Die Crux von Shuttle 2.0

Ich dachte mir Anregung auf die Diskussion darum ob sich Wiederverwendung lohnt ein Shuttle 2.0 zu konstruieren, das kommerzielle Transporte durchführen kann. Doch in meiner Idee wäre es unbemannt gewesen. Die grundlegende Annahme war, dass bis zum Verlust der Challenger man bei der Sicherheit des Space Shuttles „schlampte“. Die Flüge daher riskanter waren. Aber damals war noch der Startpreis konkurrenzfähig. Wenn man nun das System modernisiert, auf die Besatzung verzichtet und so auch Gewicht spart, dann hätte man ein bezahlbares Transportsystem. Es hätte vielleicht nicht die Sicherheit für bemannte Einsätze gehabt. Aber mit Sicherheit so zuverlässig, wie eine kommerzielle Rakete gewesen wäre. Würde man dann alle paar Jahre mal einen Orbiter verlieren, so wäre das nicht so schlimm .Es würde sogar dazu führen, das wir eine dauernde Weiterentwicklung betrieben können, denn jeder neue Orbiter würde natürlich den aktuellen Stand der Technik einsetzen. Das wäre auf Dauer billiger als, wie man es beim Space Shuttle machte, wo jeder Orbiter mehrmals während seines Lebens zwei Jahre lang umgerüstet wurde, man aber trotzdem an der Grundstruktur nichts ändern konnte.

Wenn wir uns heute umsehen, so gibt es ja schon neue Space Shuttles, nur noch so groß. Das ist das X-37. Ursprünglich mal als Rettungsboot für die Besatzung der ISS gedacht wurde es umgebaut und seitdem viermal gestartet. Das X-37 wiegt nur knapp 5 t. Es ist ein bisschen zu klein um Personen zu transportieren (die Nutzlastbucht ist nur 1,22 m hoch und 2,13 m lang). Da alle Flüge vom US-Militär durchgeführt wurden, weis man leider nichts über die Kosten. In jedem Falle dauerten sie viel länger als bemannte Raumflüge und die gesamte Mission erfolgte vom Computer gesteuert.

Der DreamChaser

Das Zweite ist der Dream Chaser von Sierra Nevada. Hier gibt es für eine bemannte Version, da die Firma beim CCdev mitgeboten hat. Die Basiskosten mit Entwicklung betragen 2,55 Milliarden Dollar, verglichen mit 1,75 bei SpaceX und 3,01 bei Boeing. Das sind also vergleichbare Zahlen. Besser sieht es bei den Gesamtkosten mit den Optionen aus. Das sind im wesentlichen dann Anschlüssflüge nach zwei Erprobungsstarts. Sie betragen 4,2 Milliarden bei Boeing (1,19 Milliarden nur für die Starts), 3,3 Milliarden bei Sierra Nevada (750 Millionen nur für die Starts) und 2,6 Milliarden bei SpaceX (0,85 Milliarden nur für die Starts). Es wäre also im Einsatz sogar noch billiger als SpaceX (die Zahlen sind rekonstruiert auf den Statements hier und hier.

Das erstaunt, doch es fällt keine Kapsel an, die ein Verlustgerät ist. Ich sehe auch den Dreamchaser als gutes Versorgungsgefährt. Denn machen wir uns nichts vor: Gleiter sind inhärent unsicherer als Kapseln. Eine Kapsel kann ich einfach mit einem Fluchtturm von der Rakete bei einer Havarie abtrennen. Wenn sie neim Wiedereintritt nicht korrekt orientiert ist, dann dreht sie sich beim Wiedereintritt von selbst in die richtige Lage. So z. B. geschehen bei der Wostok 1 Mission, als das Servicemodul sich nicht ablöste, Beide Teile rotierten um den gemeinsamen Schwerpunkt,bis die Verbindung durch die Reibungshitze doch riss. Die kleine Oberfläche der Unterseite kann man mit einem ablativen Schild ausrüsten, der sich bei etlichen bemannten und unbemannten Missionen bewährt hat. Getroffen kann er zumindest beim Aufstieg nicht von Isolation werden. Die Entscheidung die Besatzung zur ISS nun mit Kapseln zu bringen wie dies Russland seit 40 Jahren tut halte ich für eine gute.

Das Shuttle und die ISS

Wenn man aber ein neues Shuttle entwickelt, dann machte es nur Sinn, wenn man eine Raumstation damit versorgt. Die Space Shuttles konnten bei vier Flügen 64 t Fracht und 20 Personen zur ISS befördern. Alleine die Fracht würde, wenn man die Zahlen vom CRS nimmt, (3,5 Milliarden für 40 t Fracht) pro Jahr 5,6 Milliarden kosten. Bei 60 Millionen Dollar pro Sitz (Genaues weis man nicht, aber die Starts mit Starliner und Dragon sollen billiger sein als mit der Sojus. Die kostet derzeit knapp 70 Millionen Dollar pro Sitz) addieren weitere 1,2 Milliarden. Das ist dann erheblich teurer als das Shuttleprogramm am Schluss das bei 3-4 Milliarden pro Jahr lag.

Nur braucht man keine 64 t Fracht pro Jahr. Ein HTV und je zwei Cygnus und Dragon transportieren rund 14 t pro Jahr. Der US-Anteil alleine beträgt nur 9 t. Selbst wenn dies nun mehr wird, will das ATV wegfällt, das Space Shuttle kann viel mehr Fracht transportieren, als man braucht. Bei den hohen Fixkosten lohnt es sich auch nicht wirklich. Flüge einzusparen. Das Space Shuttle wäre nur eine lohnende Alternative gewesen, wenn man die Nutzlast auch nach Ausbau der ISS gebraucht hätte, z. B. neue Module startet oder die Inneneinrichtung relativ schnell auswechselt. Derzeit hat man es in fast 20 Jahren ISS aber noch nicht mal geschafft, alle Experimentiermöglichkeiten vollständig zu nutzen.

Ein neues Shuttle zu bauen, das kleiner ist, Besatzung und weniger Fracht transportiert, wird aber auch beträchtliche Entwicklungskosten erfordern. Ob man die wieder reinholt durch die Flüge ist fraglich. Zumal die Einmalverwendung der Kapseln ja kein Muss ist. Wenn man weich auf dem Land landet, dann kann man die Außenverkleidung und den Hitzeschutzschild jedes Mal erneuern. Vorgesehen ist das aber nicht. Im Gegenteil: SpaceX ist sogar von einer Landung an Land auf eine an Wasser umgeschwenkt.

Chancen für ein Shuttle 2.0?

Und das an ein neues unbemanntes Shuttle nur für Starts von Nutzlasten baut ist ebenfalls fraglich. Die derzeitige Architektur ist zwar meiner Ansicht nach sehr sinnvoll: Zwei Booster kann man wiederverwenden. Sie werden bei niedriger Geschwindigkeit abgetrennt. In einem Shuttle 2.0 würde ich aber LOX/RP1 wegen der Sicherheit und Performance nehmen und zwei Flügel anbauen. Mit einem Düsentriebwerk (das einen Teil des RP-1 nutzen kann) zum Startplatz zurückfliegen. Das man den großen Tank mit geringen Kosten verliert ist nicht schlecht und ein kleines Shuttle mit Stummelflügeln wie das X-37 oder der Dreamchaser hat auch eine geringere Trockenmasse und einen kleineren Hitzeschutzschild. Zusammen mit Triebwerken, die man vielleicht nicht 55-mal aber 5-10 Mal einsetzen kann (schon dann spart man 80-90% der Kosten) und dafür nicht überholen muss (das leisten einige schon entwickelte Triebwerke, z.B. das Vulcain) wäre vielleicht auch preiswert im Unterhalt. Doch denke ich wird die NASA keines finanzieren, schließlich baut man keine Raketen mehr und die Industrie hat auch kein Interesse. Wenn, dann konzentriert man sich dort auf die Wiederverwendung ganzer Stufen oder nur der Triebwerke.

3 thoughts on “Die Crux von Shuttle 2.0

  1. Sie bleiben leider zu sehr am alten Shuttle-Konzept hängen. Nur anstatt Feststoffboostern wollen Sie Flüssigboostern verwenden, ob diese sicherer sind, ist wohl eine Glaubenssachse!
    Meine Ideen für das Projekt Shuttle 2.0 ist an die Ideen Shuttle-Saturn angelehnt. Nur anstatt einer Saturn-1C verwende ich eine weiter entwickelte Atlas-V. Die zweite Stufe ist der externe Tank für LH2/LOX, seitlich daran hängt der Shuttle 2.0. Seine Triebwerke bringen den Shuttle in den Erdorbit, versorgt werden diese aus dem externen Tank, wie bei alten Shuttle-Konzept. Dementsprechend bringt dieser Shuttle die Triebwerke zur Erde zurück.
    Über Größe, Aussehen und Nutzlastkapazitäten und Aufgabenstellung, das ist dann Schritt 2.

  2. Es scheint das hier untergegangen ist dass ja ein unbemanntes Shuttle kommen soll, in Form des Dream Chaser Cargo für CRS2. Die Aufträge sind seit Jahresanfang vergeben, erste Flüge ab 2019.

    Und das X-37 war nicht ursprünglich als Rettungsboot für die ISS gedacht. Das war die HL-20, welcher in Grundzügen auf die X-20 zurückgeht. Nachdem die NASA das HL-20 Rettungsboot aufgegeben hat führte SpaceDev/SNC die Entwicklung fort und nannte das ganze Dream Chaser. Die X-37 hat mit dem dem HL-20 afaik direkt nichts zu tun, geht gleichwohl aber wahrscheinlich auch auf die X-20 zurück.

  3. Hm, ich meine, die X-38 wäre der Prototyp für das Rettungsboot der ISS gewesen. Oder irrt hier Wikipedia?
    https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-38

    Btw. als (unbemannten) Shuttle 2.0 stelle ich mir ein Lifting Body ähnlich dem Venture Star – also ein ziemlich „fetter“ Rumpf mit Treibstofftanks im Rumpf und Flügeln in etwa mit den Dimensionen des Shuttle 1.0, vor. Jedoch konventioneller Antrieb (SSME, BE-4, RD-180 o.ä., je nach präferierten Treibstoff). Als Starthilfe zusätzlich entweder Feststoff-Booster an der Unterseite oder ggf. eine gekürzte Version des Saturn V-Erststufe. Dadurch könnte das System komplett wieder verwendbar werden und von einem Außentank können keine Schaumstoffteile von der Isolierung abfallen – gibt ja keinen.

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