{"id":18230,"date":"2025-06-18T00:49:16","date_gmt":"2025-06-17T22:49:16","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=18230"},"modified":"2025-06-18T22:39:56","modified_gmt":"2025-06-18T20:39:56","slug":"wiederverwendung-zum-erneuten-mal-teil-1","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/06\/18\/wiederverwendung-zum-erneuten-mal-teil-1\/","title":{"rendered":"Wiederverwendung zum erneuten Mal &#8211; Teil 1"},"content":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18230\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18230\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Das Thema ist nicht neu. Ich habe es auch schon zur Anfangszeit von SpaceX mehrmals durchgekaut. Aber die Beitr&auml;ge rutschen nach hinten, selbst ich h&auml;tte heute Probleme, sie zu finden, weil selbst mit Google das Stichwort &#8222;Wiederverwendung&#8220; sich in unz&auml;hligen Artikeln von mir irgendwo findet. Da wird es an der Zeit die Thematik nochmal aufzugreifen, auch weil SpaceX Fans mir Aussagen unterschieben wollen, die ich nie get&auml;tigt habe und nat&uuml;rlich v&ouml;llig ignorieren, dass der rapide Anstieg der Starts seit 2020 die Situation ge&auml;ndert hat. Aber das Ignorieren das die Situation zum Zeitpunkt des Statements eine andere war, eine Art von Desinformation oder Fake-News was ist man ja gewohnt. Es gibt auch dieses Zitat von Thomas Watson CEO von IBM<i>: \u201eEs gibt meiner Einsch&auml;tzung nach lediglich einen Weltmarkt f&uuml;r 5 Computer.\u201c<\/i>. Wird immer wieder gerne zitiert um zu zeigen, das er sich da enorm geirrt hat. Was nicht erw&auml;hnt wird: Das Zitat stammt von 1943, zwei Jahre, bevor der erste US-Computer fertiggestellt war und es war g&uuml;ltig bis 1950, erst dann, f&uuml;nf Jahre nach dem ersten Rechner, wurde der f&uuml;nfte in den USA in Betrieb genommen. Finde ich f&uuml;r eine Vorhersage im Bereich Computer nicht mal so schlecht. Heute w&uuml;rden Intel und AMD keine Vorhersage &uuml;ber die n&auml;chsten f&uuml;nf Jahre machen, obwohl die Entwicklung heute viel weniger schnell verl&auml;uft.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<h4 class=\"western\">Wiederverwendung ist nicht neu<\/h4>\n<p>Es ist ja nicht so, dass SpaceX die Wiederverwendung erfunden hat. Es gab in der Vergangenheit einige Versuche der Wiederverwendung. Den ersten bei der <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/redstone.shtml\">Redstone<\/a>. Beim <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/mercury-artikel.shtml\">Mercury Programm<\/a> kam das Marshall Raumfahrtzentrum der NASA auf die Idee, die Raketen doch mal wiederzuverwenden und probierte das mal aus. Man lies eine Redstone aus einer H&ouml;he fallen, die zu einer gleichen Aufprallgeschwindigkeit auf dem Wasser wie bei einer Abbremsung mit dem Fallschirm f&uuml;hren w&uuml;rde und untersuchte sie &#8211; ein Paar Beulen und ein kleiner Riss waren die Folge, beides reparierbar, so das Ergebnis der Untersuchung. Die Space Task Group die das Projekt leitete, wollte aber nichts riskieren und nahm f&uuml;r jeden Start eine neue Redstone. Eine Redstone h&auml;lt auch den Rekord <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/mercury-mr1.shtml\">der ersten Rakete die abhob und wieder landete<\/a>. Das war mehr als 50 Jahre vor dem Grasshopper.<\/p>\n<p>Sp&auml;ter untersuchte man im selben Zentrum nun bei der Saturn die Wiederverwendung der Saturn V Erststufe S-IC. Auch diese w&auml;re m&ouml;glich, so kam man zum Schluss, aber erneut: im Apolloprogramm war Sicherheit viel wichtiger als die Einsparung von Kosten und es gab auch keine Probleme bei der Produktion der n&ouml;tigen St&uuml;ckzahl &#8211; alle<a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/saturn5.shtml\"> Saturn V<\/a> wurden lange vor ihrem Einsatz fertiggestellt, sodass es auch hier zu keiner Umsetzung kam.<\/p>\n<p>Den letzten mir bekannten Fall bei Raketen ist bei <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/ariane.shtml\">Ariane 1<\/a>. Anfangs f&uuml;rchtete die europ&auml;ische Industrie, sie w&auml;re zu teuer und nicht konkurrenzf&auml;hig. In einem Windkanal des DLR untersuchte man daher das aerodynamische Verhalten der Erststufe bei einem Fall und kam zum Schluss, dass die Rakete zu hecklastig war, was bei der &Ouml;ffnung der Fallschirme Probleme machen w&uuml;rde. Trotzdem wurde es einmal ausprobiert, bei <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/giotto.shtml\">Giotto<\/a>, wo die Nutzlast weit unter der maximalen Nutzlast war. Auffinden konnte man die Stufe aber nicht mehr. Mit Ariane 2 und 3 kamen denn aber auch gen&uuml;gend Auftr&auml;ge f&uuml;r Arianespace, sodass sich das Thema erledigt hatte.<\/p>\n<p>Und dann ist da nat&uuml;rlich noch das <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/shuttle-mission.shtml\">Space Shuttle<\/a>, von 1981 bis 2011 im Einsatz bei 135 Fl&uuml;gen mit nur zwei Ausf&auml;llen. Angesichts der bisher mageren Bilanz des Starships ist das r&uuml;ckblickend eine enorme Leistung. Das habe ich auch schon damals geschrieben.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Die Nachteile der Wiederverwendung<\/h4>\n<p>Ich bleibe mal bei dem technischen Aspekt, da er leichter errechenbar ist, als der wirtschaftliche Effekt. Wiederverwendung kostet Nutzlast, sie ist nicht umsonst. Am deutlichsten zeigt die SpaceX selbst. Zum einen zeigen dies die Starts selbst. Bei der Landung auf dem Dronenschiff muss die Rakete vorher abgebremst werden. SpaceX versuchte es bei den ersten Tests, ohne dies auszukommen. Das Ergebnis: es kamen nur Tr&uuml;mmerteile im Ozean an. Der grundlegende Unterschied ist, das beim Start die Rakete in den dichten Luftschichten langsam ist und dann immer schneller wird, gleichzeitig H&ouml;he gewinnt und so eine immer d&uuml;nner werdende Atmosph&auml;re durchquert, die sie immer weniger bremst. Bei dem R&uuml;ckfall auf einer Parabelbahn n&auml;hert sich die Rakete mit der Endgeschwindigkeit, die sie beim Aufstieg hatte, kaum abgebremst, den dichten Luftschichten und dann wirken aufgrund der Geschwindigkeit so hohe Kr&auml;fte auf sie ein, dass sie dies nicht &uuml;berlebt.<\/p>\n<p>Bei der Landung an Land beinhaltet die Drehung der Bahn, die nach dem Start Richtung Osten f&uuml;hrt, zur&uuml;ck zum Startplatz also nach Westen, (bei einem Start vom CCAF aus) auch die Abbremsung. Dasselbe gilt dann auch f&uuml;r das Starship. Hier ist, weil man nicht nur die vertikale Geschwindigkeit egalisieren muss, sondern auch die horizontale, sogar der Treibstoffverbrauch noch h&ouml;her. Der Treibstoff f&uuml;r diese Man&ouml;ver steht nicht f&uuml;r das Erreichen des Orbits zur Verf&uuml;gung und das hat Folgen. Die Nutzlast bei der Falc0n 9 ist geringer als sie es sein k&ouml;nnte. Die Website Angaben kann man als maximale Nutzlast ohne Wiederverwendung interpretieren. Die Leo-Nutzlast bei der Landung auf einem Dronenschiff betr&auml;gt nur <sup>3<\/sup>\/<sub>4<\/sub> dieser Angabe und die GTO Nutzlast liegt nur bei <sup>2<\/sup>\/<sub>3<\/sub>. Das zeigt einen Trend: bei einem Orbit mit h&ouml;herem Energiebedarf ist nat&uuml;rlich auch die Geschwindigkeit bei der Stufentrennung h&ouml;her, entsprechend braucht man mehr Treibstoff um diese zus&auml;tzliche Geschwindigkeit zu vernichten und entsprechend sinkt die Nutzlast um so st&auml;rker ab je h&ouml;her der Geschwindigkeitsbedarf ist.<\/p>\n<p>Noch schwieriger wird es, wenn man auch die Oberstufe wiederverwenden will. Beim Space Shuttle h&auml;tte nach den Planungen die Nutzlast nur ein Drittel der Orbitmasse ausgemacht. In der Realit&auml;t war es, weil die F&auml;hren deutlich schwerer als geplant waren, sogar noch weniger. Das liegt an vielen Faktoren. Die Nutzlast wird von einer H&uuml;lle bei Raketen umgeben die in etwa 110 km H&ouml;he abgetrennt wird. Sie erreicht daher keinen Orbit und ihr Gewicht schl&auml;gt nur zum Teil auf die Nutzlast durch. Zudem ist diese H&uuml;lle ziemlich leichtgewichtig. W&uuml;rde man das Starship mit so einer H&uuml;lle ausstatten, sie w&ouml;ge um die 5 t, die Nutzlastsektion wiegt aber, wenn man vom <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/space-shuttle.shtml\">Space Shuttle<\/a> extrapoliert rund 15 t. Diese 15 t gehen bei jedem Start von der Nutzlast weg. Das Space Shuttle hatte gro&szlig;e Fl&uuml;gel, die brauchte es aber nicht zum Landen, es w&auml;re auch mit kleinen wie das X-37b ausgekommen. Aber Fl&uuml;gel um ein Rollen zu vermeiden und den Auftrieb zu regulieren, m&uuml;ssen sein. Die wiegen auch etwas und finden sich auch beim Starship und nicht zuletzt braucht man einen Hitzeschutzschild, rechnet man den Schild vom Space Shuttle auf die Fl&auml;che des Starships hoch, so kommt man auch auf 10 bis 15 t Zusatzgewicht. Dann muss noch der Orbit verlassen werden und in der Endphase der Landung kommt eine Drehung und Abbremsung. Das zusammen ben&ouml;tigt Treibstoff, den eine nicht wiederverwendbare Rakete nutzen kann, beim Starship etwa 20 bis 30 t. Beim Space Shuttle als Gleiter deutlich weniger, daf&uuml;r war dessen Trockenmasse durch die Fl&uuml;gel viel h&ouml;her. Die Einbu&szlig;en bei einem voll wiederverwendbaren System bei der Nutzlast sind daher enorm, viel h&ouml;her als bei der Bergung nur der ersten Stufe. F&uuml;r das <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/StarShip-Super-Heavy.shtml\">Starship<\/a> kann man sogar eine grobe Absch&auml;tzung machen: Das Starship ist genauso aufgebaut wie die SuperHeavy. W&uuml;rde es dieselbe Startmasse\/Trockenverh&auml;ltnis (18:1) wie diese Stufe aufweisen, so l&auml;ge die Leermasse beim V1 Starship bei etwa 70,5 t. Es hat aber nur sechs Triebwerke, viel weniger als die 33 der SuperHeavy bei 35 % der Treibstoffmasse, das bedeutet nochmal eine Gewichtseinsparung um 11 t. Dazu k&auml;me noch als zus&auml;tzliches Gewicht eine Nutzlasth&uuml;lle, die bei gleicher Gr&ouml;&szlig;e wie die fest montierte 5 t wiegt, wovon etwa 2,5 t auf die Nutzlast durchschlagen wurden, zusammen also ein Trockengewicht von 62 t. Zielvorgabe von SpaceX f&uuml;r die Trockenmasse des Starship sind aber 120 t, also doppelt so viel. Dazu k&auml;me noch der Landetreibstoff, weitere 20+ t. Insgesamt h&auml;tte ein Starship das nicht wiederverwendet wird, wohl aber die SuperHeavy, in etwa eine um 80 t h&ouml;here Nutzlast.<\/p>\n<p>Derzeit, wenn ich die Starship Fl&uuml;ge mit meinem Programm simuliere, muss ich deren Masse sogar auf 170 bis 200 t erh&ouml;hen, damit ich auf die geringe Nutzlast komme, die sie bei den ersten neun Fl&uuml;gen haben. Das &uuml;berrascht &uuml;brigens nicht: schon die Prototypen die <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/Starship-Entwicklung-Fehlschlaege.shtml\">Aufstiegs- und Landetests <\/a>2020\/21 durchf&uuml;hrten, wogen um die 200 t und hatten nur drei Raptoren und keinen Hitzeschutzschild.<\/p>\n<p>Auch diese Erkenntnis das man die Zielvorgaben der Trockenmasse nicht erreicht, ist nicht neu. Beim Space Shuttle wurde mal f&uuml;r SDI erwogen auf Basis seiner Technologie ein unbemanntes Gef&auml;hrt zu konstruieren, bei dem nur die beiden SRB wiederverwendet werden. Je nachdem wie viel man vom Shuttle entfernen w&uuml;rde, h&auml;tte das die doppelte bis dreifache Nutzlast des Space Shuttles gehabt.<\/p>\n<p>Wir reden jetzt also nicht wie bei der Wiederverwendung der ersten Stufe um eine Reduktion der Nutzlast um 25 bis 33 Prozent, sondern um eine um 66 bis 75 Prozent durch eine wiederverwendete zweite Stufe. Noch schlimmer: auch das sind die Lehren aus dem Space Shuttle: steigt die Leermasse an, so sinkt die Nutzlast weiter. Das Space Shuttle sollte mal 29,5 t Nutzlast transportieren. Das erreichte es nie, obwohl die Nutzlast im Laufe der <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/shuttle-einsatz.shtml\">Entwicklung<\/a> und des Einsatzes gesteigert wurde, waren es nie mehr als 24,5 t. Und beim Starship ist die Diskrepanz zwischen dem was die ersten neun Fl&uuml;ge an Nutzlast offerieren (gemessen am Resttreibstoff bzw. bei den letzten drei Fl&uuml;gen bei den mitgeflogen Dummymassen) noch viel gr&ouml;&szlig;er.<\/p>\n<p>Damit einher geht auch eine Reduktion des Einsatzspektrums. Durch die hohe Leermasse der wiederverwendbaren Oberstufe &#8211; ich nehme hier mal das Space Shuttle als Beispiel, weil es da belastbare Daten gibt &#8211; sinkt die Nutzlast deutlich ab. Die maximale Masse im Orbit lag bei 105 t, davon waren unter 25 t Nutzlast. Wird nun nur eine etwas h&ouml;here Geschwindigkeit ben&ouml;tigt, z.B. f&uuml;r eine h&ouml;here Bahn, so m&uuml;ssen 105 t beschleunigt werden und der Treibstoff geht von den 25 t Nutzlast ab. <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/space-shuttle-versorgungssystem.shtml\">Zur ISS<\/a>, die 200 km &uuml;ber einer niedrigen Bahn lag, sank die Nutzlast schon auf 18 t ab. Eine herk&ouml;mmliche Stufe wiegt im Leo wesentlich weniger als die Nutzlast, die Falcon 9 Oberstufe sch&auml;tze ich auf 6 bis 7 t bei real etwa 16 t Nutzlast. Bei anderen Tr&auml;gern sieht es noch besser aus. Ariane 6 Oberstufe hat 6 t Trockenmasse bei 22 t Leo Nutzlast. Ohne Auftanken geht dann bei h&ouml;heren Bahnen gar nichts mehr. Mal abgesehen davon, das diese Technik erst noch erprobt werden muss und auch noch nicht feststeht, wie schnell der Treibstoff verdampft und wie schnell ein Folgestart zum Auftanken erfolgen kann, bedeutet das in jedem Falle, dass weitere Starts n&ouml;tig sind und die sind ja auch nicht umsonst. Alternativ kann man eine <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/shuttle-oberstufen.shtml\">Oberstufe<\/a> mitf&uuml;hren, aber die ist dann ja nicht wiederverwendbar und dann k&ouml;nnte man sich gleich die Wiederverwendung der zweiten Stufe sparen. Au&szlig;er man verwendet einen <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/space-tug.shtml\">Space-Tug, <\/a>also eine im Orbit auftankbare Stufe, das war mal f&uuml;r den Space Shuttle geplant wurde aber nie umgesetzt.<\/p>\n<p>F&uuml;r eine Bergung der zweiten Stufe h&auml;tte ich einen wie ich meinen sinnvollen Vorschlag: Man f&uuml;hrt eine dritte Stufe ein, die nicht wiederverwendbar ist, aber preiswert, z.B. ein Feststoffantrieb oder einer mit einem druckgef&ouml;rderten Triebwerk. Dessen Auslegung gestaltet sich nach der wichtigsten Mission. Stufe mit Nutzlast werden in einer suborbitalen Bahn ausgesetzt. Das steigert die Nutzlast auf zweierlei Weise: der Treibstoff zum Verlassen des Orbits f&auml;llt weg und die Oberstufe muss viel weniger Geschwindigkeit aufbringen. Bei den bisherigen Teststarts 6 von 7,8 km\/s. W&uuml;rde dies um 2 km\/s sinken, die abgesetzte Masse wurde um 77 % steigern, die reine Nutzlast (bei 120 t Trockengewicht und 100 t Nutzlast) um 185 %. Eine stufe w&uuml;rde aber nur einen Teil dieses Zugewinns ausmachen, bei 3 km\/s Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit und einem Voll-\/Leermasseverh&auml;ltnis von 10 w&uuml;rde die Nutzlast um 33 % auf 133 t steigen. Das m&uuml;sste die zus&auml;tzlichen Kosten mehr als egalisieren<br \/>\n<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg08.met.vgwort.de\/na\/7ce9ddfd0edb4328a19021eeddc916d8\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><br \/>\nAn dieser Stelle mache ich einen Break, <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/06\/19\/wiederverwendung-zum-erneuten-mal-teil-2\/\">beim n&auml;chsten Artikel<\/a> besch&auml;ftige ich mich mit dem bedeutend schwierigeren Teil, n&auml;mlich den betriebswirtschaftlichen Aspekten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18230\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18230\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Das Thema ist nicht neu. 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