Ein Schritt vor, einen Schritt zurück

Es kommt, wie es kommen muss. Immer wenn in den USA ein Dösbaddel Präsident wird (prominente Vorbilder: George W. Bush und Ronald Reagan), kann man das schlimmste für das NASA-Programm befürchten. Nun ist es noch nicht offiziell, aber Charles Miller, Mitglied des „Übergangsteams“, das von der alten in die neue Regierung überleiten soll, zeigt schon, wohin die Reise gehen könnte:

  • Weg von der ISS zu einer kommerziellen Weltraumstation
  • Eine nicht näher umrissene „space industrialization initiative“, die neue Industrien und Jobs schaffen soll.
  • Einstellung der SLS zugunsten privater Vehikel, die günstiger seien.

Fangen wir mal an, die drei Punkte zu diskutieren.

Private bemannte Raumfahrt

Der erste Punkt ist ja nicht neu. Bigelow will seit Jahren eine kommerzielle Raumstation starten. Obwohl die Firma durch Kongressbeschluss (soviel zum Thema „private Entwicklungen“ in den Besitz der neuesten NASA-Technologie für aufblasbare Hüllen kam, die es erlauben die Startmasse einer Hülle um 50% zu senken, hat sie es in 10 Jahren nicht geschafft eine Raumstation zu starten. Vor zehn Jahren startete sie ihren ersten Prototyp Genesis I. Zwischendurch musste die Firma ihren Mitarbeiterstab abbauen. Nun ist ein Mini-Modul an der ISS angebracht und wird für zwei Jahre getestet. Ein Start auf der Atlas V ist gebaucht, nachdem ihre Station seit 10 Jahren bei SpaceX im Launchmanifest gelistet ist, aber nie gestartet wurde.

Man könnte nun meinen, dass dies mit den erst ab 2018 verfügbaren „kommerziellen“ Vehikeln zusammenhängt. Doch ich sehe das nicht so. Man hätte schon in den vergangenen Jahren mit Russland fliegen können, die ja auch in der Aufbauzeit der ISS immer wieder „Weltraumtouristen“ starteten. Ich sehe vielmehr keinen Bedarf. Es ist ja nicht so, dass man nicht an Bord der ISS nicht kommerziell forschen könnte. Ja man hat früher sogar angenommen, so den Betrieb finanzieren zu können. Wie sich zeigte, war der Bedarf gleich Null. Nicht mal, als man keine Kostenerstattung verlangte, fanden sich Kunden. Die NASA hat seitdem einen Großteil ihrer Racks an Universitäten abgegeben, um eigene Forschungsmittel zu sparen. ESA und JAXA nutzen ihre Labors für Forschung. Bis heute sind nicht alle Racks belegt, es gäbe also durchaus Möglichkeiten für die Kommerzialisierung, ohne eine neue Raumstation zu starten, die ja auch Geld kostet. Die Startkosten für Experimente und Personal dürften vergleichbar sein, also sehe ich keinen Bedarf für die Industrie an Bord einer privaten Weltraumstation.

Der zweite Kundenstamm wären Touristen. Es gibt ja immer wieder Weltraumtouristen, auch wenn der Kreis bei zweistelligen Millionenbeträgen pro Start klein sein dürfte. Aber auch hier ist die ISS die bessere Alternative. Russland will schon Touristen transportieren, nachdem die gebuchten Plätze für US-Astronauten wegfallen. Die beiden „kommerziellen“ Transporter (ich setze das bewusst in Klammern, denn diese wurden ja für 8,4 Milliarden Dollar von der NASA entwickelt und nicht auf eigene Faust. Bezahlt werden alle Flüge auch von der NASA. Das einzig Neue ist dran, dass die NASA weniger Einfluss auf die Auslegung der Vehikel hat) haben jeweils 7 Plätze. Es werden pro Start nur vier Astronauten starten. Somit könnte man die anderen drei Plätze für Touristen nutzen. Da der Start schon von der NASA finanziert ist, wären die Plätze relativ preiswert buchbar. Interessenten müssten für ihre Ausbildung und die Versorgungsgüter zahlen. Das Erste ist nicht angebbar, doch der Verbrauch an Versorgungsgüter ist bekannt. Es sind rund 12 kg/Tag, was bei den heutigen US-Transportern rund 1,05 Millionen $ pro Tag entspricht. Ein 14-Tages-Aufenthalt wäre so deutlich billiger als bei den Russen.

Kurzum: kommerzielle bemannte Raumfahrt: Der Bedarf ist (Moment, ich rechne noch mal genau nach …) ist genau gleich Null. Zumindest, wenn man „Kommerziell“ so nimmt, wie es allgemein angesehen wird, nämlich das der Staat nichts damit zu tun hat. Das man vom Staat auf Staatskosten entwickelte Vehikel nimmt und dann kommerziell nutzt ist in etwa genauso kommerziell wie die Waffenindustrie: Die verkauft zwar auch Panzer und Kampfflugzeuge, die sind aber alle im Staatsauftrag entwickelt worden.

Neue Jobs durch neue Industrien

Nummer zwei kann man kurz abhandeln: Immer wenn eine neue Regierung an die Macht kommt, verspricht sie neue Jobs. Und weil das bei bestehenden Industrien schwierig ist, und oft die Leute auch die Ursache kennen (z.B. Wettbewerbsschwäche einer einheimischen Industrie, billigere ausländische Konkurrenz, Globalisierung mit Verlagerung von Arbeitsplätzen ins Ausland) kommt man auf die glorreiche Idee neue Industrien zu schaffen. Nur ich kenne kein Beispiel, wo man ad hoc vom Staat ausgehend eine neue Industrie schuf und die dann ohne den Staat auskam. Gerade die Weltraumfahrt zeigt doch, wie es wirklich geht. Es gibt heute zwei Teilaspekte, die kommerziell erfolgreich sind: Kommunikationssatelliten und Erdbeobachtungssatelliten. Die ersten Kommunikationssatelliten wurden schon privat von Firmen finanziert. AT &T buchte den ersten kommerziellen Start für Courier A. Seitdem ist diese Industrie eigenständig und benötigt keine Staatsaufträge. Wenn es welche gibt, dann um die eigene Industrie im Wettbewerb zu stärken. Das hat die ESA über Jahrzehnte so gemacht, letztes Beispiel ist die „Small-Geo“ Plattform, deren erstes Exemplar vor zwei Wochen startete. Das zweite Beispiel ist die Erdbeoachtung. Ronald Reagan wollte diese privatisieren. Damals war aber die Nachfrage zu gering und die Kosten von Satelliten zu hoch. Was rauskam war nur ein Debakel bei der US-Erdbeobachtung, das bis heute anhält. Mittlerweile betreibt die ESA mehr Erdbeobachtungssatelliten als die NASA. Heute ist dies anders. Um die Jahrtausendwende wurden die ersten kommerziellen Erdbeobachtungssatelliten gestartet. Derzeit gibt es zwei Trends: große Satelliten mit immer kleinerer Auflösung, derzeit minimal 30-35 cm und kleine Satelliten, die viel günstiger sind, mit Auflösungen von 1-5 m, dafür viel günstiger. Das letzte Segment boomt derzeit. Das führte dazu das inzwischen die NRO ihre großen visuellen Satelliten (KH-12) nicht mehr baut und Bilder von Digiglobe erwirbt. Was sich verändert hat, ist das die Technologie um hochauflösende Bilder zu gewinnen dramatisch billiger wurde und vor allem auch die Kunden die nötige Infrastruktur haben. Ein Satellitenbild hat einen Umfang von mehreren Hundert Megabyte. In den Achtzigern waren die Computer, die man brauchte, um es zu verarbeiten teuer, Echtzeitzugriff war unmöglich, man bekam nach einigen Tagen ein Magnetband. Heute kann man über das Internet innerhalb von 1-2 Stunden nach Bildgewinnung auf die Daten zugreifen. Die kommerziellen Satelliten entstanden von alleine ohne staatliche Förderung. Das ist auch der Fall bei den erdnahen Kommunikationssatelliten wie Iridium, Globalstar, O3B und nun Oneweb.

Kurzum: Wenn sich etwas kommerziell lohnt, dann braucht man keine Industrie mit Subventionen erschaffen. Dann geht das von alleine. Wenn etwas schon beim Start Subventionen braucht, dann geht es meist auch nicht dauerhaft ohne. SpaceX wirbt ja damit, „privat“ zu sein. Doch Musk hat mehrmals betont, wie seine Firma schon nahe am Bankrott war, als der COTS-Auftrag sie rettete. 70% des Auftragsvolumens heute stammen vom Staat. Ich glaube kaum, dass SpaceX bei den nun weggebrochenen kommerziellen Aufträgen noch überleben könnte. Im Gegenteil: Der Staat ist die Stütze der Firma. Er springt nicht ab, wenn die firma Raketen in die Luft jagt, die Gelder fließen, unabhängig vom Fortschritt nach Budgetplanung. Besser geht’s doch nicht.

„Private“ Alternative zur SLS

Kommen wir zum letzten Punkt: einer „privaten“ Alternative zur SLS. Die Geschichte der SLS zeigt ja das Grundproblem der bemannten US-Raumfahrt. George W. Bush initiierte nach dem Columbia Desaster eine neue Richtung: Constellation – es sollte nun zum Mond gehen mit der Ares I+V und Orion. Aber und daran hat sich seitdem nichts geändert: Bitte, finanziert das Mondprogramm aus der Portokasse! Apollo schluckte 2/3 des NASA-Haushaltes, der damals auch noch höher war, gemessen am Gesamthaushalt (in der Spitze 3,3% des US-Haushaltes, heute sind es weniger als 0,5%). Da ist doch klar, dass dies nicht so einfach geht. Bushs‘s NASA löste das Problem indem Shuttle und ISS eingestellt werden sollten. Das Shuttle wurde nach Fertigstellung der ISS außer Dienst gestellt, die ISS sollte bis 2016 betrieben werden (vorher ging es wegen der Verträge mit ESA und JAXA nicht, die 10 Jahre Betrieb ihrer Labors beinhalteten). Als Obama ans Ruder kam, waren beiden Programme noch aktiv und Constellation kaum vorangekommen. Er stellte die beiden Trägerraketen ein, die Kapsel dürfte weiter bestehen, schließlich waren kommerzielle Vehikel damals noch nicht geplant. Der Senat beauftragte dagegen die NASA eine Schwerlastträgerrakete zu entwickeln – vorbei am weißen Haus. Entsprechend heißt die SLS auch gerne „Senate Launch System“. Allerdings so viele Mittel bekam die SLS auch nicht, was auch ihren Jungfernflug verzögert. Gestrichen wurde die Oberstufe, weshalb mit einer umgebauten Delta-IV Oberstufe (eigentlich viel zu klein für eine Trägerrakete dieser Größe) nur 70 t in einen Erdorbit befördert werden können. Mit einer besseren Oberstufe könnten es mindestens 105 t werden.

Nun soll auch die SLS eingestellt werden, nachdem die Befürworterfront im Senat bröckelt.

Ich halte gar nichts davon. Zuerst einmal ist die Rakete nun fast fertig entwickelt, sicher noch ohne die nötige Oberstufe, aber Orionmissionen, die sie benötigen gibt, es ja auch erst ab 2021. Eine neue „private“ Rakete kostet aber auch erst mal Geld für die Entwicklung und eventuell geringere Startkosten kommen auch erst rein, wenn man die Entwicklungskosten auf viele Flüge umlegen kann. Das ist aber bei einer Schwerlastrakete nicht zu erwarten. Man riskiert vielmehr das sich das Programm noch weiter verzögert. Zudem: Welche Alternativen gibt es heute? Es gibt ja keine Rakete mit 70 t Nutzlast, ausbaubar auf 130 t in der Entwicklung. Die Falcon Heavy soll 54 t haben. Da SpaceX aber alles bergen will, kann man 30% abziehen und liegt bei 38 t. Noch schlimmer: Als zweistufige Rakete sinkt die Nutzlast stark ab. Zum Mond sind es noch 13,6 t (ohne 30% Abzug), die SLS dürfte, wenn man die 70 t Nutzlast für den LEO als Basis nimmt, rund 26 t zum Mond befördern, also rund das doppelte. Es gibt noch weitere Gründe, die gegen die Falcon Heavy sprechen. Das Erste ist, dass die derzeitige SLS am Beginn der Evolution ist. Es fehlt eine entsprechende Oberstufe und auch leistungsfähige Booster. Die dürften nach NASA Angaben die Nutzlast auf 130 t anheben. Ich komme auf bei gleichen Aufstiegsverlusten sogar 150 t, davon 52 t zum Mond. Dagegen ist die Falcon Heavy, das Ende der Evolution der Falcon 9. Leistungssteigerung? Unwahrscheinlich. Die Firma scheint ja schon mit der Fertigstellung dieser für Mondmissionen um den Faktor 3-4 zu kleinen Rakete überfordert zu sein und liegt inzwischen 4 Jahre in der Entwicklung zurück.

Das Nächste ist die Erfahrung mit SpaceX. Bei der Falcon 9 gab es drei Starts mit gravierenden Vorkommnissen (taumelnde Nutzlast in zu niedrigem Orbit beim ersten Flug, Triebwerksausfall mit zu niedrigem Orbit beim dritten Flug, ausbleibende Wiederzündung beim sechsten Flug) und zwei Totalverluste. Das ist eine ziemliche Pannenserie, nicht nur vergleichen mit dem bemannten Raumfahrtprogramm der NASA, sondern auch anderen kommerziellen Trägern. Vor allem vergleicht man die beiden Verluste mit dem Shuttle (den die NASA heute ja als nicht zuverlässig genug ansieht) mit den beiden Verlusten von SpaceX so zeigt sich eines: Die NASA kannte ihr Trägersystem gut und es gab in beiden Fällen vorher Hinweise. Beim Verlust der Challenger warnten Angestellte von Thiokol aufgrund schon vorher angeschmorter Ringe vor dem Start und wurden von der NASA bedrängt, den Start zu genehmigen. Bei der Columbia liegt der Fall etwas anders. Es gab immer abfallende Schaumstücke, aber keine großen, die jemals den Hitzschutzschild ernsthaft beschädigten. Das abbrechende Stück traf durch Zufall die Flügelvorderkante. Hätte es die Oberfläche getroffen, der Schaden hätte nicht zum Verlust geführt. Es war also eine Kombination aus Zufall und Herstellungsmängeln. Den Zufall konnte die NASA nie ausschließen, weshalb sie dann auch bei der einzigen Mission die nicht zur ISS führte, eine Rettungsmission ansetzte.

Bei SpaceX rätselt man nach einem Totalverlust erstmal, untersucht ihn und findet nach Monaten schließlich die Ursache. Der Nachteil dieser „Methode“ ist, dass man so nicht weiß, wie viele versteckte Fehler es noch gibt. Einen? Zehn? Hundert? Nicht mal SpaceX weiß es. Da ziehe ich die Vorgehensweise der MASA vor. In der man viel mehr untersucht, testet und verbessert, auch wenn die Entwicklungskosten dadurch deutlich höher sind und die Startkosten ebenfalls. Das ist auch woanders so üblich. Das Merlin 1D wurde qualifiziert nach 1.970 s Testsekunden, bei einer Betriebsdauer von 185 s. Das ist also etwa das 11-fache der Laufzeit eines Triebwerks oder der Laufzeit aller Triebwerke eines Falcon 9 Starts. Wenn ein Automobilhersteller einen neuen Motor qualifiziert, dann kommen zu vielen Testläufen im Labor unzählige Tests von Produktionsexemplaren in allen klimatischen Gebieten der Erde. Ein Motortyp hat danach auf verschiedenen Fahrzeugen weitaus mehr als die zehnfache Lebensdauer absolviert. (Nicht ein Motor, aber in der Raumfahrt werden auch mehrere Testtriebwerke verwendet). Übertragen auf SpaceX würde das heißen: Wenn alle Testmotoren die nominale Lebensdauer eines Autos, (200.000 km) zusammen erreichen, ist der Motor qualifiziert. (Da bei einer Falcon 9 nicht in jeder Flugphase ein Antrieb ausfallen darf, ist die Solllebensdauer die aller Triebwerke und nicht die eines Triebwerks).

SpaceX reist nach Presseberichten derzeit die Latte bei CCDev, ihre Falcon 9 schafft die Kriterien nicht. Wie immer verspricht die Firma, dass die nächste „Evolution“ „Block 5“ es richten soll. Mich erinnert das immer an eine Firma, die was liefern soll und einen dauernd vertröstet, Bei einer Bestellung kann ich diese stornieren. Das geht mangels Alternative bei einer Schwerlastrakete nicht.

Bleiben noch andere Firmen. ULA produziert zuverlässige Träger und das seit Jahrzehnten. Die Vulkan wird 2 Milliarden Dollar in der Entwicklung kosten bei anfangs 22 t Maximalnutzlast (später mehr, doch das ist wie bei der SLS in der Erstfinanzierung nicht dabei). So kann man leicht hochrechnen, dass man für SLS Niveau 8 Milliarden ausgeben muss. Ebenso dürfte der Starpreis von 200 Mill. Dollar um das Vierfache auf 800 Millionen wachsen – und auch hier ist man nicht weit von der 1 Milliarde für die SLS weg. Es wird also nicht wesentlich billiger, es kostet nur weitere Zeit und Zeit ist Geld vor allem bei der bemannten Raumfahrt, wo man zugeteilte Budgets hat.

Resümee

Das grundlegende Problem der bemannten Raumfahrt ist jedoch ein anderes: Seit drei Präsidenten kippt jeder die Programme, die schon laufen. Bush Shuttle/ISS, Obama Ares I+V, Trump nun Orion/SLS. Jedes Mal setzt man Milliarden in den Sand, weil die Entwicklung wieder eingestellt wird. Keiner erhöht den Haushalt so stark, dass das Programm soweit fortgeschritten ist, das ein Einstellen beim nächsten Präsidenten teuerer als das Fortsetzen wäre. So kann man von Mondprogrammen oder Marsprogrammen weiter träumen. Es wird sie nie geben.

7 thoughts on “Ein Schritt vor, einen Schritt zurück

  1. Falcon-Heavy letzte Ausbaustufe: Theoretisch wären ja noch Versionen mit 6 Cores um einen Zentralcore denkbar. Mit Treibstofftransfer würde alleine diese Bündelung 2, wenn nicht sogar susätzliche „halbe“ Stufen ergeben. Allerdings hat man dann 9*7=63 Triebwerke ( Oberstufe(n)), das ist schon arg viel.

  2. > Keiner erhöht den Haushalt so stark, dass das Programm soweit fortgeschritten ist, das ein Einstellen beim nächsten Präsidenten teuerer als das Fortsetzen wäre. So kann man von Mondprogrammen oder Marsprogrammen weiter träumen. Es wird sie nie geben.

    Und das ist auch gut so! Ein solche sinnlose Geldverschwendung ist von der Politik auch nicht zu verantworten. Das Geld ist in der Bildung oder Entwicklungshilfe deutlich sinnvoller und besser angelegt.

  3. Klar das ist von Trump nicht zu erwarten, der steckt das Geld lieber ins Militär oder baut Mauern. Bei „America first“ ist Entwicklungshilfe nicht zu erwarten und da ihn sicher nicht die Gebildeten gewählt haben, wohl auch nicht in Bildung.

    Man muss nicht zum Mond und auch nicht zum Mars, aber das als ziel auszugeben ohne es zu finanzieren zu wollen ist suboptimal.

  4. > der steckt das Geld lieber ins Militär oder baut Mauern.

    Wenn er so weitermacht, braucht er das wohl bald damit ihm die Leute nicht weglaufen. Erinnert mich irgendwie an einen gewissen Erich.

  5. Kommerzielle Weltraumstation:
    Die kann man genauso einfach haben wie die Bahnprivatisierung. Einfach die ISS in eine AG umorganisieren, die sich dann zu 100 oder weniger % im Staatseigentum befindet. Voila private Weltraumstation. Für eine wirtschaftliche Nutzung müsste wesentlich mehr automatisiert werden. Alle Experimente z.B. müssten von der Erde aus kontrollert und ausgewertet werden können.

    SLS:
    Es macht wirklich keinen Sinn dieses Projekt aufzugeben, und dann trotzdem weiter von Mond- oder Marsprogrammen zu reden. Auch für eine Weltraumstation wäre eine Schwerlastrakete sinnvoll, um gleich komplett ausgerüstete Module zu starten.

    Das Problem in der Politik ist die Definition: „Alles was die Vorgänger getan haben ist schlecht, und ich mache alles besser.“

  6. @Norbert Rupp: Es klingt nicht unbedingt logisch, aber Investitionen in ein ernsthaftes Mond- oder Marsprogramm wären in der Tat Bildungspolitik! Dann wird in den Massenmedien nämlich mal wieder über Wissenschaft und Technik diskutiert, und nicht über „wer singt am besten“, „wer kriegt am besten das Runde in das Eckige“ oder „wer hält es am besten mit Kakerlaken aus“.

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