfreiem Stahl vor Schäden durch hohe Temperaturen zu schützen.
Diese Isolierkacheln müssen nicht nur den starken Vibrationen beim Start standhalten, sondern auch der Weltraumumgebung und dem Hochgeschwindigkeits-Wiedereintritt standhalten und so intakt wie möglich bleiben.
Bei früheren Testflügen hat SpaceX die Zuverlässigkeit von Isolierkacheln getestet und sogar die Initiative ergriffen, einige Kacheln zu entfernen, um die Leistung lokaler Bereiche bei extrem hohen Temperaturen zu beobachten.
Für diesen 15. Testflug hat SpaceX die Befestigungsmethode der Isolierfliesen weiter verbessert und ein neues gebogenes Isolierfliesendesign eingeführt, um die lokale Erwärmung zwischen den Lücken zwischen den Fliesen zu reduzieren.
Interessanterweise hat das Raumschiff dieses Mal auch 26 Starlink-V3-Satelliten eingesetzt, von denen einige mit speziellen Kameras ausgestattet sind, um den Status des Hitzeschilds des Raumschiffs von außen zu überprüfen.
Mit anderen Worten: Die vom Raumschiff ins All geschickten Satelliten müssen wiederum dabei helfen, zu überprüfen, ob das Raumschiff sicher zurückkehren kann.
Nachdem wir die gefährlichste Wiedereintrittsphase überstanden haben, hat gerade eine weitere extreme Operation begonnen.
Das Raumschiff landet nicht immer mit nach unten zeigendem Heck wie eine herkömmliche Rakete. Es wird zunächst in einer Fluglage sinken, bei der der Bauch ungefähr dem Wind zugewandt ist, wobei sein riesiger Rumpf den Luftwiderstand erhöht, und gleichzeitig seine Fluglage und Flugbahn durch vier vordere und hintere Klappen anpassen.
Dieser Stil wird Bauchflop genannt.
Wenn sich das Raumschiff dem Boden nähert, wird das Raptor-Triebwerk erneut gezündet und der Schub wird genutzt, um den Schiffskörper schnell in eine vertikale Lage zu bringen. Anschließend passt es kontinuierlich Schub und Position an und gelangt schließlich zwischen die beiden Roboterarme des Startturms.
Das ist die „Rakete mit Stäbchen“, die der Außenwelt bekannt ist.
Es klingt wie eine schwierige Akrobatik, aber hinter den Kulissen erfordert es die koordinierte Arbeit mehrerer Systeme wie Triebwerksschubsteuerung, Navigation und Positionierung, Lageanpassung und Roboterarmsteuerung.
Warum müssen Sie diesen scheinbar riskanten Ansatz wählen? Die Gründe sind Gewicht und Effizienz.
Herkömmliche Landebeine erhöhen die Strukturmasse der Rakete selbst und beeinträchtigen die Tragfähigkeit. Wenn es bodengestützten Starttürmen ermöglicht wird, Unterstützungs- und Einfangaufgaben zu übernehmen, können die zusätzlichen Strukturen, die das Raumschiff tragen muss, reduziert werden.
Was noch wichtiger ist, ist, dass das Raumschiff direkt zum Startturm zurückkehren kann, wodurch möglicherweise mühsame Schritte wie Bergung, Transport und erneutes Anheben auf See entfallen.
Das macht den Recyclingprozess natürlich auch gefährlicher. Wenn das Raumschiff in den letzten Sekunden stark abweicht, kann nicht nur das Raumschiff verloren gehen, sondern auch der teure Startturm beschädigt werden.
Daher hat SpaceX für diese Mission mehrere Statusprüfknoten eingerichtet und einen See-Backup-Plan reserviert. Nur wenn sowohl das Raumschiff als auch die Bodeneinrichtungen die Bedingungen erfüllen, wird die Erfassung durch den Roboterarm fortgesetzt.
Am Ende hat das Raumschiff den gesamten Prozess vom Orbitalflug über den Wiedereintritt in die Atmosphäre bis zur Eroberung des Startturms erfolgreich abgeschlossen.
SpaceX ist es bereits viele Male gelungen, den Super Heavy-Booster mit dem Roboterarm einzufangen, aber die Oberstufe, die aus dem Orbit zurückkehrte, wurde bis zu diesem Zeitpunkt nicht tatsächlich eingefangen.
Distanz vollständige Wiederverwendung
Es gibt noch ein paar letzte Level
Es ist erwähnenswert, dass beim selben Start der superschwere Trägerrakete einen Wiederherstellungsfehler erlitt.
Etwa 6 Minuten nach dem Start kam es beim Rückflug der Trägerrakete zu einer Anomalie, sodass die Bedingungen für die Rückkehr zum Startturm nicht erfüllt wurden. Das Flugkontrollsystem brach dann die Aufnahme ab und ermöglichte den Flug zu einem voreingestellten Gebiet im Golf von Mexiko.
Musk erklärte am
Er schlug zwei mögliche Verbesserungsrichtungen vor: die Verbesserung der Leistung und Konsistenz des Raptor-Triebwerks und die Anpassung des Motorabschaltzeitpunkts, um mehr Treibstoff zurückzuhalten. Die endgültige Ursache erfordert jedoch noch eine vollständige Analyse der Telemetriedaten.
Dies offenbart auch eine zentrale Herausforderung der vollständigen Wiederverwendung: Die Rakete muss die Trageffizienz maximieren und gleichzeitig genügend Treibstoff für die Rückkehr übrig lassen.
Wenn mehr Treibstoff übrig bleibt, kann die Nutzlast reduziert werden. Wenn zu wenig Treibstoff übrig bleibt, kann dies dazu führen, dass der Motor aufgrund von Schwankungen in der Motorleistung seine Regenerationsfähigkeit verliert.
Aber im Vergleich dazu ist die von der Raumschiff-Oberklasse dieses Mal verifizierte Technologie bahnbrechender.
SpaceX hat bereits bewiesen, dass die Erststufenrakete wiederverwendet werden kann. Das eigentliche Problem, das überwunden werden muss, besteht darin, dass die Oberstufe nach Abschluss der Orbitalmission unversehrt zurückkehren kann.
Natürlich sind erfolgreiches Recycling und vollständige Wiederverwendung immer noch zwei verschiedene Konzepte.
Als nächstes muss SpaceX noch beweisen, dass das geborgene Raumschiff wieder fliegen kann, die Isolierplatten mehreren Wiedereintritten bei hohen Temperaturen standhalten können, das Triebwerk und das Flugsteuerungssystem über eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit verfügen und der Prozess der Inspektion, Sanierung und des Nachfüllens von Treibstoff effizient genug ist.
Andernfalls wird es für das Raumschiff schwierig sein, wirklich einen Hochfrequenzbetrieb zu erreichen, selbst wenn es jedes Mal erfolgreich wiederhergestellt werden kann, wenn die Wartungskosten immer noch hoch sind und die Vorbereitungszeit noch lang ist.
Raumschiff-Recycling
Es sind nicht nur Weltraumstarts, die sich verändert haben
SpaceX hat versucht, eine Grundlogik der Luft- und Raumfahrtindustrie zu ändern: Wenn ein Flugzeug bei jedem Flug verschrottet werden muss, wie teuer wird der Lufttransport heute sein?
Die Rockets stehen seit langem vor ähnlichen Problemen.
Falcon 9 hat die Wirtschaftlichkeit der kommerziellen Raumfahrt durch Wiederverwendung auf erster Ebene verändert. Starship hofft, noch einen Schritt weiter zu gehen und das gesamte Liefersystem wiederverwendbar zu machen.
Wenn zukünftige Raumschiffe die Inspektion, Betankung und den Neustart in kürzerer Zeit abschließen können, können die Kosten für die Raketenherstellung auf mehr Aufgaben verteilt werden, und es wird erwartet, dass auch die Kosten für einen einzelnen Orbitaltransport weiter gesenkt werden.
Der direkteste Vorteil könnte das eigene Starlink-Netzwerk von SpaceX sein.
Zusätzlich zum Abschluss der Bergung wurden bei diesem Testflug auch 26 Starlink V3-Satelliten erfolgreich eingesetzt. Nach Angaben von SpaceX entspricht die von diesen Satelliten bereitgestellte Netzwerkkapazität in etwa der der zehn Startmissionen des Starlink V2 Mini-Satelliten von Falcon 9.
Sobald Raumschiffe in Zukunft Hochfrequenzbetrieb erreichen, wird SpaceX in der Lage sein, größere, leistungsstärkere Satelliten zu geringeren Transportkosten in die Umlaufbahn zu bringen.
Über Starlink hinaus erfordern Konzepte wie Weltraum-Rechenzentren, groß angelegte Orbitalinfrastruktur und Weltraumtransport auch starke, kostengünstige Transportkapazitäten.
Die weiteren Ziele sind der Mond und der Mars.
Die NASA hat Starship als eine der bemannten Mondlandesystemlösungen für das Artemis-Programm ausgewählt. Doch bevor die Mondlandemission tatsächlich durchgeführt werden kann, muss SpaceX auch technische Probleme wie den Treibstofftransfer im Orbit, die Lagerung kryogener Treibstoffe in großem Maßstab und den Weltraumflug lösen.
Das bedeutet, dass das Raumschiff zum ersten Mal von einem Roboterarm aufgenommen wurde, was noch lange nicht das Ende ist.
Vom ersten Gesamttestflug im Jahr 2023 über die erste Eroberung des superschweren Trägerraketen im Jahr 2024 bis hin zur erfolgreichen Abholung des Raumschiffs, das heute aus dem Orbit zurückkehrt, setzt SpaceX diese scheinbar verrückten technischen Ideen nach und nach in die Realität um.
Aber für die Zukunft, auf die Musk sich freut, könnte der eigentliche Wendepunkt noch bevorstehen.
Wenn dasselbe Raumschiff zum zweiten, dritten oder sogar noch mehr Mal ins All fliegen kann und wenn die Raketenbergung keine globale Neuigkeit in Wissenschaft und Technologie mehr ist, sondern zu einem täglichen Vorgang bei Weltraumstarts wird, ist SpaceX der Zukunft, die es erreichen möchte, wirklich nahe.
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