Die Bedeutung wiederverwendbarer Raketen für die Raumfahrt

Als Vorbereitung zur Marsmission, beschäftige ich mich in diesem Artikel mit der Wiederverwendung von Raketen. Bislang werden meist Einwegraketen gebaut, bei denen die Raketenstufen nach ihrer Abstoßung vom eigentlichen Raumschiff auf die Erde zurückfallen. Dabei verglüht ein Großteil der Antriebsstufe und der Rest versinkt im Meer. Dadurch ist nichts recycelbar und für den nächsten Raketenstart muss eine neue Raketen gebaut werden.

In den letzten Jahren haben sich besonders die privaten Raumfahrtsunternehmen SpaceX gegründet von Elon Musk und Blue Origin von Jeff Bezos mit der Entwicklung von wiederverwendbaren Raketen beschäftigt. Dabei sollen die ersten Antriebsstufen kontrolliert zur Erde fliegen und sicher landen, sodass sie bei künftigen Starts wiederverwendet werden können.

Dem Unternehmen SpaceX ist dies bereits mehrfach gelungen. Zuletzt konnte am 4. Mai 2019 die erste Antriebsstufe der Mission CRS-17 auf einem Drohnenschiff im Atlantischen Ozean erfolgreich gelandet werden. [1]

 

Was kostet ein Raketenstart?

Die Motivation wiederverwendbare Raketen zu bauen ist ökonomischen Ursprungs. Durch die erneute Nutzung und damit wegfallende Notwendigkeit jedes Mal neue Raketen bauen zu müssen, sollen die Kosten einzelner Starts erheblich gesenkt werden. Doch wie hoch sind die Einsparnisse wirklich?

Es erscheint nur logisch, dass die Kosten sinken, wenn die Raketen mehrmals verwendet werden können. Doch so ganz einfach ist die Rechnung nicht, denn die Wiederverwendbarkeit erhöht die Komplexität der Rakete. Als Folge steigt auch der Preis einer einzelnen Rakete. Das betrifft sowohl den Bau dieser als auch die Erforschung und Weiterentwicklung. Laut Musk, hat allein SpaceX bis Mai 2017 mehr als 1 Milliarde US-Dollar in entsprechende Technologien investiert.[2] Das inkludiert noch nicht die Kosten der Aufbereitung einer gelandeten Raketenstufe, die wiedergestartet werden soll. Nach jeder Rückkehr muss die gesamte Rakete auf Schäden überprüft und gegebenfalls repariert werden. Das betrifft besonders alle 35.000 Hitzeschutzkacheln, die die Rakete vor dem Verglühen beim Eintritt in die Erdatmosphäre bewahren.[2] So zieht jede Rakete auch nach Fertigstellung Kosten nach sich, die nicht vernachlässigt werden dürfen.

SpaceX ist dennoch überzeugt die Kosten eines Starts in Zukunft auf 700.000 US-Dollar zu senken.[3]

Im Vergleich dazu gibt Roger D. Martin eine Summe von durchschnittlich 150 Millionen US-Dollar pro Raketenstart von NASA-Missionen an.[3] Dies erscheint im Vergleich unglaublich teuer, wird jedoch nachvollziehbarer bei einem Preis von 20 Millionen US-Dollar für ein einzelnes Raketentriebwerk.[2]

Der Unterschied zwischen aktuellen NASA-Starts und SpaceX Ziel ist nicht allein durch die Wiederverwendbarkeit erklärbar. SpaceX hat abseits dieser, weitere neue Raketentechnologien entwickelt, die die Kosten senken.[2]

 

Wie viel Geld wird durch Wiederverwendbarkeit gespart?

Das Ziel von SpaceX ist es, die Raketenstufen mindestens 10-mal wiederzuverwenden, bevor sie außer Dienst gestellt werden. So können laut der Präsidentin von SpaceX Gwynne Shotwell, erneut genutzte Raketenstufen die Kosten, um eine gewisse Menge Nutzlast ins All zu befördern, um bis zu 30 Prozent senken.[2]

Tory Bruno, Präsident der United Launch Alliance, sieht solche Zahlen kritisch und schätzt die Einsparungen auf maximal 10 Prozent.[2] Das exakte Potenzial ist nicht absehbar und wird die Zukunft zeigen. Schließlich ist die Existenz dieses Vorteils unumstritten. Daher denke ich, wird in den nächsten Jahren die wiederverwendbare Rakete zum Standard in der Raumfahrt werden.

 

Gewährleistung der Sicherheit

Ein wichtiges Kriterium bei der Verwendung von bereits genutzten Raketen ist die Sicherheit dieser. Im Falle eines technischen Versagens beläuft der sich Verlust nicht nur auf großen materiellen Wert, sondern bei bemannten Missionen auch menschliche Leben. Dieses Risiko muss sowohl von Ingenieuren und Managern getragen als auch von den beteiligten Astronauten und deren Angehörige akzeptiert werden.

 

Zum Schluss möchte ich auf einen letzte Überlegung verweisen, die auch Roger D. Martin in seiner Schrift vornimmt.[3] Man stelle sich vor, die NASA und weitere Raumfahrtbehörden, hätten das Konzept der Wiederverwendbarkeit von Anfang an konsequent in der Raumfahrt implementiert. Das hätte vermutlich viel Geld, aber auch Zeit gespart. Denn es hätten mit gleichem Budget mehr Starts geben können, die mehr Informationen über das All und die Himmelskörper hätten liefern können. Dies sind nur Spekulationen und auch lässt sich die Vergangenheit nicht verändern. Trotzdem zeigt dies aus in Meinung recht deutlich welchen Einfluss wiederverwendbare Raketen für die Raumfahrt haben und haben werden.

 

Quellen
[2] Moskvitch, K. (2017): „RECYCLING ROCKETS: The future of space travel“ in „Professional Engineering“ Vol. 30, Nr. 5, S. 38-42
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