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Die Erwartungen an das neue Raumfahrzeug waren gigantisch: nichts anderes als eine neue Ära der Raumfahrt sollte es einläuten. Statt die Rakete wie bis anhin jedes Mal wegzuwerfen, sollte sie jetzt wiederverwendet werden. Am besten jede Woche sollte das neue Raumfahrzeug starten, und nicht nur wie bisher teuer ausgebildete Astronauten ins All befördern: nein, auch Wissenschaftlerinnen, Politiker, Sportlerinnen, Lehrer sollten die Gelegenheit bekommen, in den Erdorbit zu fliegen – der Zugang zum Weltraum sollte demokratisiert, für alle geöffnet werden. Und das Raumfahrzeug wäre erst der Anfang: mit den verringerten Startkosten sollte im Orbit auch der Weg zum besatzten Flug zum Mond, zum Mars und darüber hinaus geebnet werden.
Die Rede ist natürlich vom Space Shuttle, dem Raumfahrzeug, mit dem die USA zwischen 1981 und 2011 insgesamt 135 Mal Menschen ins All brachten. Ganze vierzehn dieser Menschen starben aber, als zwei dieser Shuttles (erst die Challenger, 1986, später die Columbia, 2003) bei Unfällen zerstört wurden. Das Shuttle hat in Wirklichkeit keine neue Ära der Weltraumfahrt eingeläutet, zumindest, was die Kosten für den Zugang zum Weltraum anging. Diese stiegen stattdessen immer weiter – so sehr, dass nach dem Challenger-Unglück das US-Militär wieder Wegwerfraketen entwickelte, um seine Satelliten zu starten. Anstelle der geplanten wöchentlichen Starts gab es gegen Ende nur noch wenige Flüge pro Jahr – für ca. drei Milliarden Dollar pro Jahr.
Heute schickt sich die US-Raumfahrtfirma SpaceX an, ein komplett wiederverwendbares Raumfahrzeug zu entwickeln – das Starship. Es soll dereinst nicht nur jede Woche, sondern sogar jeden Tag mehrmals starten, und das zu Preisen, die konkurrenzlos günstig sind – gleichzeitig wäre es das grösste und (vielleicht je nach Betrachtungsweise) komplexeste Raketensystem der Welt, deutlich grösser etwa als die Saturn V-Mondrakete. Mit Starship sollen die USA nach Vorstellung von SpaceX erst zum Mond zurückkehren und dann bis Mitte des 21. Jahrhunderts eine unabhängige Siedlung auf dem Mars errichten. Klingt doch irgendwie vertraut, oder?
Tatsächlich gibt es viele Parallelen. Beide Raumfahrzeuge sind auf komplette Wiederverwendung ausgelegt, beide sind etwa 100 Tonnen schwer. Beide haben Aeroflächen bzw. „Flügel“. Beide erfordern einen „Booster“, also eine riesige erste Raketenstufe, die sie bis knapp in den Orbit bringt. Doch neben diesen Ähnlichkeiten gibt es auch zahlreiche Unterschiede: Beim Starship wird der Booster ebenfalls komplett wiederverwendet, während beim Shuttle der grosse, orange-braune Tank jedes Mal weggeworfen wurde (es gab Pläne, diese in der Erdumlaufbahn als Raumstationsmodule zu nutzen – die allerdings nie umgesetzt wurden). Auch bei den zusätzlichen zwei Feststoff-Boostern des Shuttles war die Wiederverwendung am Ende zu teuer.
Im Gegensatz zum Starship, das auf der Spitze seines Boosters sitzt, wurde das Shuttle seitlich befestigt. Die Flügel des Shuttles waren grösser, und es landete wie ein Flugzeug horizontal auf einer Piste, nicht vertikal auf einem Landeplatz wie Starship. Das Shuttle war von unzähligen, komplex geformten Hitzeschutz-Kacheln bedeckt, von denen bei jedem Flug einige verloren gingen und die dann jeweils teuer ersetzt werden mussten. Starship hingegen soll nur auf der Unterseite von Hitzeschutz-Kacheln bedeckt sein, und sie sollen alle hexagonal und gleich aufgebaut sein. Das Starship kombiniert beim Antrieb den flüssigen Sauerstoff mit Methan, beim Shuttle war es Wasserstoff (neben den Feststoff-Boostern).
Die Ähnlichkeiten zwischen den beiden Raumfahrzeugen lassen sicherlich bei einigen den Verdacht aufkommen, dass das Starship dereinst dasselbe Schicksal ereilen könnte wie das Space Shuttle: das sich nach anfänglicher Euphorie also herausstellt, dass alles viel komplizierter, teurer, aufwändiger ist als gedacht, worauf der Traum vom demokratisierten Zugang zum Weltraum in sich zusammenbricht. Auf der anderen Seite machen die Unterschiede zwischen beiden Systemen aber auch Hoffnung, dass es diesmal anders sein könnte. Welche Seite „gewinnt“ am Ende? Auf der Suche nach einer Antwort muss man sich zuerst einmal vergegenwärtigen, woher die Unterschiede zwischen den beiden Raumfahrzeugen eigentlich kommen.
Wenn man mal voraussetzt, dass bei beiden Raumfahrzeugen fähige Ingenieure am Werk waren (bzw. sind), die die Ideale technische Lösung für das gestellte Problem finden können, sollten bei gleichen Problemstellungen eigentlich auch sehr ähnliche Raumfahrzeuge herausschauen (so wie das sowjetische Shuttle Buran dem amerikanischen stark glich). Aus dem Umstand, dass beide nun aber nicht gleich sind, kann man schliessen, dass die Problemstellungen wohl unterschiedlich waren. So hat das Shuttle viel grössere Flügel als Starship – warum? Einerseits sollte das Shuttle wie ein Flugzeug landen. Eine Landung unter Antrieb wie bei Starship galt wegen der Besatzung an Bord als zu gefährlich (SpaceX scheint das gelassener zu sehen).
Anderseits dienten die grossen Flügel des Shuttles auch der Erweiterung der sogenannten „Cross-Range“: das Shuttle sollte nämlich auf Wunsch des US-Militärs (und der Spionagedienste) fähig sein, auf einer polaren Bahn (also über die Pole) die Erde in einem einzigen Orbit umkreisen und dann gleich wieder am Startplatz landen. Da sich die Erde in diesen 1.5 Stunden aber weiterdreht, musste das Shuttle deshalb fähig sein, nach dem Wiedereintritt eine langgezogene Kurve zu fliegen, um zum Startplatz zurückzukehren. Die grösseren Flügel erforderten aber auch mehr und komplexere Hitzeschutzkacheln, und machten aufgrund der auftretenden aerodynamischen Kräften eine Positionierung des Shuttles an der Spitze der Rakete (wo das Starship sitzt) unmöglich.
An der Spitze wäre das Shuttle aber besser aufgehoben gewesen: die seitliche Positionierung wurde ihm nämlich bei beiden Unfällen zum Verhängnis. Bei Challenger explodierte (wegen Problemen mit den Feststoff-Raketen) der zentrale Wasserstoff-Sauerstoff Tank: da das Shuttle seitlich daran angebracht war, hatte es keine Chance, der Explosion zu entkommen – von der Explosion strukturell beschädigt, zerbrach es noch in der Luft an aerodynamischen Kräften. Bei Columbia fielen während dem Start Teile des Isolationsmaterials des Tanks auf den Hitzeschutzschild, der damit durchlässig wurde und später beim Wiedereintritt versagte. Auch dies wäre bei einer Positionierung des Shuttles an der Spitze nicht möglich gewesen.
Weil man bei der NASA die Idee der Wiederverwendung des Boosters (zuerst mit Raketentriebwerken angedacht) früh als aussichtslos aufgab – man hatte ja beim Entwurf des Space Shuttles, im Gegensatz zu SpaceX heute, noch nie einen Booster wieder gelandet – entfernte man die teuren Triebwerke vom Booster und transferierte sie auf den Shuttle selbst, wo sie wenigstens wiederverwendet werden konnten. Dadurch wurde aus dem Booster ein grosser Wegwerf-Tank. Weil auf dem Shuttle aber nur drei Triebwerke Platz fanden, brauchte man zusätzlich Feststoff-Booster, um Shuttle und Tank beim Start „anzuschieben“. Zudem musste man die drei Triebwerke so effizient wie möglich machen, was zwingend Wasserstoff als Reaktionsmittel erforderte.
Der Wegwerf-Tank, die Feststoff-Booster, der Wasserstoff (der schwer in einem Tank zu halten ist und aufwändig auf sehr tiefe Temperaturen gekühlt werden muss) – all diese Folgen des Entscheids, den Booster nicht wiederzuverwenden, hatten Kostensteigerungen des Systems zur Folge. Genauso wie bei den oben genannten Anforderungen des Militärs an den Shuttle: sie machten ihn komplexer, teurer und aufwändiger in der Wiederverwendung. Dabei geht es nicht nur um die direkten Kosten dieser Zusatzsysteme. Die gesteigerte Komplexität machte auch viel Spezialistenwissen nötig, führte zu komplizierteren und aufwändigeren Qualitätstests, komplexeren Unfallszenarien, für die man sich entsprechend vorbereiten musste, und so weiter.
Soweit es im Moment scheint, hat SpaceX die Lehren aus dem Scheitern des Space Shuttles gezogen: die drei Hauptprobleme – grosse Flügel, seitliche Montierung und ein Wegwerfbooster – wurden eliminiert. Starship hat nur kleine Stummelflügel, die es braucht, um nach dem Wiedereintritt den Fall zu steuern (wie ein Skydiver, wie es manchmal heisst) und am Ende das Heck des Starships gen Boden zu richten, so dass es auf Raketentriebwerken landen kann. Das Starship sitzt an der Spitze des Boosters, quasi als zweite Stufe. Der Booster (von SpaceX „Super Heavy“ genannt) ist lediglich eine verlängerte Version des Starships selbst, mit mehr Triebwerken, und landet wieder nach gewohnter SpaceX-Manier.
Das Starship verzichtet auch auf Wasserstoff und nutzt stattdessen Methan. Im Gegensatz zum Shuttle, das seine Starttriebwerke (abgesehen von den Feststoff-Boostern) in den Orbit schleppen musste, sitzen beim Starship-System die Starttriebwerke auf dem Booster – das Starship selbst hat nur so viele Triebwerke, wie es optimalerweise braucht. Da das gesamte System damit viel effizienter ist, kann man den Effizienzverlust aus dem Wechsel vom (teuren weil aufwändigen) Wasserstoff auf das (billige und einfach zu handhabende) Methan locker hinnehmen. Zudem lässt sich Methan aus einer Kombination von CO2 und Wasser gewinnen (oder CO2 und mitgebrachtem Wasserstoff), was für ein System, das mal vom Mars aus starten soll, sicher praktisch ist.
Ist das Starship also das perfektionierte Shuttle – so wie es immer hätte sein sollen? Perfektioniert ist sicher übertrieben. Selbst wenn man bei einem „Update“ alle Fehler des alten Systems ausmerzt, ist nicht garantiert, dass dabei keine Fehler übrigbleiben – oder durch die Änderungen gar neue entstehen. So kann man sich z.B. fragen, wie sicher die vertikale Landung für die Besatzung wirklich ist. Bei den bisherigen SpaceX-Landungen kam es in etwa 5 von 6 Versuchen zu einer erfolgreichen Landung (wobei die meisten Unfälle am Anfang der Tests geschahen). Aber selbst bei einer Verbesserung um einen Faktor 10 (also 1 von 60 Versuchen geht schief) wäre die Rate immer noch schlechter als beim Shuttle (2 von 135 = 1 von 67.5 Versuchen ging schief).
Weiter hat der Starship-Booster eine sehr hohe Zahl an („Raptor“) Triebwerken: 37 sollen es sein (und 6 beim Starship selbst). Die letzte Rakete, die so viele Triebwerke auf der ersten Stufe hatte, die sowjetische N-1 (Mondrakte), stürzte vier Mal ab, jedes Mal wegen der ersten Stufe, bevor das Programm aufgegeben wurde. Allerdings hatte die N-1 auch massive Qualitätsprobleme, und SpaceX hat mit der Falcon Heavy (die mit 27 Triebwerken startet, die auf drei parallel geschaltete Booster verteilt sind) gezeigt, dass sie solche Probleme eventuell in den Griff bekommen könnten. Die Ambitionen des Starships jenseits der Erde (Mond, Mars) hängen schliesslich vom Auftanken zwischen Starships im Orbit ab, was in dem Ausmass noch nie demonstriert wurde.
Als Fazit könnte man sagen: das Starship ist eine interessante Neuentwicklung, oder Annäherung an die Idee des komplett wiederverwendbaren Raumfahrzeugs, die sicherlich die allseits bekannten Probleme des letzten Versuchs (dem amerikanischen Space Shuttle und seinem sowjetischen Gegenstück) vermeidet. Das allein ist aber natürlich kein Garant für einen Erfolg des Systems: es bleibt, vor allem in seinen Dimensionen, das wohl ambitionierteste Raumfahrzeug, das je gebaut wurde. Je weiter seine Entwicklung voranschreitet, desto mehr werden sich mögliche Probleme zeigen und die Fähigkeit von SpaceX, flexibel auf solche Probleme zu reagieren, auf die Probe stellen.
Trotzdem: das Starship muss nicht heute oder morgen (oder 2024, wie von Elon Musk ursprünglich als Ziel genannt) Menschen zum Mars bringen. In den nächsten Jahren wird es zunächst darum gehen, das System überhaupt erst zu entwickeln. Kleine Hoppser am Boden, erste höhere Flüge, suborbitale Flüge, Start- und Lande-Tests mit dem gigantischen Booster und schliesslich erste Flüge des Starships in den Erdorbit, Auftankungs-Tests im Orbit, usw. Irgendwann im Verlauf dieser Entwicklung wird Starship auch beginnen, kommerzielle Aufträge zu fliegen (bzw. vom bis dahin laufenden Falcon-System zu übernehmen). Dies werden natürlich Frachtflüge ohne Besatzung sein, z.B. Starlink-Satelliten, von denen das Starship ca. 400 auf einmal transportieren soll.
Bis wirklich zum ersten Mal Menschen damit fliegen, können nach meiner heutigen Einschätzung sicher nochmals zehn Jahre vergehen. Und selbst dann muss sich zuerst zeigen, dass das Starship wirklich extrem günstig und extrem zuverlässig ist, bevor wir verkünden können, dass die Tore des Sonnensystems nun (endlich!) weit offen stehen.
Was meinst du? Nimmt das Starship den Weg des Shuttles – oder wird es der erhoffte Durchbruch sein? Schreib es in die Kommentare!