Die Februar 2023 Nachlese zu SpaceX – Teil 2

So nun geht es weiter. Ich schließe nun direkt an den ersten Teil von gestern an.

Das zweite Ereignis war der erste Probestart eines Superboosters. Wie immer bei SpaceX gibt es zwei Versionen des Ereignisses. Die Triebwerke liefen 15 Sekunden lang und wurden bei Erreichen des halben Maximalschubs abgeschaltet. Das ist nötig, weil es keinen Teststand gibt der mit diesem Schub fertig wird, würden sie vollen Schub erreichen, so würde die Rakete abheben, außer SpaceX hat ein Fixierungssystem entwickelt das diesem Schub von 7600 t standhält. Dagegen spricht aber das vorzeitige Abschalten vor Erreichen des 100 Prozent Schublevels.

Anders als bei einem vorherigen Test explodierte diesmal nichts. Aber es waren nur 31 Triebwerke die arbeiteten. Warum nur 31? Zwei Triebwerke hatten sich schon vorher abgeschaltet! Musk meinte, dass man mit den restlichen Triebwerken schon noch einen Orbit erreicht, aber das ist nur ein Teil der Wahrheit. Zwei Triebwerke bedeuten weniger Schub, weniger Schub bedeutet höhere Gravitationsverluste und weniger Treibstoffkonsum, die Brennzeit erhöht sich als Beispiel für die zweite Simulation die für die wahrscheinlicheren Werte steht, von 156 auf 166 Sekunden. 10 Sekunden lang kann die Gravitation also bei der ersten Stufe die Geschwindigkeit verringern. Für den optimalen Fall der Wiederverwendung sinkt so die Nutzlast um 6 t ab. Bei Rückkehr zum Startplatz wird es deutlich komplexer weil die Rakete nun auch eine andere, nicht optimale Aufstiegsbahn hat. Unberücksichtigt ist dabei die entstehende Schubassymmetrie, die man bei der N-1 so löste, dass man auch gegenüberliegende Triebwerke abschaltete, was den negativen Effekt verdoppelt. Selbst wenn man dies durch Schwenken der anderen Triebwerke kompensiert, verliert man so mehr weil der Schubvektor nun nicht mehr parallel zum Schwerpunktvektor liegt.

Vor allem, wer sagt denn das es dabei bleibt? Bei Falcon 9 sind in der Vergangenheit etliche Triebwerke im Flug ausgefallen, wenn eines bei der Zündung ausfällt, startet man dagegen gar nicht erst. Das man diesen Test trotz zweier Ausfälle machte, zeigt das man bei SpaceX wohl damit rechnete das nicht alle Triebwerke funktionieren. Unzuverlässigkeit ist also schon ein Designmerkmal. Was mich persönlich wundert, ist die extrem lange Zeit. 15 Sekunden sind für das Hochlaufen eines Triebwerks lange. LOX/LH2 Triebwerke, die konstruktionsbedingt langsam hochlaufen, brauchen rund 7 Sekunden. Die Saturn V hatte mit gestaffelt gezündeten Triebwerken und langer Testdauer 8,9 Sekunden von der Zündung bis zum Abheben. Normal sind bei Triebwerken mit Kohlenwasserstoffen eher 3 Sekunden für das Hochlaufen. Aber es kann sein, das man sie eben lange auf dem 50 Prozent Schubniveau lies, um mehr Daten zu gewinnen.

Aber lassen wir das Ding erst mal fliegen. Der Zeitplan ist optimistisch. Gwen Shotwell meinte:

„Shotwell, in her conference presentation, suggested Starship might fly 100 or more times before it carries people, although she later told reporters that was more of a goal than a requirement. “I would love to do hundreds before. I think that would be a great goal and it’s quite possible that we could do that,” she said.“

Was hat das mit dem Zeitplan zu tun? Nun das Starship wird ja auch bei der Artemis-3 Mission bemannt eingesetzt, die ist derzeit für 2025 angesetzt, das heißt wir sehen 100 Flüge des Starships in zwei Jahren, was bedenkt man, wie viele Jahre SpaceX brauchte um die Falcon 9 Startrate über 50 pro Jahr zu bringen, dann doch optimistisch ist, zumal die Falcon 9 ja seit Jahren unverändert fliegt und man beim Starship sicher einiges in den nächsten zwei Jahren ändern wird. Bemannt qualifiziert muss es werden und für Artemis-3 muss auch das auftanken funktionieren.

Neues gibt es auch von Starlink Die Ukraine hat Starlink „zur Waffe gemacht“ indem sie es zur Drohnensteuerung einsetzten. Wundert mich nicht. Ich glaube es gab schon vor einem oder zwei Jahren die Meldung das die Firmware des Terminals offen wie ein Scheunentor ist und das lädt eben zu Veränderungen ein. Immerhin erfahren wir von Musk das Starlink bisher nur Verluste gemacht hat, was Shotwell dann geradegebogen hat, es gab letztes Jahr zumindest ein Quartal ohne Verluste. Dieses Jahr soll Starlink endlich Geld einbringen. Muss es auch, denn 3.000 Satelliten wurden schon gestartet. Im Prinzip machte SpaceX Geld sofern die Zahl der Abonnenten schneller ansteigt als die Satellitenzahl. Aber das ist nur eine Seite der Medaille. Da sich immer mehr Nutzer einen Satelliten teilen, sinkt die Datenrate bei Starlink laufend ab, in den USA im dritten Quartal 2022 auf 62 Mbit/s in Deutschland wo es noch weniger Nutzer gibt auf 94 MBit/s beide Zahlen deutlich unter den versprochenen 100 Mbit/s. Inzwischen gibt es in den USA eine Fair Use Policiy, also für die 110 Dollar pro Monat darf man nicht mal so viel saugen wie man will. Mal sehen wir das wird wenn erst mal die anderen Netze dazukommen OneWeb steht ja kurz vor der Fertigstellung der ersten Stufe. Mehr Konkurrenz wird sicher die Gewinne nicht erhöhen.

Den Einschub mit dem Starlink habe ich gemacht weil ich damit die Verbindung zum Starship wieder habe. Denn es ist für alle außer SpaceX völlig egal ob das Starship 50, 100 oder 250 t Nutzlast hat. Es gibt keine Nutzlasten dieser Größe. Keine Firma wird auch welche entwickeln und riskieren, dass sie dann nicht gestartet werden können wenn das mit dem Starship nicht funktioniert oder SpaceX bankrott geht. Alle Satelliten werden so entworfen, das sie mindestens von zwei Trägern gestartet werden können. Das gilt für kommerzielle, zivile und militärische Projekte.

Die nächste große Begrenzung ist die Größe der Nutzlasthülle. Sie ist beim Starship 17 m lang und hat 8 m Durchmesser. Vor allem die Länge ist die Limitation, schaut man sich Bilder von Satelliten vor dem Start an, die sind meist lang und schmal, hier eingefügt das des letzten Hispasats der auf einer Falcon 9 vor wenigen Tagen startete. Da sind 17 m schon kurz. Ariane 6 wird wie Ariane 5 eine 20 m lange Verkleidung haben. Ich vermute SpaceX will zwei Satelliten nebeneinander anbringen. Bei GTO Nutzlasten ist das noch gangbar. Doch eine Oberstufe, wie die Centaur nimmt Platz in der Verkleidung weg, sodass für Missionen mit höherem Energieaufwand man nicht um das Auftanken herum kommt, das auch erst mal funktionieren muss.

Daher mal einen Vergleich: SpaceX hat jetzt ja schon die Falcon Heavy. Die Falcon Heavy bietet die dreifache Nutzlast der Falcon 9 zu nur 50 Prozent Mehrpreis. Warum gibt es keinen Run auf die Falcon Heavy? Weil die Nutzlastverkleidung dieselbe ist. Sie ist einfach zu klein für eine Rakete mit dieser Nutzlast. Sie ist kleiner (13 m lang) als die einer Ariane 5/6 mit nominell der halben GTO Nutzlast.

Selbst für die SpaceX eigenen Starlinksatelliten die, das sieht man an den Abbildungen, wirklich den ganzen Platz in der Verkleidung ausnutzen ist sie zu klein. Entsprechend wird die Falcon Heavy nur dann eingesetzt, wenn die Nutzlast nicht größer als bei der Falcon 9 ist, aber die Geschwindigkeitsanforderung höher. Also die USAF nutzt sie für direkte GEO-Starts und die NASA für die Mission zum Asteroiden Psyche und Elemente des Lunar Gateways. Allesamt Missionen die 2 bis 4 km/s mehr als eine GTO-Bahn erfordern. Berechnet man das Volumen der Nutzlastverkleidung eines Starships, so dieses Volumen 1,87-mal größer als das Volumen der Fairing einer Ariane 5 oder 6. Aber die Nutzlast für den LEO des Starships wird 5 bis 7,5-mal höher sein, ohne Wiederverwendung steigt das sogar 12,5-mal an. Solange es also keine Anwendung gibt, bei der die Nutzlast zwar viel wiegt aber ein geringes Volumen hat, wird das startfähig nur einen Bruchteil der maximalen Nutzlast transportieren. Damit konkurriert es aber auch mit anderen Raketen mit nominell viel kleinerer Maximalnutzlast.

Pikantes Detail am Rande. Gerade bei bemannten Projekte – damit sollen ja mal Siedler zum Mars fliegen – ist es so, dass Module ein relativ großes Volumen haben, man kann Menschen ja nicht in eine Konservendose packen.

Viel des Erfolgs des Starships wird davon abhängen wo sich der Startpreis einpendelt. Musk weckt ja schon große Erwartungen wenn er von 1 Million Dollar pro Flug spricht, das ist nur wenig mehr als die rund 5.000 t Treibstoff kosten. Auch hier ein Vergleich: Die Falcon 9 existiert. Sie ist in der Masse zu 80 Prozent wiederverwendbar (nur die Oberstufe geht verloren), bei den Triebwerken zu 90 Prozent. Zehnmal klappt die Bergung mindestens, was die Kosten für neue Hardware um 90 Prozent reduziert. Sie kostet 67 Millionen Dollar pro Start bei Wiederverwendung. Die Falcon Heavy als nächstgrößeres Modell ist zu 89 Prozent beim Gewicht und 95,4 Prozent bei den Triebwerken wiederverwendbar. Sie kostet 96 Millionen Dollar pro Start bei der Wiederverwendung und ist dreimal schwerer als eine Falcon 9. Da fällt es mir schwer zu glauben das ein Starship, dass nochmals dreimal schwerer ist, dafür hundertmal wiederverwendbar ist, nur noch 1 Million kostet. Denn die Einsparung durch Wiederverwendung ist ja klein. 90 Prozent wurden schon erreicht, weitere 9 Prozent kann das Starship erreichen wenn es die Designvorgaben erfüllt. Ebenso wird ja schon ein Großteil der Hardware wiederverwendet. Auf der anderen Seite ist eine größere Rakete teurer und das Starship hat auch 39 Triebwerke, gegenüber 28 bei einer Falcon Heavy. Mich würde es daher wundern wenn man das Starship die Falcon Heavy in den Kosten unterbieten kann. Dann ist das zwar immer noch ein billiges System, aber es ist nicht der Superentwurf, der nun Flüge so billig macht das es ganz neue Anwendungen gibt. Das war übrigens auch die Falcon 9 nicht, liegt daran das sie zwar etwas billiger ist als Atlas oder Ariane, aber eben nicht so viel, wie man erwarten würde wenn 80 Prozent der Hardware keine neuen Kosten aufwerfen.

SpaceX braucht das Starship weil neue Starlink Satelliten keine 250 bis 320 kg wie die derzeitigen Satelliten wiegen sondern 1,25 t. Dann kann man niemals die 42.000 Satelliten des Endausbaus mit Falcons starten. Selbst das Starship müsste bei den projektierten 5 Jahren Betriebszeit pro Satellit 8.400 dieser Starlinksatelliten pro Jahr starten, dauerhaft, nicht nur einmal bis zur Fertigstellung. Das sind bei 100 t Nutzlast rund 105 Starts pro Jahr. Und 105 Starts sind mehr als SpaceX dieses Jahr mit der schon eingefahrenen Falcon 9 Flotte und drei Weltraumbahnhöfen schafft. Für Starlink gibt es ja nur einen Bahnhof der alle diese Starts abfertigen muss. Ich bleibe skeptisch.Es erinnert mich an zahllose Ankündigungen von Musk an, der irgendwie die Bodenhaftung und die realistische Einschätzung was möglich ist verloren hat.

Ach ja, damit ihr euch von der künstlichen Intelligenz von ChatGPT überzeugen könnt habe ich es diesen Text zusammenfassen lassen. Hier das Ergebnis:

„Der Blog-Beitrag fasst die wichtigsten Ereignisse und Neuigkeiten von SpaceX im Februar 2023 zusammen. Der zweite Teil behandelt unter anderem den erfolgreichen Start und die Landung einer Falcon 9 Rakete, den Testflug des Starship SN11 Prototyps, die Ankündigung von neuen Partnerschaften und Kooperationen und den aktuellen Stand des Starlink Satelliten-Netzwerks.“