Raketen sind heute das mit Abstand größte und teuerste Wegwerfprodukt der Welt. Das ist ein Zustand, den man praktisch von Anfang an ändern wollte. Über die Jahre gab es eine ganze Reihe Vorschläge und Konzepte, aber keines war so fatal für die Idee der wiederverwendbaren Raketen, wie das Space Shuttle.

Aber beginnen wir von vorn. Eine normale Rakete wird grundsätzlich so leicht wie möglich gebaut, um die Nutzlast zu maximieren. Wenn man eine Rakete wiederverwenden will, dann wird man auf die eine oder andere Weise mehr Gewicht brauchen als sonst. Wer meinen Artikel über Raketenstufen gelesen hat, weiß wo man das am besten tun sollte. Nämlich möglichst weit unten. Zusätzliches Gewicht in den unteren Stufen fällt durch die Stufentrennung weiter oben im wahrsten Sinn des Wortes, nicht mehr so sehr ins Gewicht.

Die untere Stufe hat noch einen Vorteil bei der Wiederverwendung: Sie ist die langsamste. Die Geschwindigkeit ist je nach Rakete unterschiedlich, aber typische Werte sind grob 2-3km/s (6-10fache Schallgeschwindigkeit). Die dabei wirkenden Kräfte sind recht groß und die Wände der Rakete heizen sich auch etwas auf. Aber das ist nichts im Vergleich zu den enormen Geschwindigkeiten der 2. oder 3. Stufe. Noch dazu kommt, dass die erste Stufe die bei weitem größte ist und den meisten Schub liefern muss. Deswegen ist sie im allgemeinen auch der teuerste Teil der Rakete.

Daher kommen auch die vielen Konzepte für Starts von einem Trägerflugzeug. Das Flugzeug stellt eine (relativ schlechte) erste Stufe dar, die wiederverwendbar ist und immerhin die Nutzlast der restlichen Rakete verdoppeln kann.

Will man die zweite Stufe in einem Stück zurück haben, braucht die einen genauso guten, schweren und aufwändigen Hitzeschutz, wie ein Raumschiff. Aber jedes zusätzliche Kilogramm Gewicht der zweiten Stufe ist ein Kilogramm weniger Nutzlast (in einer zweistufigen Rakete). Wenn man nun vor hat durch Wiederverwendung von Raketenteilen Geld einzusparen, dann ist die zweite Stufe der falsche Ort um damit anzufangen.

Das Space Shuttle

Das Space Shuttle ist die zweite Stufe einer Rakete und das war nicht der einzige Fehler. Ein volles Space Shuttle mit Nutzlast und Treibstoff für die Manövriertriebwerke wog auf der Startrampe etwa 120 Tonnen. Das ist so viel, wie eine leere Boeing 787. Etwa 20 Tonnen davon sind Treibstoff, weitere 20 Tonnen sind Nutzlast, die restlichen 80 Tonnen waren das SpaceShuttle selbst.

Es nützt wenig, wenn man dieses Ding dann wieder zurück am Boden hat, denn der Aufwand es erst einmal in den Orbit zu bringen ist riesig und der Nutzen ist klein. Es wurden $200 Mrd für 135 Flüge ausgegeben. Es war ein derart mieses Beispiel, dass es über Jahrzehnte Investoren und Regierungen verschreckt hat, Pläne für die Wiederverwendbarkeit von Raketen zu finanzieren.

Dabei ist der Preis noch vertretbar, wenn man nur die Masse anschaut die in den Orbit gebracht wurde. Pro Flug 100 Tonnen in eine niedrige Umlaufbahn. Das macht $15mio pro Tonne. Eine Delta II von 1987 hätte 6 Tonnen für (inflationsbereinigt) $108mio in den Orbit gebracht – oder $18mio pro Tonne. (*) Sicher kein Preisbrecher, aber auch nicht übertrieben teuer. Bis man bedenkt, dass nur maximal 20% davon Nutzlast sind. (Tatsächlich war der Durchschnitt etwa 10-11 Tonnen Nutzlast pro Flug.) Dabei wurde das Space Shuttle als die billige Alternative zu allen anderen Raketen angepriesen.

(*) Wenn man der Wikipedia trauen darf. Ich fand mehrere leicht widersprüche Angaben, die aber alle halbwegs ähnliche Werte liefern.

Anstatt die teure erste Stufe wiederzuverwenden, glaubte man beim Shuttle einen besseren Weg gefunden zu haben. Man baut eine möglichst einfache, billige erste Stufe (die Feststoffbooster) und eine extrem effiziente zweite Stufe, die dann so teuer und komplex sein kann wie sie will. Schließlich kommt sie immer wieder in einem Stück zurück. Das Problem ist nur, dass eine möglichst billige erste Stufe immernoch sehr teuer ist.

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Kommentare (17)

  1. #1 Luk
    17. Juni 2015

    Blöd nur das die Rückkehrfähigkeit Treibstoff braucht um zurück zu fliegen und zu landen.
    Das reduziert die Nutzlast deutlich. ( https://www.bernd-leitenberger.de/blog/2015/01/19/nachlese-crs-5-landungsversuch/ )
    Wohingegen das reine abtrennen der Triebwerke => Fallschirm wesentlich einfacher, und erprobt ist. ( https://www.bernd-leitenberger.de/blog/2015/04/17/neues-von-ula-stratolaunch-und-spacex/ abschnitt 2)

    Was ich persönlich nicht verstehe warum das Unternehmen die Landung nicht hin bekommt. Sogar die Amateure von Armadillo Aerospace waren in der Lage senkrecht zu starten und zu landen. Wieso bei SpaceX die Rakete so schräg und schnell unten ankommt…

    • #2 wasgeht
      17. Juni 2015

      Der Grasshopper ist mehrfach geflogen und sicher gelandet, genauso wie Armadillos Morpheus.

      Ein richtiger Raketenstart ist eine ganz andere Nummer – der Flug ist länger, die Kräfte sind größer. Deswegen brauchte man die Gitterflossen und dabei hatte man sich verschätzt, wie oft die bewegt werden müssen. Deswegen blieben sie in einer Stellung stecken. Beim zweiten Landeversuch hatte man einfach Pech mit dem Ventil. Bei einem normalen Flug ist das kein Problem, weil der Schub nicht auf Sekundenbruchteile genau gesteuert werden muss. Erst bei der Landung wird sowas kritisch.

      Triebwerke abtrennen, mit Fallschirm abbremsen und dann 6-7Tonnen Zeug mit Helikopter aus der Luft zu pflücken, hört sich für mich weder erprobt noch sicher an. Und ja, mit Kapseln aus Spionagesatelliten hat man das schon getan, aber die wogen einen Bruchteil, Kosten waren egal und mit der Sicherheit hatte man es zu der Zeit auch noch nicht so. Den Helikopter will ich jedenfalls nicht fliegen und auch nicht mit fliegen.

  2. #3 werner
    17. Juni 2015

    Bargen sind laut Wikipedia auch als (See-)Leichter zu bezeichnen. Ich kenne auch nichts Besseres. Schwimmponton evtl.

    • #4 rolak
      18. Juni 2015

      Bloß sind halt Leichter, Lastkähne und Schuten im Gegensatz zu den Landeplattformen antriebslose Schiffe, werner.

      Da kommt ‘Lastschiff’ der Sache bisher schon am nächsten.

      • #5 wasgeht
        18. Juni 2015

        Aber das ist genau der Punkt. Eine “Barge” ist antriebslos, man hat nur ein paar Antriebe hinzugefügt.

      • #6 rolak
        19. Juni 2015

        Eine “Barge” ist antriebslos

        Mitnichten, wasgeht, der englische Begriff beschreibt die Schiffsform, nicht den Antrieb und umfaßt somit im Gegensatz zu allen mir geläufigen deutschen beides, mit und ohne EigenAntrieb. Oder wie ENwiki es formuliert:

        Some barges are not self-propelled and need to be towed or pushed by towboats

  3. #7 PDDOW
    17. Juni 2015

    Ich finde es faszinierend, wie viel ,„Bumms“ da noch in der Stufe steckte – kurz nach der Landung im zweiten Video.
    Sehr interessantes Thema.
    Gute Nacht!

  4. #8 Ludger
    17. Juni 2015

    Zum Thema ” Space Shuttle”: Das Ding war schon sehr teuer.Es hatte aber einzigartige Fähigkeiten. Man konnte damit Satelliten einfangen und reparieren, z.B. das Hubble-Teleskop. Das ist jetzt passé.

    • #9 wasgeht
      17. Juni 2015

      Für 1,5 Milliarden pro Flug hätte man auch jeweils ein neues Hubble bauen und starten können …

  5. #10 Ludger
    18. Juni 2015

    Wer weiß, was die noch alles einfangen wollten!

  6. #11 wereatheist
    19. Juni 2015

    Nachdem wir schon ‘Leichter’ und ‘Schuten’ hatten (/usr/bin/ding empfiehlt mir ‘Schute’), pack ich jetzt noch den ‘Prahm’ dazu, der mir bei so flachen, viereckigen Wasserfahrzeugen tendenziell einfällt.

  7. #12 Alderamin
    19. Juni 2015

    Wenn ich nicht weiß, wie der deutsche Fachbegriff für einen englischen Terminus ist, schau ich im allgemeinen nicht bei Leo nach, sondern gebe den englischen Begriff in der englischen Wikipedia ein, und schaue dann, ob da auch eine deutsche Version verlinkt ist. Und siehe da: Leichter, Ponton, Barge, Schuten, Prahm, alles da. “Seeleichter” wäre anscheinend am passendsten für die “Just Read the Instructions”. “Barge” (deutsch ausgesprochen, nehme ich an?) geht aber auch.

    • #13 wasgeht
      19. Juni 2015

      Das Problem ist einfach, dass Ponton die Sache nicht wirklich trifft und der Rest nicht wirklich Teil des allgemeinen deutschen Sprachgebrauchs ist. – Im Gegensatz zu “Barge” im Englischen. Im Deutschen spricht man gerne von Frachter oder Schubverband, macht um das, was der Schubverband so vor sich her schiebt, aber immer einen verbalen Bogen.

  8. #14 Alderamin
    19. Juni 2015

    @Frank

    Wie wär’s dann mit “Autonomes Weltraumhafen-Drohnen-Schiff”? :-)
    So heißt das Ding ja zu Hause, Autonomous Spaceport Drone Ship, ASDS.

    Offenbar gibt’s einfach keinen griffigen, hinreichend verbreiteten deutschen Begriff für “Seeleichter” (so wie es keinen für den “bulge” einer Galaxie gibt). Dann halt “Barge”. Die Nerds wissen ohnehin bescheid, die anderen sollen Fachtermini pauken :-)

    Es gibt übrigens schon ein drittes, las ich eben.

    Die “Just Read the Instructions” wurde stillgelegt. Das zweite, die “Of Course I Still Love You” soll anscheinend Stufen bei Starts von Vandenberg aus im Pazifik auffischen, während das dritte ASDS noch keinen Namen hat (hier werden Vorschläge diskutiert :-) ) und Ende Juni den nächsten Start zur ISS begleiten soll.

    Dann, wenn’s (voraussichtlich) klappt, bin ich natürlich im Urlaub unterwegs… Twitter werde ich wohl auf dem Handy verfolgen, den NASA-/Space-X-Video-Livestream eher nicht.

  9. #15 rolak
    19. Juni 2015

    moin Alderamin, wie oben schon erwähnt, ist es uninteressant, einen anderen Begriff für ‘Seeleichter’ zu suchen, da dies in diesem speziellen Falle die falsche (bzw unpassende) Übersetzung, die falsche Wahl aus semantic-span(‘barge’) wäre.
    Somit plädiere ich weiterhin für das schon im post verwendete ‘Lastschiff’ – da kann sich doch sicher jeder Mensch etwas drunter vorstellen. Zumindest, wenn ihm die Konzepte ‘Last’ und ‘Schiff’ geläufig sind ;-)

  10. #16 Alderamin
    19. Juni 2015

    @rolak

    Da bin ich aber bei Frank. Die ASDSen haben (im Gegensatz zur Barge an sich) wirklich keinen richtigen Antrieb, die werden von der Elsbeth III bzw. Rhea geschleppt und können im wesentlichen nur ihre Position halten. Ein “Lastschiff” klingt eher nach etwas selbst von A nach B fahrendem. “schwimmende Lastplattform” oder “schwimmende Landeplattform” träfe es eher.

    Na ja, eigentlich ist’s mir egal, wie man die Dinger nennt, Hauptsache, man weiß, worum es geht. Die um die es hier geht sind in ihrer Funktion ohnehin eine Klasse für sich (weswegen ein eigener Name gar nicht so schlecht wäre). Über Bezeichnungen lässt sich natürlich vortrefflich streitendiskutieren. Will ich aber hier nicht weiter tun, ist auch etwas OT.

  11. #17 rolak
    19. Juni 2015

    egal, wie man die Dinger

    Wohl wahr, Alderamin, war auch nur formal, da eine griffige (und sicherlich auch gültige) Übersetzung gesucht wurde. Deine beiden Neuvorschläge finde ich übrigens bisher am treffendsten – nur griffig, griffig sind sie leider nicht.