Zusammenfassung Starship Tests

Da es immer mehr Tests des Starships gibt ist es schwer den Überblick zu behalten. Dieser Artikel gibt einen Überblick über alle Starts. Die Artikel zu jedem Start finden sie hier. Die Zusammenfassung gibt den Stand nach IFT-8 wieder.

Tests des Starships (ohne Superheavy)

• Der Starhopper war ein Testgefährt, das noch nicht komplett war. Es war eine verkleinerte Version eines Starships mit nur einem Triebwerk. Es wurde dreimal eingesetzt am 5. April 2019 erreichte es an einer Sicherheitsleine 1 m Höhe, am 25. Juli 2019 erreichte es ohne Leine 20 m Höhe und am 27. August desselben Jahres 150 m Höhe und verschob den Landepunkt um 100 m.
• Die folgenden Starships waren Prototypen in voller Größe. Mark 1 (MK 1) wog 200 t, also doppelt so viel wie später das Starship. MK 1 wurde am 20.11.2019 bei einem Drucktest zerstört. Das noch nicht fertiggestellte MK 2 wurde daraufhin verschrottet, weil es auch explodiert wäre. MK 3 wurde dann in Starship 1 (SN1) umbenannt. Auch es wurde am 28.2.2020 bei einem Drucktest zerstört. MK 3 (SN2) wurde daraufhin nie fertiggestellt.
• Auch das Starship SN3 wurde bei einem Drucktest zerstört, diesmal weil Kontrollventile falsch konfiguriert waren. Der Sauerstofftank verlor an Druck und das Vehikel kollabierte am 3. April 2020. Es sollte einen statischen Test der Triebwerke absolvieren.
• SN4 bestand den Drucktest am 26. April 2020, ebenso wie zwei Triebwerktests am 5. und 6. Mai. Nach Installation eines neuen Triebwerks gab es ein Treibstoffleck - das sollte noch mehrfach vorkommen - das ein Feuer auslöste und einen Flügel beschädigt. Nach einem neuen Triebwerkstest am 19. Mai wurde es bei einem weiteren Triebwerkstest am 26. Mai 2020 zerstört.
• SN5 absolvierte einen 150 m Hopser am 4. August 2020, dies wurde mit SN6 am 3.9.2020 wiederholt.
• SN8 war der erste Test der Landung eines Starships. Dabei wurde das mit drei Triebwerken ausgestattete Starship von der Basis aus gestartet und in drei Minuten auf 12,5 km Höhe gebracht. Bei der Landung fielen zwei der drei Triebwerke aus, das dritte brannte durch. Ursache soll ein zu geringer Tankdruck gewesen sein. Es zerschellte am 9.12.2020 auf der Starbase.
• Bei SN9 wurden so gleich zwei Raptoren ausgetauscht. SN9 erreichte 10 km Höhe. Bei der Landung am 3.2.2021 fielen zwei der drei Triebwerke aus, sodass SN9 schräg auf dem Boden aufschlug. Die Ursache war starkes Treibstoffschwappen in den Tanks, wenn es von der horizontalen in die vertikale Position gedreht wird.
• Einen Monat später schien die Landung am 3. März 2021 zuerst zu klappen, doch SN10 setzte zu schnell auf. SN10 bekam beim Triebwerksstart das Druckgas Helium mit in den Treibstoffstrom, sodass der Schub zu gering war. Die Beine wurden dadurch beschädigt und kurz nach der Landung brach ein Bein und SN10 kippte um und explodierte. Das Helium wurde erst nach SN9 hinzugenommen, um das Treibstoffschwappen zu reduzieren. Klar ist das bei einer vorher horizontalen Position so natürlich Helium in die Leitungen gelangen kann die nicht mehr von Flüssigkeit bedeckt sind.
• SN11 bekam nun ein zusätzliches RCS (Reaction Control System) um die Steuerungsfähigkeit zu verbessern. Schon beim Aufstieg sah man ein Feuer bei einem der Triebwerke. Nach zwei statischen Tests wurde es am 30. März 2021 gestartet. Direkt nach der Zündung für die Landung, noch in fast 1 km Höhe, setzte die Telemetrie aus und SN11 schlug wie seine Vorgänger auf. Ein Methanleck führte zum Abschalten des Triebwerks beim Aufstieg und fror die Avionik ein. Das führte zu einem harten Start bei der Wiederzündung der Methan-Turbopumpe.
• SN15, erhielt eine neue Architektur des Antriebs, verbesserte Raptors und Avionik. Mit ihm gelang dann am 6.5.2021 endlich die Landung nach Plan. Sie verlief auch in der Endphase anders, viel langsamer als bisher. Die Drehung erfolgte viel früher, sodass die Triebwerke erst gezündet werden, wenn die Rakete wieder senkrecht steht. Es gab nach der Landung ein kleines Feuer an der Basis der Rakete, das jedoch nach SpaceX Angaben "nicht ungewöhnlich" sein soll. Aber SN15 explodierte nicht. Die schon im Bau befindlichen SN16 bis 18 für weitere Landungstests wurden danach verschrottet.

SpaceX benötigte somit fünf Versuche, bis der letzte erfolgreich war. Kein gutes Ohmen für die nun anstehenden Flugtests. Diese sollten mit SN20 erfolgen,

Flugtests

Das Starship ist bisher achtmal gestartet, bisher immer auf einer suborbitalen Bahn mit einer Landung im indischen Ozean. Die Flüge werden von SpaceX als IFT (Integrated Flight Test) bezeichnet.

Kurzzusammenfassung

• IFT-1: Das Starship kollidiert beim Start fast mit dem Turm. Es ist kein Sprinklersystem installiert, das führt zu sehr starken Beschädigungen am Startplatz. Schon beim Start fallen drei Triebwerke aus, das Vehikel darf trotzdem abheben. Später verliert es die Kontrolle. Eine Stufentrennung findet nicht statt, auch das FTS löst nicht aus. Es wird dann durch die aerodynamischen Kräfte beim Fall zerstört.

• IFT-2: Start und Stufentrennung erfolgen problemlos. Der Boostback startet mit nur wenigen Triebwerken die dann nacheinander ausfallen und die SuperHeavy explodiert. Das Starship lässt während des Flugs Treibstoff ab, der eine Explosion auslöst.

• IFT-3: Beim Boostback fallen die meisten Triebwerke aus, bei der Landung zünden nur zwei, die das Vehikel nicht abbremsen können. Die SuperHeavy zerbirst vor Erreichen der Meeresoberfläche. Das Starship hat ein Lagekontrollproblem und verglüht beim Wiedereintritt.

• IFT-4: Die Superheavy funktioniert inklusive simulierter Landung. Das Starship erreicht den Indischen Ozean, aber stark beschädigt und wird nicht stark genug abgebremst und versinkt mit hoher Geschwindigkeit im Meer.

• IFT-5: Die Superheavy kann am Startplatz eingefangen werden. Das Starship kommt diesmal heil im Zielgebiet an, jedoch erneut zu schnell und explodiert nach der Wasserung.

• IFT-6: Erster voll erfolgreicher Flug des Starships, das Starship landet weich im Zielgebiet, fängt nach der Landung aber Feuer. Die SuperHeavy beschädigt beim Start Turmequipement und wird absichtlich im Golf von Mexiko versenkt.

• IFT-7: Superhavy landet am Startplatz, das Starship explodiert vor Erreichen des Orbits, nachdem mehrere Triebwerke ausgefallen sind.

• IFT-8: Gleicher Ablauf wie bei 7 und auch gleiche Ursache der Explosion des Starships.

Nach acht Testflügen gibt es drei erfolgreiche Bergungen der ersten Stufe und eine voll erfolgreiche Landung des Starships im Ozean aber noch nicht am Startplatz. Mit SN20 sollte der erste suborbitale Start erfolgen, da dafür aber Raptor 2 vorgesehen waren, wurde SN20 verschrottet. SN21 diente zum Testen der Anbringung des Hitzeschutzschildes und wurde danach zum größten Teil verschrottet, bis auf die Antriebssektion, die SN22 erhielt. Dieses wurde verschrottet, SN23 wurde nicht mal fertiggestellt.

Triebwerksstartbilanz

Beim Start eines Starships gibt es wesentlich mehr Triebwerkszündungen als bei einem Start einer nicht wieder verwendbaren Rakete. Dies liegt am Startprofil:

• Beim Start zünden alle 33 Triebwerke der Superheavy.

• Zum Brennschluss werden 30 Triebwerke abgeschaltet, drei brennen weiter.

• Das Starship trennt sich und seine sechs Triebwerke (neun bei V3) zünden.

• Die zehn Triebwerke im ersten Ring der SuperHeavy zünden zusätzlich (nun 13 Triebwerke aktiv) und führen ein Rückkehrmanöver zum Startplatz aus.

• Bei der Landung der SuperHeavy zünden zuerst die 13 schwenkbaren Triebwerke des inneren Rings, später nur noch die drei zentralen.

• Bei der Landung des Starships zünden zuerst drei Triebwerke, zuletzt ist nur noch eines aktiv. Hier sind es die Triebwerke mit kurzen Düsen die mehrmals brennen.

Leere Felder bedeuten, das Ereignis fand nie statt. Durch Feuer/Explosionen ausgefallene Triebwerke habe ich nicht berücksichtigt, sondern nur automatisch abgeschaltete Triebwerke. Von 484 Triebwerkstarts klappten 40 nicht, das sind 8,2 Prozent - andere Triebwerke werden auf Gesamtzuverlässigkeiten von 0,5 Prozent oder weniger designt. Die meisten Ausfälle fanden bei den ersten drei Flügen statt, doch auch bei IFT-4,7,8 fielen 5 Triebwerke aus, also 5 von 399 Zündungen, 1,2 Prozent aller Zündungen. Vergleicht man dies mit der Falcon 9, die bei über 400 Flügen etwa zehnmal so viele Triebwerkszündungen hatte, mit erheblich weniger Ausfällen, so ist dies bemerkenswert.

Schiffsdaten

Es gab zahlreiche Prototypen die nicht flogen, so hat das Starship bei IFT-1 schon die Nummer 26. ebenso bei der SuperHeavy. Auch danach ist die Nummerierung nicht durchgehend. Superheavy Nr. 8 und Starship 26,27 und 32 fehlen. Dies ist der Nachteil der integralen Entwicklung. Wenn es Änderungen gibt, dann können diese offenbar nicht in die schon in der Fertigung befindlichen Exemplare eingebaut werden, sondern nur bei der Fertigung eines neuen Starships. Aus demselben Grund wurden schon vorher Starships verschrottet. Von 34 Starships, die es bis IFT-8 gab, wurden nur 15 in Tests eingesetzt (zwei Hopser mit SN5/6), Starshiplandetests mit SN8, 9, 10, 11 und 15) und eben die acht Testflüge mit SN 24-25, 28-31 und 33/34.

Alle anderen Booster und Starships wurden ohne Test verschrottet oder dienten anderen Tests.

Zeitablauf

Man sieht zuerst eine Abnahme der Vorbereitungszeit für jeden Start, allerdings nur solange wie es Fortschritte gibt. Inzwischen sind zwei Jahre vergangen, in denen kein Start auch nur einen Orbit erreicht hat, obwohl dies mehrmals angekündigt wurde, aber durch Problemen kam es nie dazu. Die Saturn V hatte nur 615 Tage zwischen dem Jungfernflug mit Apollo 4 und dem Start der ersten Mondlandung (Apollo 11). Die iterative Vorgehensweise von SpaceX reduziert also nicht die Entwicklungszeit, selbst nicht wenn man von der Ankündigung aus rechnet.

Nutzlast

Das Starship soll nach den offiziellen Angaben 100 t Nutzlast in einen Orbit bei voller Wiederverwendung transportieren. Bei den Missionen, die zumindest die suborbitale Bahn erreichten, ist die Nutzlast durch den verbliebenen Resttreibstoff errechenbar. Nach IFT-3 sinkt dieser Treibstoff deutlich ab, weil Teil dieses Flugs ein Experiment war, bei dem Treibstoff vom Haupt- in den Landetank umgepumpt wurde. Dieser musste also leer sein. Bei den folgenden Flügen war er dagegen voll gefüllt und so das Starship um etwa 10 t schwerer.

Bei den Flügen 7 und 8 habe ich die Nutzlast anhand der mitgeführten Starlink V2 Simulatoren berechnet. Es waren zehn Simulatoren bei 7 und drei bei 8. Jeder wiegt 2 t (nach anderen Quellen 1,25 t). Klar ist das jede Maßnahme, die durchgeführt wird, um Ausfälle zu beheben, Gewicht addiert und die Nutzlast weiter reduziert. Nach Elon Musk hatte IFT-3 eine theoretische Nutzlastkapazität von 40 bis 50 t, was zum Resttreibstoff bei IFT-3 passt.

© 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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