Die SpaceX-Alternative zur SLS

Nachdem ich ja schon meine Alternative zur SLS skizziert habe, wende ich mich heute mal dem leistungsfähigsten verfügbaren US-Träger widmen und untersuchen ob diese zu einer Schwerlastrakete ausgebaut werden kann. Schließlich wird SpaceX nach dem eigenen 5-Jahresplan bald alle weltweiten Starts durchführen und dann wird sich sicher auch bald die NASA auflösen und die US-Regierung die Summen für die Weltraumfahrt gleich direkt an SpaceX überweisen.

Die Falcon Heavy hat mit einer Nutzlast von 45/53 t (ohne/mit Crossfeeding) eigentlich eine Nutzlast die groß genug wäre, wenn man sie zum Mars bringen könnte. Nur ist das die Nutzlast im Erdorbit nicht zum Mars. Es gibt die Alternative das man dann eine Nutzlast in einen Erdorbit bringt, weitere Raketen koppeln an die Nutzlast an und heben sie stufenweise an. Mit vier Starts könnte man mehr als 50 t zum Mars bringen. Interessanterweise denkt keiner an diese ökonomische Vorgehensweise. Selbst SpaceX will ja eine neue Schwerlastrakete entwickeln. Dabei könnte man so ohne Hetze nach und nach mit Falcon Heavy die Nutzlasten anheben und zum Schluss dann auf Marskurs bringen. Eine dauernde Produktion, niedrige Produktionskosten und keine Entwicklungskosten wären meiner ansicht nach eigentlich genug Pluspunkte.

Doch die Falcon Heavy ist ja noch ausbaubar. Sie hat zwei Booster. Geometrisch passen aber sechs um die Zentralstufe. Sie sind auch schubstark genug, dass diese die Zentralstufe anheben können  ohne das die mit ihnen gezündet wird. So wird die Rakete dreistufig. Die Nutzlast steigt auf 107 t in den LEO und 35 / 29 t zum Mond / Mars. Man müsste also nur mehr clustern, doch scheint das nicht so einfach zu sein, schließlich hinkt die Falcon Heavy schon zwei Jahre hinter dem Zeitplan hinterher. Wie Shotwell selbst sagt „Eigentlich sollte es doch ganz einfach sein ein paar Booster zusammenzufügen“.

Allerdings ist die Rakete nicht optimal für diese Aufgabe. Die Ausrüstung für Marsexpeditionen ist schwer und voluminös. SLS und Ares haben Stufen von 8 bzw. 10 m Durchmesser. Die Falcon 9 ist dagegen ein Spargel mit 3,60 m Durchmesser. Man kann zwar die Falcon 9 mit einer so großen Nutzlastverkleidung versehen, doch ob das bei einem so großen Durchmesserunterschied von Stufe und Verkleidung gut ist? Die aerodynamischen Kräfte an der Basis wären enorm. Besser wäre es die Zentralstufe auszuwechseln. ersetzt man die Falon 9 in der Mitte durch eine Delta 4 (5-Meter Version), so steigt die Nutzlast auf 37 t zum Mars. Eine zweite Möglichkeit wäre es, die Stufen umzugestalten. Wenn man die Zentralstufe etwas verbreitert sinkt ihre Länge und sie könnte mit Oberstufe genauso lange sein wie die Oberstufen sein. Dann würde die Nutzlastverkleidung und auch die Abstützung auf allen sieben Stufen ruhen. Es gäbe nicht den abrupten Übergang von 10 auf 3,60 m. Wenn die Booster ausgebrannt sind, so ist die Rakete so hoch, das man eventuell gleichzeitig die Nutzlastverkleidung abtrennt. Schon eine normale Falcon 9 hat in 68 km Brennschluss. Mit 6 Boostern ist die Beschleunigung höher und damit auch Brennschluss der Booster. Mit einem noch schubstärkeren Merlin 1D, das im Sommer kommen soll, wäre der Brennschlusspunkt noch höher.

Natürlich könnte man einiges mehr sich vorstellen. Ich meine wenn eine Firma 27 Triebwerke gleichzeitig betrieben für beherrschbar hält, warum nicht 100 oder 200? Mit Stufen mit 16 oder 25 Triebwerken könnte man leicht auf die Nutzlast kommen, die man braucht, auch ohne neue Triebwerke.  Vergleichen mit dem was die SLS (die man nun umbenennen will) wäre selbst eine Neuentwicklung günstig.

Zum Thema passend mal ein Video. Ich dachte ja immer SpaceX wäre eine Rummelfirma in dem Sinne das sie viel Rummel um ihre Arbeit macht. Das halte ich nach wie vor aufrecht. aber seit einigen Tagen weiß ich: sie ist eine laienhafte und dilettantische Rummelfirma. Was sieht man von ihr? Videos aus dem Macromedia-Baukasten oder Startvideos aus 1 km Entfernung oder mit einer Kamera am Triebwerk. Die NASA hat schon in den Sechzigern ihre Saturn V besser vermarktet (die Zeitlupenvideos von verschiedenen Kameras an der Startrampe schaue ich mir immer noch gerne an). Und Blue Origin zeigt wie es richtig macht: Man mische die NASA-Mache von Kameras an der Rampe mit Zeitlupe, mit vernünftiger Musik und etwas Hollywood (die Leute in den blauen Mänteln erinnern mich irgendwie an die Astronauten von Armageddon vor dem Start) und man erhält ein Video in dem man sein Produkt richtig präsentiert – und keiner merkt das die Rakete gerade mal ein Zehntel des Schubs einer Falcon 9 oder eines Hundertstel der Saturn V hat …

So macht man es richtig. Nicht mal Rummel bekommt SpaceX richtig hin.

https://youtu.be/rEdk-XNoZpA

26 thoughts on “Die SpaceX-Alternative zur SLS

  1. Von der Geometrie her wäre auch ein zweiter Ring von 12 Modulen um einen 7-er Block möglich. Entweder nach der Formel 12 – 6 – 1 oder 12 – 4 – 2 – 1 gezündet. Das reicht aus um auf eine Oberstufe ganz zu verzichten. Eine Nutzlastverkleidung die über den ganzen Block reicht hätte dann einen Durchmesser von 18 Metern, genug für sperrige Nutzlasten.
    Eine andere Möglichkeit wäre eine Stufe mit 19 Triebwerken. Eins in der Mitte, darum 6 weitere, und 12 in einem Ausenring. Der dafür nötige Durchmesser läßt dann auch größere Nutzlastverkleidungen zu. So kommt man zu einer größeren Rakete, ohne Geld für Triebwerksentwicklung auszugeben. Und natürlich lassen sich diese Stufen auch bündeln…

  2. Nun ja, dass es bei Blue Origin auch eine große Menge Brösel gegeben hat, hat deren PR-Abteilung auch „vergessen“. Wobei der Aufschlag sicher auch beeindruckende Bilder abgegeben hat.
    Da hat man wohl von SpaceX abgekupfert…

    @Elendsoft:
    Würde man bei SpaceX mehr Triebwerke unter die Stufe klemmen wollen, müsste man den Durchmesser erhöhen. Aber dann verliert man den Preisvorteil durch die Massenproduktion von immer gleichen Stufen / Tanks, etc.
    Das schrieb Bernd ja auch schon.

    Allgemein:
    den Überlegungen, wie man große Nutzlasten in den Orbit und ggf. Richtung Mars bringen kann, kann ich gut folgen.
    Ich denke aber auch, es ist mittlerweile klar, dass die Entwicklung von Raketen nicht immer der reinen Ökonomie gehorcht. Es ist eine übergroße Menge Politik im Spiel.
    So kann man hervorragend darüber streiten, warum es eine eigene „Orion“-Kapsel geben muss, obwohl Boeing, SpaceX und andere durchaus vergleichbares haben, bzw. ihre jeweiligen Projekte mit verhältnismässig wenig Aufwand in die gleiche Richtung entwickeln könnten.
    Oder die verschiedenen Systeme durch genormte Verbindungen untereinander kombinierbar machen.

  3. Gähn,SpaceX-bashing in der xten Wiederholung… Für mich war das BlueOrigin Video etwas gar dick aufgetragen – und dann zeigen sie nicht mal den Crash ihres Boosters! Wehe, wenn SpaceX das wagen würde – dann wäre hier selbstverständlich gleich von „Vertuschung“ die Rede… Wie dem auch sei, zum eigentlichen Thema das übrig bleibt wenn man das Bashing wegschält: die SpaceX Alternative zum SLS heisst vorläudfig noch BFR (Big fu… ehm, fracking rocket) und wird wohl erst nach dem Erstflug der FH vorgestellt. Es wird nie eine FH mit noch mehr Boostern geben, da die FH wie sie ist auch due grössten kommerziellen Satelliten in den GTO schiessen kann – wiederverwendbar. Für alle Pläne darüber hinaus (Mars) soll dann die BFR zum Zug kommen.

  4. Entschuldigung, ich weiß nicht, was das SpaceX-Bashing hier soll. Die Firma entwickelt – obwohl sie derzeit noch keinen Kunden für die zugehörige Schwerlastrakete hat – an dem Raptor-Triebwerk mit einem Schub von 1 Mio. Pfund. Gut, nicht ganz so stark wie das legendäre F1, aber auch nicht viel schwächer. 9 Raptors an einem Nachfolger der Falcon 9 (derzeit wohl als „BFR“ betitelt) kommen auf denselben Startschub wie die Saturn V: 34000 kN. Von der BFR wird es dann auch wieder eine heavy-Variante mit zwei Boostern geben. Letztere wird sicher um die 100 Tonnen wuppen können – zum Mars.

  5. Entwickelt wird viel – und dann doch nicht gebaut. Nicht nur bei Spacex. Letzten Endes entscheiden Aufträge darüber, ob etwas gebaut wird oder nicht. Solange nicht deutlich mehr Geld in die Raumfahrt gesteckt wird, sind Projekte die eine so große Rakete brauchen unwarscheinlich. Schon beim SLS hat man ja große Probleme, eine wenigstens einigermaßen sinnvolle (und bezahlbare) Verwendung zu finden.

  6. Blue Origin hatte gleiche Problem wie SpaceX, ihr Rakete gelang die Landung nicht wegen Verlust von Hydraulik Öl

    Kurios ist das SpaceX an ihre Variante der SLS arbeitet die „Mars Colonial Transporter“
    Nicht verwunderlich Musk hatte schon immer Flug und Kolonisierung des Mars propagiert
    erste Design besteht aus 10 meter core mit 9 Raptor Triebwerken die LOX/Methan verbrennen.
    die erste Version sollte wie Falcon 9 Heavy mit drei core starten
    aber seit 2014 Studiert SpaceX nun MCT mit Durchmesser von 15 meter
    Schub zwischen 62 or 190 Mega Newton (Saturn V 34 mega Newton)
    Nutzlast soll 100 Tonnen direkt Transferorbit zum Mars
    somit entspricht MCT der alten NOVA Studien der NASA für Super Schwerlast Rakete
    nur mit Unterschied MCT erst stufe ist wieder verwendbar

    ein muss man Elon Musk lassen er polarisiert die massen
    die fans sehen ihn so
    https://cnnmoneybuzzblog.files.wordpress.com/2014/07/tesla-musk-iron-man-614xa.png?w=614&h=387
    Seine Kritiker so
    http://www.canadianbusiness.com/wp-content/uploads/2014/10/evil-elon-musk.jpg

    Fakt is SpaceX hat die Raumfahrt Industrie auf Grund feste erschüttert.
    wenn firmen wie Boeing und Lockheed-Martin auf einmal von Wieder verwendbare Raketen reden.
    Ariane space plötzlich Ariane 6 Design in Mull wirft und durch eine neues billger Design ersetz.
    und firmen wie Blue Origin Beachtung bekommen, dann wegen dieser kleinen Firma in Kalifornien…

  7. @Michael

    hast du für die Daten von MCT irgendwelche Quellen? Meines Wissens nach ist da offiziell noch nichts bekanntgegeben worden wie der MCT-Träger ausschauen soll und alles was da im Netz herumgeistert reine Spekulation von Fans.

  8. Ich lese das SpaceX-Bashing immer ganz gern. Doch vergessen sie dabei nicht, den neusten Fehlschlag der gerühmten traditionellen Raumfahrt zu kommentieren… Grüße.

  9. Zur künftigen SpaceX-Grossrakete in der SLS-Klasse gibt es (noch) keine offiziellen Daten von SpaceX direkt, weder zum Raptor noch zur BFR bzw. zum MCT. Es werden manchmal gewisse Zahlen zur Schubstärke des Raptors in Diskussionsforen herumgereicht, die irgendwann einmal von SpaceX-Angestellten in Präsentationen genannt wurden, aber das sollte man stets als „work in progress“ verstehen. Zum Durchmesser der BFR gibts überhaupt nichts quantitatives, nur qualitative Aussagen („wird die Saturn V klein aussehen lassen“ etc.). Elon Musk nennt 380 s ISP für das Raptor und hat im Reddit AMA gesagt, dass Schub/Gewicht des neuen Triebwerks nach Berücksichtigung aller Faktoren wohl für einen Schub von ca. 230 Tonnen optimal sei, also deutlich kleiner als lange gedacht/behauptet. Ich denke, auch diese Zahl sollte man nicht als gegeben ansehen, das Design ist offensichtlich noch nicht definitiv.

    Quelle: http://www.parabolicarc.com/2015/01/06/highlights-elon-musks-reddit-session/

    Was die Frage der existierenden/nicht existierenden Nutzlasten für Grösstraketen angeht: ich denke, man sollte nicht vergessen, dass die BFR im Gegensatz zum SLS auf Wiederverwendbarkeit abzielt. Es gibt nur wenige Nutzlasten für eine Wegwerfrakete zum Stückpreis einer Milliarde, aber für eine wiederverwendbare könnte die Sache schon anders aussehen. Wenn man für die Kosten von Treibstoff Amortisation (wohl einige 10 Mio pro Flug?) jeweils mehrere 100 Tonnen ins All starten kann, werden plötzlich ganz andere Satelliten denkbar. Etwa solche, die statt auf strahlengehärtete Designs bei der Elektronik auf massive Redundanz setzen. Solche, die für Jahrzehnte im Orbit bleiben können (weil ihre Treibstofftanks viel grösser sind) oder sogar von menschlichen Crews regulär gewartet werden können. Oder dann miniaturisierte Schwarmsatelliten mit 1000enden von Mitgliedern für lückenlose GPS/Telekommunikations-Konstellationen. Und so weiter.

  10. Beim Herumreiten auf der Wiederverwendbarkeit wird immer wieder ein Fakt ignoriert: Die Startkosten machen nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten eines Raumfahrt-Projekts aus. Selbst wenn die Startkosten deutlich gesemkt werden können, werden Projekte insgesamt nur um die 10% billiger. Projekte die das Mehrfache des NASA-Etats kosten werden so immer noch nicht bezahlbar.

    Zur massiven Redundanz nicht strahlengehärteter Elektronik: Da liegt die „Halbwertszeit“, also die Zeit in der die Hälfte der Baugruppen ausfällt bei einigen Wochen. Schon bei nur einem Jahr Betriebszeit kommt man da schnell auf 1000 Stück. Völlig unrealsitisch, damit eine Betriebszeit von Jahrzehnten erreichen zu wollen.

  11. Und an den Startkosten machen die reinen Hardwarekosten wiederum nur ein Bruchteil aus.
    Das einzige was eine Wiederverwendung lohnen könnte sind hochwertige Triebwerke. Also SMEs oder die Preisklasse. Bei „einfachen“ Triebwerken ist der Gewinn durch Serienproduktion mindestens so groß wie gebrauchte Triebwerke auf Herz und Nieren zu prüfen und damit wesentlich niedrigere Stückzahlen zu generieren.
    Aber lassen wir SpaceX mal machen….

    Der andere Bernd

  12. @Elendsoft: Satelliten sind deshalb teuer, weil sie stark massenbeschränkt sind. Wenn das wegfällt, können sie auch viel billiger werden. Sie müssen dann auch nicht mehr Jahrzehnte oben bleiben, um ihre Kosten wieder reinzuholen. Massive Redundanz heisst auch nicht, dass man wartet, bis die Komponenten ausfallen (warum sollten sie? Einschläge von kosmischer Strahlung können Bits verschieben, aber bis wirklich Hardware dadurch effektiv zerdeppert und unbrauchbar wird, dauert es länger…), sondern dass man Computer so baut, dass immer etliche davon das gleiche berechnen und die Ergebnisse von Abweichlern ausgesiebt werden. Wenn die Startkosten sinken, sinken mittelfristig auch die Kosten für die Nutzlasten. Es wird wie immer eine Zeit dauern, bis der Markt reagiert, aber grundsätzlich gibt es keinen Grund, warum Satelliten sehr viel teurer als, sagen wir, Funktürme auf irgend einem Hügel sein sollten.

  13. „Das einzige was eine Wiederverwendung lohnen könnte sind hochwertige Triebwerke. Also SMEs oder die Preisklasse.“

    Also das Raptor soll ja, auch wenn die Schubklasse noch nicht bekannt ist, ein relativ aufwendiges Treibwerk, vergleichbar mit dem SSME, werden. Ein Vakuum-ISP von bis zu 380s, für Methan schon sehr viel und Hauptstromverfahren(Full Flow Staged Combustion). Das wird also nicht ganz billig, zwar nicht so teuer wie das SSME, aber Wiederverwendung könnte sich da durchaus lohnen, zumal man ja davon ausgehen kann dass der große Träger mehr Triebwerke in der Erststufe haben wird als die Falcon 9. Aber wie gesagt, bis auf den ISP und das Hauptstromverfahren ist da nichts bekannt.

    Man wird sehen.

  14. Wenn die Massenbeschränkung das Ganze wirklich so teuer macht, gibt es schon jetzt eine Möglichkeit die Kosten zu senken: Wenn man bei doppeltem Gewicht die Kosten für Entwicklung und Bau um die Hälfte senken könnte, wäre das Projekt trotz einer größeren Rakete mit doppelten Startkosten insgesamt billiger. Das würde sogar mehr Geld sparen, als eine Halbierung der Startkosten. Trotzdem tut das Keiner.

  15. @Elendsoft: Nur dumm dass (noch) es keine entsprechend grösseren Raketen auf dem Markt gibt… Zudem bezweifle ich, dass es reicht, die Masse „nur“ zu verdoppeln, um die Baukosten zu halbieren.

  16. @Bynaus:

    „grundsätzlich gibt es keinen Grund, warum Satelliten sehr viel teurer als, sagen wir, Funktürme auf irgend einem Hügel sein sollten.“

    Yippie. Überlegmal wie aufwendig eine Wartung / Reparatur bei einem Funkturm ist und bei einem Satelliten. Ein Funkturm bekommt auch nicht so viel Strahlung, UV, Micro-Debris, Vibrationen und Schock, Temperaturzyklen ab.

  17. @Anja: Eben – die Wartung bei einem Funkturm ist deshalb günstig, weil man ihn immer wieder warten und jederzeit irgendwelche Ersatzteile anschaffen kann. Für den Satelliten gälte das gleiche, wenn die Startkosten deutlich tiefer wären.

    Ja, ein Funkturm sieht keine Strahlung und keine Mikrometeoriten etc. Auf der anderen Seite ist ein Satellit ist im Gegensatz zum Funkturm keinem Regen, Wind, Gewittern, Vögeln und herumlungernden Teenies ausgesetzt.

  18. @Bynaus:
    „@Anja: Eben – die Wartung bei einem Funkturm ist deshalb günstig, weil man ihn immer wieder warten und jederzeit irgendwelche Ersatzteile anschaffen kann. Für den Satelliten gälte das gleiche, wenn die Startkosten deutlich tiefer wären. “

    Dann laß uns doch an Deinem profundem Sachwissen in Punkto Satellitenbau teilhaben, wie diese so gebaut werden, daß man im Orbit mal schnell eben von angelernten Kräften irgendwelche Teile austauschen kann. Wenn ich die Bilder der ISS Außeneinsätze mit dem des Dachdeckers vergleiche, der neulich bei uns im Einsatz war, bilde ich mir ein, einen gewissen Unterschied im Aufwand und in der Machbarkeit zu erkennen.

    Mein Gärtner hat das letzte Mal für seine Anfahrt 25 Euro berechnet; wenn der Start eines Satelliten natürlich genausoviel- bzw. wenig kostet, dann ergeben sich in der Tat neue Einsatzbereiche.

    Der Vergleich terresrtisch und Space hinkt doch genauso wie der immer gerne von einigen Leuten herbeigezerrte Vergleich zwischen Verkehrsflugzeugen und Raketen.

  19. @Anja: Ich denke es ist klar, dass meine Aussage rein qualitativ war: „nicht sehr viel teurer“ heisst nicht, dass Satelliten bald zu Dachdecker-Preisen gewartet werden (das hast du gesagt, nicht ich). Worauf ich hinaus will ist, dass es einen enormen Unterschied macht, ob technische Infrastruktur 1) stark in der Masse beschränkt ist und gleichzeitig 2) für Jahrzehnte praktisch autonom laufen muss und schliesslich auch noch 3) in sehr kleinen Stückzahlen produziert wird, oder eben nicht. Wenn die Startkosten runterkommen, sind ganz andere Business-Modelle möglich, weil es eben plötzlich z.B. möglich und kosteneffektiv wird, den Satelliten zu warten bzw. den Treibstoffe nachzufüllen. Oder dann gleich in regelmässigen Abständen neue raufzuschicken, die dann nicht so lange halten, aber dafür massenproduziert werden. Eben wie Funkantennen, Windräder, Stromleitungen und andere technische Infrastruktur.

    Aber ich nehme natürlich gern an deinem profunden Fachwissen in Sachen Satellitenbau teil um zu erfahren, warum ich falsch liege…

  20. > Nur dumm dass (noch) es keine entsprechend grösseren Raketen auf dem Markt gibt…

    Muß es auch nicht unbedingt geben. Die Ariane 5 startet meistens zwei Satelliten in den GTO. Ein Einzelstart wäre ohne Neuentwicklung durchaus möglich. Trotzdem scheint es billiger zu sein, zwei teure Satelliten gemeinsam zu starten.

  21. @Gerry
    >hast du für die Daten von MCT irgendwelche Quellen?

    MCT wurde erstmal in December 2012 erwähnt von Discovery News
    http://news.discovery.com/space/alien-life-exoplanets/mars-colony-spacex-121126.htm

    Die überarbeite Version der Schwerlast Rakete wurde August 2014 in NASAspaceflight.com präsentiert
    http://www.nasaspaceflight.com/2014/08/battle-heavyweight-rockets-sls-exploration-rival/

    die Rakete wird auch Falcon XX bezeichnet
    http://www.nasaspaceflight.com/2014/03/spacex-advances-drive-mars-rocket-raptor-power/

  22. Zu den Startkosten: Natürlich bewirken teure Starts, dass auch die Satelliten selber teurer werden. Denn je teurer der Start, den man im Falle eines Fehlers an Bord des Satelliten wiederholen muss, desto mehr Geld wird man bei Herstellung und Betrieb des Satelliten in Risikovermeidung investieren.

  23. Bynaus: „Aber ich nehme natürlich gern an deinem profunden Fachwissen in Sachen Satellitenbau teil um zu erfahren, warum ich falsch liege…“

    Du hast die These aufgestellt daß die Wartung im All einfach sei. Also schreib doch mal was dazu.
    Wirklich im Ernst: Schreib doch mal einen Artikel wie Du Dir das vorstellst, dann kann man diskutieren. Es gibt schon genug Leute die kühne Behauptungen aufstellen und auf Nachfrage nichts substantielles zur Unterstützung ihrer Thesen beitragen können. Mach Du das doch mal anders als der große Rest des Fanclubs.

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