Vom Koi zur Schnappschildkröte

Vor mehr als sieben Jahren schrieb ich den Blog vom Hai zum Koi, sieben Jahre später denke ich, ist es eine gute Zeit nach dem Jungfernflug der Falcon heavy an das Thema anzuknüpfen.

Nach dem Jungfernflug der Falcon Heavy kommen nun mehr praktische Fragen auf. Vorher war man ja gespannt, ob sie überhaupt kommt und wenn ja wann. Nun frage ich mich zumindest, wozu sie da ist. Die große Auftragsflut ist ja ausgeblieben. Das aktuelle Launch Manifest weist nur drei kommerzielle Starts und eine Air Force Testmission für die Falcon Heavy aus. Der Teststart ist Bestandteil der Zertifizierung, da dabei die Fähigkeit zur Wiederzündung nach vielen Stunden und die Veränderung der Inklination, beides benötigt für GSO-Missionen demonstriert wird. Das musste eine eine Falcon 9 bisher nicht können.

Wozu SpaceX die Falcon Heavy braucht

SpaceX selbst zeigt ja, wie man die Falcon Heavy einstuft, denn als Preismodell gibt man nur 8,5 Tonnen in den GTO an, obwohl es ja eigentlich 26,8 t sein sollten. Man will wohl alle Booster landen, anders könnte SpaceX nicht den Start für nur 40 % mehr als die Falcon 9 anbieten. Die hohe Nutzlasteinbuße entsteht dadurch, dass zwei Booster an Land gelandet werden (verbraucht mehr Treibstoff, da die Bahn umgedreht wird) und einer, der zentrale, auf einem Dronenschiff. Der Letztere wird bei höherer Geschwindigkeit abgetrennt, dafür benötigt er ebenfalls mehr Treibstoff und wahrscheinlich auch eine stärkere Hülle wegen der größeren Belastungen. Das Konzept: „Wiederverwendung ist ökonomisch“ widerlegt SpaceX so selbst: Zwar ist der Kilogrammpreis etwas günstiger (11.300 / 10.600 $/kg) aber nur noch 31,8 % (Falcon 9: 66,2% der nominellen Nutzlast) erreichen den GTO. Schaut man einige Jahre zurück, so ist die Falcon Heavy sogar enorm im Preis gestiegen. Als sie angekündigt wurde, sollte sie 136 Millionen Dollar bei 21,2 t Nutzlast in den GTO transportieren, nun kostet ein Bruchteil dieser Nutzlast 6,5 t schon 90 Millionen. Das ist eine Preissteigerung um zwei Drittel, ja Wiederverwendung ist teuer – zumindest bei der Falcon Heavy.

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum die Falcon Heavy nur wenige Starts absolvieren wird. Für kommerzielle Starts vor allem in den GTO ist die Falcon Heavy zu groß und zu klein. Zu groß, weil die theoretische Nutzlast (ohne Wiederverwendung) mit einer Ausnahme, dazu komme ich noch nirgendwo gebraucht wird. Mag sein, das Musk spekuliert, das die NASA SLS aufgibt, doch mit etwas Menschenverstand müsste er wissen das, dem nicht so ist. Die SLS entstand als Obama, die Ares V einstellte, weil das Parlament die Rakete haben wollte (wahrscheinlich nur um Arbeitsplätze zu sichern, denn sie wird allerhöchstens einmal alle zwei Jahre starten und bisher sind nur zwei Missionen geplant). Analog wird Orion weiter geführt, obwohl die ISS von kommerziellen Vehikeln versorgt wird und außer Mondumrundungen das Raumschiff nirgendwo eingesetzt werden kann.

Die Falcon Heavy ist aber auch zu klein, und das bezieht sich auf die Nutzlasthülle. Die ist 13,1 m lang, kürzer als alle Nutzlasthüllen der Konkurrenten, selbst denen die auch nur Einzelstarts durchführen. Es gibt nur eine Hülle für Falcon 9 und Falcon Heavy trotz dreimal größerer Nutzlast.  Ein Satellit passt rein, aber keine Zwei. Eine Doppelstartstruktur hat SpaceX deswegen schon gar nicht entwickelt. Der Grund ist wahrscheinlich, die dauernde Verlängerung der Rakete. Seit der ersten Falcon, die noch 333 t wog, hat man die Rakete gestreckt auf nun fast 70 m Länge bei nur 3,6 m Durchmesser. Auf den langen Körper wirken beim Aufstieg aerodynamische Kräfte und dann muss man entweder für eine noch längere Rakete die Struktur verstärken (kostet Nutzlast) oder eben die Nutzlasthülle verkürzen. SpaceX hat sich irgendwann mal dazu entschlossen die Konstruktion auf die Falcon 9 zu optimieren, also so lange wie möglich für einen Einzelsatellitenstart der alle heutigen Satelliten transportieren kann und bei etwas Leichteren sogar noch eine Bergung zulässt. Dabei hat man in Kauf genommen, dass man bei der Falcon Heavy nur kurze Nutzlasten (im Verhältnis zur Kapazität) starten kann. Auch das publikumswirksame Befüllen mit unterkühlten Treibstoffen ist eher ein Eingeständnis, das man keine bessere Lösung hat, als technologisches Können: wenn man die Tanks nicht mehr verlängern kann, dann müssen eben die Treibstoffe eine höhere Dichte haben, um mehr davon mitzuführen. SpaceX selbst rechnet selbst nicht damit, dass jemand die Nutzlast ihrer Raketen ausnutzt, denn wie man offiziell im Users Guide nachlesen kann, ist der Nutzlastadapter für eine Last von maximal 10,8 t ausgelegt. Wahrscheinlich gibt es Reserven, sodass man bei einem angepassten Adapter etwas höher gehen kann, aber bestimmt nicht die volle Nutzlast der Falcon 9. Bei gängigen Zuschlagfaktoren für eine Struktur die 62 t mehr Last trägt und der höhere Treibstoffverbrauch zur Veränderung des Neigungswinkels, erhöhen 62 t mehr Nutzlast die Masse der Oberstufe um 1,5 t. Um diese 1,5 t sinkt dann die Nutzlast für alle Orbits. Beim GTO von (angeblichen) 8,2 t auf 6,7 t.

Warum die Falcon Heavy trotz selbst eingestandener Probleme und mehr als vier Jahren Zeitverzögerung nicht aufgegeben wurde? Weil es eine Nutzlastgruppe gibt, die die Falcon 9 auch ohne Weiterverwendung nicht starten kann: militärische Satelliten des DoD. Die haben seit den Sechziger Jahren keinen integrierten Antrieb sind also darauf angewiesen, dass die letzte Stufe den GEO zirkularisiert. Schon mit den optimistischen Strukturfaktor von 25 hat die letzte Stufe eine Trockenmasse von mindestens 4 t. Schon mit der Raketengrundgleichung kann man errechnen, das für ein ΔV von 1800 m/s, wie man es beim Start vom CCAF hat, die GEO-Nutzlast auf 3,1 t sinkt. Doch die Stufe ist nicht isoliert. In den 5 ½ Stunden, die sie braucht, um den GTO zu erreichen, wird einiges an Sauerstoff verdampfen und davon ist nur noch wenig übrig – etwa 3,7 t. Bei der Falcon Heavy ist es erheblich mehr Treibstoff und die GEO-Nutzlast ist höher. Die Atlas V hat drei Versionen mit mehr als 3,1 t GSO-Nutzlast, die Delta 4M (5,4) liegt bei 3,2 t und die Delta 4 Heavy bei 6,75 t. SpaceX hat sich auf Regierungsstarts konzentriert, und um sich um alle Aufträge bewerben zu können, braucht SpaceX die Falcon Heavy.

Vom billigsten Anbieter zum Teuersten

Das leitet mich zum zweiten Punkt über. Auch wenn SpaceX sich nach außen hin als wahnsinnig innovativ gibt und immer neuere Projekte postuliert (als Ausgleich werden dann die früher angekündigten wieder eingestellt wie die Red Dragon oder die bemannte Mondumrundung), hat sie sich, wenn man die realen Fakten betrachtet, zu ULA 2.0 entwickelt.

Nach dem letzten Report des GAO hat:

1. SpaceX bisher am meisten Gelder im Rahmen von CCDev und CRS/COTS erhalten: 7,78 von 14.1 Mrd. Dollar
2. SpaceX hat die nominell stärkste Trägerrakete und transportiert am wenigsten Nutzlast pro Mission: 1.569 kg im Druckbehälter. Orbital ATK mit einer Rakete, mit nur einem Drittel der Nutzlast, erreichte im Schnitt 2,723 kg.
3. Ihre Preise pro Kilogramm Nutzlast um 50 % erhöht und ist nun der teuerste Anbieter, Orbital ATK, die die Leistung ihrer Antares und Cygnus steigerte, wurde vom teuersten zum billigsten Anbieter.

Da sieht man, wohin die Reise geht: Um die 7,78 Milliarden, die vom Staat kamen, durch Start hereinzubekommen, müsste SpaceX 126 Starts durchführen, bisher waren es aber nur 52. Davon waren 14 Versorgungsflüge zur ISS, die in der oberen Summe enthalten sind, und 5 weitere Regierungsstarts. Rechnet man diese mit 90 Millionen hinzu (publizierte Preise für NASA/DoD Starts: 83 bis 96 Millionen Dollar) so bleiben von 52 Starts 33 kommerzielle übrig, die maximal 2.046 Millionen Dollar einbrachten gegenüber 8.230 Millionen Dollar durch Regierungsaufträge: Staatsquote: 80,1 %. Arianespace hat 20 bis 25 % Staatsquote.

Das Schöne an so Staatsaufträgen ist, das, wenn man erst mal im System drin ist, sie von alleine kommen. Einfach weil es keine Konkurrenz gibt und in der heutigen Zeit, der Warmduscher-NASA die Regierung nicht auf einen Launch Service Provider setzt. Das zeigt sich schon bei Delta / Atlas. Obwohl die Delta teurer als die Atlas ist, betreibt man für wenige Starts pro Jahr beide Systeme. Genauso bei CRS: Obwohl bei CRS-2 die Nutzlast pro Mission auf 3.754 kg pro Mission ansteigen soll, vergibt man Aufträge an drei Firmen, obwohl dies auch eine leisten könnte. SpaceX hat man nicht mal Aufträge entzogen, als sie die Preise um 50 % erhöhten. Daher will man auch noch die lukrativen Aufträge für GEO-Missionen kommen. Wenn SpaceX noch etablierter ist als jetzt, wird kommen, was man bei CRS-2 schon getan hat: die Preise werden massiv erhöht. Wenn sie auf 150 Millionen hinaufgehen, sind sie immer noch billiger als ULA und jeder Start für die Regierung bringt so viel ein, wie zweieinhalb kommerzielle Starts.

Realität und alternative Fakten

Wenn man SpaceX beim Wort nimmt, dann wird es komisch. Die Firma will ja eine Satellitenkonstellation aus 12.000 Satelliten aufbauen. Nun hat die FCC, die Organisation, die die Frequenzen vergibt, gefordert, das sie in sechs Jahren die Hälfte der ersten Phase (4425) davon startet. Das ist nach SpaceX Angaben unmöglich. Sehr komisch.

Das Launchmanifest ist ja laufend am Schrumpfen. Es weist nur noch 42 Einträge aus. Einer ist ein kombinierter Start, einer ist gekündigt worden (Bigelow) und 16 sind Flüge zur ISS, die zum Teil erst in Jahren stattfinden. Seit zwei Jahren gibt es weniger neue Aufträge als Starts, sodass mit der Rate von 30 Starts pro Jahr SpaceX alle noch ausstehenden kommerziellen Starts in 9 Monaten abwickeln kann.

Danach wird die Firma nur noch das starten können, was weltweit neu ausgeschrieben wird. Das sind bei kommerziellen Starts in den GEO etwa 20 bis 25 Satelliten pro Jahr. Die Betreiber der Satelliten haben niemals mehr als 50 % dieser Aufträge an eine Firma vergeben, das sind also maximal 10 bis 12 Starts pro Jahr.

Dazu kommen 5-6 Missionen zur ISS und vielleicht noch 4-6 andere für die Regierung. Auch die wird nicht alle Starts mit SpaceX starten, sondern noch andere Träger nutzen. Das sind dann, wenn man alles zusammenrechnet, 19 bis 24 Starts pro Jahr. Sie haben derzeit zwei Startrampen in Betrieb. Mit 39A und dem Weltraumbahnhof in Brownsville werden es vier sein. Mit zwei Startrampen führen sie 30 Starts pro Jahr durch, dann schaffen sie mit der doppelten Zahl 60. Das lässt bei maximal 24 Starts pro Jahr noch 36 für ihre Satellitenkonstellation übrig. Wenn es nur Falcon 9 Starts sind, dann kann jeder Start je nach Orbithöhe 15 bis 19 t transportieren. Das sind bei 500 kg pro Satellit (Gewicht der beiden Prototypen) 30 bis 38 Stück pro Start, in sechs Jahren also 6400 bis 8200, sie müssten nur 2213 starten. Die Falcon Heavy hat sogar die dreifache Nutzlast, da dürfte das ein Klacks sein. Kurzum: SpaceX beweist mit der Antwort, sie können maximal ein Drittel der Satelliten starten, das alle Ankündigungen schon jetzt nichts als heiße Luft sind. Dabei wird es ja noch besser: 2022 startet dann die BFR mit 150 t Nutzlast und das wöchentlich. Ach ja? Dann reichen ja 10 Wochen aus, um alle diese Satelliten zu starten …

Vor allem, wenn man nun ja eine Rakete hat, die 100-mal wiederverwendet werden kann und 10-mal ohne Überholung gestartet werden kann. Da kann SpaceX ja sogar so viele Starts durchführen, denn nun muss ja nicht mal eine Unterstufe pro Jahr produziert werden, um alle abzuwickeln. Und die ganzen Arbeiter, die bisher Raketen gefertigt haben, müssen ja was zu tun haben, wie z.B. Satelliten bauen.

Kurzum: Nimmt man nur die von SpaceX publizierten Fakten, so kommt man darauf, dass ihre Konstellation ohne Probleme mit ihren Mitteln umsetzbar ist. Aber es sind eben nicht die realen Fakten, sondern alternative Fakten, wie Lügen neumodisch heißen.

Ein Blick auf Tesla

Woanders zieht das Ankündigen von „Mit dem nächsten Modell wird alles besser“ nicht mehr: Tesla, Musks zweite Firma legt derzeit einen rasanten Abwärtsgang an der Börse ein. In einem Jahr ist der Kurs von 343 auf 245 Euro gesunken. Vor einigen Wochen war er sogar bei 208 Euro, als angekündigt wurde, dass das neue Modell, das nun endlich Gewinn bringen soll, sicher erneut verspätet. Tesla hat einige Parallelen zu SpaceX auch diese Firma lebt davon, das alle glauben sie wäre technologisch fortschrittlich, innovativ und ihre Produkte wären die Zukunft ihrer Branche. Das Image hat Kratzer bekommen, seit es tödliche Unfälle mit dem Autopilot gab, Batterien in Flammen aufgingen und das was den Massenmarkt erobern soll immer weiter in die Zukunft rückt. Vor allem aber ist bisher noch nie Gewinn erwirtschaftet worden, die Verluste sind laufend angestiegen. Rechnet man die Verbindlichkeiten auf die Zahl der Aktien um, so sind das 137 Euro pro Aktie, was den Unternehmenswert doch deutlich mindert. Musk ist schlau. Er hat sich sukzessive bei den hohen Kursen von Aktien getrennt und derzeit will Tesla Musks dritte Firma Solarcity für 2,6 Milliarden kaufen, wofür er dann nochmals Geld bekommt. Wer weiß, vielleicht kauft in einigen Jahren dann Tesla SpaceX und Musk verscherbelt die letzten Aktien und stiegt aus.

SpaceX ist vom Koi zur Schnappschildkröte geworden. Ein Koi schwimmt wenigstens noch langsam durch den Teich und frisst dabei Futter. Eine Schnappschildkröte lauert nur gut getarnt am Seegrund mit offenem Maul, an der Zunge ein Fortsatz der wie ein Wurm aussieht, beißt ein Fisch auf den vermeintlichen Wurm, dann schnappt sie zu.