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Die Falcon V

Einleitung

Die Falcon ist eines der Projekte, welche versuchen, privat eine Trägerrakete zu entwickeln. Die vom Milliardär Elon Musk gegründete Firma SpaceX entwickelt zwei Trägerraketen, die Falcon I und die erheblich größere Falcon 9. Wie bei der Kistler-Rakete liegt ein Schlüssel für den niedrigen Startpreis der Rakete in der Wiederverwendbarkeit.

Dieser Artikel behandelt die Falcon V. Diese Rakete ist inzwischen von der Website von SpaceX verschwunden, soll hier aber noch erwähnt werden, auch weil sie nicht das einzige Projekt ist, das eingestellt wurde (ein zweites, populäreres, ist die Falcon 1e).

Die Falcon V

Zeitgleich mit der Falcon 1 wurde die Falcon V angekündigt. Diese Rakete ist inzwischen von der Website von SpaceX verschwunden. Da sie jedoch exemplarisch ist für die Art, wie SpaceX Raketen entwickelt, stelle ich sie der Vollständigkeit halber vor. Der Text stammt so aus meinem damaligen Aufsatz von 2005:

Ursprünglich sollten Daten zu dieser Rakete Ende 2004 vorgestellt werden, doch durch Verzögerungen beim Bau der Falcon 1 gibt es noch keine Verlautbarung, wann die Falcon V ihren Erststart hat. Es gibt noch wenige Details über die Rakete. Die erste Stufe soll aus einem Cluster von Falcon 1-Stufen oder ihren Merlin-Triebwerken bestehen. Eine Zusammenarbeit mit Pratt & Whitney soll eine Oberstufe ergeben, welche mit den RL-10-Triebwerken der Centaur angetrieben wird. Die Falcon V soll die Startkosten in den geostationären Orbit um 60-70 Prozent gegenüber der Delta 4 und Delta 2 senken. Die Falcon V soll einen Startschub von 500.000 Pfund (2.270 kN) besitzen, vergleichen mit 72.000 Pfund bei der Falcon 1. Triebwerke sind 5 verbesserte Merlins mit je 100.000 Pfund Startschub. Die Startmasse lag bei den ersten Planungen bei 286.000 Pfund (129,8 t. Die Rakete soll 100 Fuß lang und 12 Fuß breit sein (30,5 m Länge und 3,66 Breite). Als man die Falcon 9 ankündigte veränderte man das Design, um beide Raketen rationeller fertigen zu können. Die neueren Planungen gehen nun von einer Gesamtlänge von 47 m bei einem Durchmesser von 3,66 m und einer Startmasse von 154,5 t aus.

Genutzt werden in der ersten Stufe 5 Triebwerke des verbesserten Typs Merlin 1B. Im Vergleich zum in der Falcon 1 eingesetzten Merlin 1A hat dieses einen Startschub von 85.000 Pfund (380,8 kN) und einen Vakuumschub von 99.000 Pfund (443,5 kN). Der Brennkammerdruck beträgt 890 psi (61,8 bar) und die Leistung der Treibstoffpumpe 2.500 statt 2.000 PS. Weitere Verbesserungen betreffen die Treibstoffleitungen und ein neues Zündsystem, das pyrotechnisch funktioniert und einfacher als das alte mit Flammen ist. Die Falcon V hat keine beweglichen Triebwerke. Kurskorrekturen werden durch Änderungen des Schubs einzelner Triebwerke bewirkt. Der Durchmesser soll 3 m betragen.

Die Falcon V soll für 15,8 Millionen USD eine 10.000 Pfund (4.500 kg) Nutzlast in den erdnahen Orbit bringen, bestückt mit einer kryogenen Oberstufe für 20 Millionen USD 1.000 Pfund in den geostationären Übergangsorbit und 20.000 Pfund (9.000 kg) in einen LEO-Orbit. Musk sagt, dass eine Delta IV zum Vergleich für dieselbe Nutzlast 60-80 Millionen USD kostet. Die Falcon V soll sogar zuverlässiger als die Falcon 1 sein. Die Begründung: Fällt eines der Triebwerke aus, so können 5 Triebwerke dies auffangen. Dazu sollen die Triebwerke mit Kevlargewebe umhüllt sein, so dass sogar eine Beschädigung eines Triebwerks die anderen nicht beeinträchtigen kann. Die Oberstufe soll ein Merlin-Triebwerk einsetzen. Zuerst wollte man 2 Kestrel-Triebwerke einsetzen. Da das Merlin einen höheren Schub besitzt und durch die Druckförderung auch einen höheren spezifischen Impuls ging man auf diese Lösung über. Das Merlin-Triebwerk für die Oberstufe wird aber eine längere Düse (Entspannungsverhältnis 120) besitzen, damit man einen spezifischen Impuls von 3.335 m/s erreicht. Die zweite Stufe brennt 265 Sekunden lang.

Diese technischen Daten sind so allerdings so "gut", dass berechtigte Zweifel daran bestehen. Sie liegen in der gleichen Größenordnung wie beim RD-120, dem Triebwerk in der zweiten Stufe der Zenit, dieses arbeitet aber mit dem dreifachen Brennkammerdruck und verbrennt zusätzlich die Abgase des Gasgenerators, statt diese wie bei der Falcon zur Rollsteuerung zu verwenden.

Laut SpaceX ist die Falcon V erheblich billiger als die Falcon 1, denn sie transportiert die siebenfache Nutzlast zum doppelten Preis. Im August 2005 sollen die ersten 6 Triebwerke fertig gestellt werden, im Dezember die nächsten 6. Die Falcon V soll elektronisch noch einfacher sein und keine analogen Messdaten mehr liefern, sondern alle Daten über eine Ethernetverbindung übertragen.

SpaceX hofft, bis zum Jahre 2010 pro Jahr 6 Falcon 1 und 4-6 Falcon V starten zu können. Dies ist angesichts der Zahl der Starts, die derzeit pro Jahr erfolgen, eine äußerst optimistische Prognose, die von einer sprunghaften Erhöhung der Startrate ausgeht. In der folgenden Tabelle sind die Massen und Brennzeiten der Stufen geschätzt. Die technischen Daten auf der Website von SpaceX zeichnen sich durch eine gewisse Fluktuation aus.

Langfristig plant man eine noch größere Rakete mit Triebwerken in der Schubleistung um 1,5 Millionen Pfund (6.720 kN, in etwa die Leistung eines Saturn V F1-Triebwerks). Doch vor diesen Entwicklungen muss man zuerst einmal die Falcon 1 und V erfolgreich betreiben.

Nachdem in den ersten Launch Mainfests von 2004 war 2006 der Jungfernstart vorgesehen. Als dieser jedoch im März 2006 anstand, verschwanden alle Daten der Rakete von der SpaceX-Website.

Falcon V

Falcon V (frühe Planungen)

Startmasse: 181.400 kg
Startschub: 1.901 kN
Länge: 30,8 m
maximaler Durchmesser: 3,66 m
Nutzlast:
6.020 kg in eine 28,5 Grad geneigte Bahn in 200 km Höhe
5.450 kg zur ISS
4.780 kg in einen 700 km hohen SSO-Orbit
1.920 kg in einen 9 Grad geneigten GTO-Orbit
1.200 kg auf einen Fluchtkurs

Stufe 1:
Startmasse: 151.000 kg?
Leermasse: 10.000 kg?
5 Triebwerke Merlin 1B mit jeweils 380,8 kN Bodenschub
(spezifischer Impuls 2.560 m/s in Meereshöhe und 2.972 m/s im Vakuum)
Brennzeit: 114 s?

Stufe 2:
Startmasse: 30.200 kg?
Leermasse: 1.900 kg?
1 Triebwerk Merlin 1B mit 454,1 kN Vakuumschub
(spezifischer Impuls: 3.335 m/s)
Brennzeit: 174 s

Falcon 5Falcon 5 (September 2005)

Startmasse: 154.500 kg
Startschub: 1.891 kN

Länge: 47 m
Durchmesser: 3,70 m
Nutzlast:
4.100 kg in eine 28,5 Grad geneigte Bahn in 200 km Höhe
1.050 kg in einen 9 Grad geneigten GTO-Orbit

Stufe 1:

Startmasse: 116.000 kg?
Leermasse: 7.000 kg?
5 Triebwerke Merlin 1B mit jeweils 3.782 kN Bodenschub
(spezifischer Impuls: 2.560 m/s in Meereshöhe und 2.972 m/s im Vakuum)
Brennzeit: 161 s?

Stufe 2:

Startmasse: 34.500 kg?
Leermasse: 2.300 kg?
1 Triebwerk Merlin 1B mit 443,5 kN Vakuumschub
(spezifischer Impuls: 3.041 m/s)
Brennzeit: 220,7,5 s

Eine Wiedergeburt?

Am 13.12.2011 wurde veröffentlicht, dass ein neues Unternehmen namens "Stratolaunch" Starts aus der Luft anbieten will. Dieses Consortium beinhaltet im Vorstand Personen, die bei anderen Unternehmen beteiligt sind und mindestens zwei Raumfahrtfirmen: Dynetics, Hersteller von Flugzeugen und eben SpaceX. Der Plan sieht vor, ein Trägerflugzeug zu entwickeln, das eine bis zu 211 t schwere Trägerrakete tragen und in der Luft aussetzen soll. Diese soll dann einen Orbit erreichen. Die Trägerrakete stammt von SpaceX, das Flugzeug von Scaled Composites und die Ausrüstung von Dynetics. Mit an Bord soll neben Paul Allen und David Rutan auch der ehemalige NASA-Administrator Michael Griffin.

Das Flugzeug soll sechs Triebwerke des Typs wie bei der Boeing 747 verwendet einsetzen. Es soll über 544 t beim Start wiegen. Die Flügelspannweite beträgt 115,8 m. Das Flugzeug ist damit schwerer und größer als ein A-380. Gestartet kann von einem Flugplatz mit einer mindestens 3.600 m langen Piste. Die Reichweite soll 2.400 km betragen. In 5 Jahren soll der erste Start erfolgen.

Nun kann es natürlich sein, dass SpaceX hierfür eine neue Trägerrakete entwickelt, genauso wie schon seit Unternehmensgründung viele Varianten ihrer Träger postuliert, aber nicht alle gebaut wurden, wie eben auch die Falcon V. Sinnvoller wäre es allerdings, die letzten Designs der Falcon V heranzuziehen. Diese sahen vor, dass Falcon 9 und V weitgehend identisch sind. Nur sollte eben die Falcon V nur 5 statt 9 Triebwerke einsetzen und die Tanks werden nur teilweise befüllt. Eine Falcon 9 (Einsatzversion bei den ersten zwei Flügen) mit nur zu zwei Drittel gefüllten Tanks hätte z.B. die angesprochene Nutzlast von 6,1 t, wenn man bedenkt, dass der Start aus der Luft auch noch etwas die Zielgeschwindigkeit reduziert.

Allerdings plant SpaceX ja eine neue Version der Falcon 9 mit 480 t Startgewicht (statt 313 t bei den ersten zwei Flügen) und schubstärkeren Merlin 1D-Triebwerken. Ob es bei dieser auch noch sinnvoll ist, die Tanks dann nur noch zu 40% zu befüllen und sie nicht für das Trägerflugzeug zu lang ist, muss sich zeigen. Die Abbildung zeigt einen eher gedrungenen Träger, der eher zu der Abbildung der frühen Falcon V als zu der derzeitigen Falcon 9 passt. Zwei Triebwerke sind zu erkennen, doch sieht man nur das Heck schräg. Es können also noch zwei an der Unterseite und eines in der Mitte sein. Das Presskit gibt auch an, dass der Träger von der Falcon 9 abstammt. Die Länge von 36,60 m ist jedoch deutlich kürzer als die der heutige Falcon 9 (48,2 -54,90 m in der heutigen und 69,90 m in der geplanten Version) - sie passt aber zur ersten Version der Falcon V (30,80 m).

Ob ein weiterer Träger, der eigentlich in Konkurrenz zur frühen Falcon 9 steht, wirklich Sinn macht, wird nur SpaceX beantworten können. Die Gefahr, dass die Firma ihre Mittel in zu viele Entwicklungen investiert und dadurch in finanzielle Schwierigkeiten gerät, ist durchaus gegeben.

Im November 2012 gab Stratolaunch bekannt, das OSC an die Stelle von SpaceX als Zulieferer der Trägerrakete treten soll. SpaceX hat Probleme in den Produktionsstraßen zwei Versionen gleichzeitig zu produzieren und die Änderungen an der Falcon 9 sollen so gravierend sein, dass es zwei Versionen sind. Das wurde von SpaceX unterschätzt.

Die Trägerrakete von Stratolaunch soll 220 t wiegen. OSC verfügt derzeit über die Antares, die 60 t schwerer ist und die Minotaur IV/V die aber viel leichter sind (83,4 t schwer). Die einfachste Lösung für das Gewichtsproblem dürfte ein "Propellant off-loading" sein, also weglassen von Treibstoff in der ersten Stufe. Ähnlich ging man auch bei den kleinen Versionen der Ariane 4 (40 und 42P) vor, weil diese mit vollen Tanks nicht abheben konnten. Wie allerdings die von Stratolaunch angegebene Nutzlast von 6 t so erreicht werden soll, wenn schon die normale Antares bei nur 5,1 t liegt ist zweifelhaft. Alleine der Verlust an Geschwindigkeit durch das Offloading ist höher als der Gewinn durch einen Start in großer Höhe und bei Mach 0,6.( Quelle)

Artikel zuletzt aktualisiert am 1.12.2012

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© der Bilder: SpaceX

© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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