Das Senate Launch System

Neu im Lexikon US-Trägerraketen ist auch ein Eintrag über das Space Launch System (SLS), das aber auch gerne als „Senate Launch System“ verspottet wird. Denn seine Entstehungsgeschichte ist ein Unikum. Den NASA-Haushalt für 2011 bekam die NASA vom Senat nur bewilligt, wenn sie mit der Entwicklung dieses Gefährts beginnt, für das Mittel genehmigt wurden, die die NASA nicht beantragt hatte. (Sie bekam 1,9 Milliarden Dollar für die SLS, beantragte aber nur 1,5 Milliarden)

Ich mache mich mal an eine Beurteilung. Das kann man auf vielerlei Weise machen. Nehmen wir zuerst die technische Seite. Das SLS hat zuerst mal zwei Ausbaustufen, gerne Block I und Block II genannt. Block besteht aus zwei 5-Segment SRB und einer Zentralstufe mit 8,38 m Durchmesser und 4 RS-25 (SSME) Triebwerken. Wer ein De-Ja Vue Erlebnis hat, täuscht sich nicht, genauso so sahen auch die ersten Ares V Entwürfe aus, bevor man auf das RS-68 umstieg. Das ergibt maximale Synergien mit dem STS-Programm. 16 RS-25 sind noch im Inventory, die Stufe kann auf der Tanktechnologie des Shuttles aufbauen und auf derselben Straße produziert werden und drei Tests der 5-Segment SRB gab es schon , der erste Qualifikationstest steht dieses Jahr an.

Block II wird dann eine noch zu entwickelnde Oberstufe mit dem J-2X Triebwerk einsetzen, die etwas leichter als die der Ares V ist (234 zu 278 t). Dazu kommen neue Booster für die derzeit die Ausschreibung läuft. Mit neuen Boostern soll die Nutzlast auf 105 t steigen, mit Oberstufe auf 130 t. Einige Vorschläge gehen noch weiter auf 150 ja 170 t, was ich aber angesichts der viel kleineren Zentralstufe (1100 zu 1760 t gegenüber der Ares V) für unwahrscheinlich halte.

Die Kosten sollen 11,7 Milliarden Dollar für Block I, und 41,7 für Block II betragen. Das ist dann sogar noch teurer als bei der Ares V mit 40 Milliarden Dollar und inflationskorrigiert sogar teurer als die Saturn V und damals wurde alles neu entwickelt. Finanziell finde ich daher Block II als überteuert.

Bleibt die wichtigste Frage – was könnte man damit anfangen? Da sind wir bei des Pudels Kern (das Wort kommt übrigens 10-mal im Faust vor, wie ich kürzlich meinen Studenten beweis, Faust Zitate kannten sie allerdings keine…. ). Das Grenzproblem ist, dass man eine Trägerrakete isoliert entwickelt, für die es keine Nutzlast gibt. das ist keine gute Idee. Wie die Geschichte bei der Saturn V bewies, nützt die beste Trägerrakete nichts wenn man keine Mission für sie hat. 1970 wurden Apollo 18-20 gestrichen, obwohl es die Trägerraketen und Raumfahrzeuge dafür gab, einfach weil man wenn man sie nicht startete noch die Kosten für die Durchführung einsparen konnte. Wie sind dann die Erfolgsaussichten für eine Trägerrakete die gar keine Mission hat?

Nun natürlich zeigt die NASA auf, dass man damit viel Nutzlast ins äußere Sonnensystem senden kann oder Reisen beschleunigen. Das Problem ist nur – auch dafür ist nichts geplant. Nützlich wäre sie bei einer Marsbodenprobengewinnung. Eine SLS könnte sowohl Landefahrzeug mit Rover der MSL Klasse starten wie auch ein zweites Fahrzeug dass in einen Orbit einschwenkt und dann die Kapsel mit den Bodenproben zurück zur Erde bringt. Wahrscheinlich könnte man sogar dann die Proben im Erdorbit abladen und dort von Astronauten bergen lassen (Vorteil – Kontaminationsgefahr minimiert).

Denkbar wäre es auch Orbiter zu den  äußeren Planeten zu senden. Es gäbe noch genug Nutzlast um bei einer erträglichen Reisezeit noch genügend Treibstoff mitzuführen um in einen Orbit einzuschwenken. (Man braucht um so mehr je schneller man da ist).

Doch das alles sind Programme die wären und damit in einem Sparklima nicht kommen. Was könnte man machen das nicht so viel kostet? Nun drei Dinge fallen mir ein:

  • Erstens die ISS Deorbitieren. Das wird wegen der Masse nicht ganz einfach. Die NASA hat die Kosten dafür vor ein paar Jahren auf über 1,6 Milliarden Dollar geschätzt. Eine eine SLS könnte ohne Problem eine Stufe mit 60 t Gewicht an die ISS ankoppeln und die Schafft das mit links. Denkbar wäre eine Delta IV DSCS mit einem Kopplungsadapter. Gut gedämmt kann man sich auch einige Tage dafür Zeit lasen. Selbst die 32 t schwere DCSS hat mehr als genug Treibstoff und Schub um die ISS zu deorbitieren.
  • Zweiten James Webb starten ohne aufwendiges Entfalten. James Webb wird 6,5 m Spiegeldurchmesser haben und passt derzeit nur gut zusammengefaltet in eine Ariane 5 Nutzlastspitze. Das macht die Entwicklung teuer. Es würde aber ohne Problem in die 8,4 m Fairing der SLS passen, es könnte sogar noch etwas größer werden. Die Einsparungen beim komplexen Bau würden wohl den höheren Startpreis ohne Problem ausgleichen. James Webb ist ja inzwischen auch fast so teuer wie die SLS Block I.
  • Drittens die beiden geschenkten Instrumente der NRO starten. Die dürften wie Hubble so um die 10-12 t wiegen. Mit DSCS könnte das SLS 25 t also beide Instrumente gleichzeitig in einen Librationsprunkt bringen – weniger Störungen durch die Erde, größeres Gesichtsfeld (keine Abschattung durch die Erde), dauernder Funkkontakt und die Möglichkeit bessere IR-Aufnahmen zu bekommen (mit einem Sonnenschutzschild könnte man wie bei James Webb die Apparatur deutlich abkühlen).

Wie sieht es bei bemannten Missionen aus? Nun ich meine, hierfür braucht man keine Block II. Man kommt sogar bis zum Mars mit Block I. Das ist nicht nur meine Meinung, das hat schon die Augustine Kommission festgestellt. Der Grund dafür ist ganz einfach – das meiste was man braucht um zu Mond oder Mars zu gelangen ist Treibstoff. Bei der Ares I waren es 62,7 t zum Mond oder 48 t zum Mars aber 188,7 t in den Erdorbit. Der größte Teil der Differenz von 120 bis 140 t war Treibstoff. Es gibt aber nirgendwo ein ehernes Gesetz, dass der auf einmal in den Erdorbit gebracht oder verbraucht werden muss. Es gibt zwei Möglichkeiten mit einer kleineren Rakete dasselbe zu erreichen. Das eine sind Treibstoffdepots, also im Prinzip gut isolierte Stufen, die man aneinander ankoppelt und danach zündet. Untersuchungen dafür gab es schon seit Jahren an bestehenden Stufen und die Ares V EDS (ohne besondere Isolation) sollte auch 4 Tage lang im Orbit bleiben bis die Orion ankoppelte. Wenn man einen reflektierend Schild vor eine normale Stufe spannt kann man die Verdampfungsverluste auf unter 1% pro Tag drücken. Dann ist selbst bei einer moderaten Startrate eine Mondmission möglich. Bei Marsmissionen mit mehr Masse (so 800-1000 t für eine Mission, verteilt auf zwei Startfenster von je 6 Wochen Länge) ist eine zweite Alternative besser – das langsame Anheben des Orbits. Das Prinzip ist ganz einfach. Anstatt direkt zum Mars zu starten, startet man zuerst in einen Erdorbit. Ein zweiter Start bringt eine Stufe dann in den Erdorbit. Sie koppelt an und erzeugt eine elliptische Umlaufbahn. Erst der dritte Start beschleunigt dann die Nutzlast zum Mars. Nur dieser letzte muss während des Startfensters erfolgen. ;it je zwei Starts pro Startfenster kann man so rund 800 t zum Mars bringen – ausreichend für eine Expedition. Die anderen vier Starts können zu einem beliebigen Zeitpunkt vorher erfolgen, wofür man mehrere Jahre Zeit hätte.

Ist also das SLS nützlich? Braucht man es? Nein und das zeigt eben die Geschichte der Saturn V – es nützt nichts ein Trägersystem zu bauen für das man keine Mission hat. Man baut nicht Trägerraketen auf Vorrat, nur damit, falls man mal eine Schwerlastrakete braucht sie schon verfügbar hat. Das gilt nicht nur bei Trägerraketen sondern bei fast allem. Daher finde ich die Bezeichnung „Senate Launch System“ passend – es ist eine Trägerrakete die isoliert keinen Sinn macht. Zu mehr reichen aber die Finanzmittel nicht.

4 thoughts on “Das Senate Launch System

  1. Mich erstaunen ehrlich gesagt die hohen Entwicklungskosten, wo doch auf so viel vorhandene Technologie aufgebaut wird. Ich habe das Gefühl, dass die USA ein Land sind, wo gerne immer wieder das Rad neu erfunden wird…
    Ich stimme zu, dass bis jetzt vernünftige Missionen für das SLS fehlen, wobei mir zusätzlich zu den schon angeführten noch ein paar einfallen.
    1. Große Module in der Größenordnung von Skylab für eine neue Raumstation als Nachfolger für die ISS. Mit aufblasbaren Modulen von Bigelow bekommt man vielleicht sogar noch größere in der Volumengrößenordnung von über 2000 Kubikmetern.
    2. Große Habitatmodule für eine bemannte Marsmission oder eine bemannte Mondstation, die mit den vorhandenen Trägern nicht in den LEO transportiert werden können.
    3. Große Weltraumteleskope sind im Bolgartikel schon angesprochen worden.
    4. Schwere Raumsonden z.B. zum Jupiter, um dort die Strahlengürtel und/oder den Mond Io zu erforschen. Eventuell einen Rover zu Io schicken. Der Strahlenschutz für eine solche Mission dürfte einiges wiegen.
    5. Schwer gepanzerte Raumsonden/Rover würde auch eine Landung und genauere Erforschung auf der Venus erfordern.
    6. Verrückt, aber noch schwerer gepanzert müsste eine Sonde zur Erforschung der Sonnenkorona sein…

    Im Allgemeinen würde ich sagen, dass man überall dort eine Schwerlastrakete mit mehr als 50 t in den LEO braucht, wo es gilt, sperrige und schwer zusammensetzbare Lasten ins All zu transportieren. Und ich bin überzeugt, mit etwas Mühe, sollten sich solche Aufgaben auch finden lassen.

    Aber ganz ehrlich, ich glaube, dass die NASA erst dann wieder auf volle Touren kommen kann, wenn ein neuer Rivale wie seinerzeit die Sowjetunion auf den Plan treten wird. Und ich meine, dass China einige Kriterien auf diesen Anspruch langsam dabei ist zu erfüllen. Es ist schade, aber ich fürchte, dass wissenschaftliche Neugier und Forscherdrang weniger starke Motivatoren sind als bloßer Wettbewerbsgeist.

  2. Natürlich fallen einem alle möglichen sinnvolle Nutzlasten für so einen Schwerlaster ein. Das ist doch nicht das Problem.

    Das Problem ist, dass die Aussichten momentan schlecht sind, dass irgendeins dieser Nutzlasten realisiert wird.

    Nachfolger für die ISS?
    Wird in den nächsten 20 Jahren sicher nicht einmal ernsthaft angedacht.

    Habitatmodule für Mars oder Mondmission?
    Ersteres ist (leider) ein Hirngespinst, letzteres extrem unwahrscheinlich.

    Und was schwere Raumsonden angeht: Bei der Vorlaufzeit, die deren Entwicklung braucht, sollten die aber allmählich damit anfangen. Aber so weit ich weiß ist nichts in der Pipeline.

    Es läuft wohl drauf hinaus, dass (vielleicht) irgendwann der Schwerlaster fertig ist und sie dann erst mal fünf Jahre oder mehr warten müssen, bis sie ihn mit irgendwas starten können.

  3. @Phillip: Liest man sich die Powerpoints an was mit dem SLS gemacht werden könnte, dann findet man so ziemlich alles was Du aufgezählt hast. Das dumme nur – wie Michael schon schrieb gibt es nichts davon und wenn dann ist bei allen diesen Projekten die Trägerrakete das billisgte. Man könnte auch eine Marsexepedition angehen – schon hat man mindestens 12 Starts dieser Rakete abgedeckt. Das NASA Budget bleibt die nächsten Jahre gleich oder sinkt. Woher sollen also die Missionen herkommen.

    Die Entwicklungskosten sind in der Tat beträchtlich vor allem, wenn man bedenkt das Phase I nur Shuttle-Elemente verwendet werden. Das Shuttle derivied HLV hätte unter unveränderter Verwendung der Shuttleelemente, nur mit einer Nutzlastverkleidung anstatt einem Orbiter fast die gleiche Nutzlast gebracht, sollte aber bedeutend billiger sein. Phase II wird so teuer werden wie die Saturn V (inflationskorrigiert), obwohl es auch hier wenig neues zu entwickeln gibt (wenn der Vorschlag mit den F-1/F-1A sich durchsetzt gibt es sogar genau Null neu entwickelte Triebwerke)

  4. Moin,

    man darf das nur als Dual-Use Arbeitsbeschaffungsmaßname betrachten. Die teueren Entwickler werden nur in der Produktion von Powerpoint zwischengeparkt, bis sie wieder Waffen designen dürfen.

    ciao,Michael

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