Der Jungfernflug des Starships - eine genauere Betrachtung

Ich habe mich nachdem es mehr Aufnahmen auch von Dritten von dem Teststart am 20.4.2023 des Gespanns Superbooster / Starships gab mich dran gemacht diese nochmals auszuwerten und Schlüsse zu unterbreiten, da von SpaceX ja keinerlei Erklärung erfolgte, obwohl sie die Messwerte haben, die ganze Rakete soll ja vollgestopft damit gewesen sein. Ebenso-wenig hilfreich war der Kommentator nach dem alles normal war, selbst zu einem Zeitpunkt als jeder im Video sehen konnte, das dem nicht so war. Ich habe die eigene Analyse dann noch um Kommentare ergänzt, die es von Elon Musk in einem privaten Chat gab.

Der Flugplan

Der Flugplan ist dank veröffentlichter Anträge an die FAA relativ genau bekannt.

Nach einer Testzündung aller Triebwerke am 9.2.2023 auf dem 50 Prozent Schubniveau sollte am 18.4.2023 der Start erfolgen. An diesem Tag funktionierte ein Ventil nicht sodass es "nur" einen Wetdress-Reversal gab. Elon Musk gab im Vorfeld bekannt, dass sie Triebwerke mit 90 Prozent des Nennschubs arbeiten, der nach SpaceX Website bei 74.312 kN liegt.

Geplant war das der Superbooster bei 55 Sekunden Max-Q passiert. Diese Zone maximaler aerodynamischer Belastung ist bei vielen Raketen auch auf Videoaufnahmen sichtbar, wenn sich eine Wolke um die Spitze der Rakete bildet. Sie verschwindet wenn die Rakete Überschallgeschwindigkeit erreicht. Max-Q wird bei den meisten Typen etwa 60 Sekunden nach dem Start in 10 bis 12 km Höhe erreicht, wenn die Rakete überschallschnell wird, aber immer noch in der dichten Atmosphäre ist.

Der Super Heavy sollte nach 169 Sekunden in 64 km Höhe Brennschluss haben. Nach 180 Sekunden zünden 13 Triebwerke erneut um die Stufe zurück zur Küste zu bringen. Das dauert 55 Sekunden. Nach 10 Minuten würde er im Meer niedergehen. Spätere Versionen der Super Heavy sollen zum Startplatz zurückkehren und sich am Startturm einhaken. Diesmal sollten aber nur drei Triebwerke in der Mitte für 23 Sekunden zünden um ihn weiter abzubremsen. Eine Bergung ist nicht vorgesehen.

Das ergäbe eine Gesamtbrennzeit von 6.361 Sekunden für alle 33 Triebwerke oder 192,75 Sekunden pro Triebwerk im Mittel. Bei dem angegebenen spezifischen Impuls von 363 s und 68.881 kN Schub entspricht dieser einer Treibstoffmenge von 3728,5 t, also deutlich mehr als die 3.400 t Maximalzuladung die SpaceX angibt,

Das Starship 7 zündet vier Sekunden nach der Trennung von der Super Heavy 7 seine sechs Triebwerke, die 383 Sekunden lang arbeiten. Es müssen dabei einige Triebwerke während des Betriebs abgeschaltet werden, denn der Treibstoffvorrat von 1.200 t reicht nur für etwas über 309 Sekunden bei 100 Prozent Schub und sechs Triebwerken. Es steht aber noch der Wiedereintritt an der eine Abbremsung erfordert, ebenso die Landung. Etwa 14 t Treibstoff werden vor dem Wiedereintritt abgelassen. Wie viel Treibstoff das Abbremsen danach erfordert ist nicht bekannt.

Das Starship erreicht einen Orbit mit einem Apogäum von 230 km, bleibt in diesem aber nicht, sondern wird einen Reentry Burn durchführen um 1.815 km von Hawaii entfernt im Ozean niederzugehen. Das ist auch für die nächsten beiden Flüge mit Starship 26 und 27 geplant, die beide keine Hitzeschutzkacheln haben.

Motorausfälle

Schon beim letzten Test der Superheavy, einem statischen Test (die Triebwerke werden hochgefahren aber vor Erreichen des Sollschubs abgeschaltet, sodass die Rakete nicht abhebt am 23. Februar 2023 zündeten nur 31 der 33 Triebwerke. Anstatt nachzubessern und den Test zu wiederholen setzte man nun für den 17 April den Jungfernflug an.

• Im ersten Video des Starships bei T+2 Sekunden sind schon zwei Triebwerke ausgefallen.

• Als der Balken mit dem Status bei T+15 Sekunden erstmals eingeblendet wird, sind es drei ausgefallen Triebwerke.

• Ein viertes Triebwerk fällt bei T+40 Sekunden aus.

• Ein fünftes bei T+62 Sekunden

• Ein sechstes bei T+101 Sekunden, das sich nach der Anzeige bei T+111 Sekunden wieder an ist.

Diese Anzeige unten ist aber fehlerhaft. Kurze Zeit kam das Heck in den Bereich der Kameras, wobei diese Aufnahme bei T+88 Sekunden entstand. Es zeigt fünf ausgefallene Triebwerke im Balken, aber sechs in Wirklichkeit.

Elon Musk bestätigt den Ausfall von drei Triebwerken unmittelbar nach dem Start. Sie wurden absichtlich abgeschaltet, weil das System sie für "nicht gesund" hielt. Die 30 Triebwerke waren das Minimum damit die Rakete überhaupt abheben konnte. Die Schubasymmetrie führte auch zum Schrägstellen des Starships beim Start. Das war also kein geplantes "Kollision-Aviodance Manöver", das kennt der Autor auch nur von feststoffgetriebenen Trägern. Wären Triebwerke an anderer Stelle ausgefallen, so hätte die Rakete mit dem Startturm kollidieren können.

Bei T+27 Sekunden verlor das Triebwerk Nr.19 die Verbindung zur Steuerung, während gleichzeitig "eine Art energetisches Ereignis" einen Teil des Hitzeschilds um dieses und drei weitere Triebwerke zerstörte. Zu diesem Zeitpunkt gab es nach Musk "sichtbare Brände", die aus dem hinteren Teil der Rakete kamen. Die Ursache für die Triebwerksausfälle sei unklar, aber Musk sagte, dass es sich offenbar nicht um Schäden durch den "Felsentornado" aus Trümmern der Betonplatte handelte, die durch den Schub der Triebwerke beim Start zerstört wurde.

"Die Triebwerke des Booster 9, der als nächstes an der Reihe ist, sind viel neuer und konsistenter und weisen erhebliche Verbesserungen in der Zuverlässigkeit auf", sagte er, ebenso wie eine verbesserte Abschirmung. "Ich denke, dass wir mit Booster 9 eine viel robustere Triebwerkssituation erleben werden.", so Musk. Die Frage die sich der Autor stellt, ist die warum man einen Teststart ansetzt wenn schon vorher bekannt ist das die Triebwerke unzuverlässig sind.

Explosionen?

Es gibt im Abgasstrahl einige Ereignisse in denen etwas aufleuchtet, normalerweise ein Hinweis darauf, dass etwas sich von der Rakete löst und in den Abgasstrahl gerät. Dies erfolgte bei T+30, T+40, T+48, T+53, T+68 mit Sicherheit, später ist die Rakete zu weit weg bzw. der Blickwinkel ungünstig um weitere Details zu erkennen. Das Aufleuchten bei T+40 Sekunden korrespondiert mit einem Triebwerksausfall.

Bei T+62 Sekunden wurde nach Musk ein weiterer Hitzeschild um das Triebwerk 30, beschädigt, das jedoch weiter funktionierte. Es soll aber die Umhüllungen als Schutz der umgebenden Triebwerke beschädigt haben. Bei T+85 Sekunden "ging es dann richtig rund", sagte Musk, als die Kommunikation mit einem anderen Triebwerk ausfiel. "Ungefähr ab diesem Zeitpunkt verlieren wir die Kontrolle über den Schubvektor der Rakete", sagte er, was bedeutet, dass sie nicht mehr gesteuert werden kann. Gesprengt hat man sie aber jetzt immer noch nicht.

Treibstoffverbrauch

Schon kurz nach dem Start ist auffällig das die Balken für LOX und Methan unterschiedlich schnell abnehmen. Die meisten Raketen sind so ausgelegt, das eine der beiden Treibstoffkomponenten zuerst ausgeht und das Brennschlusssignal auslöst, aber das dürfte visuell kaum erkennbar sein, wir reden hier von einem Sekundenbruchteil.

Auffällig ist das in etwa bei dem Punkt wo die Rakete beginnt in eine Drehung überzugehen, nun der LOX Verbrauch weiter geht, während der Methanverbrauch kam abnimmt. Der LOX ist in etwa bei T+200 Sekunden verbraucht. Das entspricht, wenn man berücksichtigt, dass sechs Triebwerke schon ausgefallen sind der verlängerten Brenndauer der Stufe, die unter Berücksichtigung dieser Tatsache bei etwa 195 Sekunden liegt.

Kontrollverlust

Gesteuert wird die Super-Heavy durch Schwenken von Triebwerken. Da diese im Heck dicht an dicht sitzen sind nur die inneren 13 von 33 Triebwerken schwenkbar. Damit sind Triebwerksausfälle die einen asymmetrischen Schub erzeugen doppelt gefährlich.

Die Geschwindigkeit des Starships steigt weiter bis etwa bei 2:25 (T+145 Sekunden). Nach dem regulären Flugplan hätte sie in 45 bis 46 km Höhe sein müssen, etwa 6.400 bis 6.500 km/h schnell. Real sind es 2.116 km/h und 29 km Höhe. Dann neigt sie sich und gerät in eine immer schneller werdende Drehung um sich selbst. Sie ist dann schon in 30 km Höhe, sodass die Atmosphäre so dünn ist, das die durch die Drehung einwirkenden Kräfte die Rakete nicht zerstören, zumal sie ja aus Stahl besteht. Bei der ersten Drehung sieht man noch eine kurzzeitige Zunahme der Geschwindigkeit wenn die Achse gerade in die richtige Richtung zeigt (bei der Gegenrichtung reduziert der Schub natürlich die Geschwindigkeit), danach nimmt die Geschwindigkeit nur noch ab, was gegen arbeitende Triebwerke spricht. Erkennbar in dieser Phase ist aber nach wie vor ein Flammenstrahl, eventuell gespeist von austretendem Treibstoff durch zerstörte Triebwerke sowie zwei senkrecht von dem Super Heavy/Starship weggehende eng begrenzte helle ´Strahlen, ich vermute Aktionen eines Lagenkontrollsystems um die Drehung zu stoppen, die aber keinen Erfolg brachten.

Die Rakete erreichte eine Spitzenhöhe von 39 km um dann wieder zu fallen und dann durch die Fallgeschwindigkeit wieder schneller zu werden. SpaceX unternahm nach Musks Angaben keinen Versuch, die Starship-Oberstufe von der Super Heavy-Rakete zu trennen, als diese in späteren Flugphasen taumelte. Musk sagte, dass die Flugkontrolleure zwar das Flugabbruchsystem einleiteten, es aber viel länger als erwartet dauerte, etwa 40 Sekunden, bis die Tanks des Fahrzeugs durch die Explosion zerbrachen. Davon wusste der Kommentator aber nichts, der die Abtrennung ankündigte, selbst als jeder sehen konnte das die Rakete sich um sich selbst dreht. Selbst wenn diese Angabe von Musk stimmt, dann drückte man bei SpaceX erst bei 3 Minuten 20 Sekunden auf den Knopf, da drehte sich die Rakete schon eine Minute lang um sich selbst.

Für mich war diese schnelle Drehung anfangs noch ein Rätsel. Immerhin ist die Rakete zu diesem Zeitpunkt etwa 1.000 m/s schnell. Damit man eine so durch die Geschwindigkeit eigentlich inhärent stabile Rakete sich so schnell dreht, benötigt man viel Schub und der kann nur von den Triebwerken selbst kommen. Der letzte Triebwerksausfall lag da aber schon lange zurück und seitdem war die Rakete auf Kurs. Das spricht für mich für einen Verlust der Steuerung der Triebwerke durch den Bordcomputer, vielleicht durch durchtrennte Datenleitungen. Elon Musk spricht ja auch von einem "Kommunikationsverlust" zu einigen Triebwerken. Dann lass ich aber für einen neuen Artikel, dass für die Trennung von Starship und Super Heavy SpaceX eine Drehung der Super Heavy vorsieht die dann dazu führt das Riegel sich zwischen Starship und Super Heavy lösen. Genau diese Drehung wurde eingeleitet, es kam aber zu keiner Stufentrennung sodass sie weiter lief, offenbar war die Schubassymmetrie zu groß oder das Konzept funktioniert per se nicht. Der Kommentar spricht auch bei diesem Zeitpunkt von bevorstehender Stufenseparation. Nach Elon Musk hat SpaceX die Stufentrennung nicht eingeleitet, doch er hat auch andere Vorkommnisse verharmlost herabgespielt oder falsch dargestellt, so erwähnt er keine der Explosionen die in dem Video sichtbar sind. Das würe auch bedeuten das SpaceX dies überhaupt beeinflussen kann, denn die Stufentrennung erfolgt bei allen Trägern seit Anbeginn der Raumfahrt automatisch durch den Bordcomputer der sie automatisch auflöst wenn der Treibstoff aus ist oder vermeintlich aus ist weil Sensoren durch eine Schräglage ein Erschöpfen melden.

Noch seltsamer ist das die Öffentlichkeit nun die Rakete fast eineinhalb Minuten lang einen Looping nach dem anderen drehen sieht, weshalb erste Analysen auch davon ausgingen das die Rakete durch Sinken in die dichtere Atmosphäre (29 km Höhe) nun doch durch die stärkeren aerodynamischen Kräfte zerstört wurde oder das FTS sie sprengte weil sie zu stark vom Kurs abkam. Aber wenn es 40 Sekunden vom Drücken des Knopfs bis zur Zerstörung dauert so spricht für mich viel dafür das dieser Link nicht funktionierte. Das ist eigentlich ein No-Go. Das FTS wurde ja nur installiert weil die FAA drauf bestand, SpaceX hielt keines für nötig. Ein solches System muss zu 100 Prozent funktionieren, sonst sind Menschenleben in Gefahr, wenn die Rakete z.B. unkontrolliert auf eine der Nachbargemeinden zurast. Ich selbst arbeite an einem Projekt der Firma Pilz als externer Softwareentwickler mit. Die Firma entwickelt sichere Steuerungen, aber auch so triviale Dinge wie der allseits bekannte pilzgelbe Not-Aus Schalter. Daher weiß ich wie viel Mühe man sich in diesem Bereich gibt, das Systeme die "sicher" sein sollen, auch wirklich unter allen Umständen funktionieren. Das FTS von SpaceX gehört nicht dazu. Elon Musk sagte, dass die Requalifizierung des Flugabbruchsystems der wichtigste Punkt für den nächsten Start sei und dass das nächste Fahrzeug und eine reparierte Startrampe wahrscheinlich in sechs bis acht Wochen bereit sein werden. "Hoffentlich sind wir in ein paar Monaten wieder flugbereit."

Geschwindigkeit und Leistung der Raptors

Nach Postings von Elon Musk sollten die Raptors bei diesem Testflug mit 90 Prozent Schub arbeiten. Nach SpaceX Website wiegt das Starship 5.000 t und der Startschub beträgt 74.312 kN, 90 Prozent davon sind 68.881 kN. Das entspricht einer Beschleunigung von anfangs 13,37 m/s. Beim Ausfall von drei Triebwerken sind es noch 60.800 kN was bei 5.000 t Masse 12,16 m/s entspricht, sehr nahe an dem allgemein akzeptierten Stabilitätskriterium von 1,25 g (12,25 m/s) für die Startbeschleunigung von Raketen. Die Grafik links wurde von Scott Walker erstellt, er hat aus dem Startvideo die Beschleunigung ermittelt und geglättet. Auch wenn diese Methode fehlerbehaftet ist, so ist doch ersichtlich das die Beschleunigung gering ist. Der Einbruch bei ~ 60 Sekunden kann an dem zu diesem Zeitpunkt hohen Luftwiderstand liegen.

Auffällig ist aber das die Rakete schon beim Start langsam beschleunigte und 13 Sekunden benötigte um den Startturm zu passieren. Auf dem Video beginnt die, in der Totalen leider schwer ausmachbare erste Bewegung, erst bei +5 Sekunden. Das alleine ist mit einer gestaffelten Zündung der Triebwerke nicht zu erklären. Beim ersten Einblenden der Geschwindigkeit bei T+14 Sekunden hat das Starship gerade den Tower passiert und eine Geschwindigkeit von 116 km/h. Wir sehen schon jetzt die unheilvolle Kombination von nur 90 Prozent Schub und dem Ausfall von 10 Prozent der Triebwerke, die Rakete beschleunigt also viel zu langsam.

Spekuliert wurde daher auch ob es nicht Raptor 1 Triebwerke sind. Die Raptor 2 haben im Vakuum einen Schub von 2.300 kN, die Raptor 1 bei niedrigerem Brennkammerdruck einen von unter 2.000 kN. Auf Meereshöhe ist er nochmals 10 Prozent geringer. Damit könnte das Starship bei dieser Situation aber überhaupt nicht abheben. Der Schub würde dann bei nur 48.978 kN liegen.

Das Problem ist aber das bei den von SpaceX angegebenen Werten für Schub und spezifischem Impuls dann nicht die Brennzeiten mit der Treibstoffzuladung harmonieren. Die erste Stufe fasst 3.400 t Treibstoff, müsste aber 3.728,5 t um alle Manöver aufnehmen. Das Starship fasst 1.200 t, müsste aber über 1.530 t Treibstoff aufnehmen um auf diese Brennzeit zu kommen. Dabei ist Treibstoff um den Orbit zu Verlassen nicht mal berücksichtigt. Die für den Autor naheliegendste Erklärung ist, dass der real erreichbare Maximalschub deutlich unter den SpaceX Angaben liegt.

Beschädigungen

Schon beim Start umgab das Starship eine große undurchsichtige Wolke. Und zwar eine braune Wolke. Nun gibt es ja nach Raketentyp eine Wolke beim Start - Wasserstoff als Treibstoff liefert bei der Verbrennung Wasserdampf als Verbrennungsprodukt, der dann als Wasser in Tröpfchen, also einer Wolke auskondensiert. Feststofftriebwerke produzieren Aluminiumoxidstaub, ein weißes Pulver das auch eine Wolke formt. Aber der Superbooster verbrennt Methan und damit sollte die Wolke vergleichbar mit Raketen sein, die Kerosin verbrennen wie die Saturn, Sojus oder Atlas ohne Booster und bei denen sieht man zwar manchmal eine dunkle Rauchwolke, aber nur kurz, weil zuerst Kerosin in die Brennkammer strömt und dann unter Rußbildung verbrennt. Diese Wolke ist aber schwarz und nicht so dick und undurchsichtig wie beim Start des Starships.

Was man sah, war das hier 20 t Treibstoff pro Sekunde mit viel Energie (sie haben beim Verlassen der Düse noch eine Temperatur von etwa 1.300 Grad Celsius) auf den Betonboden trafen und der unter der thermischen Spannung pulverisiert wurde. Auf den Startvideos Dritter sind selbst in der Totalen noch Bruchstücke zu sehen die 200 bis 300 m von der Startrampe entfernt ins Meer fallen. Feinere Teile wurden in 6 Meilen (über 9 km) Distanz bei einer naheliegenden Stadt gefunden. Trümmer verteilten sich über eine Fläche von über 400 acres (1,62 km²).

Wie konnte es dazu kommen? Das der Flammenstrahl mit der Energie, die er auf den Boden ausübt eine gewaltige Zerstörungskraft hat, ist eine eher triviale Erkenntnis. Wenn die Rakete den Schub schnell aufbaut und ihr Gesamtschub nicht so hoch ist ist der Einfluss auf den Untergrund eher gering. Militärische Raketen kommen daher ohne Maßnahmen die Auswirkungen zu begrenzen aus, teilweise, beispielsweise bei einem Start aus einem Silo aus, nimmt man sie in Kauf, weil jedes Silo nur eine ICBM enthält und diese nur einmal bei einem nuklearen Angriff gestartet wird.

Trägerraketen werden, bis sie den Schub vollständig aufgebaut haben und alle Triebwerke auf korrekte Funktion geprüft sind, was auch etwa eine oder mehr Sekunden dauern kann, festgehalten und dann erst die Klammern freigegeben bzw. die Triebwerke wieder abgeschaltet. Ariane 5 und das Space Shuttle haben eine Hochlaufzeit von etwa 7 Sekunden, die Saturn V sogar eine von 8,9 Sekunden aufgrund des dort auch eingesetzten gestuften Starts der Triebwerke (es werden die Triebwerke nicht gleichzeitig, sondern nacheinander gezündet). Bei Trägerraketen ist es daher üblich, dass unter dem Starttisch ein Schacht mit einem Graben ist. Im Schacht befindet sich ein Flammumlenker, ein gewinkelter Tisch der die Flammen um 90 Grad in die Horizontale umlenkt, meist aus Metall und damit dieses nicht schmilzt, flüssigkeitsgekühlt. Andere Technologien die eingesetzt werden sind das Fluten des Grabens mit Wasser das dann verdampft oder sogar Sprinkleranlagen, welche die Flammen direkt nach Austritt kühlen. Letzteres wird gemacht weil die Flammen die Luft erwärmen und so einen enormen Schalldruck erzeugen der die Startanlagen beschädigen kann. Beim Space Shuttle zeugte sich beim Jungfernflug das die Feststoffbooster noch mehr Schalldrucke erzeugten, als berechnet und ein solches Sprinkersystem wurde dann installiert.

Der Superbooster hat einen Durchmesser von 9 m und einen Startschub von ~ 75.000 kN. Die Saturn V dagegen einen Durchmesser von 10 m bei einem Startschub von ~ 34.000 kN und die russische Mondrakete N-1 mit ähnlich vielen Triebwerken einen Durchmesser von 15 m bei einem Schub von ~ 45.000 kN. Pro Quadratmeter Fläche wirkt bei Düsenaustritt so ein Schub von ~ 1.200 kN bei dem Superbooster, ~ 427 kN bei der Saturn und 250 kN bei der N-1. Das Launchpad der N-1 hatte 42 m tiefe Fallemumlenkschächte mit drei Flammenumlenkern am Boden. Beim Pad 39 wo die Saturn V starteten wurde der Flammenschacht mit 1 Million Litern Wasser geflutet, sein Boden war 3,3 m dick und die Wände aus speziellen Backsteinen 0,9 m dick. Wie bei der Saturn wirkt durch das gestufte Starten beim Superbooster der Flammenstrahl relativ lange auf den Boden ein, der direkt unter dem Starttisch sitzt anstatt erst in der Basis des Hügels oder einem unterirdischen Graben.

SpaceX meinte nun, es wäre völlig überflüssig, so viel Geld in eine aufwendige Startanlage zu investieren, dazu hätten sie weil sie nahe der Küste sind wie bei Cape Canaveral einen künstlichen Hügel aufschütten müssen um diesen Flammenschacht dann in ihn hineintreiben zu können. So etwas kostet schon bei kleineren Raketen eine zweistellige Millionensumme.

Die Zerstörungskraft konnte sich so ungehemmt austoben, was nun nicht nur die Anwohner, die Umweltbehörde und die FAA auf den Plan rief, sondern auch zu starken Beschädigungen in der Umgebung führte. Denn wider gängigen Erfahrungswerten platzierte SpaceX auch die Tanks für Methan und flüssigen Sauerstoff direkt an die Startrampe. Im 9 km entfernten Port Isabel brachen Fensterscheiben und die Stadt wurde von einem braunen Nebel eingehüllt. Die FAA hat nun weitere Starts untersagt.

Die Zerstörungen waren nach Musk völlig überraschend, obwohl schon beim Test am 9. Februar über nur 7,4 Sekunden und halben Schub jede Menge Trümmer freigesetzt wurden. Das spricht für enorm viel Naivität bei SpaceX. Für den nächsten Start soll ein Sprinkersystem angebracht werden. Es ist nach Musk ein wasserumhülltes "Stahlsandwich" unterhalb der Starthalterung. "Es handelt sich im Grunde genommen um einen massiven, superstarken Stahlduschkopf, der nach oben zeigt",

SpaceX hatte vor dem Start an dieser Vorrichtung gearbeitet, aber sie war nicht rechtzeitig fertig geworden. "Wenn wir erwartet hätten, ein Loch zu graben, wären wir nicht geflogen", sagte Musk. Der Test im Februar verursachten eine "ziemlich bescheidene Erosion". "Wir dachten, es würde für einen Start ausreichen". Beschädigte Tanks im Tanklager auf der Rampe werden durch vakuumummantelte Versionen ausgetauscht werden. Der Startturm selbst habe keinen "bedeutenden" Schaden erlitten.

Prognosen

Zuletzt noch die Prognosen von Musk beim Chat am 29.4.2023: Musk zeigte sich optimistisch, dass der zweite Start zumindest die Stufentrennung übersteht. "Unser Ziel für den nächsten Flug ist es, die Stufenabtrennung zu erreichen und hoffentlich erfolgreich in die Umlaufbahn zu gelangen", sagte Musk. "Ich denke, wir haben eine gute Chance, mit dem nächsten Flug in die Umlaufbahn zu gelangen. Es soll eine "mehr als 50%ige Chance, die Umlaufbahn zu erreichen", für den nächsten Start geben. Dieser Start wird eine Wiederholung des Flugprofils des ursprünglichen Fluges sein, eine "fast orbitale" Flugbahn, bei der Starship 90 Minuten nach dem Start vor der Küste von Hawaii wassert.

Musk schätzt, dass SpaceX in diesem Jahr vier bis fünf Starship-Starts durchführen wird. "Ich wäre überrascht, wenn wir dieses Jahr verlassen, ohne in die Umlaufbahn zu gelangen", sagte er und gab dem Unternehmen eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 80 %, die sich innerhalb von 12 Monaten auf fast 100 % erhöhen würde. Nach Musk wird SpaceX in diesem Jahr etwa 2 Milliarden Dollar für Starship ausgeben wird, was seiner Meinung nach auch ohne die Aufnahme von Fremdmitteln möglich ist.

Modellierung

Ich habe diesen Flug selbst mit einer eigenen Software modelliert. Da die Daten von SpaceX sehr bruchstückhaft sind und nicht offen ist ob es sich um real erreichte oder theoretische Zielwerte handelt habe ich mich vor allem auf diese Untersuchung des DLR gestützt. Da es vor allem bei Schub/Treibstoffverbrauch Abweichungen gibt bin ich wie folgt vorgegangen:

Den spezifischen Impulse habe ich vom DLR Dokument genommen, bei der zweiten Stufe aufgrund der langen Brennzeit nur die der Raptor 1 Triebwerke. Hier wurde der spezifische Impuls als Mittel beider Typen genommen. In der ersten Stufe habe ich den Schub von SpaceX genommen, der würde für die 169 Sekunden Betriebszeit ausreichen, aber nicht für die im Flugplan danach auftauchenden Manöver um zum Startort zurückzukehren und abzubremsen. Der Schub bei der zweiten Stufe wurde anhand der Treibstoffmenge berechnet. Treibstoff für eine Abbremsung um 100 m/s wurde berücksichtigt. Der Schub von im Mittel 1.833 kN pro Triebwerk (Vakuum) passt zu den Angaben des DLR/SpaceX von 1.841 kN für die Triebwerke mit kurzer Düse, aber nicht den 1.947 kN bei einer langen Düse.

Ich erhalte im Rahmen der unbekannten Aufstiegsbahn einen ähnliche Brennschlusshöhe der ersten Stufe. MaxQ wird bei dieser Simulation aber erst nach 87 Sekunden in 15 km Höhe durchlaufen, was für eine andere Aufstiegskurve spricht. Mein Tool optimiert nach Nutzlast, bei einem wiederverwendbaren Gefährt sind andere Parameter wichtiger, z.b. eine möglichst geringe horizontale Geschwindigkeit, weil diese wieder egalisiert werden muss.

Diese Version hätte als Nicht-Wiederverwendbares Starship in etwa eine Nutzlast von 184 t für einen 200 km LEO, das DLR kommt auf 204 t, allerdings bei 100 Prozent Schub, SpaceX reklamiert 250 t für diesen Fall.

Rakete: Super Heavy / Starship erster Flug

Rakete: Super Heavy / Starship erster Flug

Simulationsvorgaben

Wichtige Aufstiegspunkte

Parameter der Stufen

Höhe/Zeit Diagramm

Höhe/Distanz Diagramm

Beschleunigung/Zeit Diagramm

Links

Webcast SpaceX

NSF Video 1
NSF Video 2

Privter Chat von Elon Musk

Ausführlicher Link zum Chat

© der Bilder: SpaceX,NasaSpaceflight. Artikel verfasst am 4.5.2023, Artikel zuletzt geändert am 12.5.2023

Bücher des Autors über Trägerraketen

Wie man an dem Umfang der Website sieht, sind Trägerraketen eines meiner Hauptinteressen. Es gibt inzwischen eine Reihe von Büchern von mir, auch weil ich in den letzten Jahren aufgrund neuer Träger oder weiterer Informationen über alte Projekte die Bücher neu aufgelegt habe. Sie finden eine Gesamtübersicht aller Bücher von mir bei Amazon und hier beim Verlag.

Ich beschränke mich in diesem Abschnitt auf die aktuellen Werke. Für die in Europa entwickelten Trägerraketen gibt es von mir zwei Werke:

Europäische Trägerraketen 1 behandelt die Vergangenheit (also bei Drucklegung): Das sind die nationalen Raketen Diamant, OTRAG und Black Arrow und die europäischen Träger Ariane 1 bis 4 und Europarakete.

Europäische Trägerraketen 2 behandelt die zur Drucklegung 2015 aktuellen Träger: Ariane 5, Vega und die damaligen Pläne für Vega C und Ariane 6.

Wer sich nur für einen der in den beiden besprochenen Träger interessiert, findet auch jeweils eine Monografie, die inhaltlich identisch mit dem Kapitel in den Sammelbänden ist, nur eben als Auskopplung.

Weiter gehend, alle Raketen die es weltweit gibt, behandelnd, gehen zwei Bände:

US-Trägerraketen

und

Internationale Trägerraketen (im Sinne von allen anderen Raketen weltweit)

Auch hier habe ich 2023 begonnen, die Bände aufzusplitten, einfach weil der Umfang für eine Aktualisierung sonst weder handelbar wäre bzw. an die Seitengrenze stößt, die der Verlag setzt. Ich habe auch bei den Einzelbänden nochmals recherchiert und den Umfang erweitert. Bisher sind erschienen:

US Trägerraketen 1 mit den frühen, kleinen Trägern (Vanguard, Juno, Scout)

US Trägerraketen 2 mit der Titan-Familie

2023 wird noch die erste Auskopplung aus den internationalen Raketen über russische Träger erscheinen. Nach und nach werden alle Raketen dann in einzelnen Monografien geordnet nach Trägerfamilien oder Nationen dann aktualisiert auf den aktuellen Stand, so besprochen.

Für die Saturns gibt es noch einen Sonderband, den ersten in der Reihe über das Apolloprogramm.

Alle bisherigen Bücher sind gerichtet an Leute, die wie ich sich nicht mit oberflächlichen Informationen oder Zusammenfassung der Wikipedia zufriedengeben. Wenn sie sich nicht für Technik interessieren, sondern nette Anekdoten hören wollen, dann sind die bisherigen Bücher nichts für Sie. Für dieses Publikum gibt es das Buch „Fotosafari durch den Raketenwald“ bei dem jeder Träger genau eine Doppelseite mit einem Foto und einer Beschreibung hat. (Also etwa ein Zehntel der Seitenzahl auf den ich ihn bei den beiden obigen Bänden abhandelte). Das Buch ist anders als die anderen Bände in Farbe. Ab und an macht BOD als Print on Demand Dienstleister Mist und verschickt es nur in Schwarz-Weiß, bitte reklamieren sie dann, ich als Autor kann dies nicht beeinflussen.

Als Autor würde ich mich freuen, wenn sie direkt beim Verlag bestellen, da ich da eine etwas größere Marge erhalte. Dank Buchpreisbindung und kostenlosem Versand ist das genauso teuer wie bei Amazon, Libri und iTunes oder im Buchhandel. Über eine ehrliche Kritik würde ich mich freuen.

Alle Bücher sind auch als E-Book erschienen, üblicherweise zu ²/₃ des Preises der Printausgabe – ich würde sie gerne billiger anbieten, doch da der Gesetzgeber E-Books mit 19 Prozent Mehrwertsteuer besteuert, Bücher aber mit nur 7 Prozent, geht das leider nicht. Ein Vorteil der E-Books - neben dem einfacher recherchierbaren Text ist, das alle Abbildungen, die im Originalmanuskript in Farbe, sind auch in Farbe sind, während ich sonst - um Druckkosten zu sparen - meist auf Farbe verzichte. Sie brauchen einen pdf-fähigen Reader um die Bücher zu lesen. Sofern der Verlag nicht weiter für bestimmte Geräte (Kindle) konvertiert ist das Standardformat der E-Books ein DRM-geschütztes PDF.

Mehr über meine Bücher finden sie auf der Website Raumfahrtbuecher.de und eine Liste aller Veröffentlichungen findet sich auch bei meinem Wikipediaeintrag.

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