Die Mär vom billigen Transport und den neuen Anwendungen
Ja wenn erst mal SpaceX den Transport in den Weltraum auf die Kosten des Treibstoffs reduziert hat, wird es ganz neue Anwendungen geben. Und das wird ja auch bald sein. „Could be soon“. Dazu mehr weiter unten. Doch ich will zuerst mal zeigen, dass man schon heute viel bei der Reduktion der Transportkosten erreicht hat und das diese heute die geringste Rolle bei Projekten spielen.
Als Beispiel kann man die einzige Branche nehmen, die wirklich kommerzielle Raumfahrt betreibt – in dem Sinne dass sie nicht von einem staatlichen Kunde abhängig ist wie dies z.B. bei den zivilen Aufklärungssatelliten der Fall ist: den Telekommunikationssatelliten. Der erste kommerzielle geosynchrone war „Early Bird“, später in Intelsat 1 umgetauft. Intelsat 1 hatte eine Kapazität von 240 Telefonkanälen. Diese kosteten 32.000 Dollar pro Kanal/Jahr. Das war 1963. Die Inflation mit eingerechnet wären das heute 250.000 Dollar. Heute ist es üblicher, in Transpondern zu rechnen, wobei schon 1998 ein Transponder 2300 Telefongespräche übertragen konnte. Ich vermute mit effizienteren Codierungsmechanismen heute noch mehr. Heute kostet ein Transponder wenn er gemietet wird 1,62 Millionen Dollar pro Jahr das sind dann pro „Telefonkanal“ 700 Dollar. Verglichen mit 1963 sind also die Kosten um den Faktor 360 gesunken – trotzdem gibt es nun nicht den Run auf die Satelliten. Stattdessen ist die Datenmenge enorm angestiegen.
Nun mag man zu Recht einwenden, dass die Satelliten teuer geblieben sind, nur eben viel leistungsfähiger. Doch auch früher waren die Startkosten nicht das Problem. Das intelsat 1 Projekt kostete 12 Millionen Dollar, davon 4 Millionen Dollar für den Start. Bei dem Start des SES 8 wurde bekannt, dass das Projekt 200 Millionen Dollar kostet, dazu kommen noch 24 Millionen für die Versicherung (die gab es bei Intelsat 1) noch nicht. Der Anteil der Trägerrakete ist in beiden Fällen fast gleich hoch (33 bzw. 30%). Über Jahrzehnte hinweg war es so, dass die Startkosten nur 25 bis 35% der Projektkosten ausmachen. Was würde passieren wenn sie nun nur noch 0,3% ausmachen? Nun die Projektkosten würden um 30% sinken, nicht auf ein Hundertstel. Wenn ein Betreiber der Satelliten die Kosten reduzieren will kann er das heute schon effektiver bei den Satelliten die mehr als der Start kosten.
Dabei handelt es sich hier um in Kleinserien gebauten Satelliten. Forschungssatelliten als Einzelexemplare sind meist noch teurer. Doch selbst Cubesats, die von Studenten gebaut werden – und da sind die Budgets kleiner – kosten zweistellige Tausender Beträge, das ist gemessen an der Startmasse von 1-3 kg viel. Die Cuebsats von Planetlabs (immerhin 100 identische Satelliten) werden 52 Millionen Dollar kosten, das ist für insgesamt 300 kg Masse viel Geld. Die Transportkosten sind dabei dann zweitrangig, selbst wenn die Firma nicht wie bisher sie mitnehmen lässt, sondern einen eigenen Träger kauft macht der nur einen kleinen Bruchteil dieser Kosten aus, etwa ein Zehntel. Die Transportkosten sind nicht das Problem.
Das zeigt auch ein erneuter Blick auf die Betreiber der Satelliten. Diese arme Branche die immer nach dem günstigsten LSP suchen muss, knabbert nämlich am Hungertuch: 2012 vermietete sie einen Transponder für duechschnittlich 1,62 Millionen Dollar. Bei knapp unter 1 Million Dollar eigenen Kosten pro Kanal. Eine Branche, die lächerliche 38% Gewinn des Umsatzes generiert, ist wirklich arm dran ist. Nur mal als Vergleich: Apple, das als hoch profitabel gilt hat im letzten Quartal 7,7 Milliarden Dollar Gewinn bei 37,4 Milliarden Umsatz also nur 20% Gewinn gemacht. Die meisten deutschen Unternehmen sind froh wenn sie 10% ihres Umsatzes als Gewinn ausweisen können. Und das ist nur der durchschnittliche Preis. In Westeuropa erlöst man 3,2 Millionen pro Transponder, macht einen Gewinnanteil von knapp 69%. Was würde es da ändern wenn die Startkosten etwas kleiner sind?
Rechnen wir es nach: SES 8 kostete als Satellit bis zu Inbetriebnahme im Orbit versichert 224 Millionen Dollar. Er hat 33 Transponder bei einer Servicezeit von 15 Jahren. Da sollte er bei 1,62 Millionen $/Jahr insgesamt 801,9 Millionen Dollar Umsatz generieren. Die Falcon 9 kostete bei einem regulären Startpreis 60 Millionen Dollar, das sind gerade mal 7,5% des Umsatzes. Sinken die Startkosten auf ein Hundertstel so sind es es 0,075 des Umsatzes – oder um es auf den Gewinn zu beziehen: er steigt um 12%. Das zeigt, dass schon heute die Startpreise nicht der Kostentreiber sind.
Zurück zur Machbarkeit: Wenn man die Kosten um den Faktor 100 drücken will und die Treibstoffkosten nach Musk 0,3% der Rakete ausmachen, so ist klar, dass sie nun 30% ausmachen. Bei einer Falcon 9 sollte der Start nun 0,6 Millionen kosten, davon 0,18 Millionen Treibstoff. Das lässt für Rakete, Startdurchführung, Bergung und Inspektion nur 0,42 Millionen übrig. Da heute bei den LSP die Startvorbereitungen alleine schon für 20% der Kosten gut sind und die immer anfallen zeigt dies dass es mit der Bergung der Rakete alleine nicht getan ist. Nehmen wir an Startdurchführung und Bergung kosten nix, dann müsste man die Rakete mindestens 150-mal wiederverwenden um die kosten soweit zu drücken.
Nur gibt es keine Triebwerke die 150 Einsätze durchhalten. Die SSME waren für 55 Missionen spezifiziert, allerdings mit umfangreichen und teuren Überprüfungen zwischen jedem Start. Normale Triebwerke haben typisch eine Lebensdauer die zehnmal höher als die Betriebsdauer ist so das RL-10, RS-68 und Vulcain. Die Merlin 1D sind nach SpaceX angaben sogar nur für die vierfache Betreibsauer spezifiziert. Ohne völlig neue extrem robuste Triebwerke wird es also nicht gehen. Die Strukturen machen auch Probleme. Bei den Ariane 5 Boostern traten beim Wiedereintritt viermal so hohe Bremskräfte auf wie beim Start als Beschleunigung in der Spitze. Dazu eine höhere thermische Belastung. Ich ahbe so meine Zweifel, dass Aluminiumlegierungen diese 150-mal überstehen.
Wahrscheinlich gibt es die 150-mal wiederverwendbare Falcon wenn die Firma ihren Firmennamen auch einlöst: Sie heißt Space Exploration, „Weltraum erkunden“ so die Übersetzung. Erkundet hat sie im Weltraum aber noch gar nichts.
Zuletzt ist das Thema nicht neu: auch beim Space Shuttle wurden ganz neue Anwendungen prognostiziert. doch selbst bei den ersten Flügen die stark subventioniert waren (35 Millionen Dollar für den ganzen Startraum, eine Delta mit einem Zehntel der Nutzlast kostete genauso viel). hielt sich der Andrang in Grenzen.
Wenn die Rendite von kommerziellen Satelliten, wie auch schon woanders gelesen, wirklich so gut ist frage ich mich warum es da nicht mehr Konkurrenz gibt?!
Ich denke, du zäumst hier das Pferd (ohne Absicht) von hinten auf: Ja, für heutige Satelliten macht die Kostenreduktion keinen sehr grossen Unterschied (aber immerhin 30%, und gerade Ankündigungen wie kürzlich jene von Eutelsat, ihre Ausgaben für Träger plafonieren zu wollen, deuten doch auch darauf hin, dass die Startkosten nicht irrelevant sind). Der Punkt ist aber, dass Projekte, bei denen die Startkosten 99.99% der totalen Kosten ausmachen, nicht angepackt oder schon gar nicht erst angedacht werden. Das „lohnt“ sich in der Regel nicht (vermutlich weil die Wertgenerierung pro kg im Orbit wohl bereits von Kommunikationssatelliten maximiert wird). Ich bin sicher, wenn die Kosten pro Kilogramm im Orbit sinken, werden sich auch neue Anwendungen (mit geringerer Wertgenerierung pro kg im Orbit) finden, an die wir heute noch gar nicht denken. So im Stil von „kein Mensch wird je mehr als 20 Mb Speicher benötigen…“. Vielleicht: Massenproduzierte Satelliten – tausende statt einzelne, weniger zuverlässig dafür viel günstiger. Weltraumtourismus. Grosse Spiegel, um grosse Solarzellenanlagen auch in der Nacht zu beleuchten… (und noch vieles mehr, was uns in ein paar Jahrzehnten im Nachhinein als einleuchtend erscheinen wird)
@Alexander
Weil man nicht beliebig viele Satelliten starten kann. Die Frequenzbänder sind begrenzt und sie müssen Abstand voneinander halten, damit es beim Uplink nicht zu Störungen kommt. Es gibt auch immer wieder Streit um die Nutzung von Orbitalslots
@Bynaus
Ich schreibe eigentlich nur auf der Basis von Tatsachen. Überlegen was alles möglich wäre wenn überlasse ich anderen
@Bernd: Immerhin lautet der Titel deines Artikels „Die Mär vom billigen Transport und den neuen Anwendungen“. Und jetzt willst du nicht über diese neuen Anwendungen diskutieren? Wie gesagt, mir scheint das so wie die Aussage „kein Mensch wird je mehr als 20 Mb Speicher brauchen“ – mag sein, wenn man annimmt, dass keine neuen Bedürfnisse hinzukommen als jene, die zu jener Zeit möglich (erschwinglich) waren. Mein Punkt ist: das ist keine sehr vernünftige Argumentation, denn mit neuen Möglichkeiten kommen immer auch neue Anwendungen.
Na beim Schreiben meinte ich das es genug ist und ich war auch müde. Du kannst aber gerne einen Gastartikel über die neuen Anwendungen verfassen.
>Grosse Spiegel, um grosse Solarzellenanlagen auch in der Nacht zu beleuchten<
Da steig ich als Amateurastronom aber auf die Barrikaden 😀
@Bynaus, ich zerbrech mir grad den Kopf, was es für Projekte geben mag, bei denen die Startkosten 99,99% der Gesamtkosten ausmacht. Bei einem angenommenen Startpreis von 50 Mio USD fällt mir da beim besten Willen nichts ein.
@Anja: Ein Beispiel könnte z.B. das Hochschicken der sterblichen Überreste (Asche) eines weltraumbegeisterten Multimillionärs sein. Die Kosten dafür wären fast ausschliesslich Startkosten (mal abgesehen von der Urne – und der Kremation 😉 ). Wenn die Startkosten stark runterkommen, müsste man also erwarten, dass plötzlich sehr viel mehr Leute ihre Asche in den Weltraum schiessen lassen wollen, weil sich der verringerte Startpreis viel stärker auf den Endpreis durchschlägt als bei einem Satelliten. Auch andere „billige“ Nutzlast (z.B. Versorgungsgüter für die ISS) sind dann plötzlich sehr viel günstiger zu haben und würden bei gleichem Budget entsprechend häufiger gestartet. Je teurer die Nutzlast ist, desto geringer der Effekt. Wenn Bernd also argumentiert, dass die teuren Nutzlasten nur wenig profitieren müssen, dann ist das nicht falsch, aber es ist nur die Hälfte der Wahrheit. Die günstigen Nutzlasten (das heisst, jene mit wenig intrinsischem Wert pro kg) würden erschwinglicher. Das könnte auch z.B. Orbitaldepots von Treibstoffen plötzlich sehr attraktiv erscheinen lassen.
Weltraumbeerdigungen gab es schon, trotz hoher Startkosten. Dabei wurden aber pro Person nur 5 Gramm mitgenommen. Rechnet man noch weitere 5 Gramm für die Verpackung, kommt man auf 100 Kunden pro Kilogramm Nutzlast. Damit liegen die Startkosten pro Kunde bei weniger als 1000 $. Wenn man sich mal ansieht was eine normale Beerdigung kostet, könnten sich das die meisten Leute leisten. Trotzdem stehen nicht Millionen danach Schlange. Niedrigere Startkosten dürften die Kundenzahl also kaum steigen lassen.
Eine drastische Senkung der Startkosten ist beim gegenwärtigen Stand der Technik nur ein Wunschtraum, und wird es auch noch die nächsten Jahrzehnte bleiben. Mehr als eine Halbierung der Startkosten ist recht unrealistisch. Alle Versuche haben die Startkosten ja eher erhöht statt verringert. Eine mäßige Senkung wäre schon ein großer Fortschritt. Versprechen kann man viel, die Frage ist was davon in der Realität übrigbleibt. Siehe Space Shuttle. Und selbst wenn eine Firma ihre Startkosten senken kann, ist es eine ganz andere Frage, was davon an die Kunden weitergegeben wird.
@Bynaus, ja Weltraumbestattungen ist tatsächlich ein irrsinniger Markt. Stell Dir mal vor da würden dann im LEO nur noch Urnen rumschweben, da kommt dann kein Spacex Marsflug mehr durch….
Aber mal ernsthaft: Du schreibst: „Auch andere “billige” Nutzlast (z.B. Versorgungsgüter für die ISS) sind dann plötzlich sehr viel günstiger zu haben und würden bei gleichem Budget entsprechend häufiger gestartet.“
Mal überlegen, ein ATV kostet(e) nochmal wieviel? Auf jeden Fall genug daß die Startkosten da nicht der Kostentreiber sind.
Zu dem allgemeinen Liebling Spacex: Wimre kostet ein Drachenflug zur ISS inkl. Start 130 Millionen USD (correct me if I’m wrong). Beim bekannten Katalogpreis einer F9 liegt hier der Startanteil bei maximal 50% des Gesamtpreises.
Auch wenn der Start an sich irgendwann nur mal mehr die Hälfte kostet, reduziert das die Gesamtkosten einer Versorgungsmission eben auch nicht auf deren Hälfte. Alleine deswegen wird man nicht Sachen raufschicken, die man bislang auch nicht gebraucht hatte.
@Elendsoft: Selbst wenn ich mit dir einig gehen würde, dass eine „Weltraumbestattung“ mit 10 g auskommt (da wäre ich mir jetzt nicht so sicher…), war das ja nur ein Beispiel, um das Prinzip zu verdeutlichen: von einer Verringerung der Startkosten profitieren vor allem Anwendungen, bei denen ein Grossteil der Kosten auf den Start gehen (eigentlich logisch, oder?). Entsprechend sind gerade Satelliten das schlechteste Beispiel, weil sie sehr hohe Kosten haben.
Ich glaube nicht, dass die Senkung der Startkosten ein „Wunschtraum“ ist, und erst recht nicht, dass es in den nächsten Jahrzehnten so bleiben wird. SpaceX steht kurz davor, die erste Stufe zurückzubringen, und von da ist es nicht weit bis zu ihrer Wiederverwendung (man bedenke z.B. dass auch der Grasshopper und die F9R-Dev bereits jeweils mehrfach geflogen sind, damit also grundsätzlich demonstriert haben, dass sie mehrfach verwendbar sind – natürlich dauert der Flug einer ersten Stufe länger, aber das ist ein gradueller, kein grundsätzlicher Unterschied). Bereits ab der einmaligen Wiederverwendung sinken die Startkosten. Nicht um einen Faktor 100, aber spätestens mit der wiederverwendbaren FX (mit der ich in etwa 5-7 Jahren rechnen würde) liegt ein Faktor 10 sicher drin. Zudem hängt ja nicht alles an SpaceX, es gibt ja auch noch andere vielversprechende Systeme (z.B. der Shuttle von S3).
Das Space Shuttle ist kein gutes Beispiel, weil es unzählige Rollen gleichzeitig zu erfüllen hatte (militärisch, zivil, Personen- und Frachttransport, Rücktransport von Masse aus dem Orbit, grosse „crossrange“, etc.). Der Dream Chaser wird genauso viele Astronauten befördern können, aber weil er von unnötigem Ballast befreit wurde, wird er viel einfacher und günstiger zu betreiben/warten/wiederzuverwenden sein als das Space Shuttle.
@Anja: Der „Drachenflug“ ist nur deshalb so teuer, weil die NASA für jeden von ihr in Auftrag gegebenen Flug einen neuen Drachen gekauft hat (und ihn natürlich auch so benutzen will). Wenn man die Wiederverwendbarkeit des Drachens berücksichtigt bzw. nutzt, kommen die Kosten für Fracht-Lieferung schnell herunter (und werden dann erst zwar noch von den Kosten für die vorerst nicht wiederverwendbare Oberstufe dominiert, bis dann irgendwann auch das wegfällt – dann dominiert der Hardware-Verschleiss und der Treibstoff).
@Bynaus, der Dragon *ist* die Nutzlast; egal wie teuer die Nutzlast ist, eine Halbierung der Startkosten halbiert nicht die Gesamtkosten und führt daher auch nicht zu einer „automatischen“ Erhöhung der Startrate nach dem Motto „zwei Missionen zum Preis für eine“.
Vergiß nicht was Bernd auch schreibt, der zahlenden Kundschaft geht es um den Preis der Mission, und der setzt sich bekanntermaßen aus viel mehr zusammen, als nur den Start.
Tja wenn die Reduktion der Transportkosten zu mehr Fracht zur ISS führt konterkariert das das Endziel Marskolonisation, denn die müssen ja unabhängig sein. So wird man die Technologie nicht entwickeln. Die ISS ist ja schon heute mit ihrem enormen bedarf an Versorgungsgütern gerade ein Beispiel wie man es nicht machen sollte.
@Gerry: Da das Segel wenn es so viel Licht reflektiert auch bei Tage die sonne verdeckt darfst Du sich dann über tägliche Sonnenfinsternisse freuen – das gleicht das ganze doch aus oder? Und der nachts erzeugte Strom wird dann am Tag für die Beleuchtung benötigt ….
http://youtu.be/uIlu7szab5I
Es wird passieren bernd, ob du dich damit abfinden kannst oder nicht.
WAS soll den passieren? Die Kamera hat ja im entscheidenden Moment die Stufe aus dem Focus verloren…..
Nun im Ernst. Einfach mal nen bisschen überschlägige Mathematik.
Die Strukturen einer Trägerrakete machen ca. 30 % der Startkosten aus. Kann gerne einer genauere Zahlen hinterlegen.
Das sind dann bei der Falcon ca. 20 Mio.
Die erste Stufe dürfte dacon so 12 -14 Mio Wert sein.
Das ist die also die größe des maximalen Einspareffektes.
Allerdings nur wenn sie zielgenau vor dem Abfertigungsgebäude im quasi Fabrikneuen Zustand landen würde.
In diesem Fall und bei angenommenen 10 Wiederverwendungen würden pro Start 14 Mio minus 1,4 Mio , also ca. 12,5 Mio Dollar gespart. Das sind ungefähr 20 Prozent.
Wenn ich überall richtig mitgelesen habe, verringert die Wiederverwendungsfähigkeit die NUtzlast aber um 25 – 30 Prozent.
Das heist also, daß ich statt 13t für 60 Mio $ = 4,6 Mio $ pro Tonne nun 9,5t für 47,5 Mio $ = 5 Mio $ pro Tonne in den Orbit bringe.
BRUTTONUTZLAST!
Wo liegt da jetzt die Einsparung? Das kann man auch skalieren, das ändert nichts.
Und ich bin bei der Rechnung davon ausgegangen, daß keine Schäden an der 1. Stufe waren. Nicht einmal eine Revision fällig wäre.
Tut mir leid, das Konzept wird nicht funktionieren. Die einzige Möglichkeit, die ich sehe, chemische Raketen billiger zu machen ist eine Serienfertigung. Und damit nicht nur eine Kostenreduktion in der Fertigung sondern auch in den Startvorbereitungen. Aber da haben wir wieder das Henne-Ei-Problem.
Um wirklich Kostengünstig in die Umlaufbahn zu kommen, brauchen wir eine Systemwechsel. Also Weltraumlift oder ähnliches.
Bernd
Einen Gedanken möchte ich noch zu Bernds Ausführungen hinzufügen. Die Argumentation, dass die Startkosten nur einen Teil der Gesamtprojektkosten darstellen, ist durchaus nachvollziehbar, insbesondere wenn man noch die Bodenunterstützung während des Betriebs hinzu rechnet.
Auf der anderen Seite sind Satelliten u.a. deshalb so teuer, weil sie – wenn überhaupt – Kleinserien sind, deren Bauteile durch Zuverlässigkeitsanforderungen extrem teuer zu entwickeln und qualifizieren sind. Wenn der Start jetzt deutlich günstiger wäre (man kann sich darüber streiten, ob das 30% oder 90% sein müssten), könnte man mit diesen Anforderungen herunter gehen und Industriekomponenten einsetzen, das es nicht so teuer wäre, einen Ersatz hochzuschicken bzw. Systeme redundanter aufzubauen. Dadurch könnten insgesamt die Projektkosten stark sinken. Nur mal als Gedanke…
Viel mehr würde es bringen, auch bei den Satelliten den Serienbau anzuwenden. Das Teuerste sind meistens die Entwicklungskosten. Wenn die für mehrere Exemplare nur einmal nötig sind bringt das echt was. Früher war es ja üblich, Planetensonden paarweise zu bauen. Heute wird jedes Gerät völlig neu entwickelt, mit den entsprechenden Kosten.
Schlüssel für eine Wiederverwendung ist die Lebensdauer der Triebwerke, und da liegt es bei Spacex noch sehr im Argen. Wenn die nach 3 oder 4 Flügen ersetzt werden müssen, lohnt sich die Wiederverwendung nicht. Das Problem ist ja nicht nur die Brenndauer. Bei mehreren Einsätzen wird das Triebwerk jedesmal aufgeheizt und wieder abgekühlt. Je öfter das passiert, desto größer wird die Gefahr daß Haarrisse entstehen. Und wenn das Ding dann auseinanderfliegt, ist das gar nicht gut für eine Wiederverwendung…
Eine Anmerkung:
Die 60 Mio sind die reinen Träger- und Startkosten.
Also 1. und 2. Stufe, Nutzlasthülle, Aufsetzen der fertigen Nutzlast und prüfen der Zusammenarbeit der Komponenten, Energieträger, bereitstellung des Startkomplexes und Durchführung des Starts bis in den Orbit.
Die Kosten der Nutzlast habe ich in meiner Überschlagsrechnung überhaupt nicht berücksichtigt, weil die ja auch prinzipiel nichts mit SpaceX Launch Systems zu tun haben.
Bernd
Zu ergänzen wäre, das Musk ja noch nicht mal gesagt hat wie er das obige Ziel (Startkosten auf ein HUNDERSTEL senken) erreichen will. Wie schon erläutert versucht SpaceX nur die Erststufe zu bergen. Die Oberstufe fehlt. Die Nutzlastverkleidung geht immer verloren. Doch das ist ja nur ein Teilaspekt. Selbst wenn das gesamte Gefährt zu 100% wiederverwendbar wäre und das unendlich lange so gibt es ja noch andere kosten
– die für die Bergung / Überführung
– die Für die Integration des Satelliten / Startdurchführung / Miete oder Abschreibungskosten für den Startplatz (bei anderen LSP >20% des Gesamtpreises)
– die für eine Überprüfung nach der Landung (jeder als gebraucht verkaufte Wagen wird ja auch nochmal auf Herz und Nieren geprüft)
Das sind offene Fragen die man angehen sollte bevor man sich über die nächsten vehikel von SpaceX oder die Anwendungen Gedanken macht.
Hallo Herr Leitenberger, ich lese ihren Blog sehr gerne, auch wegen der fundiert kritischen Haltung gegenüber SpaceX, weil man adarüber nsonsten fast nur begeisterte Oberflächlichkeit zu lesen bekommt. Allerdings überschreitet ihre Kritik meiner Meinung nach manchmal die Grenze zum Bashing und da wird es schon ein wenig lächerlich. Von mir aus können sie damit fortfahren, aber sie sollen sich bewußt sein, dass das auch von Leuten bemerkt wird, die gegenüber SpaceX neutral eingestellt sind. Danke für den interessanten Blog & Grüße.
@Anja: Wenn die Dragon wiederverwendet wird, verteilen sich ihre Anschaffungskosten über all ihre Flüge und damit sinken die Kosten, um ein kg Fracht zur ISS zu schicken. Sagen wir, es gibt zwei Szenarien: 1.) Nicht wiederverwendbare (nw) F9, nw Dragon, 2 Tonnen ISS Fracht. Kosten: 140 Mio US$ => 70’000 US$/kg ISS Fracht. 2.) Wir verwenden alles 5 Mal, und schlagen einen Betriebsanteil (Treibstoff, Instandsetzung) drauf. Dann erhöht sich die Frachtmenge um den Faktor 5 und entsprechend erniedrigt sich der Preis pro kg um den Faktor 5, zuzüglich Betriebsanteil für 5 Flüge. Die Kosten pro kg ISS-Fracht werden da wohl um deutlich mehr als die Hälfte fallen. Sagen wir, die Instandsetzung und der Treibstoff würden jeweils 5 Millionen kosten (für alle 4 Folgeflüge). Dann wären wir bei 160 Mio für 5 Flüge (10 Tonnen), oder 16’000 US$/kg ISS Fracht. Das IST eine deutliche Kostenreduktion gegenüber Szenario 1). Natürlich ist Szenario 2 heute noch hypothetisch weil die Oberstufe (noch?) nicht wiederverwendet werden kann, entsprechend ist der Betriebsanteil höher, aber grundsätzlich illustriert dies, dass Wiederverwendung die Kosten deutlich reduzieren kann.
@Bernd: Ich denke, die Reduktion auf einen Hunderstel ist sowas wie ein visionäres Fernziel, wie die Stadt auf dem Mars – bis dahin sind es noch viele Schritte. Und SpaceX hat durchaus den Anspruch, am Ende auch die Oberstufe wiederzuverwenden. Nach Musk haben sie eine Lösung gefunden, die nach ihm aber allerdings nicht exakt dem entspricht, was man bisher in Videos gesehen hat. Ich denke, da ist noch irgendwas im Busch, auch weil der „Trunk“ der Dragon V2 im Präsentationsvideo noch arg generisch aussah. Da kommt mal noch was (denke ich).
>@Gerry: Da das Segel wenn es so viel Licht reflektiert auch bei Tage die sonne verdeckt darfst Du sich dann über tägliche Sonnenfinsternisse freuen – das gleicht das ganze doch aus oder? Und der nachts erzeugte Strom wird dann am Tag für die Beleuchtung benötigt …<
Hallo Bernd,
stimmt, da hast du auch wieder recht, letzte Sofi ist hier ja fast auf den Tag genau vor 15 Jahren gewesen, nächste würde irgendwann kommen wo wir auch nichts mehr von haben, wenn man also künstlich Sofis erzeugen würde hätten sogar wir Sternfreunde was von den spektakulären Energieproblemlösungsplänen 😀
Trotzdem, ein wenig Schilda steckt da auch drinnen…. 😀
Bynaus, Dein Szenario ist schon aus mehreren Gründen hypothetisch. Erstens kannst Du auch bem besten Willen nicht alles vom Gesamtsystem wiederverwenden. Denk nur mal als Beispiel an die Fairing bei der normalen Rakete oder den Trunk mit Solargenerator beim Dragon.
Und solange man noch nicht ein einziges Mal die Übung der Bergung, Refurbishment und dem ganzen damit verbundenen Aufwand durchgespielt hat, ist es müßig, über den dabei entstehenden Aufwand auch nur zu spekulieren.
Erstmal geht es ja nur um eine Wiederverwendung der ersten Stufe, und selbst die ist noch nicht gelungen. Laut Spacex soll das etwa 25% der Nutzlast kosten. Soll auch die Oberstufe wiederverwendet werden, reduziert sich die Nutzlast noch weiter. Da die Oberstufe aber eine deutlich höhere Geschwindigkeit hat, ist auch der Aufwand für eine Wiederverwendung deutlich höher. Schon alleine ein Hitzeschild geht zu 100% von der Nutzlast ab. Dann dürfte sich die Gesamtnutzlast auf weniger als die Hälfte reduzieren.
In der Werbung werden so unwesentliche Dinge wie die Realität gern übersehen. Man sollte Wunschträume eben nicht ernst nehmen. Mit schöngerechneten Werten hat man schon beim Space Shuttle Schiffbruch erlitten.
@Bynaus:
Ja, so kann man sich reichsparen…
Die 140 Mio US$ sind Träger UND Dragon (nach Wikipedia 133 Mio US$)
Wenn man das aber korrekterweise getrennt rechnet, kommt man zu anderen Zahlen.
Ohne Wiederverwendung: (Angenommen 60 Mio US$ für den Träger, 65 Mio US$ für die Kapsel, 2 to Nutzlast lt. deinem Beispiel)
5 * Falcon = 300 Mio US$ plus 5 * Dragon = 325 Mio US$ gleich 625 Mio Dollar entspricht 62.500 US$/Kg
Wiederverwendung: (Startkosten einer Wiederverwendeten Falcon ca. 47,5 Mio US$, 1 Dragon á 65 Mio Dollar)
6 * 47,5 Mio US$ = 237 Mio US$ (verminderte Nutzlast!) plus 65 Mio Dollar = 360 Mio US$ entspricht 36.000 US$/Kg.
Das Verhältniss ist schon nicht mehr so krass wie in deinem Beispiel.
Jetzt kommen aber noch die Wartungskosten, Ersatz des Trunk etc dazu. Macht nach deiner Rechnung ca. 5 Mio US$ per Start für die Kapsel und sicherlich 5 Mio US$ für den Träger, was ich für Recht knapp halte. Also nochmal 10.000 US$ per Kg Nutzlast extra.
Damit wären wir bei 62.500 US$/Kg ohne Wiederverwendung und 46.000 US$/KG bei Wiederverwendung.
Macht die Sache nur noch um ungefähr 25 Prozent billiger. Dafür 5 mal ein Gebrauchtraumschiff mit sicherlich nicht zunehmender Zuverlässigkeit und bei Wertansätzen zugunsten der Wiederverwendungsfähigkeit.
Dabei halte ich Wiederverwendung der Kapsel für sehr vernünftig. Immerhin ist sie dazu gebaut in einem möglichst grossen Stück ohne Schäden wieder zurückzukommen.
Aber das reißt die Unwirtschaftlichkeit der Wiederverwendung des Trägers trotzdem nicht raus.
Bernd
BTW: Wieviel ISS-Fracht kann die Dragon auf einer wiederverwendungsfähigen Falcon eigentlich noch tragen?
@Bernie
Die Nutzlast der Dragon ist genauso hoch wie ohne wiederverwendung, da die Dragon bei der Falcon 9 „1.1“ nicht von der Nutzlast der Rakete sondern dem verfügbaren Volumen begrenzt wird: daher gibt SpaxeX ja auch 6 t Nutzlast an, aber die CRS Verträge sehen nur 1,7 t pro Flug vor – mehr geht nicht bei der durchschnittlichen Dichte des Frachtguts in die kleine Kapsel. Die Cygnus transportier 50% mehr Nutzlast bei einer Trägerrakete mit nur der halben Nutzlastkapazität – sie wurde eben auf den Zweck hin entworfen.
@Anja: Bei der Dragon gibts keine Nutzlasthülle… Aber ja, wie gesagt, einen bestimmten Betrag muss man bei jedem Flug draufschlagen. Ich hatte Treibstoff und Instandsetzung der ersten Stufe (und der Dragon) genannt. Der Trunk ist ein weiterer Punkt. Es mag noch mehr geben. Aber grundsätzlich ändert sich nichts an der Aussage: So bald man beginnt, Teile wieder zu verwenden, sinken die Lieferkosten deutlich und nicht nur um ein paar Prozentchen.
@Elendsoft: Abwarten. Ich wäre nicht überrascht, wenn die SpaceX-Lösung für die Oberstufe unkonventionell wäre (z.B. „Magnetoshell Aerobraking“?) Ob die SpaceX-Lösung, die ja bisher noch nicht offiziell vorgestellt wurde, machbar ist, kann man erst dann beurteilen, wenn sie vorgestellt wurde. Manchmal ist es eben nur so lange unmöglich, bis es jemand macht.
@Bernie: Eine Wiederverwendete F9-S1 kostet grundsätzlich nichts ausser den Kosten für die Instandsetzung (für die ich mal – recht beliebig, da nur ein Rechenbeispiel – 5 Mio US$ für F9-S1, -S2 und Dragon angesetzt hatte*). Zu welchem Preis der Service dem Kunden dann angeboten wird, ist natürlich eine andere Frage. Mir ging es darum, auszuloten, wie stark sich die Kosten pro kg grundsätzlich verringern liessen, wenn man Dragon und Falcon fünf Mal wiederverwendet.
Erst einmal gibt es diese Zukunftslösung nicht. Und die jezt im Versuchsstadium stehende Lösung für die erste Stufe ist mit mehr Nutzlastverlust verbunden, als bei der russischen Baikal. So toll sind diese „unkonventionellen“ Lösungen.
Zur Verringerung der Startkosten auf 1%: Selbst bei Treibstoffpreisen von 1$ / Kilogramm (gibt es flüssigen Sauerstoff überhaupt so billig?) wären das schon mehr als 1% der Kosten. Dazu kommen noch Wartungskosten, Kosten für Verschleißteile (und das können schon mal komplette Triebwerke sein!), Kosten für die Startvorbereitung, Abschreibungen für Entwicklung und Bau der Raketen (diese Kosten müssen ja wieder reinkommen, sonst geht die Firma pleite), und nicht zu vergessen die Steuern. Mit Raketen also absolut nicht realisierbar. Trotzdem wird weiter kräftig darauf herumgeritten. Wir sind hier in der Realität, nicht bei Startreck.
@Elendsoft: Wer mit der Gegenwart argumentiert, wird irgendwann von der Zukunft wiederlegt. Ein Satz wie „mit Raketen absolut nicht realisierbar“ könnte dir eines Tages um die Ohren gehauen werden… Ich denke, bevor Musk bzw. SpaceX ihre „Lösung“ für die Wiederverwendung der ganzen F9/Dragon präsentieren, kann man nicht vernünftig darüber diskutieren, ob es möglich ist oder nicht.
Die Reduktion auf 1% ist (ich wiederhole mich) als visionäres Fernziel gedacht – nicht für die Falcon 9 innerhalb der nächsten paar Jahre. Kann man eine vollständig wiederverwendbare FH mit 50 Tonnen Nutzlast für 5 Mio US$ fliegen lassen, bergen und für den nächsten Flug vorbereiten? Das nämlich würde einer Reduktion auf 1% (100 US$/kg) entsprechen. Scheint mir auf jeden Fall nicht völlig abwegig. Interkontinentalflüge etwa sind deutlich billiger.
Und Star Trek schreibt man so. 😉
Die angegebene Nutzlast der FH von rund 50 Tonnen gilt für die nicht wiederverwendbare Version. (Und selbst die steht erstmal nur auf dem Papier, ob die auch in der Realität erreicht wird ist noch eine ganz andere Frage.) Laut Musk verringert die Wiederverwendung der ersten Stufe aber die Nutzlast um etwa 25%. Das wird gerne unter den Teppich gekehrt. Und eins ist sicher: Bei jeder Stufe verringert eine Wiederverwendung die Nutzlast noch weiter. Egal welches Verfahren angewendet wird, es bringt zusätzliches Gewicht. Und jedes Gramm um das die Leermasse steigt, verringert die Nutzlast. Besonders stark bei der letzten Stufe.
Ein Vergleich mit Interkontinentalflügen hinkt gewaltig. Selbst bei einer 100-maligen Wiederverwendung erreichen die Triebwerke einer Rakete nicht die Laufzeit eines Flugzeugtriebwerks bei nur einem Interkontinentalflug. Und bis jetzt gibt es kein Raketentriebwerk, das 100 Betriebszyklen aushalten würde. Selbst die extra für eine Wiederverwendung entwickelten Spaceshuttle-Triebwerke sind weit darunter geblieben.
Was würde wohl ein Interkontinentalflug kosten, wenn nach jedem Flug neue Triebwerke eingebaut werden müssen?
@Elendsoft: Stimmt, die 50 Tonnen sind für die Wegwerfversion. Man muss dann eben fragen: kann man sich denken, dass ein FHR Flug mit, sagen wir, 25 Tonnen Nutzlast eines Tages zu 2.5 Mio Dollar angeboten werden kann?
Dass die Triebwerke einer Rakete stets weniger Laufzeit aufweisen werden als jene eines Flugzeuges, ist mir auch klar – die Frage ist, ob das zwingend ein Nachteil ist, da die Belastung eines Raketentriebwerkes ja auch ungleich höher als bei einem Flugzeug ist. Es sind eben zwei völlig verschiedene Triebwerkstypen: das eine ein „Sprinter“, das andere ein „Marathon-Läufer“. Ja, bisher gibt es keine solchen 100-fach wiederverwendbaren Triebwerke, weil auch niemand wirklich Bedarf hat, sie zu entwickeln (Raketen werden ja eh weggeworfen). Aber das heisst nicht, dass das für immer so bleiben muss. Wenn SpaceX nun einen Trend setzt, den andere mitmachen müssen (eine Reduktion der Startkosten um einen Faktor 2-3 ist bereits völlig ausreichend, um ULA, Ariane oder ILS langfristig zu ruinieren…), dann wird sich das bald ändern. Die wiederverwendbaren Triebwerke der ersten Generation (wie das Merlin oder später das Raptor) werden vielleicht 3 Flüge überstehen, bevor sie ausgewechselt werden müssen, die nächste Generation dann erst nach 10, dann nach 30 Flügen… etc. Da herrscht auch ein ganz anderer Entwicklungsdruck als beim Space Shuttle, dessen Triebwerke frei von jeglichem Konkurrenzdruck entwickelt wurden. Heute sind auch die Materialwissenschaften deutlich weiter als noch in den späten 1970ern.
Ein wiederverwendbares Triebwerk erfordert intensivere Tests als ein normales. Und was macht Spacex? Sie testen deutlich weniger als bei vergleichbaren Wegwerftriebwerken. Wie man so eine Wiederverwendbarkeit erreichen will, ist mir schleierhaft. Für mich sieht das so aus, daß in der Firma die eine Hand nicht weiß was die andere macht.
Umm…Bernd hat leider vergessen dass nicht nur satelliten ins weltall befoerdert werden. wenn die preise fallen koennte je nachdem wie weit sich es ploetzlich wirtschaftlich lohnen andere objekte ins all zu schicken (z.b neue weltraumstationen, touristen, solar anlagen, etc).
Dadurch wuerde man trotzdem den zugang zum all weiter oeffnen, auch wenn es sich nicht wirklich auf die satelliten preise auswirkt
Zu den großen Weltraumspiegeln, die Solarzellenfarmen auch nachts (wichtig dürfte vor allem abends sein) beleuchten: Denkbar sind diese schon. Sie würden aber auch direkt zur Erderwärmung beitragen, da sie den gesamten Sonneneintrag erhöhen. Tatsächlich angedacht wird von Wissenschaftlern aber das Gegenteil: Viele großflächige Sonnenabsorber oder -reflektoren im LEO, die Schatten auf die Erde werfen.
Reflektoren, die gezielt nachts beleuchten (egal, ob Städte oder Sonnenkollektorfarmen) müssten hingegen in ein höheres Orbit. Um gezielt zu beleuchten, müssen sie zudem schwenkbar sein. Damit lässt sich dann auch der Schattenwurf minimieren, während der Reflektor zwischen Sonne und Erde steht, indem er entsprechend aus dem Licht gedreht wird.