Der heutige Grundlagenartikel für „Dummys“ (nicht ganz wörtlich zu nehmen – echte Dummköpfe steuern den Blog ohnehin nicht an, dafür sind sie zu dumm …) beschäftigt sich erneut mit der Raketengrundgleichung. Sie ist so fundamental und greift in alle Bereiche der Raketenkonstruktion hinein, dass man sie nicht in einem einzigen Blogartikel vollständig abhandeln kann. Im ersten Teil habe ich die Theorie erklärt. In diesem Teil geht es um die Praxis, und ich möchte sie so darstellen, wie ich sie mir selbst beigebracht habe – in den achtziger Jahren mit einem einfachen Taschenrechner, ohne Zugang zu Fachliteratur. (mehr …)
Im heutigen, zentralen Teil der Grundlagen geht es um die Raketengrundgleichung, nach dem ersten, der die Raketengrundgleichung aufstellte, auch „Ziolkowski‑Gleichung“ genannt. Die Raketengrundgleichung ist verglichen mit anderen Formeln in der Raumfahrt eine recht einfache Gleichung, deren Folgen aber viele bis heute nicht richtig verstanden haben. Die Raketengrundgleichung ist einfach diese:
Geschwindigkeit einer Rakete = Ausströmgeschwindigkeit der Gase beim Verlassen der Düse × natürlicher Logarithmus (Startmasse der Rakete / Brennschlussmasse der Rakete)
Ich habe die Raketengrundgleichung einmal ausgeschrieben, mit üblichen Buchstaben für die physikalischen Größen wird daraus: (mehr …)
Das Schlimme ist: SpaceX hat sich jeden Weg das Starship zu optimieren durch „Coolness“ verbaut, die Nutzlast ohne größeren Aufwand zu steigern. Ich will nicht darauf eingehen, dass das Starship für eine Oberstufe eigentlich viel zu groß ist – das hat Frank Wunderlich‑Pfeiffer schon getan. Das ist konzeptbedingt, und wenn man sich die Zahlen auf den Abbildungen anschaut, wird das noch schlimmer: Das Starship verdoppelt fast seinen Treibstoff, bei der Superheavy sind es nur 25 % mehr.
Die einfache Lösung – auch im Hinblick auf andere Orbits als den LEO – wäre es, in der Nutzlastverkleidung eine Oberstufe mitzuführen. Da das Volumen der Oberstufe von der Nutzlast abgeht, würde ich die Oberstufe kompakt bauen, mit einem Triebwerk in der Mitte und einem Tank in Kreisringform. Das Triebwerk könnte ein Merlin oder ein Raptor sein. Eine solche Oberstufe könnte je nach Höhe 80 t bis 130 t Treibstoff mitführen und hätte selbst bei einem schlechten Voll‑/Leermasseverhältnis eine viel größere Nutzlast, weil die Oberstufe eben nicht 200 t leer wiegt, sondern vielleicht 8 t bis 12 t. (mehr …)
Nachdem ich mich im zweiten Teil auf die Raptoren konzentriert habe, folgt in diesem Teil das Starship selbst und die Superheavy, vor allem aber das Konzept als Ganzes. Ich empfehle aber, wenn du durchs Surfen hierher gelangt bist, zuerst einmal den ersten Teil zu lesen, weil ich dort auf einige grundlegende Einschränkungen bei der Wiederverwendung eingegangen bin, die ich jetzt als Wissen voraussetze.
Ich fange einmal mit der Superheavy an. Die Superheavy ist vom technischen Aufbau her eigentlich eine ganz normale Raketenstufe mit einigen Besonderheiten. Eine Besonderheit ist, dass die Superheavy sehr schmal ist – nicht so extrem wie die Falcon‑9‑Erststufe nach ihrer Verlängerung, aber trotzdem mit 70 m Länge bei 9 m Durchmesser sehr schmal. Deswegen hat man recht wenig Platz für die Triebwerke. 33 Raptor‑Triebwerke sind es, während der Entwicklung und als Option für ein Starship V4 waren auch mehr angedacht, bis zu 39 Raptor‑Triebwerke. (mehr …)
Kommen wir nun zum Starship. Im ersten Teil habe ich beschrieben, wie Elon Musk das Dogma „Wiederverwendung“ bei der Falcon 9 durchsetzte. Die Falcon 9 war nicht für die Wiederverwendung ausgelegt. SpaceX hat auch keine Computersimulationen gemacht, um die Konstruktion auf die zu erwartenden Lasten zu optimieren, die viel höher als beim Start sind. So musste nachgebessert werden. Heraus kam eine Spargelrakete mit einer viel zu kleinen Nutzlastverkleidung und Nutzlasteinbußen von 22 bis 40 % gegenüber den Website‑Daten. Der Artikel wird etwas länger, daher konzentriere ich mich heute auf die Raptoren.
Wann die Starship‑Entwicklung startete, weiß man nicht, aber erstmals angekündigt wurde das Starship 2016 als ITS, die Abkürzung steht für Interplanetary Transport System, später auch MCT (Mars Colony Transporter). 2019 hatte SpaceX dann die endgültige Konfiguration festgelegt. Ich erwähne die Daten, weil ein grundlegender Unterschied zur Falcon 9 ist, dass SpaceX 2019 die Falcon 9 schon regelmäßig barg und einige Dutzend Male gestartet hat. Sie sind eine etablierte Raumfahrtfirma mit – so würde man es erwarten – Erfahrung und keinen Anfängern. (mehr …)
