Starship „verwandelt“ sich in eine Raumstation? Super interstellarer Flug, freust du dich darauf?

Das kürzlich von der NASA unterzeichnete Space Act Agreement zeigt, dass SpaceXs „Starship“, das in den letzten Jahren in der Luft- und Raumfahrtindustrie viel Aufmerksamkeit erregt hat, neue, vielversprechende Aussichten eröffnen wird. Die NASA plant, das in die Erdumlaufbahn eintretende „Starship“ in eine Raumstation in niedriger Erdumlaufbahn umzuwandeln. Die Raumstation Starship soll in den 2030er Jahren in Betrieb gehen.

Raketen werden zu Weltraumhäusern

„Starship“ ist eine von SpaceX entwickelte Trägerrakete für superschwere Transportfahrzeuge. Es handelt sich um die weltweit erste zweistufige, vollständig wiederverwendbare Schwerlast-Trägerrakete. Bereits 2016 demonstrierte Musk den Plan für ein interstellares Transportsystem und seinen Plan zur Mars-Immigration, bei dem das zentrale Transportmittel „Starship“ ist. Musk ist davon überzeugt, dass sich die Kosten für interstellare Flüge durch die Nutzung der großen Transportkapazität und der vollständig wiederverwendbaren Eigenschaften des Raumschiffs erheblich senken lassen.

Das Rendering der zweiten Stufe des "Starship", das in eine Raumstation umgewandelt wurde

Gemäß Musks ursprünglicher Vision werden Menschen vor 2022 mindestens zwei Frachtschiffe auf dem Mars landen und 2024 eine Fracht- und eine bemannte Landung erreichen. Zwei bemannte Raumschiffe werden die erste Gruppe von Menschen von der Erde zum Mars schicken und zwei Frachtschiffe werden für den Transport von Vorräten zuständig sein, auf deren Grundlage schrittweise eine Marskolonie errichtet werden soll.

Aufgrund einer Reihe von Schwierigkeiten in der Realität kann diese Idee nicht mehr rechtzeitig umgesetzt werden. Am 20. April 2023 (Peking-Zeit) führte SpaceX jedoch seinen ersten „Starship“-Flugtest durch. Obwohl nach der Zündung und dem Abheben der Baugruppe aufgrund von Fehlfunktionen mehrerer Triebwerke während des Fluges Geschwindigkeit und Flughöhe erheblich vom Flugprofil abwichen und der Raketenkörper schließlich explodierte und zerfiel, bewiesen die 239 Flugsekunden der Baugruppe dennoch, dass dieses Ungetüm funktionieren und ins All vordringen kann.

Laut den auf der offiziellen Website von SpaceX veröffentlichten Werten beträgt die Transportkapazität des „Starship“ in erdnahen Umlaufbahnen bei vollständiger Wiederverwendung 150 Tonnen; Bei einmaligem Einsatz beträgt seine Transportkapazität in erdnahen Umlaufbahnen 250 Tonnen. Das „Starship“ hat einen Durchmesser von etwa 9 Metern und eine Höhe von etwa 119 Metern. Die gesamte Startmasse der Rakete beträgt etwa 5.000 Tonnen und der maximale Startschub beträgt 7.260 Tonnen. Sie ist wesentlich größer als die Saturn-V-Rakete und ihr Startgewicht beträgt etwa das 1,7-fache der letzteren.

Zufälligerweise wurde Skylab, die erste Raumstation der USA in der Erdumlaufbahn, aus der dritten Stufe der Saturn-V-Rakete umgebaut. Bei dieser Konstruktion wurden sämtliche Restmaterialien des Apollo-Programms verwendet.

Dank der enormen Größe der Saturn V war Skylab 36 Meter lang, hatte einen maximalen Durchmesser von 6,7 Metern, wog etwa 77 Tonnen und hatte ein Volumen von 368 Kubikmetern, womit es die Saljut-Raumstation der Sowjetunion aus derselben Zeit bei weitem übertraf. Das „Skylab“ wurde recht „luxuriös“ gebaut, unter anderem mit einem orbitalen Arbeitsmodul, einem Übergangsmodul, einem Mehrzweck-Andockmodul, einem Sonnenteleskop usw. Auch die Wohneinrichtungen sind sehr gut durchdacht, mit 11 Vorratsbehältern für Lebensmittel und 5 Gefrierschränken für Lebensmittel, in denen 907 Kilogramm verschiedener Arten von warmen und kalten Lebensmitteln gelagert werden können.

Das Raumschiff der zweiten Stufe der Super Heavy-Klasse – Starship, das in eine Raumstation umgebaut werden soll, ist ein wiederverwendbares Raumschiff der Orbitalklasse mit einer Höhe von 50 Metern, einem Durchmesser von 6,61 Metern, einem Gesamtgewicht von etwa 1.200 Tonnen und einem strukturellen Trockengewicht von etwa 125 Tonnen. Es können 100 Menschen gleichzeitig zum Mond oder zum Mars geschickt werden.

SpaceX hat erklärt, dass es den bewohnbaren Raum der Raumstation Starship erheblich vergrößern könne, indem es die Treibstofftanks des Raumfahrzeugs Starship in Wohnraum für Astronauten umwandelt, wie es bereits bei Skylab der Fall war. SpaceX behauptet, dass das Raumschiff Starship ein bewohnbares Volumen von 1.000 Kubikmetern haben wird, was das gesamte Volumen der Internationalen Raumstation übersteigen wird.

Vor dem Aufstieg gibt es viele Schwierigkeiten

Der Plan der NASA, Starship in eine Raumstation umzuwandeln, geht auf ihr 2014 gestartetes Commercial Space Capabilities Collaboration Program zurück. Das Programm wurde im Rahmen des nicht finanzierten Space Act umgesetzt und soll durch die strukturierte Weitergabe des vorhandenen Know-hows der NASA einen minimalen Einsatz staatlicher Mittel erreichen, um die für eine starke kommerzielle Wirtschaft im erdnahen Orbit erforderlichen kritischen Fähigkeiten zu fördern und zu ermöglichen.

Der Kern dieser Zusammenarbeit besteht darin, dass die NASA ausgewählten Unternehmen vorhandenes professionelles technisches Wissen, Gutachten und Daten kostenlos zur Verfügung stellt, um sie bei der Entwicklung neuer Technologien zu unterstützen, während die Unternehmen ihre Fähigkeiten durch Selbstfinanzierung ausschöpfen und die Wirtschaft in niedrigen Umlaufbahnen entwickeln. Zu den Partnern der ersten Runde des Programms gehören vier Unternehmen, darunter SpaceX.

Im Juni 2023 startete die NASA die zweite Runde des Commercial Space Capabilities Collaboration Program, um kommerzielle Weltraumanwendungen durch die Weitergabe des technischen Fachwissens, der Bewertungen, der gewonnenen Erkenntnisse, der Technologien und der Daten der NASA weiterhin zu fördern. In dieser Planungsrunde wählte die NASA sieben amerikanische Unternehmen aus, darunter SpaceX, mit dem Ziel, den zukünftigen Bedarf von Unternehmen und Regierungen zu decken und die Entwicklung der bemannten Raumfahrt und der kommerziellen Wirtschaft im erdnahen Orbit zu fördern.

SpaceX ist für die Entwicklung einer integrierten Architektur für erdnahe Umlaufbahnen verantwortlich, die „Starship“ als Transportsystem und Zielelement für erdnahe Umlaufbahnen umfasst, von superschweren Raketen, dem Raumfahrzeug Dragon und der Starlink-Konstellation unterstützt wird und kombinierte Fähigkeiten wie bemannten und Frachttransport, Kommunikation, Betrieb und Bodenunterstützung beinhaltet.

Diesmal haben NASA und SpaceX vereinbart, die Produktdesignprüfung der bemannten Raumstation „Starship“ im erdnahen Orbit im vierten Quartal 2028 abzuschließen, und 13 Meilensteinknoten für den Zeitraum von 2023 bis 2028 identifiziert. Dies sind auch die technischen Herausforderungen, die überwunden werden müssen, damit „Starship“ in eine Raumstation umgewandelt werden kann.

Der erste ist der orbitale Testflug „Starship“, bei dem das Raumschiff Starship mithilfe eines superschweren Boosters erfolgreich gestartet werden soll. Die nächsten zu bewältigenden Herausforderungen sind in dieser Reihenfolge der erste Start von Starship mit einer Nutzlast, die erfolgreiche Bergung von Starship, die Überprüfung der Treibstofflagerung im Orbit, die Überprüfung von Starships Betrieb/Bergung/Andocken im Orbit, die Überprüfung des bemannten Langzeitbetriebs in erdnaher Umlaufbahn, die Überprüfung des gesamten Prozesses von Start/Orbiteintritt/Landung von Starship, die Überprüfung von Starships Transport- und Wohnfähigkeiten im erdnahen Orbit und die Überprüfung von Starships Fähigkeiten als bemannte Raumstation im erdnahen Orbit.

Wenn alles gut geht, wird sich „Starship“ bis Ende 2028 offiziell in eine Raumstation verwandeln, die in einer niedrigen Erdumlaufbahn operiert.

Stellen Sie sich eine strahlende Zukunft vor

Tatsächlich haben die Menschen schon seit langem schöne Fantasien über orbitale Raumstationen, etwa über Weltraumtourismus, Weltraumhotels, Weltraumurlaube und so weiter. Aufgrund der hohen Kosten für Weltraumstarts und der begrenzten Kapazitäten der Trägerraketen war der Wohnbereich früherer Raumstationen jedoch sehr klein. Sogar die Internationale Raumstation, der geräumigste Raum der Welt, hat ein Innenvolumen von lediglich 915,6 Kubikmetern, was der Unterbringung von sechs Astronauten in einem 320 Quadratmeter großen Haus entspricht. Man kann es nur als eine „wohlhabende Familie“ bezeichnen.

Das Rendering der zweiten Stufe des "Starship", das in eine Raumstation umgewandelt wurde

Derzeit sind es noch immer die extrem wohlhabenden Menschen, die den größten Raumverbrauch treiben. Seit der amerikanische Geschäftsmann Dennis Tito im Jahr 2001 als erster Weltraumtourist ins All reiste, schlossen sich ihm immer mehr vermögende Menschen aus aller Welt an. In den darauffolgenden acht Jahren bestiegen sechs weitere Weltraumtouristen die Internationale Raumstation, was Kosten in Höhe von mehreren zehn Millionen Dollar verursachte.

So viel Geld auszugeben, aber auf so engem Raum zusammengepfercht zu sein, ist in der Tat nicht förderlich für die Expansion des Weltraumtourismusmarktes und die nachhaltige Entwicklung der Branche. Eine aus einem Raumschiff umgebaute Raumstation kann problemlos ein Volumen von 1.000 Kubikmetern erreichen und sogar in Massenproduktion hergestellt und in die Umlaufbahn gebracht werden. Wenn also in Zukunft eine Reihe luxuriöser Weltraumresorthotels in der erdnahen Umlaufbahn entstehen, wird es keinen Mangel an Übernachtungsgästen geben.

Wenn die Technologie zur Umwandlung von „Starship“ in eine Raumstation ausgereift ist, wird es keine schwierige Aufgabe mehr sein, ein „Starship“ zum Mond oder zum Mars zu fliegen. Touristen können sogar Hot Pot essen und Lieder singen und so an ihrem Ziel ankommen, ohne es zu merken.

Natürlich muss die Zukunft, egal wie schön sie auch sein mag, Schritt für Schritt durch praktische Maßnahmen verwirklicht werden. Das Dringendste für SpaceX ist derzeit, den erfolgreichen Erstflug des Super Heavy-Starship so schnell wie möglich zu realisieren.

Laut der offiziellen Website der US-Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration vom 8. September ist die Untersuchung des Erstflugunfalls des Starship abgeschlossen. Der abschließende Untersuchungsbericht listete mehrere Hauptursachen für das Scheitern des ersten Fluges auf und forderte SpaceX auf, 63 Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, um ein erneutes Unglück zu verhindern. Zu den Maßnahmen gehören die Neugestaltung der Raketenhardware, um Lecks und Brandunfälle zu verhindern, die Neugestaltung der Startrampe zur Verbesserung ihrer Stabilität, die Einführung von mehr Überprüfungen im Designprozess, die Durchführung von mehr Analysen und Tests wichtiger Sicherheitssysteme und -komponenten, einschließlich autonomer Flugsicherheitssysteme, und der Einsatz von mehr Änderungskontrollstrategien.

SpaceX setzt derzeit alle Korrekturmaßnahmen um und beantragt bei der Federal Aviation Administration eine Lizenzänderung. Nachdem alle Sicherheits-, Umwelt- und sonstigen gesetzlichen Anforderungen erfüllt sind, kann das Starship seinen Flugbetrieb wieder aufnehmen. (Autor: Yu Yuanhang, Bildquelle: SpaceX, Checkpoint-Experte: Jiang Fan, stellvertretender Direktor des Wissenschafts- und Technologieausschusses der China Aerospace Science and Technology Corporation)