Vor dem viertem Testflug des Starships (ITF-4) – Teil 2

So, der heutige Teil schließt an den letzten Blogbeitrag von gestern an. Der beschäftigte sich mit der Verlautbarung von SpaceX über den dritten Testflug. In dem heutigen Beitrag geht es dagegen um die Pläne für den vierten Testflug ITF-4 und die Konsequenzen aus diesem. Edit 3.6.2024: Der Start hat sich um einen Tag uaf den 6.6.2024 vertzögert. Startdatum 7.00 Ostküstenzeit das ist 14:00 unserer Zeit, Webcast beginnt 30 Minuten vorher.

ITF-4

Primäres Ziel dieses Testflugs ist, dass die erste Stufe, Superheavy, diesmal heil bis zur Wasseroberfläche kommt. Sie soll ein simuliertes Landemanöver bei einem virtuellen Startturm durchführen, das heißt, sie führt alle Manöver durch, die dazu nötig sind. Die Computer wissen ja nichts vom Startturm, sodass dies für das Computerprogramm die gleiche Aufgabe ist, nur eben mit einem anderen Landepunkt. SpaceX’s Landekonzept sieht für die Superheavy vor, dass sie sich bei der Landung an zwei Auslegern des Startturms einhakt. Klappt dieser Test – das setzt voraus, dass der Landungsburn klappt – so würde beim nächsten, dem fünften Testflug, ein echter Landetest am Startturm erfolgen.

Über Ziele des Starships wurde dagegen nichts verlautbart, was dafür spricht, dass man zur Behebung der Probleme noch einige Zeit braucht. Dafür spricht auch die Timeline, die nun nicht mehr beim Wiedereintritt des Starships endet (nach 64 Minuten bei ITF-3), sondern bei 6 Minuten und 43 Sekunden mit dem „Super Heavy landing burn startup“ endet, also nicht dessen Ende. Noch bedeutsamer: In der Timeline findet sich nichts über das Starship, also wann es den Orbit erreicht. Das scheint nun nicht mal mehr ein Ziel zu sein. Ich vermute die Änderungen damit es den Wiedereintritt auch übersteht dauern noch etwas, sodass man sich nun erst einmal auf die Superheavy konzentriert.

Eine Neuerung ist, dass man den Stufenadapter der Superheavy nach der Abtrennung vom Starship abwerfen will. Es ist noch der ursprüngliche Stufenadapter, der nach Elon Musk 20 t wiegt, nicht wie bei der inzwischen umgesetzten Technik der „heißen“ Stufentrennung üblichen Gitterrohradapter, der viel leichter ist. Da – wenn die offiziellen Zahlen für das Gewicht der Superheavy stimmen – bei der Stufentrennung für das Drehmanöver und später die Landung 2,5 bis 2 Mal so viel Treibstoff in den Tanks verbleibt wie die Superheavy selbst wiegt, bringt dies einiges. 20 t weniger bedeuten 30 bis 40 t weniger Treibstoff für die Landephase und eine um 45 m/s höhere Trenngeschwindigkeit. Das schlägt sich gleich in einigen Tonnen mehr Nutzlast nieder.

Allerdings ist das schon ein sehr frühes Verabschieden von der vollständigen Wiederverwendung, denn der Grund, warum der Stufenadapter an der Superheavy blieb, war ja, dass er so auch geborgen wurde.

Insgesamt ist der vierte Testflug wohl als Erkenntnis bei SpaceX zu sehen, dass sie noch viele Probleme lösen müssen, bis sie ihr Ziel, das Starship (weitestgehend) wiederverwendbar zu machen, erreicht haben. Daher beschränken sie sich erst einmal auf den Teil, mit dem sie durch die Falcon 9 Landungen die meisten Erfahrungen haben: die Superheavy.

Das insgesamt am Gesamtsystem, das nach Musk ja 1.000-mal wiederverwendbar sein soll – noch einiges im Argen ist, zeigt auch dieses Statement von SpaceX: „To accomplish this, several software and hardware upgrades have been made to increase overall reliability“.

Also, wenn ich die Zuverlässigkeit erst erhöhen muss, dann war sie vorher nicht ausreichend. Sicher, es gibt bei Testflügen immer Probleme, sie sind ja dazu da, diese zu finden. So gab es auch beim Space Shuttle bei den Testflügen kleinere (verstopfte Toiletten) bis größere Probleme (bei der Landung explodierter Reifen). Aber es wurde immer heil zur Erde zurückgebracht. Ebenso war es bei dem einzigen Testflug des sowjetischen Gegenstücks, der Buran.

Ich denke, auch Kunden wissen relativ gut – ihnen müssen ja Unterlagen vorgelegt werden, damit sie das Risiko einschätzen können, und das ist ja auch wichtig für die Versicherung des Starts – wie es um das Projekt steht. Denn nicht umsonst hat das Starship, anders als die Falcon 9, bisher nur einen fest abgeschlossenen Vertrag für den Start von Superbird 9, der dieses Jahr stattfinden sollte, aber nun auf 2027 verschoben wurde, sowie eine Option für den Start des Starlabs, das auch erst in den „späten 2020ern“ starten soll.Wenn die FAA die Genehmigung erteilt – zu dem Zeitpunkt, an dem ich den Artikel schreibe, ist sie noch nicht erteilt – will SpaceX am 5. Juni 2024 um 12:00 UTC starten, das wäre 14:00 nach deutscher Sommerzeit.

Hier der offizielle Flugplan nach SpaceX (frei ins Deutsche übersetzt):

COUNTDOWN

Alle Zeiten sind ungefähre Angaben

STD./MIN./SEK. EREIGNIS

01:15:00 SpaceX Flight Director führt Umfrage (über die Startbereitschaft) durch und gibt das GO für Treibstoffladung

00:49:00 Beladung des Starships mit LNG (flüssiges Methan) beginnt.

00:47:00 Beladung des Starships mit LOX (flüssiger Sauerstoff) beginnt

00:40:00 Booster-Methanbetankung beginnt.

00:37:00 LOX-Betankung des Boosters beginnt.

00:19:40 Raptor beginnt mit dem Vorkühlen der Triebwerke von Booster und Starship.

00:03:20 Betankung des Starships ist abgeschlossen

00:02:50 Betankung der Superheavy ist abgeschlossen

00:00:30 SpaceX-Flugdirektor gibt das GO für den Start

00:00:10 Aktivierung des Flammendeflektors

00:00:03 Raptor-Zündsequenz beginnt

00:00:00 „Aufregung garantiert“

ZEITLEISTE FÜR DEN FLUGTEST

Alle Zeiten sind ungefähre Angaben

STD./MIN./SEK. EREIGNIS

00:00:02 Abheben

00:01:02 Max Q (Moment der höchsten mechanischen Belastung der Rakete)

00:02:41 Super Heavy MECO (die meisten Triebwerke werden abgeschaltet)

00:02:45 Hot-staging (Zündung der Starship Raptors und Stufentrennung)

00:02:49 Start des Super Heavy Boostback-Manövers.

00:03:52 Abschalten der Raptors der Super Heavy

00:03:54 Abwurf des Stufenadapters

00:06:39 Super Heavy tritt in die Atmosphäre ein ( Super Heavy is transsonic)

00:06:43 Start der Landephase der Super Heavy

00:07:04 Abschalten der Triebwerke der Super Heavy in der Landephase

00:08:23 Abschaltung der Triebwerke des Starships.

00:47:25 Wiedereintritt des Starships

01:03:11 Starship tritt in die Atmosphäre ein (Starship is transsonic)

01:04:01 Starship ist im Unterschallbereich

01:05:38 Landeumkehrmanöver

01:05:43 Landeanflug beginnt

01:05:48 „Eine aufregende Landung!“

Erster erfolgreicher Testflug?

Diese Reduktion der Planung hat eine positive Wirkung. Damit kommt SpaceX dem Ziel näher, einen vollständig erfolgreichen Testflug zu haben. Die bisherigen drei waren das nämlich nicht. Auch wenn Elon Musk das schönredet, gilt als Erfolgskriterium für einen Start, dass alle Missionsziele erreicht werden, und das war bei ITF-3 mit dem Verlust beider Vehikel bei der Landung, den Problemen mit der Nutzlastsektion, dem Rollen und der fehlenden Wiederzündung nicht der Fall. Das ist nicht akademische Pedanterie. Es ist ein direkter Vergleich mit anderen Fehlstarts, die zwar einen Orbit erreichten, aber eben nicht den gewünschten, oder es gab Probleme. Alleine das Rollen würde dazu führen, dass Satelliten, die ausgesetzt werden, nicht in Betrieb genommen werden können, weil sie ihre Solarzellen nicht dauerhaft beschienen bekommen.

Immerhin wäre es dem Starship gelungen, NICHT in einen exklusiven Club zu kommen, nämlich dem Club der Träger, die viermal nicht erfolgreich starteten. Das haben bisher nur NOTS, Lambda, Europa und die die sowjetische N-1 geschafft. Alle Raketen sind nicht mit dem Starship vergleichbar. NOTS war ein extrem ambitioniertes und riskantes Projekt, im Ansatz Jahrzehnte voraus. Die Lambda und Europa waren die ersten Träger ihrer Art für Japan und Europa. Bei Europa gingen die meisten Fehlschläge auch nicht auf technische Fehler zurück, sondern auf mangelnde Koordination zwischen den beteiligten Nationen. Die N-1 war hochriskant und wurde unter Zeitdruck entwickelt.

Damit könnte SpaceX gleichziehen mit der Falcon 1, die drei Fehlstarts hatte. Damit wäre die Firma dann bei der Erfahrungsbasis angekommen, die sie 2008 hatte. Ich habe ja schon bei den Vorfällen bei der Erprobung des Starships vermutet, dass die Entwickler der Falcon 1 und 9 die Firma inzwischen verlassen haben und sie nun auf Leute bauen muss, die zwar etwas, das funktioniert (Falcon 9 und Heavy), nachbauen können, aber nicht etwas Neues, Zuverlässiges entwickeln können.

Konsequenzen für das HLS

Nachdem nun von Musk offiziell bestätigt wurde, was ich schon nach dem dritten Teststart berechnete, nämlich dass das Starship nur eine Nutzlast von 40 bis 50 t – und das bei nahezu 5.000 t Startmasse – hat, dürfte weiterer Ärger mit der NASA vorprogrammiert sein. Schon als der Kontrakt abgeschlossen wurde, berechnete ich die Anzahl der Flüge, die notwendig sind, und kam dazu, dass man es volltanken muss, was 10 bis 11 Starts sind. Gemäß der privaten PM, die mir Vineyard übermittelte, rechnet die NASA derzeit bei einer Nutzlast von 100 t mit 16 Flügen (1 Tanker + 15 Tankflüge). Elon Musk meinte, als die Konkurrenz diese Tankerflüge kritisierte und auch von über 10 sprach, es reichten 8 und ein späteres Starship – heute würde man wohl V3 dazu sagen – würde das auf vier reduzieren.

Nun reden wir aber nicht von 100 t Nutzlast oder bis zu 250 t, wie Musk meinte, sondern von 40 bis 50 t. Da wird die Zahl der Flüge doch recht hoch, und dabei ist noch unbekannt, wie schnell der Treibstoff verdampft und wie oft das Starship starten kann. Bei einer Eingabe an die FAA plant SpaceX derzeit bis zu 44 Starts vom Cape pro Jahr, und wenn man die gleiche Zahl von der Starbase ansetzt, sind das 88 pro Jahr. Bei 16 Starts pro HLS-Flug müssten alle Starts über einen Zeitraum von 3 Monaten nur zum Auftanken erfolgen. Dabei war schon bei ITF-3 zu sehen, dass laufend Treibstoff ausgaste und das Starship in eine nicht stabilisierbare Taumelbewegung brachte.

Dabei reden wir von einer fernen Zukunft, denn derzeit kann SpaceX kein Starship wiederverwenden und maximal sechs pro Jahr produzieren.

Eine Möglichkeit, die Tankerflüge zu reduzieren, wäre, Gewicht einzusparen: Es fällt ja die Nutzlastsektion weg. Deren Masse ist unbekannt, aber hat sie denselben Aufbau wie die Tanks, so wiegt sie aufgrund ihrer großen Fläche rund 14 t, da sie höheren aerodynamischen Belastungen ausgesetzt wird, eher mehr. Auch der je nach Autor auf 9 bis 14 t geschätzte Hitzeschutzschild könnte entfallen. Für die Mondmission würden auch drei Raptors reichen, was weitere 5 t Masse einspart, und die Headertanks für die Landung kann man auch einsparen. So kann man sicher die Masse reduzieren. Auf der anderen Seite kommt noch Gewicht hinzu, denn man braucht ja dann eine Raumkapsel – wahrscheinlich eine Dragon – für die Besatzung, die beim Abdocken von der ISS noch 12 t wiegt. Auch hier könnte man Gewicht einsparen. So benötigt man keinen Trunk und keinen Hitzeschutzschild.