SpaceX Nachlese vom August

Zeit mal für einen, diesmal kurzen Blog über die Neuigkeiten von SpaceX. Im Juli gab es wieder einige Neuigkeiten. Zuerst gab es eine Explosion auf dem Testgelände für das Experimentvehikel für das Starship, den Starhopper. Explosionen gehören inzwischen, nachdem sie im April eine schon geflogene Crew Dragon gesprengt haben, wohl zum Alltag. Es gab schon als man die Bergung der ersten Stufe mal mit solchen Starts/Landungen (Grashopper) erprobte eine Explosion, daneben die beiden Fehlstarts, und wenn ich mich richtig erinnere, gabs auch insgesamt zwei Triebwerksexplosionen. Von alldem erfährt man nicht viel wenn es nicht, wie die Fehlstarts beim Kennedy Space Center öffentlich ist, sondern alles spielt sich in SpaceX eigenem Gelände ab und nur die Nachbarn bekommen das mit. Wie viele andere Vorfälle, die nicht gleich in einer Explosion enden es gibt, kann man da nur raten.

Ganz so schlimm scheint der Vorfall auch nicht gewesen zu sein denn inzwischen hat der Starhopper seinen ersten Test ohne Leine absolviert und immerhin 20 m abgehoben.

Inzwischen hat die Firma auch eingereicht, was sie bei der Startrampe 39A anbauen möchte für den Start des Starships und aus den Unterlagen entnimmt man, das die Startanlage für 24 Starts pro Jahr ausgelegt ist. Ist für heutige Verhältnisse viel, aber die Größe war in den Sechzigern durchaus zu erreichen, als Starts noch schneller abliefen. Schlussendlich ist die Rakete ja wiederverwendbar und die Vorbereitungszeit so verkürzt. Als man das Space Shuttle plante, sollte es auch bis zu 24-mal von einer Startrampe aus starten.

Allerdings frage ich mich wie das nun mit den suborbitalen Flügen zum Preis eines „Business Class“ Tickets wird. Müssen die ganzen Kunden dann zum Cape fahren, wenn sie eigentlich von New York aus starten wollen? Und ist ein Flug alle 14 Tage für Reisende nicht eine etwas niedrige Frequenz? Da ist man mit dem Flugzeug schneller, ja bei nicht ganz so langen Strecken wäre auch das Schiff eine Alternative. Ich glaube mit maximal 24 Flügen pro Jahr – nicht viel mehr als heute, wobei die meisten ja auch heute vom Cape aus stattfinden, wird es schwer die Marskolonisierung zu finanzieren.

Immerhin die Pressemitteilung hat mich an SpaceX eigenen Weltraumbahnhof erinnert. Die Tests des Starships finden ja derzeit dort statt, aber von angesetzten normalen Starts hört man nichts mehr. Inzwischen ist auch klar, dass man von dort aus das Starship starten will, es also nie Falcon 9 Starts geben wird. Immerhin verdoppelt das dann die mögliche Startrate. Dessen erste kommerzielle Starts sind nach dem 20 m Hopser nun für 2022 geplant. Ich denke man wird bei SpaceX nun schon keine Raketen mehr bauen, denn die geschätzten 60 Starts bis dahin (dann wird das Starship ja alle Falcons ersetzen) kann man bei 100-maliger Wiederverwendung einer Falcon 9 FT mit einer Stufe durchführen.

Ich hoffe bis dahin weiß man auch, wie die Rakete ausseiht, denn das ändert sich ja dauernd. Ich habe im Juli gar nicht mehr nachgeschaut aber die letzte Ziffer waren wohl 100 t Nutzlast in den LEO und 20 t in den GTO. Geplant waren mal 250 t.

Das letzte Thema hat mich als Chemiker etwas irritiert. SpaceX hat mittlerweile die Ursache für die Explosion. Es war flüssiges Stickstofftetroxid (NTO), das durch ein Leck in eine Leitung geriet und als das Ventil für die Zündung geöffnet wurde dann wieder in den Tank geriet. Das soll das Ventil aus Titan zur Explosion gebracht haben.

Na ja, hat bei mir Stirnrunzeln ausgelöst. Titan ist ein Nebengruppenelement. Es ist zwar vom chemischen Potenzial her ein unedles Metall, von der Elektronegativität her noch unedler als Zink, aber es wird durch eine dünne Oxidschicht geschützt, die es vor weiterer Korrosion stört. Das kennt man auch von anderen Metallen, so Aluminium oder Nickel. Ich habe in mein Standardwerk für Chemie geschaut und das bestätigt es. Reines Titan ist ein korrosionsfester Werkstoff, selbst Königswasser, das immerhin Gold auflösen kann, greift es nicht an. Titan wird daher auch in der Raumfahrtindustrie eingesetzt, gerade für Treibstofftanks die auch NTO aufnehmen. Es wurde 1965 von der Air Force in die Kategorie 1, der höchsten für Werkstoffe aufgenommen. Sprich das Material ist ein hervorragender Werkstoff für die Belange der Raumfahrt, wenn man den Preis für das Material zahlen kann.

Aber es kommt auf die Bedingungen an. In meinem Standardwerk steht auch, das man Titan entzünden kann, wenn man reinen Sauerstoff unter 25 Bar Druck einsetzt. Dann kommt es zu einem Phänomen, das man auch von Aluminium kennt: Das Metall schmilzt und das Oxid löst sich im Metall und die frische Oberfläche kann weiter verbrennen. Als im Falklandkrieg eine Exocet-Rakete die Sheffield traf, trat dasselbe bei den Hochbauten aus Aluminium ein: der Raketentreibstoff entzündete das Aluminium und es verbrannte. Das Schiff musste, obwohl nicht unter der Wasseroberfläche getroffen aufgegeben werden.

Es gibt nun mehrere Möglichkeiten zur Erklärung: Entweder sind die Bedingungen im Tank so extrem, das eine solche Reaktion vorkommen kann, also extrem hoher Druck. Oder die Erklärung ist falsch, entweder, weil die wahre Ursache für SpaceX peinlich ist oder es gab eine Verwechslung bei der Übermittlung der Ursache – hätte man das NTO in einen Hydrazintank gebracht oder umgekehrt, so wäre natürlich durch die sofort einsetzende Verbrennung der Druck rapide angestiegen und der Tank explodiert. Alternativ kann man aus der Pressemitteilung heraushören, das wohl das Titanventil für den Fehler verursachte ist, aber selbst nicht brannte, sondern vielmehr das NTO sich zersetzte. Wenn dies geschieht, wird Sauerstoff und Stickstoff frei. Das steigert den Druck und es wird Energie frei, die weiteres NTO zersetzen kann.

Vielleicht kann Peter Stock als „Vollchemiker“ hier was dazu beitragen, denn ich als Lebensmittelchemiker habe anorganische Chemie nur im Grundstudium gehabt und die Nebengruppenelemente kamen da auch etwas kurz weg. Mir ist Titan trotzdem in Erinnerung geblieben. Wir hatten in einem Praktikum eine „technische Analyse“. Da bekam man keine vorbereitete Probenmischung, sondern ein technisches Produkt, in dem man drei Elemente oder Verbindungen bestimmen musste. Das war nie ganz einfach, doch ein Kommilitone mühte sich mit seiner Analyse enorm lange ab. Er bekam die Probe nicht mal gelöst, was die Grundvoraussetzung für die Analyse ist. Egal was er probierte, selbst mit Königswasser konnte er sie nicht in Lösung bekommen. Da man mit dem Assistenten, der die Probe ausgab, nicht diskutieren konnte, wandte er sich direkt an den Professor, der ging zum Assistenten diskutierte kurz und der Kollege bekam eine neue Analyse. Später erfuhr er, was er bekommen hatte: Schlacke, die Titan enthielt. Immerhin, wenn SpaceX selbst sonst als „sicher“ eingestufte Materialien zur Explosion bringt, dann können wir uns bei der Firma noch auf einige Überraschungen gefasst machen. In meiner Wette liege ich ganz gut, bis 1.8.2019 gab es neun Starts von SpaceX das sind hochgerechnet aufs Jahr weniger als 16 und damit weniger als 2018. Klar die Wette ist einseitig, aber da SpaceX schon vor Jahren angekündigt hat jedes Jahr mehr zu starten, nun ja auch eine wiederverwendbare Rakete hat, mit der das noch schneller geht und zu den Kunden auch noch Hunderte von Starts für Starlink hinzukommen, bald ja mit dem Starship mehr Nutzlastkapazität hat als alle anderen Trägerraketen der Welt zusammen, dann wird man ja wohl annehmen können, das sie 2019 wenigstens die Startrate von 2018 hinbekommen.

17 thoughts on “SpaceX Nachlese vom August

  1. „Allerdings frage ich mich wie das nun mit den suborbitalen Flügen zum Preis eines „Business Class“ Tickets wird. Müssen die ganzen Kunden dann zum Cape fahren, wenn sie eigentlich von New York aus starten wollen? Und ist ein Flug alle 14 Tage für Reisende nicht eine etwas niedrige Frequenz? Da ist man mit dem Flugzeug schneller, ja bei nicht ganz so langen Strecken wäre auch das Schiff eine Alternative. Ich glaube mit maximal 24 Flügen pro Jahr – nicht viel mehr als heute, wobei die meisten ja auch heute vom Cape aus stattfinden, wird es schwer die Marskolonisierung zu finanzieren.“

    Sie hauen hier stark unterschiedliche Zeithorizonte in einen Topf – und das wissen Sie wahrscheinlich auch.
    Die Point-to-Point Verbindungen sind maximal ein mittelfristiges Ziel. Da werden noch mehrere Starship-Generationen eher Jahrzehnte als Jahre kommen und gehen bevor wir bei regelmäßigen Passagiertransport von einem Punkt der Erde zu einem anderen sein werden (wenn überhaupt).

    Die Finanzierung der Marskolonisierung soll nicht von Musk aufgebracht werden.
    Und selbst für die Anschubfinanzierung der Infrastruktur (Starship, Superheavy, Tankarchitektur, erste Landeplätze auf dem Mars etc.) soll nur in kleinen Teil über den Transport von Satelliten erfolgen sondern eher über das zur Verfügung Stellen von Dienstleistungen (StarLink) und auch Fremdfinanzierung.

    Außerdem, rein rechnerisch: 24*100t = 2’400t (wird LÄNGST nicht so viel werden. Zeigt aber das Potential)
    Was hat Ariane letztes Jahr in den Orbit gebracht? Weniger als 60t ?

    1. Bei Musks Ankündigungen Suborbitaltourismus duchfürhen zu wollen gab es keine Zeithorizonte und 2022 geht es seiner Ansicht nach zum Mars. Ich nehm ihn nur beim Wort.

      Wichtig ist bei der BFR/Starship nicht wie viel Nutzlast sie hat sondern was sie kostet. Sie soll ja alle Falcons ersetzen. Die starten aber einen Satelliten und dann muss die Riesenrakete auch billiger als eine Falcon 9 sein. Die Crux hat doch schon die Falcon heavy. Keiner braucht die Nutzlast aber sie ist eben teurer als eine Falcon 9. Die Aufträge für sie kann man an einer Hand abzählen.

      Mehr dazu in Kürze.

    2. Ach, die suborbitalen Flüge wird es doch nie geben, das war eine reine PR-Masche um Investoren anzuwerben und den Personenkult des Herrn Musk zu fördern.

      Die Flüge wären zu teuer um mehr als für eine Handvoll Personen interessant zu sein, zu riskant als dass sich diese Personen darauf einlassen werden und würden kaum einen Zeitvorteil gegenüber normalen Flugzeugen bieten aufgrund der Standortproblematik für Start-/Landebahnen, der niedrigen Startkadenz und des unvorhersehbaren Startplans bei Raketen.

      Dazu kommen dann noch tausende weitere Probleme, aber selbst eines der oben genannten reicht das das nie mehr wird als maximal ein jährliches Spielchen für Superreiche. Genug um ein paar Millionen einzubringen, aber nichtmal ein Tropfen auf den heißen Stein wenn man Musks hochtrabende Pläne anschaut.

      Und jährlich 24*100t in den Orbit schießen glaube ich genau dann wenn es auch passiert. Musks Ankündigungen sind immer sehr groß, die Realität sieht meist anders aus.

  2. Echt nur noch 100t Nutzlast?
    Dan ist man ja schon hinter die Saturn V und die SLS in der (geplanten) Block 1b und Block 2 Konfiguration zurückgefallen.

    1. Dafür wird das Starship ja voll wiederverwendbar sein. Als Kosten bleiben nur noch die für den Treibstoff – ist so wie beim Auto … hat man es erst einmal gekauft, ist es billiger als mit der Bahn fahren 😉 😉 😉

      1. Den Vergleich Rakete zu Automobil finde ich schon, äh, interessant. So voll vergleichbar.

        Warum dann nicht gleich ein Triebwerk wie das SSME oder von mir aus Raptor mit dem heimischen Gasfeuerzeug vergleichen? Ich versteh gar nicht warum die Firmen so en Bohei um ein Triebwerk machen; ein Feuerzeug kann ich für einen Euro in jedem Supermarkt kaufen….

        1. Solch „lustige“ Annahmen – Kosten für einen Start würden ja, Dank Wiederverwendung, nur für den Treibstoff anfallen – konnte man schon mal in einschlägigen Foren lesen. Und ja, das ist ja selbst beim Auto quatsch …

          P.S.: Jetzt hängt man schon ganze drei Smilys dran – Ironie funktioniert wohl wirklich nicht im Internet

          1. Bei Space-X ist es wohl schon soweit, daß die Realität mit ihrem Irrsinn jede Satire weit überflügelt hat; zumindest so im Space-X Fanforum immer wieder zu bestaunen.

          2. Hallo Anja,

            Hierher verirren sich SpaceX Fanboys nur sehr selten weil sie dann gleich von den anderen Bloglesern die Wahrheit aufgetischt bekommen. Ist also der mediale Gegenentwurf zum Raumcon-forum.

            Dafür werden dort inzwischen alle Links auf den Blog zensiert, noch dazu mit der falschen Behauptung ich wöllte das so.

          3. @Bernd: ich habe letztes Wochenende ja Raumcon endgültig aus meinen Favoriten gelöscht, etwas was ich eigentlch schon vor mehr als einem Jahr hätte tun sollen.

            Diejenigen mit denen ich dort noch vernünftig korrespondieren konnte sind schon längst weg und man sieht an den meisten Themen,dass wenn SpaceX nicht involviert ist keine Sau diskutiert.

            Glücklicherweise findet was Musk betrifft langsam ein umdenken statt, zumindest hab ich das bei den Amis beobachten können.

            (Habs ja schonmal gepostet: auf reddit gibt es schon eine „Enough Musk Spam“ Gruppe.)

            Was Raumfahrt allgemein betrifft, waren hier ein paar Diskussionen recht fruchtreich.(z.b. was Robert Zubrin für ein elender Heuchler ist.)

            Außerdem kam mir ein interessanter (wenn auch etwas verrückter) Gedanke bezüglich eines bestimmten Denkfehlers vieler Raumfahrtethusiasten.

  3. 2400t – da ist viermal die ISS, und das pro Jahr. Auch Nutzlast kostet Geld, wer soll das bezahlen? Bei allen Rummel um bemannte Marsflüge – zusätzliches Geld gibt es dafür trotzdem nicht . Ein Produkt hat nur dann Sinn, wenn man es auch verkaufen kann. Und wieviel von den 100t noch übrig bleiben, wenn das Ding erstmal fliegt, ist eine andere Frage. Wäre ja nicht die erste Rakete, bei der die Nutzlast immer kleiner wird. Angenommen die nächste Design-Änderung erfolgt mit dem gleichen Faktor wie die letzte, dann bleiben davon nur noch 40t übrig. Weniger als bei der F9H.

  4. Also, wenn mein Name in dem Beitrag über die Schwierigkeiten mit dem Titanventil erwähnt wird, möchte ich aus meiner Sicht auch antworten. Zunächst zum Titan. Es überzieht sich tatsächlich an der Luft bei Zimmertemperatur mit einer wasserunlöslichen Oxidschicht. Erklärbar ist das aus den unterschiedlichen Standardredoxpotenzialen (SRP) der Redoxpaare O2 2 O– und Ti Ti(+IV). Deshalb reagiert es ja auch nicht mit Königswasser, weil Königswasser eine oxidierende Säure ist und Ti an der Oberfläche bereits vollständig oxidiert und wasserunlöslich ist.
    Den Raketenunfall erkläre ich mir so:
    Es reicht, wenn die Oxidschicht des Titans entweder einer einer winzigen Stelle beschädigt ist oder es sind Temperaturen um 100° und 25 bar Druck vorhanden. Dann oxidiert Titan explosionsartig, weil dabei die Reaktionsgeschwindigkeit extrem hoch ist. Verständlich , der oxidative Übergang Ti —- Ti(+IV) hat ein SRP von -0,26 V (unedles Metall), während der Vorgang
    N(+IV) —- N ein SRP von +1,353 V aufweist. Also nimmt N(+IV) wegen des hohen Potenzialunterschiedes sofort die Elektronen des Titans an sich. Man muss sich mal überlegen, der Potenzialunterschied beträgt 1,613 V . Also beste Voraussetzungen für einen glatten, schnellen Reakionsverlauf. Der exotherme Reaktionsverlauf an einer kleinen Stelle reicht aus, um die Oxidschicht in der Nachbarschaft zu zerstören, um es dann zu einer Kettenreaktion kommen zu lassen.

    1. Du hast aber schon verstanden das wir von N2O4 und nicht O2 reden? Ich habe nämlich nichts dazu gefunden und die US-Luftwaffe hat Titan 1965 nach Untersuchungen mit N2O4 als korrosionstabil eingestuft.

      Das Titan ein unedles Metall ist klar. Die Frage ist nur, wie bekam SpaceX es zum Reagieren wenn seit rund 50 Jahren Tanks, Leitungen, Ventile aus dem Material hergestellt wurden und es nie einen Vorfall gab.

      Die Chemie mag SpaceX nicht. Auch die vorherigen zwei Unfälle (entzündete CFK-FLasche im LOX-Tank) und gebrochene Streben bei 1/5 der Prüfbelastung kommen nur bei dieser Firma vor.

      1. Was hat ein Produktionsfehler von Metallstreben durch einen Kontraktor (und unzureichende Eingangstests dieser Produkte) damit zu tun das „Chemie SpX nicht mag“?

        Und in der Geschichte der Raumfahrt haben sicherlich mehr als 50% aller Unfälle und Fehlstarts mit ‚Chemie‘ zu tun…

  5. Ich stimme Bernd voll zu das alles was Musk und SpaceX äußern pure Propaganda ist. Alles was nicht so „great“ ist wird unter den Tisch fallen gelassen. Allerdings handelt es sich bei der Pressemitteilung zum Titanventil um das vorläufige Ergebnis einer offiziellen Unfalluntersuchung, an der nicht nur SpaceX und NASA beteiligt sein dürften sondern auch externe Experten. Das SpaceX Unfalluntersuchungen manipulieren kann, wie Bernd unterstellt, halte ich für unglaubwürdig. Dann könnte man sich das ganze sparen.

  6. Ich habe schon verstanden, dass es hier um N2O4 geht und nicht um O2. Es ist auch klar, dass Titan keiner Korrosion unterworfen ist. Der Überzug mit einer dünnen Oxidschicht ist noch keine Korrosion. Ich habe eine literaturstelle gefunden, danach reagiert unüberzogenes Titan bei 600° fast explosionsartig mit O2. Genau das liegt hier vor. Bis 600° ist N2O4 vollständig zerfallen nach der Gleichung N2O4 —-> 2NO + O2. (Aus diesem Grunde benuzt man wohl auch im Raketenbau N2O4 als Oxidans, weil es einfacher zu verflüssigen ist als O2.) Also ist jetzt bei den gegebenen Temperaturen der Sauerstoff zur Oxidation des Titans vorhanden, während ebenso bei diesen Temperaturen die Oxidschicht geschädigt ist. – Denke ich mal.

    1. Hast Du den Untersuchungsbericht? Ich habe nur etwas von einer Menge N2O4 gelesen das in den Leitungen war. Von 600 Grad Celsius stand in keiner Meldung etwas.

      Das ist ja das was ich bemängele. Es gibt natürlich Fundstellen wonach Titan heftig reagiert, aber solche Bedingungen liegen in einer Treibstoffleitung und an einem Ventil nicht vor.

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