Wiederverwendung

Die Senkung der Transportkosten – Teil 2

Kommen wir nun zu der Kostenfrage und hier wird es deutlich schwerer, weil schon die genaue Aufteilung der Kosten bei bekannten Trägern nicht bekannt ist. Ich versuche daher erst einmal die bekannten Ziffern zusammenzutragen und zwar am Beispiel der Ariane 5.

  • MAN fertigt die Boosterhülsen und Tankdome sowie einige kleine Teil. Der Auftrag beim Los PB betrug 370 Millionen Dollar, etwa 10% der Fertigungskosten
  • Die Integration von 35 Oberstufen beim Los PB bei EADS Bremen hat einen Umfang von 500 Millionen Dollar.
  • Die Fertigung eines Vulcain 2 kostet 2002 15 Millionen Euro
  • Der Gesamtauftrag für 35 Ariane 5 an EADS umfasst 4000 Millionen Euro. Sie werden integriert an Arianespace übergeben,
  • Der Start selbst kostete 2008 rund 130 Millionen Euro

So kann man ungefähr folgende Kostenabschätzung machen: (mehr …)

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Senkung der Transportkosten – Was ist möglich?

Es ist abzusehen, dass bei Trägerraketen das Ende der Stange erreicht ist, was es an technischen Möglichkeiten gibt, um die Transportkosten zu senken. Hier mal eine kleine Zusammenfassung:

Feststoffbooster sind die preiswerteste Möglichkeit aufgrund ihres sehr einfachen Aufbaus. Sie erlauben es auch bei einem Parallelstart das Triebwerk einer Zentralstufe mit flüssigen Treibstoffen kleiner zu dimensionieren und so Kosten zu sparen. Aufgrund ihres hohen Leergewichtes und niedrigen spezifischem Impuls sind reine Raketen nur aus festen Treibstoffen heute aber nur eine Lösung für kleine bis mittlere Nutzlasten.

Bei flüssigen Treibstoffen geht der Trend zu Wasserstoff/Sauerstoff. Bei höheren Geschwindigkeiten (GTO) kann man so eventuell eine ganze Stufe sparen, bei normalen Antrieben ist eine LOX/Kerosinstufe wenn man die Gesamtberechung aufmacht, meist nicht billiger. Wenn bestimmte Länder trotzdem noch zu dieser Technologie tendieren, dann aufgrund ihrer jahrelangen Erfahrungen mit diesen Triebwerken (vor allem Russland). Sinnvoll scheinen andere flüssige Treibstoffe nur dann zu sein, wenn das Volumen der Stufe ein Problem bei Fertigung oder Handhabung wird, wie es sicher bei sehr großen Stufen der Fall sein dürfte (Saturn V Klasse). (mehr …)

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Die Crux mit der Wiederverwendung

Warum gibt es heute noch keine wiederverwendbare Rakete? Sind die Startkosten doch immer noch hoch und Wiederverwendung könnte sie doch entscheidend senken. Die einzigen die es versuchen sind (neben dem Space Shuttle) sind zwei Startups. Kistler, nun Kistler-Rocketplane wollte beide Stufen bergen und ist bankrott gegangen vor dem ersten Start und bei SpaceX hat es in 4 Versuchen noch nicht geklappt, obwohl dort nur die erste Stufe geborgen werden sollte.

Ich will mal erklären, warum es so problematisch ist. Nehmen wir mal eine normale Rakete und zwar, damit es etwas einfacher ist, eine zweistufige. Um einen Orbit zu erreichen, muss man etwa eine Geschwindigkeit von 9500 m/s erreichen. Das ist mehr als die 7800 m/s im Orbit und umfasst auch Hubarbeit, Luftwiederstand, Steuerungsaufwand etc. Die Geschwindigkeit einer Stufe ist berechenbar nach der Raketengrundgleichung:

v = vgas * ln (Startgewicht/Gewicht ohne Treibstoff)

vgas ist die Ausstömungsgeschwindigkeit des Gasas an der Düsenmündung. Diese ist abhängig von der Treibstoffkombination und der Triebwerkskonstruktion.

Das Startgewicht ist das Gewicht, dass die Rakete bei der Zündung hat und das Gewicht ohne Treibstoff bei Brennschluss. Das ist bei der ersten Stufe z.B. das Leergewicht der ersten Stufe + das Gewicht der zweiten Stufe + die Nutzlast.

ln ist der natürliche Logarithmus zur Basis e = 2,71828182845905 (ln(2,71828182845905)=1)

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