War der dritte Flug von SpaceX Starship ein Erfolg oder ein Misserfolg?

Am 14. um 8:25 Uhr Central Time (21:25 BJT) führte das US-Unternehmen SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation) den dritten Teststart seiner Schwerlastrakete der neuen Generation „Starship“ durch. Nachdem die Rakete von ihrer Basis in Boca Chica, Texas, gestartet war, verlief der Vorgang reibungslos. Auch Space-X-Gründer Musk postete in den sozialen Medien Glückwünsche für das „Erreichen der Orbitalgeschwindigkeit“. Der dritte Teststart des Starship endete jedoch vorzeitig, nachdem das Raumschiff beim Wiedereintritt in die Atmosphäre für fast 14 Minuten die Verbindung zum Boden verlor. War der dritte Teststart, der so viel Aufmerksamkeit erregte, ein Erfolg oder ein Misserfolg?

Bildquelle: Offizielle SpaceX-Website

01Der Gesamtschub beträgt über 7.000 Tonnen. Wie leistungsfähig ist das Raumschiff?

Starship ist eine von SpaceX entwickelte ultraschwere Trägerrakete . Es besteht aus einer ersten Stufe eines superschweren Boosters und einer zweiten Stufe eines Raumschiff-Raumfahrzeugs, bekannt als „Super-Heavy-Starship“ oder einfach „Starship“.

Der Grund, warum Starship so auffällig ist, liegt darin, dass es sich um die bislang größte und leistungsstärkste Trägerrakete der Welt handelt. Das Raumschiff besteht vollständig aus geschweißtem Edelstahl und hat die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 9 Metern. Das Raumschiff ist 121 Meter hoch, was einem 40-stöckigen Gebäude entspricht; seine Startmasse beträgt 5.000 Tonnen, was der Verdrängung eines Zerstörers der Einstiegsklasse entspricht. Diese Startmasse ist 1,6-mal so groß wie die der Saturn V, 1,8-mal so groß wie die der N1-Rakete, 1,9-mal so groß wie die der SLS, 2,1-mal so groß wie die der Energia, 2,5-mal so groß wie die des Space Shuttle und 5,7-mal so groß wie die der Langer Marsch 5.

Um eine so große Rakete ins All befördern zu können, ist die superschwere Booster-Stufe mit insgesamt 33 „Raptor“-Flüssigkeitsraketentriebwerken ausgestattet , die einen Gesamtschub von fast 7.600 Tonnen haben – genug, um den Eiffelturm in Frankreich anzuheben . Dieser Motortyp verwendet flüssigen Sauerstoff/Methan als Treibstoff und hat einen spezifischen Impuls von 327 s. Diese Triebwerke sind in zwei Kreise unterteilt und am unteren Ende der Booster-Stufe installiert. Der äußere Kreis mit den 20 Triebwerken ist fest, und der innere Kreis mit den 13 Triebwerken kann zur Schubvektorsteuerung um 15 Grad in beide Richtungen geschwenkt werden und der Schub kann zwischen 20 % und 100 % eingestellt werden.

Ein Foto aus der Perspektive des Startturms vom dritten Flug des Starship, bei dem alle 33 Triebwerke der ersten Stufe gezündet und ins All gestartet wurden.

Bildquelle: Offizielle SpaceX-Website

02Gute Neuigkeiten! Diesmal ist es nicht explodiert! Schlechte Nachrichten: Vielleicht ist es wieder fehlgeschlagen…?

SpaceX setzt große Hoffnungen in diesen Teststart und hat bewusst den 14. März 2024 Ortszeit, den 22. Jahrestag der Gründung von SpaceX, als Starttermin gewählt. Ist dieser dritte, „vorzeitig beendete“ Teststart im Vergleich zu den ersten beiden Teststarts im April und November 2023 ein Fehlschlag?

Ob es gelingt oder scheitert, hängt von den Missionszielen ab, die das Raumschiff setzt. Bei dieser Mission zündete die superschwere Booster-Stufe mit dem Codenamen B10 und flog nach dem Start normal. Alle Raptor-Triebwerke wurden erfolgreich gestartet und behielten während des gesamten Startvorgangs den normalen Zündstatus bei. Am Ende des Betriebs der ersten Stufe schaltete Starship die meisten Raptor-Triebwerke der superschweren Booster-Stufe ab und zündete gleichzeitig die sechs Triebwerke der Starship-Raumfahrzeugstufe mit dem Codenamen S28. Dadurch wurde die thermische Trennung zwischen der ersten und der zweiten Stufe erfolgreich erreicht. Nach der Trennung führte die superschwere Booster-Stufe erfolgreich eine Lageänderung durch und führte eine vollständige Schubumkehrzündung durch, sodass die Booster-Stufe zum festgelegten Landepunkt im Golf von Mexiko fliegen konnte. Nachdem die sechs Triebwerke des Raumschiffs Starship 351 Sekunden lang in Betrieb waren, erreichte das Raumschiff die vorbestimmte Umlaufbahn mit einer Perigäumshöhe von nur 50 Kilometern und schloss damit zum ersten Mal die gesamte Mission zum Eintritt in die Umlaufbahn ab. Während der Gleitphase im Orbit schloss das Starship außerdem den Test zum Öffnen und Schließen der Nutzlastluke sowie den Test zur Treibstoffübertragung erfolgreich ab. Man kann sagen, dass der gesamte Prozess vom Start bis zum Eintritt in die Umlaufbahn erfolgreich abgeschlossen wurde .

GIF-Quelle: SpaceX-Liveübertragung

Wenn ja, wie endete diese Mission? Bei dem Versuch der Schubumkehrzündung bei der ersten Landung gelang es der superschweren Booster-Stufe von Starship nur, drei Triebwerke zu zünden, und zwei davon wurden sofort abgeschaltet. Die Booster-Stufe verlor ihre Stabilität und zerfiel in einer Höhe von etwa 462 Metern über dem Meeresspiegel. Die Orbitalstufe des Starships wies am Ende ihres Orbitalgleitflugs zudem eine Lageinstabilität auf und die übermäßige Rollgeschwindigkeit verhinderte die ursprünglich geplante Wiederzündung eines einzelnen Raptor-Triebwerks im Orbit. Das Raumschiff überlebte die Wiedereintrittsphase und die zurückgesendeten Telemetriebilder zeigten die lodernden Flammen, die durch die Reibung mit der Atmosphäre entstanden waren. Etwa 49 Minuten nach Beginn der Mission wurde das vom Raumschiff über Starlink zurückgesendete Signal unterbrochen und es hätte in der Atmosphäre zerfallen und beschädigt werden sollen.

Mit diesem Teststart wurde die allgemeine Fähigkeit des Raumschiffs, in die Umlaufbahn zu gelangen, bestätigt. Bis zur vollständigen Überprüfung seiner Rückkehr-, Lande- und Wiederverwendungsfähigkeiten ist es jedoch noch ein weiter Weg. Vor diesem Hintergrund gab die Federal Aviation Administration (FAA) daraufhin eine Erklärung heraus, in der sie das Startergebnis als „Fehlschlag“ gemäß dem Level-4-Fehlerstandard definierte und SpaceX aufforderte, den Fehler zu untersuchen.

03In den Himmel aufsteigen, was wird die Zukunft bringen?

Das Konzept des Interplanetary Transport System (ITS) von SpaceX wurde erstmals 2012 von Musk vorgeschlagen. Ziel ist der Bau eines vollständig wiederverwendbaren zweistufigen Raketensystems, um in den 2020er und 2030er Jahren Menschen zum Mars zu schicken. Nach zahlreichen Design- und Namensentwicklungen wurde es schließlich zum aktuellen „Super Heavy-Starship“.

Darüber hinaus bestand das ursprüngliche Designziel des Starship darin, vollständig wiederverwendbar zu sein. Die superschwere Booster-Stufe könnte zur Landung zum Startturm zurückkehren und die Stufe des Raumfahrzeugs Starship könnte aus der Erdumlaufbahn zurückkehren und vertikal auf der dafür vorgesehenen Startrampe landen. Starship verfügt über eine Nutzlastkapazität von 150 Tonnen in eine niedrige Erdumlaufbahn und kann 250 Tonnen erreichen, wenn es nicht wiederverwendet wird. Starship ist außerdem so konzipiert, dass es in einer niedrigen Erdumlaufbahn aufgetankt werden kann, um zu weiter entfernten Zielen wie der geosynchronen Umlaufbahn, dem Mond, dem Mars usw. zu reisen.

Aufgrund der herausragenden Forschungs- und Entwicklungskapazitäten von SpaceX und der enormen Transportkapazität des Starship hat das Projekt auch umfassende Unterstützung von der US-Regierung und dem US-Militär erhalten. Die NASA hat bis zu 4 Milliarden Dollar in das Starship-Projekt investiert und hofft, damit das Artemis-Programm umsetzen und Amerikaner zum Mond zurückbringen zu können. Dem jüngsten Zeitplan zufolge wurde der Starttermin der bemannten Mondmission „Artemis-3“ auf September 2026 verschoben. Man kann sagen, dass jeder Schritt im Fortschritt des Raumschiffs mit der Zukunft der Mondlandung der Vereinigten Staaten und der Verwirklichung des längerfristigen Ziels der Kolonisierung des Mars zusammenhängt . Obwohl die kumulierten Fortschritte bei den drei Teststarts beträchtlich sind, ist der aktuelle Zustand des Starship noch ziemlich weit von diesem Ziel entfernt. Um die Verwirklichung des ultimativen Ziels zu unterstützen, muss das Raumschiff in der Lage sein, mit hoher Frequenz zu operieren, denn egal, ob es auf dem Mond oder auf dem Mars landet, muss eine große Anzahl von Raumschiffen gestartet und in einer niedrigen Erdumlaufbahn angedockt werden, um Treibstoff zu übertragen.

Um dieses Ziel zu erreichen, nutzt SpaceX sein gesamtes Know-how in der schnellen Großserienproduktion sowie im schnellen Testen und Iterieren. SpaceX hat bei der FAA die Erlaubnis beantragt, in diesem Jahr mindestens neun Starship-Starts durchzuführen. Derzeit beträgt die Produktion von Raptor-Triebwerken sieben Einheiten pro Woche und die Fertigungsgeschwindigkeit von Starship-Prototypen liegt bei einem alle zwei bis drei Wochen. Mit dem Bau der zweiten Starship-Startrampe wurde ebenfalls in der Nähe der bestehenden Startrampe begonnen. Angesichts der bisherigen Leistungen von SpaceX besteht weiterhin große Hoffnung, dass Starship das US-Ziel einer planmäßigen Landung auf dem Mond oder sogar dem Mars letztendlich einholen wird.

04Einige Zukunftsaussichten

Mit der Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie und dem kontinuierlich steigenden Bedarf der Menschheit an Raumtransportmitteln wird die vollständige Wiederverwendbarkeit, die Starship bietet, ein unvermeidlicher Trend bei der Entwicklung zukünftiger Trägerraketen sein. Obwohl das Raumschiff noch nicht fertiggestellt ist, hat die Geschwindigkeit der technologischen Durchbrüche, die bei den ersten drei Teststarts gezeigt wurden, die Welt bereits schockiert. Probleme, die die Industrie zuvor als schwer zu bewältigen galt, wie etwa der gleichzeitige Betrieb von Dutzenden von Raketentriebwerken mit hohem Schub, konnten zweimal erfolgreich als technisch machbar bewiesen werden.

Ein guter Konkurrent ist kein Feind, sondern ein bester Freund. Inspiriert von SpaceX, einem mächtigen Konkurrenten, haben sich auch die Trägerraketenforschungs- und -produktionsunternehmen meines Landes auf die Bewältigung zentraler Probleme im Bereich der wiederverwendbaren Technologie konzentriert.

GIF-Quelle: CCTV News

Es wird davon ausgegangen, dass China die Tests zum vertikalen Starten, Landen und Schweben wiederverwendbarer Raketen abgeschlossen und Durchbrüche bei den Schlüsseltechnologien wiederverwendbarer Raketen erzielt hat. Einige private Unternehmen haben zudem damit begonnen, in unterschiedlichem Umfang Demonstrationen und Überprüfungen von Wiederverwendungstechnologien durchzuführen. Bei den beiden Sitzungen dieses Jahres kam die gute Nachricht ans Licht, dass mein Land derzeit wiederverwendbare 4-Meter- und 5-Meter-Raketen entwickelt, deren Jungfernflüge für 2025 bzw. 2026 geplant sind.

Die Erforschung des Weltraums geschieht nie über Nacht und jeder Fortschritt ist ein Meilenstein. Heute hat mein Land den kommerziellen Raum als neuen Wachstumsmotor kultiviert. Ich bin davon überzeugt, dass im künftigen, völlig wettbewerbsorientierten Marktumfeld hochwertige Ressourcen aus allen Bereichen der Gesellschaft umfassend mobilisiert werden, um gemeinsam die Herausforderungen der technologischen Revolution zu bewältigen und den schnellen Fortschritt und das Wachstum der Luft- und Raumfahrtindustrie meines Landes zu fördern.

Autor: Yu Yuanhang, leitender Ingenieur, Beijing Institute of Aerospace Systems Engineering

Prüfung:

Liu Yong ist Chinas Botschafter für Weltraumwissenschaften, Direktor des Science Popularization Committee der Chinesischen Gesellschaft für Weltraumwissenschaften und Forscher am Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Zhou Binghong, Chinas Botschafter für Weltraumwissenschaften, Forscher am National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

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