Mittwoch, 28. September 2016

Das Marsprojekt

Elon Musk verkündet seinen Masterplan für die Besiedlung des Mars. Nach jahrelangen Spekulationen gibt es nun endlich offizielle Informationen.

Musk ist für ehrgeizige Ziele bekannt. Eines davon: die Menschheit zu einer "multiplanetaren Spezies" zu machen, d.h. konkret den Mars zu besiedeln und damit das langfristige Überleben unserer Art zu sichern oder zumindest sehr viel wahrscheinlicher zu machen. Nicht irgendwann in ferner Zukunft, sondern in den nächsten Jahrzehnten.

Frühestens 2025 könnte erstmals eine Crew auf dem Roten Planeten landen, bevor dann in regelmäßigen Abständen (ca. alle zwei Jahre) erst Hunderte und schließlich Tausende Menschen zum Mars geschickt würden. Jeder Aussiedler müsste 100.000 bis 200.000 Dollar für die Reise aufbringen, etwa der Preis eines durchschnittlichen Hauses in den USA. Zu diesen Preisen wäre die Entstehung einer eigenständigen Kolonie praktisch unausweichlich, so Musk. Das (vorläufige) Fernziel: eine Million Menschen auf dem Mars.

 Der Plan im Überblick

Das so genannte Interplanetary Transport System (bislang unter der Bezeichnung Mars Colonial Transport/MCT bekannt), bestehend aus "Booster" (Hauptstufe) und "Ship" (Raumschiff) ist das Kernstück des Plans. Der Booster beschleunigt das Raumschiff, wendet und fliegt zur Startrampe zurück, um dort punktgenau zu landen. Er erfüllt also praktisch die gleiche Aufgabe wie die erste Stufe der Falcon 9. Das Raumschiff fliegt weiter bis in eine niedrige Erdumlaufbahn. Dort wird es von Tankern mit Treibstoff versorgt. Diese Tanker sind abgewandelte Versionen des Raumschiffs, bei denen der gesamte Innenraum für den Transport von Treibstoff genutzt wird (also minus Frachtraum und Wohneinheit).

Raumschiff und Tanker in der Erdumlaufbahn (Bild: SpaceX)

Voll aufgetankt startet das Raumschiff zum Mars. Auf dem Weg dorthin bezieht es seine Energie über entfaltbare Solarpanele. Am Ziel angekommen tritt das Raumschiff in die Marsatmosphäre ein und bremst auf diese Weise ab. Die Landung erfolgt senkrecht mit Hilfe des Raketenantriebs (also ohne Fallschirme). Auf der Oberfläche wird der Treibstoff für den Rückflug aus der Marsatmosphäre gewonnen. Die Energie für diesen Prozess liefert eine größere Solaranlage. Schließlich startet das Raumschiff zur Erde zurück.

Vollständige Wiederverwendbarkeit

Der Schlüssel für möglichst niedrige Missionskosten ist die Wiederverwendbarkeit aller Komponenten. Da das Raumschiff nur alle 26 Monate zum Einsatz kommen kann (Startfenster Erde-Mars öffnet sich in diesem Abstand) kann es über eine Lebensdauer von vielleicht 30 Jahren nur etwa ein Dutzend Mal wiederverwendet werden. Umso wichtiger ist es daher, dass es bei jedem dieser Flüge ein Maximum an Nutzlast zum Mars befördert. Ermöglicht wird das durch die Betankung im Orbit, welche auch eine maximale Nutzung/Wiederverwendung von Boostern und Tankern garantiert: Für die Booster plant SpaceX eine tausendfache Wiederverwendbarkeit (!).

Wie realistisch diese Kostenschätzung und die zugrundeliegenden Annahmen sind muss die Zeit zeigen (Bild: SpaceX)


Der Interplanetare Transporter

Das ITS/Interplanetary Transport System ist von seinen Dimensionen her ein wahres Monster: 122 Meter hoch, maximal 17 Meter breit, mit einer Starmasse von 10.500 Tonnen. Es übertrifft die Saturn V-Mondrakete, insbesondere was die Nutzlastkapazität angeht, bei weitem. Unglaubliche 300 Tonnen soll das ITS in eine Erdumlaufbahn befördern können (Saturn V: 135 Tonnen), voll wiederverwendbar wohl gemerkt. Würde man es als Einweg-Rakete (wie die Saturn) nutzen, wären sogar 550 Tonnen möglich. Das sind Zahlen, die so seit den kühnsten Prognosen in der Planungsphase des Apollo-Programms nicht mehr diskutiert wurden.

Das ITS verdeutlich einen Grundsatz des Raketenbaus: je größer, desto effizienter (Bild: SpaceX)

Herzstück des ITS ist das Raptor-Triebwerk: Dieser Raketenantrieb befindet sich derzeit in der Entwicklung, gerade erst gab es die erste Testzündung. 42 (!) Exemplare davon - kreisförmig am Heck des Boosters montiert - werden den Koloss von der Startrampe heben, weitere neun bilden den Antrieb des Raumschiffs.
Raptor wird in etwas so groß sein wie das Merlin-Triebwerk der Falcon 9, dabei aber dreimal so viel Schub produzieren. Möglich wird das durch den enorm hohen Brennkammerdruck von 300 bar. Raptor nutzt einen so genannten full-flow staged combustion cycle. Klingt kompliziert, ist es auch: Nur zwei andere Triebwerks-Prototypen, die nach disem Prinzip operieren, wurden jemals getestet. Im Grunde geht es darum, dass der mitgeführte Treibstoff zu 100% in die Brennkammer gelangt und somit so effizient wie möglich genutzt wird.
Sollte die Entwicklung erfolgreich verlaufen wird Raptor am Ende etwa so aussehen:

Mit einem spezifischen Impuls von 382 s (im Vakuum) wird Raptor zu den effizientesten Antrieben gehören (Bild: SpaceX)

Das ITS wird nahezu vollständig aus Kohlefaser gefertigt werden, auch das ein Novum. Bisher wurden höchstens einzelne Komponenten von Trägerraketen aus diesem Material hergestellt. SpaceX scheint dabei schon beachtliche Fortschritte erzielt zu haben: Musk zeigte ein Bild von einem Prototypen für die riesigen Tanks des ITS.



Wie geht es weiter?

Was also klingt wie Science Fiction, kann nach der heutigen Präsentation durchaus ernst genommen werden. Hier wurde ein Plan vorgestellt, der konkreter, detailierter und natürlich ambitionierter war, als alles, was man je von der NASA öffentlich zu dem Thema gehört hat.
SpaceX ist schon seit einiger Zeit dabei, den Markt für kommerzielle Satellitenstarts aufzumischen. Erst belächelt, ist das Unternehmen heute der schärfste Konkurrent von alteingesessenen Industriegrößen wie ULA, Arianespace/ASL und ILS und hat dafür gesorgt, dass neue Raketenprojekte von diesen erst angestoßen wurden (Vulcan, Ariane 6).
SpaceX versorgt die Internationale Raumstation mit Fracht und wird in ein bis zwei Jahren auch bemannte Flüge dorthin durchführen.
In anbetracht dieser Erfolge wird SpaceX zwar mittlerweile wohl von niemandem mehr belächelt. Allerdings dürften die heute vorgestellten Pläne für so manchen schwer zu schlucken sein, scheinen sie doch geradezu aus einem Paralleluniversum zu stammen. Wenn Musk davon spricht, dass ihm eine Flotte von 1000 Schiffen vorschwebt, die gemeinsam zum Mars aufbricht ("wie bei Battlestar Galactica") scheint das Lichtjahre entfernt von den trockenen Kosten-Nutzen-Analysen der klassischen Anbieter. Der SpaceX-Chef sagte dann heute auch ganz klar, dass er nur dann eine Zukunft für die Menschheit im All sieht, wenn es eine starke ideologische Motivation gibt, dies zu verwirklichen.

Im Schlussteil der Präsentation wurde es visionär: Das ITS könnte theoretisch das gesamte Sonnensystem erschließen (Bild: SpaceX)

Daneben wird aber natürlich der finanzielle Aspekt entscheidend sein: Auf einer Pressekonferenz nach der Veranstaltung sagte Musk, dass er bereits die NASA vorab informiert habe und dass eine Zusammenarbeit mit der Raumfahrtbehörde eine "gute Sache" wäre. Auf das Internet-Satellitenprojekt von SpaceX angesprochen bestätigte er dieses Vorhaben und seine mögliche Rolle bei der Finanzierung des Marsplans, ging aber nicht weiter darauf ein.
Letzlich hofft Musk wohl darauf, dass, wenn er nur mit gutem Beispiel vorangeht und weiter Erfolge produziert, er mehr und mehr Unterstützung von privater und staatlicher Seite erhalten wird. Zu wünschen wäre es ihm und seinem Team.


Dienstag, 27. September 2016

SpaceX Interplanetary Transport System

Wer sich nicht mehr bis zu Elon Musks Präsentation gedulden möchte, dem kann geholfen werden: Das offizielle Video von SpaceX zum lang erwarteten Plan für eine bemannte Marsmission ist bereits online. Das Ganze als ehrgeizig zu bezeichnen wäre noch stark untertrieben:


Ausführlicher Bericht folgt nach Musks Vortrag heute abend.


Montag, 26. September 2016

Raptor: Erste Testzündung

SpaceX kommt mit der Entwicklung seines methangetriebenen Raptor-Antriebs offenbar voran. Elon Musk twitterte ein Bild vom ersten Test mit einem Prototypen:

Soll einmal die Marsrakete von SpaceX ins All befördern: Raptor auf dem Teststand (Bild:SpaceX)

Am Ende der Entwicklung soll das Triebwerk einmal folgende Leistungswerte erreichen: 
Isp: 382 Sekunden, Schub: 3 MN/310 Tonnen, 300 bar (!) Brennkammerdruck 

Damit wäre Raptor effizienter als jedes Kerosin-Triebwerk und würde den bislang höchsten Brennkammerdruck erreichen. Schubmäßig ordnet es sich zwischen dem Shuttle-Triebwerk SSME (ca. 2 MN) und dem F-1 der Saturn V (ca. 7 MN) ein.

Es wird spekuliert, dass ca. 30 Raptoren die Haupstufe von SpaceX' geplanter Marsrakete antreiben werden. Morgen wissen wir mehr: Um 20:30 Uhr unserer Zeit wird Musk seine Pläne endlich offiziell vorstellen (s. vorangegangener Post).


Samstag, 24. September 2016

Countdown läuft: In drei Tagen präsentiert Elon Musk seinen Plan für eine bemannte Marsmission

SpaceX hat schon mal die Seite für den Webstream des Events online gestellt:

http://www.spacex.com/mars

Zur Erinnerung: Am 27. September wird SpaceX-Chef Musk offiziell seine Pläne für den Aufbau einer Marskolonie der Öffentlichkeit präsentieren, auf dem International Astronautical Congress (IAC) in Guadalajara, Mexiko.




Wahrscheinliche Ursache für SpaceX-Unglück gefunden

Laut einer offiziellen Mitteilung von SpaceX steht die wahrscheinliche Ursache für die Explosion auf der Startrampe am 1. September fest: Demnach handelt es sich um ein Problem an Bord der zweiten Stufe, äußere Faktoren scheiden somit aus.

Ein "großer Durchbruch" ("large breach") im kryogenen Heliumsystem sei der Grund für den Unfall. Im Klartext bedeutet das wohl, dass ein so genanntes Composite Overwrapped Pressure Vessel (COPV), ein Druckbehälter, in dem flüssiges Helium aufbewahrt wird, in die Brüche gegangen ist. Das Helium wird für den Druckaufbau in den Treibstofftanks benötigt.

Auch bei der CRS-7-Mission 2015 nahm das Unglück in der zweiten Stufe seinen Lauf: Hier war ein minderwertiges Bauteil zur Befestigung eines eben solchen COPV die Ursache.

Innenansicht eines LOX-Tanks: Bei den beiden dunklen Strukturen am unteren Bildrand handelt es sich um COPVs (Bild: SpaceX)

Das Ganze muss sich extrem schnell abgespielt haben: von den ersten Anzeichen einer Anomalie bis zum Abriss des Datenstroms dauerte es weniger als eine Zehntelsekunde.

Glücklicherweise scheint sich der Schaden an der Infrastruktur von Startrampe LC-40 in Grenzen zu halten. Die Betankungsanlagen sind beispielsweise größtenteils intakt.

SpaceX arbeitet weiter daran, LC-39A (die ehemalige Startrampe des eingestellten Shuttle-Programms) einsatzbereit zu machen und hofft auf die Wiederaufnahme des Flugbetriebs frühestens im November.


Freitag, 16. September 2016

Blue Origin enthüllt Pläne für orbitale Trägerrakete

Das Raumfahrtunternehmen von Amazon-Gründer Jeff Bezos gibt einen Einblick in seine Pläne für die nächsten Jahre.

Bis Ende des Jahrzehnts (also bis Ende 2020) will Blue Origin mit Konkurrent SpaceX gleichziehen und eine orbitale Trägerrakete starten, deren erste Stufe wiederverwendbar sein soll (wie die der Falcon 9). Die  "New Glenn" getaufte Rakete (zu Ehren des Astronauten John Glenn, erster US-Amerikaner im Erdorbit) wird in der zweistufigen Basisvariante ca. 80 Meter hoch sein, die erste Stufe einen Durchmesser von gut sieben Metern haben. Damit übertrifft sie in ihren Dimensionen alle derzeit exisitierenden Trägersysteme, sogar Schwergewichte wie die Delta IV oder die europäische Ariane V, und kommt der Saturn-Mondrakete nahe:


Amazon-Chef Bezos machte die Ankündigung in einer E-Mail-Mitteilung. Demnach wird bereits seit vier jahren an der neuen Riesenrakete gearbeitet, die sowohl für den kommerziellen Satellitentransport als auch für bemannte Missionen zum Einsatz kommen soll.
Insgesamt acht BE-4-Triebwerke werden die Rakete ins All befördern, sieben für die erste Stufe, eine vakuumoptimierte Version für die zweite Stufe. Das BE-4-Triebwerk verbrennt flüssiges Methan mit flüssigem Sauerstoff, ähnlich dem Raptor-Antrieb von SpaceX, der ebenfalls noch in der Entwicklungsphase ist.
Für Missionen, die besonders hohe Endgeschwindigkeiten erfordern, soll es eine dreistufige Variante von "New Glenn" geben. Die dritte Stufe soll eine modifizierte Version des bereits existierenden BE-3 Triebwerks nutzen (Flüssigsauerstoff + Flüssigwasserstoff - hoher spezifischer Impuls). Die dreistufige "New Glenn" wäre sogar über 95 Meter hoch.

So beeindruckend das auch scheint: Sowohl Blue Origin als auch SpaceX haben konkrete Pläne für noch deutlich größere Trägerraketen. SpaceX arbeitet bekanntlich an seiner BFR (Big F*cking/Falcon Rocket) für bemannte Marsmissionen und Bezos schließt seine Nachricht mit der beiläufigen Bemerkung, dass man eine Rakete namens "New Armstrong" bereits als nächsten Schritt auf dem Reißbrett habe.

Donnerstag, 15. September 2016

Falcon Update

Anfang dieses Monats explodierte eine Falcon 9 bei einem Test auf der Startrampe. Bei SpaceX hofft man weiterhin, noch in diesem Jahr erneut starten zu können.

  • Gwynne Shotwell, Präsidentin und Chief Operating Officer (Geschäftsführerin) von SpaceX und gewissermaßen Elon Musks rechte Hand, sagte am Dienstag, dass man frühestens im November den Flugbetrieb wieder aufnehmen werde. Der Grund für die Explosion sei weiterhin unbekannt. Vor allem ist nicht klar, ob das Problem bei der Rakete liegt, oder ob äußere Faktoren am Boden ursächlich waren.
  • Der Satellitenbetreiber SES (mit Sitz in Luxemburg) hat SpaceX den Rücken gestärkt und bleibt bei seiner Abmachung für den ersten Start mit einer bereits geflogenen Falcon 9. Diese Mission war für Ende Oktober geplant, muss nach dem Unfall aber natürlich verschoben werden.
  • Der Schwerlastträger Falcon Heavy wird dieses Jahr definitiv nicht mehr zu seinem Jungfernflug abheben; als Startdatum wird nun das erste Quartal 2017 angepeilt.

Das Unglück am 1. September. Es gab keine Toten oder Verletzten. (Quelle: USLaunchReport.com)