Nachgerechnet – wie oft muss man das „Lunar Starship“ auftanken?
Ich hatte das schon mal durchgerechnet, wenn auch etwas kurz und unter Verwendung der Apollo-Erfahrungen und bei Rückkehr zur Erde. Nun will ich das etwas genauer tun und unter Berücksichtigung dessen das ein Halo Orbit angestrebt wird.
Da der Artikel wahrscheinlich wieder von SpaceX Fans gelesen wird, die erfahrungsgemäß wenig Ahnung von Raumfahrt an sich haben und längere argumentative Auseinandersetzungen scheuen, hier ein kleiner Vergleich, was die grundlegende Problematik ist, mit Apollo.
Wie man auf dem Mond landet, ist eine Frage des Missionsdesigns. Bei Apollo gab es dafür zwei Ansätze mit drei Lösungen:
- Ansatz 1: Man startet aus der Erdumlaufbahn, landet direkt auf dem Mond, ohne in eine Umlaufbahn einzutreten, und startet wieder zurück zur Erde
- Ansatz 2: Man gelangt zuerst in eine Mondumlaufbahn und landet aus dieser heraus. Dieser wurde schließlich umgesetzt.
Vom Energieaufwand sind beide Ansätze identisch, es gibt aber einen bedeutsamen Unterschied. Für Ansatz 2 muss das Gefährt das auf dem Mond landet nicht wieder auf der Erde landen. Das heißt, es kann viel leichter gebaut werden und benötigt keinen Hitzeschutzschild. Weiterhin kann man es im Mondorbit belassen und spart so Treibstoff um diese Masse aus dem Mondorbit zu befördern. Das heißt man benötigt weniger Treibstoff um die Mission durchzuführen.
Bei Apollo war es so, das die Kommandokapsel 5,9 t wog, das Servicemodul, 30,3 t von dem waren 24,5 t nur Treibstoff, der Mondlander 16,5 t, wovon 4,9 t Trockenmasse waren. Man sieht also, schon bei diesem optimierten Verfahren bestand das Raumschiff zum größten Teil aus Treibstoff. Von maximal 48,6 t Startmasse waren 36 t Treibstoff. Auf die Erde kehrten lediglich 5,5 t zurück. 2,3 t blieben auf der Mondoberfläche 2,4 t im Mondorbit.
Dies war noch die optimierte Lösung. Mit einer direkten Landung der viel schwereren Kommandokapsel (5,5 anstatt 2,3 t Leermasse) hätte man zwei Saturn V Starts oder einen Start der noch größeren Nova Rakete benötigt. Die Nova hatte in etwa die Startmasse eines Super Heavy / Starship Gespanns.
Ohne rechnen zu müssen, kann man daher prognostizieren, das bei 120 t Masse, wie es ein normales Starship ohne Treibstoff haben soll, man etliche Tankerflüge brauchen wird.
Das ist auch ein Unterschied zu den postulierten Marsmissionen mit dem Starship. Denn zum einen ist dort keine Rückkehr vorgesehen, zum anderen hat der Mars eine Atmosphäre, sodass diese einen Großteil der Ankunftsgeschwindigkeit vernichten kann. Für eine Marsmission würde man daher mit viel weniger Auftankflügen auskommen.
Die genaue Rechnung
Die Mission eines Lunar Starships (LS) umfasst folgende Phasen
- Start von einer Erdumlaufbahn in eine Bahn, die zum Mond führt
- Einschenken in einen Haloorbit um den Mond
- Umstieg der Besatzung aus einer Orion in das LS.
- Landung auf dem Mond
- Mission auf dem Mond
- Rückstart in den Haloorbit
- Umsteigen in die Orion
- Entsorgen des LS.
Für jede der Phasen kann man den Geschwindigkeitsaufwand, im Fachchinesisch Δv (gesprochen „delta-vau“) berechnen. Die Gesamtmission ist dann die Summe dieser Δv. Dazu kommen noch weitere Geschwindigkeitsänderungen für Manöver und die leider unvermeidliche Tatsache, das die Gravitation auch während des Triebwerksbetriebs an dem Raumschiff zieht und so einen Teil der Geschwindigkeitsänderung wieder zerstört.
Geschwindigkeitsbedarf für Bahnänderungen
Fangen wir mit dem Verlassen der Erdumlaufbahn an. Alle Rechnungen kann man selbst nachrechnen, sofern man die vis-viva Gleichung nutzt.
Rein rechnerisch reicht es für eine direkte Mondlandung eine elliptische Erdumlaufbahn zu erreichen, die bis auf 9/10 der Mondentfernung führt. Dann muss man aber direkt landen, weil der Mond die letzte Strecke durch seine Anziehung kompensiert. Für Missionen, die in einen Orbit führen, egal ob in einen niedrigen Orbit oder den Haloorbit muss die Erdumlaufbahn hinter den Mond führen, in 450.000 bis 550.000 km Distanz. Dann krümmt der Mond die Bahn so, das sie um ihn herumführt ohne das man aufschlägt. Nehmen wir 450.000 km Maximaldistanz, so sieht die Rechnung aus einer erdnahen 200 km Bahn so aus.
| Bahn | Parameter | v-Kreisbahn Peri | v-Kreisbahn Apo | v-real Peri | v-real Apo | ?V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ausgangsbahn [km] | 200,00 × 200,00 × 0,00 ° | 7.784,2 | 7.784,2 | 7.784,2 | 7.784,2 | |
| Anpassung Apo | 200,00 × 450.000,00 × 0,00 ° | 7.784,2 | 934,55 | 10.930,0 | 157,54 | 3.145,8 |
| Umlaufdauer: Ausgangsbahn | 1 h 28 m | |||||
| Umlaufdauer: Endbahn | 12 d 19 h |
Es resultiert ein Δv von 3148,3 m/s.
Für das Einschwenken in den Haloorbit ist der Geschwindigkeit bekannt, da die Orion dies leisten muss. Es sind 420 m/s.
Der Haloorbit hat die Bahndaten 3.000 x 70.000 km. Aus diesem muss nun gelandet werden. Das geschieht in zwei Schritten. Zuerst wird der mondnächste Punkt auf eine niedrige Höhe, eventuell sogar 0 km abgesenkt. Dafür benötigt man nur wenig Geschwindigkeit:
| Bahn | Parameter | v-Kreisbahn Peri | v-Kreisbahn Apo | v-real Peri | v-real Apo | ?V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ausgangsbahn [km] | 3.000,00 × 70.000,00 × 0,00 ° | 1.019,6 | 262,03 | 1.396,5 | 92,236 | |
| Anpassung Peri | 0,00 × 70.000,00 × 0,00 ° | 1.638,4 | 262,03 | 2.352,4 | 56,992 | 35,243 |
| Umlaufdauer: Ausgangsbahn | 7 d 17 h | |||||
| Umlaufdauer: Endbahn | 7 d 7 h |
Dann muss gelandet werden. Der Geschwindigkeitsaufwand dafür steht schon in der obigen Tabelle, es ist die Perigäumsgeschwindigkeit, also 2.352,4 m/s. Für den Rückstart muss man dann dieselbe Geschwindigkeit aufbringen. Im Halo Orbit angekommen steigen die Astronauten um und das Starship ist nun ja nutzlos geworden und muss entsorgt werden. Der einfachste Weg dafür ist es seine Umlaufbahn nochmals bis auf die Mondoberfläche abzusenken, wo es dann mit 2,3 km/s ankommt, was es wahrscheinlich nicht überlebt.
Damit haben wir eine erste Bilanz:
| Manöver | Geschwindigkeitsänderung |
|---|---|
| Erdumlaufbahn → Mondtransferbahn | 3.149 m/s |
| Einschwenken Haloorbit | 420 m/s |
| Abbremsen Haloorbit Perilunäum | 36 m/s |
| Landung | 2.353 m/s |
| Rückstart Haloorbit Transfer (0 x 70.000 km) | 2.353 m/s |
| Anhebung Haloorbit Perilunäum auf 3.000 km | 36 m/s |
| Abbremsen Haloorbit Perilunäum Entsorgung | 36 m/s |
| Summe | 8.383 m/s |
Der Haloorbit ist übrigens, was die gesamte Geschwindigkeitsänderung für die Landung angeht, ungünstiger als der niedrige Obit den Apollo einnahm. Bei einem leichtgewichtigen Lander, wie ihn die anderen Firmen vorschlugen, ergibt sich trotzdem ein Vorteil, weil die sehr schwere Orionkapsel nur 420 anstatt 900 bis 1.000 m/s Δv für das Erreichen und Verlassen des Orbits aufwenden muss.
Zusatzaufwand
Diese durch die Orbitalmechanik diktierten Geschwindigkeitsänderungen sind leicht berechenbar. Etwas komplizierter wird es mit einem Zusatzaufwand. Es gibt zum einen kleine Geschwindigkeitsänderungen für Bahnveränderungen. Der Hauptteil sind aber Gravitationsverluste. Sie entstehen dadurch, dass der Mond immer das Raumschiff anzieht. Solange ein Raumschiff im Orbit ist, kompensiert die Zentrifugalkraft dies. Sobald man aber landet oder startet, ist dem nicht so. Bei Apollo war es so das man mit folgendem Mehraufwand rechnete:
- Landung: 900 m/s Δv
- Rückstart: 600 m/s Δv
- Orbit einschwenken und verlassen: 200 m/s Δv
Der höhere Aufwand für die Landung als den Rückstart liegt daran, das dann die Besatzung den Landepunkt verschieben und bis zu 90 Sekunden lang schweben kann. Das Starship hat das Potenzial diese Verluste zu minimieren, das liegt an dem hohen Schub. Dadurch reduziert sich die Betriebsdauer der Triebwerke und damit auch die Zeit in der Mond die Geschwindigkeit vernichten kann. Man kann dies abschätzen. Die Mondbeschleunigung liegt bei 1,6 m/s². Multipliziert man dies mit der Brenndauer, so erhält man eine brauchbare Abschätzung der Verluste. Stellt man den Schub des Starships so ein, dass es mit Erdbeschleunigung abbremst. Das ist man gewohnt und ein guter Kompromiss zwischen Minimierung, der Verlusten und Beanspruchung der Besatzung, die ja auch reagieren muss. Bei 2353 m/s Δv und einer Abbremsung um 9,81 m/s² kommt man auf eine Betriebsdauer von 240 s. Multipliziert mit der Schwerebeschleunigung von 1,6 m/s² sind dies 384 m/s. Ich runde mal auf ein Δv von 400 m/s auf. Für die Landung hat man bei Apollo 300 m/s zusätzlich addiert und auch die Verluste für das Erreichen des Orbits von 200 m/s habe ich von Apollo auf die Hälfte reduziert. Sie waren großzügig ausgelegt und alle Missionen hatten relativ viel Resttreibstoff. Dann kommt man zu folgender Tabelkle an Zusatzaufwand:
| Manöver | Geschwindigkeitsänderung |
|---|---|
| Orbitaltransfers und Manöver im Orbit | 100 m/s |
| Landung: | 700 m/s |
| Rückstart | 400 m/s |
| Summe | 1.200 m/s |
Zusammen mit dem bekannten Geschwindigkeitsänderung für Landung und Orbitänderungen ist man dann bei 1.200 + 8.383 m/s = 9.583 m/s Δv.
Die Masse des Starships
Relativ einfach gestaltet sich nun die Berechnung der Startmasse des Starships im Erdorbit. Es gilt die Ziolkowski Gleichung:
v = Ispez * ln (Vollmasse/Leermasse)
Die Vollmasse ist unbekannt, v ist bekannt (9.583 m/s), Ispez auch (nach SpaceX Angabe: 380 s * 09,81 m/s² = 3727 m/s) und die Leermasse (120 t) ebenfalls. So kann man umformulieren:
Vollmasse = Exp(v/Ispez)*Leermasse
und erhält mit obigen Werten eine Vollmasse von 1569 t. Das ist nun etwas dumm, da in das Starship maximal 1.200 t Treibstoff passen, es also maximal 1.320 t wiegen kann. Die sinnvollste Maßnahme ist es, das Starship leichter zu machen. So benötigt es keinen Hitzeschutzschild, es landet ja nicht mehr auf der Erde. Ebenso reichen die drei Triebwerke für den Vakuumbetrieb aus, die drei anderen die man für die Landung auf dem Erdboden benötigt kann, man entfernen. Jedes Triebwerk wiegt über 2 t. Ebenso entfällt die Nutzlastspitze. Auf der anderen Seite benötigt man eine Kapsel für die Besatzung, wird Equipment und ein Aufzug mitgeführt. Kann man die Masse auf 100 t absenken, so wäre eine Landung mit vollen Tanks möglich. Ebenso könnte man auf ein Schweben verzichten, da dies wegen des hohen Schubs der Triebwerke sowieso nicht möglich ist, das spart 300 m/s ein, was dem exponentiellen Anstieg der Startmasse diese auf 1.448 t reduziert. Weitere Einsparungen ergeben sich dadurch das Apollo drei Stufen hatte, jede musste ein Sicherheitspolster an Treibstoff haben, hier wäre es aber eine Stufe, sodass man die dabei mit einkalkulierten Reserven reduzieren kann.
In jedem Falle müsste aber das lunare Starship, wenn es mit wenigen Tankerflügen auskommen soll, deutlich leichter sein, als das Starship das für Satellitenmissionen gedacht ist.
Tankerflüge
Geplant ist, dass das LS in den Erdorbit startet und dort aufgetankt wird. Wie oft muss dies erfolgen, wenn es voll betankt werden soll, also mit 1.200 t Treibstoff? Nun ein Richtwert wäre die normale Nutzlast von 100 t. Wenn diese Nutzlast wegfällt, bleiben mindestens 100 t Treibstoff in den Tanks. Es sind sogar noch mehr, weil das Starship vom Start weg immer 100 t leichter ist und so beim Aufstieg auch weniger Treibstoff benötigt. Ich errechne so 117 t Treibstoff in den Tanks ohne Nutzlast. Allerdings wird das normale Starship auch noch Treibstoff benötigen, um an das LS anzukoppeln und man benötigt Zusatzhardware um den Treibstoff umzupumpen. Trotzdem sollte man mit 10, eher 11 Flügen das LS aufgetankt haben. Neben dem, das man dies noch nie in der Form durchgeführt hat, gibt es natürlich noch einiges zu lösen. So muss man verhindern, dass die Treibstoffe wieder zum Teil verdampfen, denn Methan und Sauerstoff gehen bei -183 und -162 ° Celsius vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Dafür benötigt man mindestens eine gute Isolierung, je nachdem wie lange es dauert, zehnmal aufzutanken auch eine Rückverflüssigungsanlage, die auch unter Schwerelosigkeit funktionieren muss.
Meine Meinung
Es ist technisch aufgrund der hohen Geschwindigkeitsanforderung unsinnig, ein sehr schweres Gefährt zum Mond und zurückzuschicken. SpaceX hätte die Starship Technologie ja auch anders nutzen können, indem sie eine Dragon auf eine verkleinerte Starship Stufe setzen, die hat nur ein Raptor Triebwerk und sollte in die Nutzlasthülle passen. Die Crewed Dragon wiegt beim Start 12 t, davon sind 1,5 t Treibstoff, die man weglassen kann. Bei dem für große LOX/Kerosin Stufen erreichbaren Voll/Leermasseverhältnis von 17 (besser als beim Starship, aber eine Wiederverwendung ist ja nicht geplant) beträgt die Startmasse dann nur noch 561 t, was mit vier Tankerflügen möglich wäre.
Noch besser wäre natürlich ein leichtgewichtiger Mondlander, der ja anders als die Dragon auch nie auf der Erde landen soll, wie bei Apollo oder den Konkurrenten. Allerdings wird SpaceX selbst den leichten Apollomondlander (2,3 t) nicht ohne Tankerflüge bis zum Mond und zurück befördern können.
Es ist klar, das das lunare Starship so mit dem normalen nur den Namen gleich hat, denn es muss entscheidend leichter werden. Denn selbst wenn es nur die Hälfte des normalen Starships wiegt, benötigt man schon sechs Auftankflüge. As normale Starship ist sogar zu schwer als das es mit absolut voll gefüllten Tanks diese Mission durchführen kann.
Ich finde ja das Nachtanken aus einem ganz anderen Gesichtspunkt „interessant“. Das Gespann Starship und SuperHeavy hat – laut Space-X Webseite – eine LEO Nutzlast von 100 Tonnen. Zum Nachtanken eines Starships mit 100 Tonnen Nutzlast-Treibstoff wuppt man 1200+3400 Tonnen Treibstoff (plus Leermasse) hoch, also das 46-fache der Nachtankmenge. Das ist so, als ob der Heizöltankwagen hier vorfährt, und zum Auffüllen des Heizöltanks im Haus nicht den großen Tankbehälter auf dem LkW anzapft, sondern den kleinen Tank unter dem Auto…
Wie ich im Folgeblog geschrieben habe, das ist wie wenn man einen Kombi kaufen will und einen 10 t Laster angeboten bekommt. (https://www.bernd-leitenberger.de/blog/2021/05/03/so-klappt-es-eventuell-mit-dem-lunar-spaceship)
Das grundlegende Problem ist das die Geschwindigkeitsänderung nur wenig unter der des Erdorbits liegt, entsprechend man eine Unmenge an Treibstoff braucht. Wenn man die Rechnung ehrlich macht muss man allerdings auch berücksichtigen, das in den Erdorbit 220 t gelangen, das Verhältnis sinkt also auf 1:20.
Oder um eine andere Zahl zu bemühen: die Geschwindigkeitanforderung ist vergleichbar der aus eienr Erdbahn für eine direkte Bahn zu Pluto und dorthin haben wir bisher maximal 500 kg entsendet.
Das Gelengen oder Scheitern von LS oder HLS hängt davon ab ob man es hin bekommt das Gefährt im Erdorbit voll getankt zu bekommen. Der Flug zum Gateway, die Landung auf dem Mond und den Rückflug traue ich ihnen bereits heute zu.
Das HLS wird einen höheren Schwerpunkt haben und es wird auf unvorbereitetem Boden landen, es besteht also Kipprisiko. Dem könnte man aber entgegenwirken indem man auf bekanntem Terrain (Apollolandestellen) landet. Zwei Schiffe zu Koppeln wird auch kein Problem sein, sie können hier die Die Kollungstechnik der ISS nutzen.
Es hängt aus meiner Sicht alles von der Startkadenz der Tanker ab. Und da habe ich meine Zweifel.
„Da der Artikel wahrscheinlich wieder von SpaceX Fans gelesen wird, die erfahrungsgemäß wenig Ahnung von Raumfahrt an sich haben und längere argumentative Auseinandersetzungen scheuen“ – Das schreibst Du Bernd als jemand, dem es auch im Jahr 2021 noch nicht gelungen ist zu begreifen, dass die Wiederverwendung der Raketenstufen sich ökonomisch rechnen kann. Alles klar…
Beweise?
Also auf der Website kostete eine nicht wiederverwendbare Falcon 9 54 bis 59 Mill. $, eine wiederverwendbare 62 Mill $
Auch die bekannt gewordenen Abschlüsse zeigen keinen eindeutigen Trend:
Nutzlast Startpreis Jahr
DSCOVR 97 Mill. 2015
Jason-3 82 Mill. 2016
TESS 87 Mill. 2018
GPS III-01 82,7 Mill. 2018
STP-2 (FH) 160 Mill. 2019
GPS III-03 96,5 Mill. 2020
GPS III-04 96,8 Mill. 2020
Sentinel 6 97 Mill. 2020
DART 69 Mill. 2021
GPS III-05 96,8 Mill. 2021
IXPE 50,3 Mill. 2021
GPS III-06 96,8 Mill. 2022
SWOT 112 Mill. 2022
Psyche (FH) 117. Mill. 2022
USSF-6 316 Mill. 2022
PACE 82,7 Mill. 2023
PPE/HALO (FH) 331,7 Mill. 2024
SphereX 99 Mill. 2024
IMAP 109,4 Mill. 2024
„Argumentativ“ heißt das man Beweise vorlegt, nicht einfach etwas behauptet.
Du solltest dich davon lösen, die Angaben zu Verkaufspreisen einzelner Missionen auf einer Webseite mit den internen Kosten eines Auftrags in direkte Relation zu setzen. Webseiten sind immer sehr viel PR. Kein Betreiber von Satelliten wird sich an so einer Seite orientieren.
Auch auf den Seiten anderer Hersteller wird viel geschrieben, wenn der Tag lang ist und man irgendwas promoten will. Die Termine, die ULA oder Blue Origin zu ihren Flagschiffen zum jeweiligen Programmstart genannt haben, sind auch eher „flexibel“ zu sehen.
SpaceX ist ein kommerzielles (us-amerikanisches!) Unternehmen. Da kostet ein Auftrag soviel, wie der Kunde bereit ist zu zahlen. Gewinnmaximierung. Solange man dann immer noch billiger ist als der Wettbewerb, funktioniert das prächtig.
Abgesehen davon, dass wir nicht nicht wissen, was sich an Leistungen hinter dem jeweiligen Auftrag verbirgt. Vielleicht bekommt da eine Nutzlast noch einen besonderen Adapter, oder „extra service“, eine Versicherung, oder teilt sich den Start mit ein paar Mini-Sats, oder was auch immer.
Was SpaceX tatsächlich für Kosten für eine neue oder gebrauchte Stufe hat, bzw. was die Bergung auf See kostet? Es ist nicht öffentlich. Aber die Eigentümer / großen Investoren werden schon entsprechende Zahlen haben.
Man darf als ziemlich sicher annehmen, dass die Bergung und Wiederverwendung so wie sie SpaceX betreibt, auf Dauer profitabel ist. Sonst würde man das nicht über Jahre hinweg mit mittlerweile 50 Landungen durchziehen und auch noch mittels weiterer Droneships / umgebauter Bohrinseln ausweiten.
Auch das Geld für die Starship-Entwicklung will irgendwo verdient werden. Das kommt nicht alles nur von den Investoren.
Man darf als ziemlich sicher annehmen, dass die Bergung und Wiederverwendung so wie sie SpaceX betreibt, auf Dauer profitabel ist.
Beweise?
ULA Chef zum Beispiel sagt das es sich nicht lohnt. 1/2 der Kosten sind die Infrastruktur Kosten, 1/2 die Rakete selbs. Von der einer 1/2 sind es cca 1/2 fur die erste Stufe und 1/2 fur die obere (vielleicht 60/40 wenn die erste wiederverwendbar ist).
Von den Finanzen die auf die Offentlichkeit rauskahmen, von dem Schuldenangebot im 2018, wann die Firma Rekordviele auftrage flog (seit dem immer weniger), stand eine bereinigtes EBITDA von 250 Mil., und das inklusive Vorauszahlungen von hunderten Mil. und ohne ’non-core‘ R&D. Ohne diesen beide Anpassungen war die EBITDA negativ.
Bergung und Wiedeverwendung KANN profitable sein. Aber je nach Literatur liegt es bei 30-50 Flugen pro Jahr.
> Beweise?
Hat nur die Buchhaltung von SpaceX.
Aber die mittlerweile doch sehr vielen Bergungen legen den Verdacht doch schon nahe.
Dass der ULA-Boss nicht positiv darüber spricht, ist kein Wunder. Sein eigener Laden hat da ja nichts zu bieten und ist bei den Preisen bei den Kunden durch SpaceX unter Druck. Immerhin hatten sie eine Zeit lang ja zumindest die Bergung der Triebwerke geplant. So ganz daneben kann die Kalkulation doch nicht gewesen sein, sonst wären sie damit nie an die Öffentlichkeit gegangen. Gleiches gilt für die Ariane.
Wie die Kalkulation bei ULA aussieht, ist im Detail auch nicht bekannt. Du schwankst ja auch zwischen 50/50 und 60/40 für die Stufen.
Ich meine irgendwo Angaben von ULA gesehen zu haben, die die Kosten wesentlich mehr in der 1. Stufe sahen.
Ich verstehe auch nicht ganz, warum die Starts für Starlink nicht in der SpaceX-Erfolgs-/Ertragsbilanz aufgenommen werden.
Starlink ist ein Profitcenter, welches auf Dauer sicher seine Kosten wieder herein holen müssen wird. Und zu diesen Kosten gehören sicher auch die realen Startkosten. Somit hat im Gegenzug das andere Profitcenter „Raketenstarts“ einen Ertrag. Auch wenn dieser erst in Zukunft, wenn Starlink genügend Abonnenten hat, in realen Dollars auf dem Konto ankommen mag.
“ SpaceX-Erfolgs-/Ertragsbilanz“
Sind zwei paar Dinge. Sind die Starts erfolgreich, so kommen sie in die Startbilanz.
Bei einer Ertragsbilanz müsste ja ein Kunde für die Starts bezahlen, das ist aber nicht der Fall, im Gegenteil jeder Start kostet SpaceX Geld. Wenn SimonVr alle Starts von SpacEX nur mit den kommerziellen von ULA/Arianespace vergleicht, dann ist das eben falsch denn nur durch von Kunden gekaufte kommt auch geld in die Kasse.
Du denkst hier vermutlich zu kurzfristig Bernd. Ja, wir haben keine Garantie, dass Starlink ein Erfolg wird. Falls aber Starlink ein Erfolg wird dann wird auch durch jeden aktuellen Starlink-Start Geld in die Kasse kommen, allerdings erst in einigen Jahren. Das Geld wird dann in Form der Starinkumsätze kommen.
Nachtrag:
bei der Ariane lohnt die Wiederverwendung vermutlich auch deshalb nicht, weil man schlicht zu wenige Starts pro Jahr hat.
Zur Bergung der Stufen braucht man einiges an Infrastruktur (Schiffe, Aufbereitung, etc.) die ausgelastet werden wollen. Man kann das Personal nicht das ganze Jahr bezahlen, obwohl man es nur alle 2 Monate mal braucht.
Auf der Basis der Startzahlen sehen die Kalkulationen für ULA und Ariane schon anders aus, als bei SpaceX.
Abgesehen vom politischen Willen (Ariane) bzw. Ego mit längerfristigen Durchhaltevermögen und „großem Plan“ (Musk)
Eben deswegen macht es kein anderer. Auch für Ula und spacEX würde es sich nicht lohnen. Im Prinzip lohnt es sich bei SpacEx deswegen weil inzwischen 3/4 aller starts nur auf Starlink entfallen. Doch alle die werden mit Schulden finanziert und so „Wiederverwendung lohnt sich ökonomisch“ zu sprechen ist dann falsch.
> mit Schulden finanziert
ja, aber was ist daran so falsch?
Es ist eine Investition in die Zukunft.
So, wie fast jeder Immobilienkäufer hier sein Häuschen per Kredit kauft und trotzdem ab dem 1. Tag sagt, das es „sein“ Haus sei.
Und auch da ist ein wirtschaftlicher Gewinn am Ende der Finanzierung keineswegs immer garantiert.
Daher:
die Starlink-Starts zähle ich so, wie jeden anderen Start auch. Sie kosten jetzt Geld, welches irgenwann durch die Starlink-Gebühren wieder eingenommen wird (hofft man).
Und die dadurch hohe Startzahl macht die Entwicklung und Infrastruktur für die Wiederverwendung wirtschaftlich(er).
Und dann gibt es auch noch die Bauteile (z. B. die 2. Stufe), welche nicht wiederverwendet werden können. Dort lohnen sich Investitionen in Serienfertigungen, was wieder die einzelnen Stückkosten senkt. Natürlich auch für die Kunden, die sonst noch mit SpaceX starten. Wobei da entweder der Start billiger wird, oder SpaceX sich einige Dollar extra in die Tasche stecken kann. Oder eine Mischung aus beidem.
SpaceX gerhört nicht nur Elon Musk. Da gibt es auch noch andere Geldgeber mit Beträgen im Milliarden Dollar Bereich. Ich bin davon überzeugt, dass diese Geldgeber einen besseren Einblick in die Buchhaltung haben, als nur ein paar Tweets oder Webseiten. Das sind sicher nicht nur Fan-Boys.
Der springende Punkt ist, das ich von einem normalen LSP ausgehe, der sich nach der Auftragslage richten muss und bei dem bedeutet Wiederverwendung die Reduktion der Stückzahl von einigen auf eine Rakete pro Jahr. Die Arbeiter kann man aber nicht einfach entlassen und nach neun Monaten wieder einstellen, daher lohnt es sich im Allgemeinen nicht.
Was SpaceX macht ist im Prinzip eine innerbetriebliche Nachfrage zu generieren. Nur so kommen sie auf die Startzahl bei der Wiederverwendung wirtschaftlich ist. Sollten die anderen Konstellationen eine entsprechende Nachfrage generieren, so werden die diese sicher die Einschätzung revidieren, weil nun auch bei ihnen die Stückzahlen steigen.
Derzeit ist aber SpaceX in der situation von deutschen Automobilherstellern bis 2020: bis dahin wurden nämlich die meisten E-Autos die sie produzierten von ihnen selbst zugelassen und dienten nur dazu den Flottenverbrauch zu senken um eU-Grenzwerte einzuhalten. Wirtschaftlich ist das aber nicht.
Wichtig ist, das Wiederverwendung mit Stückzahlen zu tun hat. Starlink hat damit nichts zu tun, es generiert die hohe Stückzahl, doch wenn das Projekt nicht erfolgreich ist, sitzt SpaceX auf einem größeren Schuldenberg als wenn es niemals Wiederverwendung betrieben hätte, daher sollte man das Thema Wiederverwendung auch allgemein sehen und nicht per se davon ausgehen, das Starlink erfolgreich ist – etwas von dem nicht mal Musk überzeugt ist.
Und wo sind die Bilanzen von SpaceX als Beweis das sich wiederverwendung nicht lohnt?
Du hast bis jetzt nur das Gegenteil beweisen indem Du eine sachverständige Meinung zitierst.
Eine negative EBITDA von einem rekord Jahr ist zwar weit von ausreichend als Beweis aber besser als nichts und kombiniert mit regelmäßigen Kapitalerhöhung zeigt es schon ein bisschen auch ein Trend.
>https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-11-19/elon-musk-s-spacex-is-said-to-cut-loan-deal-by-500-million
Ich bin der Meinung das die Wiederverwendung sich mit weniger als 20 bezahlten Flügen pro Jahr wahrscheinlich nicht lohnt aber bin mir weit von sicher. Deshalb wäre ich froh Beweise zu sehen.
Tory Bruno wurde ich sagen ist eine bessere Quelle furn Nummern und seine Faustregeln von Kosten haben sich schon mehrmals als präzise genug erwisen
Wie kommt man auf eine Zahl wie 20 bezahlte Flüge im Jahr?
Ich denke wenn ich einmal im Jahr fliege und das restliche Jahr verbringen ich damit den nächsten Flug vorzubereiten. Und das „auf den nächsten Flug Vorbereiten“ ist billiger als der Neubau dann hat es sich gerechnet. Und wenn das nicht der Fall ist dann rechnet es sich nicht.
Und die Entwicklungskosten werden ja auf die ganze Lebensdauer des Systems aufgerechnet und nicht auf ein Jahr.
Ich muss halt das System so auslegen das meine Wartungsdauer mit meinen Starts übereinstimmt.
Ich glaube man kann tatsächlich zum Konsens kommen, dass die Wiederverwendung sich nur dann ökonomisch lohnt, wenn die Startrate hoch genug dafür ist. Die wenigen Starts die z.B. Arianespace noch durchführt würden dafür heute sicherlich nicht ausreichen.
Wiederverwendung ist also nicht einfach ökonomisch zu verwirklichen. Auch das Betreiben einer Satellitenkonstellation ist ökonomisch alles andere als einfach, es hat noch keiner ohne „Zwischeninsolvenz“ geschafft. Jetzt Kommt Elon Musk und macht aus zwei fast unmöglichen Unternehmungen etwas, was ökonomisch funktionieren kann. Deswegen bewundere ich seine strategischen Fähigkeiten so sehr, wobei diese Bewunderung tatsächlich erst dann wirklich verdient wird, wenn Starlink aus der Verlustzone kommt.
Musk hat allerdings so was Ähnliches bereits erreicht. Aus der Perspektive des Jahres 2010 war es mit dem extremen Wettbewerbsdruck damals eigentlich nicht möglich eine größere Automobilfirma erfolgreich neu zu gründen. Es war damals auch kaum möglich Autos mit Elektroantrieb erfolgreich zu verkaufen. Elon hat aus diesen beiden „Unmöglichkeiten“ ein erfolgreiches Unternehmen aufgebaut, das die Automobilbranche nachhaltig beeinflusst hat. Das ist der Grund, warum ich auch beim Starlink optimistisch bin.
Ob sich die wiederverwendung für SX Lohnt kann man nicht nachrechnen. es gibt die aussage, dass es sich Lohnt aber die ist nicht überprüfbar.
Auch kann man aus der Bewertung des Unternehmens (74Milliarden) nicht auf seine Cash reserven schließen. Musk hat 100 Millionen investiert, und von den 117 Flüge haben 90 jeweils Maximal 5 Millionen Gewinn eingebracht als vermutlich 450 Millionen. Das ist ein Tropfen auf den heißen Stein im Verhältiss zu den Kapitalerhöhungen von Google und anderen Investoren (einstelige Milliardensumme). Für die Finanzielle Bewertung ist es also irrelevant ob die F9 nun Gewinn macht oder nicht.
Die hohe Bewertung von 74 Milliarden ist kein Geld was zur Verfügung steht. Erst durch Finanzierungsrunden (Kapitalerhöhungen) macht sich diese Bezahlt.
Eine Kapitalerhöhung um 1% würde mehr bringen als alle F9 Flüge zusammen erwirtschaftet haben.
Für die Finanzielle Bewertung macht es naturlich kein Sinn. Die Hohe des Trager Rakete Markts betragt maximal $6 Mld. pro Jahr. Shotwell hat letze Woche den Breitband Markt als Ziel genannt – die Hohe da betragt ihrer Meinung nach 1 Bil. pro Jahr (eigentlich ist es heute eher 200 Mld und wachst etwa 9% p.a. aber wer passt doch Heute sowieso auf) SpaceX is eine Telekom Firma! (Und Tesla eine Energie Firma 🙂 Die Bewerteng (mit Hilfe von Morgan Stanley) ist rein auf dieser These gebaut.
Es gibt keinen Trägermarkt. Bei z.B. 114 Starts von bis zu ca. 30-40 verschiedenen Trägerraketen in 2020 segmentiert sich dieser Markt in dutzende Teilmärkte, oft sogar ohne Wettbewerb. Auch sind die Starts von SpaceX für das SpaceX-Projekt Starlink, nicht Teil des Marktes und von den 114 Starts noch abzuziehen. Nordkorea, USA, China, Iran etc. Sind alles gute Beispiele für Misdachtung des Marktgedanken!
Das ist natürlich technisch wahr aber das Konzept von ‚Markt‘ ist hier rein als die Summe von allen Verkaufen gemeint. Wenn wir schon dabei sind, würde ich auch die ‚6 Mld.‘ bestreiten. Das ist vielleicht so mit den allen so weit noch nicht existierenden Touristen-Flügen
Ein neuer 76-seitiger GAO-Bericht, der die Proteste von Blue Origin und Dynetics widerlegt, enthält einige ziemlich interessante Informationen. Für eine Mondlandung mit der Mondversion des Starship sind nach dem Dokument 16 Starts erforderlich, davon 14 Tanker mit Treibstoff. Der Start der Tanker soll alle 12 Tage erfolgen, das heißt, das Betanken wird fast sechs Monate dauern !!! Das ist aber ein sehr großer logistischer Aufwand.
Wir müssen aber nicht vergessen, dass SpaceX derzeit daran arbeitet, die Trockenmasse des gesamten Systems zu reduzieren. Es ist wahrscheinlich, dass der Bericht veraltete Trockenmassedaten verwendet, aber in Wirklichkeit wird es weniger Nachfüllungen geben.
Na da lag ich ja gar nicht mal schlecht. Bevor ich davon wusste das es nur bis zum Halo Orbit ging errechnete ich auch 13 bis 14 Flüge. Meine Zahl ist natürlich ohne Verrdampfungsverluste und Hardware zum betanken / Treibstoffverbrauch zum Ankoppeln.
wers nachlesen will;
https://www.gao.gov/assets/b-419783.pdf
Auf Seite 27, mit etlichen „deleted“ markierten Passagen.
Blue Origin befürchtet, dass SpaceX 16 Starts benötigt, um Starship zum Mond zu bringen.
Worauf Elon Musk hat heute folgende Antwort gepostet: „16 Flüge sind äußerst unwahrscheinlich. Die Nutzlast des Raumfahrzeugs in die Umlaufbahn beträgt ~ 150 Tonnen, also gibt es maximal 8 zum Befüllen der 1200 Tonnen schweren Lunar-Starship. „
Klar bei Elon Musk ist es auch schon vor einem Jahr zum ersten Mal geflogen und die von ihm vorgegebenen Nutzlasten sind auch um ein Drittel höher als die von dem Manager für Launch Operations angegebenen.
Musk Twittert, das nach dem Auftanken im Orbit wird Starship in der Lage sein, 150-250 Tonnen Fracht zur Mondoberfläche zu befördern. Nun, wie kommt er auf 250 Tonnen (Starship 100 und Nutzlast 150)? Dies erfordert aber 1700 Tonnen Treibstoff, so meine Schätzung.
Auch Daten zum Nachtanken liegen stark auseinander, die Rede ist von 4, 8 bis 16, je nach Nutzlast (?). Das wäre aber auch möglich (4-5) ohne Wiederverwendung, hier liegt die Nutzlast von Starship/SH bei 250 Tonnen, so die Aussage von Musk.
Du solltest Musk nichts glauben, bisher lag er immer falsch. Wenn ein leeres Starship (Masse nach Musk 120 t) 16 Flüge nach eigenem Proposal braucht dann braucht er bei 250 t Fracht (Gesamtmasse dann 270 t) eben 49 Tankflüge …
Bei uns nennt man so was Dreisatz.
Danke für die ehrliche Antwort, da können sich Musk und Rogozin, obwohl zwischen ihnen gewaltige technische Unterschiede bestehen, sich die Hände reichen.
He said „capable of at least 100 tons and probably closer to 200 tons of useful payload to the surface of the Moon“
How did he get 200 tons? By refueling again at higher orbit of course, that’s the advantage of orbital refueling, it allows very flexible mission designs. Look up his 2017 presentation, it was mentioned there: „Based on our calculations, we can actually do lunar surface missions with no propellant production on the surface of the Moon. If we do a high elliptic parking orbit for the ship and retank in high elliptic orbit, we can go all the way to the Moon and back with no local propellant production on the Moon.“
It’s a bit more risky than just refueling at LEO, and HLS doesn’t need so much payload capability, which is probably why they didn’t propose this in HLS.
SpaceX can send humans to ISS, you can be sure that they know how to do basic rocket equation calculations….
SpaceX can do rocket equations, Elon Musk can it not. He simply twitter his wishes.
Wenn Artemis wirklich zu einer sustainable Basis am Mond führen soll, dann ist ein billiger Zugang zum All unabdingbar. Dies kann die SLS auf keinen Fall liefern. Das Starship (wenn Musk Versprechen wahr werden [ 10$ pro kg in LEO]) schon. Wenn betanken im All schon als zu großes Hindernis gilt sollte man sich überlegen, ob man wirklich eine raumfahrende Spezies sein will!
Das ganze Artemis Programm wirkt wie eine Wiederholung der Appollo Mission. Der einzige unterschied ist, dass eine Frau mit dabei ist und dies wird nicht ausreichen, um die Mission „sustainable“ zu machen.
Die NASA sollte Artemis auslaufen lassen die Rückkehr zum Mond, auf diese Art ist eine Sackgasse. Vielleicht erlauben die Lawsuits von Blue Origin der NASA stückweise aus den Verträgen auszusteigen.
Die SLS wird mit Verzögerung ein / zwei Mal fliegen, man wird sich auf die Schultern klopfen und sagen, wie toll das war, aber leider geht’s jetzt nimmer.
Wir bräuchten Schmelzflusselektrolyse Werke am Mond, die Sauerstoff und Silizium liefern. Wir brauchen einen „Moonlander“ der mit Silizium/Sauerstoff Triebwerken, welches am Mond gewonnen wird arbeitet.
Der Moonlander soll Treibstoff und Personen von der Oberfläche zum Gateway bringen (können auch zwei unterschiedliche Gefährte sein, wir brauchen beides).
Dies erfordert viel Energie, die muss am Mond erzeugt werden können.
Ohne solche Infrastruktur am Mond wird die Mondbasis nie „sustainable“ sein und das Artemis Programm sinnlos, wenn das Ziel ein dauerhafter Präsenz am Mond sein soll.
Und nur weil man eine PR show am Mond macht, wird diese Entwicklung nicht getriggert!
Das Verbrennungsprodukt von Silizium ist Siliziumdioxid, das in der Natur als Bergkristall vorkommt. Hast du schon mal versucht, Gestein durch eine Düse zu blasen? Da wäre selbst Buttermilch besser als Raketentreibstoff geeignet.
mm hast du mal Bergkristall bei 3000° in der Natur gesammelt? Denke da bräuchte man noch ein paar Jahre Klimaerwärmung…
Bei Temperaturen in einer Brennkammer hat SiO2 seine feste Form schon lange verlassen….
Aber ich denke das wissen sie selbst.
Und natürlich macht es wenig Sinn auf dem blauen Planeten Silizium als Brennstoff zu verwenden, wenn Besseres zur Verfügung steht wie Wasserstoff und Sauerstoff (in Zukunft leider Methan und Sauerstoff)
Ich würde sogar aktiv dagegen sein, dass Großraketen Silizium verbrennen und in der Atmosphäre Silizium auskristallisiert.
Kann mir vorstellen, dass dies Gesundheitlich bedenklich ist.
Aber am Mond würde ich das begrüßen.
Triebwerk mit Silizium und Sauerstoff als Treibstoffe. Wie soll das bitte funktionieren? Und wo gibt es mehr Infos dazu?
Ich hatte mal einen Arbeitskollegen, der davon geschwärmt hatte. Merkwürdigerweise hat niemand von all den Kollegen, die tatsächlich mit combustion devices zu tun haben, irgendetwas davon gehalten 🙂
Hätte keine Ahnung, dass hier Leute was dazu gemacht haben.
Die Idee ist einfach was gibt es auf dem Mond viel Si02. Si02 kann in schmelzflusselektrolyse Anlagen zu Si und O2 gespalten werden dies ist ein endothermer Prozess.
Umgekehrt kann natürlich Silizium Oxidiert werden (32 MJ/kg). Si02 ist bei Temperaturen über 2200° gasförmig (Temperatur einer Brennkammer).
Jetzt kann man entweder Silizium als Pulver in eine Brennkammer zufügen (Schnecke) oder als Draht zuführen.
Wenn man Temperaturen über 1400°C gut regeln kann kann man auch flüssig Silizium einspritzen.
Und hat SiO2 als Abgas. (sicher schlechterer ISP als H-O2 )
@Anja ich denke nicht das die Kollegen, die mit combustion devices zu tun haben an einem Triebwerk das vom Mond aus betrieben werden soll gearbeitet haben und wenn man auf dem Planeten Erde ist, ist dies natürlich absoluter humbug, weil es andere bessere propellants gibt als Si. Denke die Kollegen würden nicht lange im Geschäft bleiben mit solchen Vorschlägen für den heutigen Markt.
Aber wenn wir uns entscheiden können, wollen wir in 10-20Jahren die Möglichkeit haben unterschiedlichste Materialien als Treibstoff zu verwenden oder unsere Combustion devices Experten dazu verwenden das Raptor Triebwerk zu kopiert. (Prometheus)
Würde es mich mehr freuen wenn die ESA ersteres bezahlt und forciert, auch wenn sie daran scheitern kann und beim zweiten eher nicht. (deswegen kann zweites auch eine private Firma machen)
Deine Rechnung passt, SpaceX hat gegenüber der NASA vor ein paar Tagen angegeben ungefähr 10 Nachttankflüge pro Mission.
Das ist jetzt nicht gerade überraschend, die Physik hat sich ja in den letzten Jahren nicht geändert.
Blamabel ist eher das der Firmenchef, der einige Daten, die ich nur abschätzen kann exakt kennen sollte, so weit daneben liegt.