Starship und Super Heavy: Das marskolonisierende Transportsystem von SpaceX

Eine Luftaufnahme von SpaceX

Eine Luftaufnahme des Starship Mk1-Prototyps von SpaceX, gesehen während des Starship-Updates von Elon Musk in Südtexas am 28. September 2019. (Bildnachweis: SpaceX)



Starship und Super Heavy sind die größten und wichtigsten Teile von Elon Musks großer Plan für SpaceX , seine private Raumfahrtfirma.



Musk hat wiederholt betont, dass er SpaceX im Jahr 2002 in erster Linie gegründet hat, um der Menschheit bei der Kolonisierung des Mars zu helfen. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir zu einer multiplanetaren Spezies werden, sagte der milliardenschwere Unternehmer und zitierte sowohl die stark reduzierte Wahrscheinlichkeit des Aussterbens als auch den Nervenkitzel, den eine sinnvolle Weltraumforschung Milliarden von Menschen auf der ganzen Welt bieten wird.

SpaceX versucht nun aktiv, diesen Science-Fiction-Traum wahr werden zu lassen. Das Unternehmen entwickelt ein 100-Personen-Raumschiff namens Starship und eine riesige Rakete namens Super Heavy, die zusammen das Transportsystem bilden, von dem Musk glaubt, dass es die Besiedlung des Mars endlich in Reichweite bringen wird.



'Dies ist der schnellste Weg zu einer sich selbst erhaltenden Stadt auf dem Mars', sagte Musk im September 2019 während eines Webcast-Updates über die Starship-Super Heavy-Architektur.

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Die ursprüngliche Vision

Diese Updates sind zu einer mit Spannung erwarteten jährlichen Tradition geworden; Musk hat seit 2016 jedes Jahr im September einen gegeben.



Während dieser ersten Präsentation legte er die Grundidee dar: Ein großes Raumschiff und eine riesige Rakete, die beide vollständig und schnell wiederverwendbar sein werden. Die Rakete wird die Raumsonde in die Erdumlaufbahn bringen und dann für eine vertikale, propulsive Landung zur Erde zurückkehren.

Das Raumschiff wird unterdessen seinen eigenen Weg von der Erdumlaufbahn zum Mars (oder zum Mond oder zu jedem anderen gewünschten Zielort) finden. Das Raumfahrzeug wird auf solchen außerirdischen Welten aufsetzen und auch von diesen abheben, ohne dass zusätzliche Landungs- oder Aufstiegsfahrzeuge erforderlich sind. (Die separate Rakete wird nur benötigt, um aus der erheblichen Schwerkraft der Erde herauszukommen.)

Die Betankung des Schiffes außerhalb der Erde ist daher der Schlüssel zu Musks Vision. Zum Beispiel müssen Raumschiffe, die vom Mars oder dem Mond nach Hause kommen, auf diesen Welten mit lokal produziertem Treibstoff aufgeladen werden.



2016 nannte Musk diese Architektur das Interplanetare Transportsystem (ITS). Der Name war neu, da der Milliardär zuvor sein vorgestelltes Konzept (wenn auch viel vage) als Mars Colonial Transporter bezeichnet hatte.

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Die ITS-Architektur soll nicht Mars-spezifisch sein; Das System könnte helfen, eine Basis auf dem Mond zu errichten, sagte Musk.(Bildnachweis: SpaceX)

Gestapelt wird der ITS 122 Meter hoch stehen, sagte Musk damals. Die Rakete wird den größten Teil dieser Höhe beisteuern und misst 254 Fuß (77 m) hoch zu den 162 Fuß (49 m) des Schiffes. Während des Stapelns wird es eine gewisse Überlappung der beiden Fahrzeuge geben, was erklärt, warum die Gesamthöhe nicht 416 Fuß beträgt.

Beide Fahrzeuge werden von SpaceXs Raptor-Motor der nächsten Generation angetrieben, der leistungsstärker ist als der Merlin, der die des Unternehmens antreibt Falke 9 und Falcon Heavy-Raketen. Das ITS-Schiff wird neun Raptoren tragen und der 12 m breite Booster wird satte 42 aufweisen, wodurch die Rakete beim Start 13.033 Tonnen Schub erzeugen kann – 3,6-mal mehr als Saturn-V-Mondrakete der NASA generieren konnte, sagte Musk. (Zum Vergleich hat der Falcon 9 neun Triebwerke der ersten Stufe und der Falcon Heavy 27.)

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Und es wird nicht nur ein ITS-Schiff und Booster geben. Der ultimative Plan sieht vor, alle 26 Monate 1.000 oder mehr bevölkerte Raumschiffe zum Mars zu schicken, um innerhalb von 50 bis 100 Jahren eine Millionenstadt auf dem Roten Planeten zu errichten, sagte Musk. (Erde und Mars sind nur alle 26 Monate für interplanetare Missionen günstig ausgerichtet.)

Musk hat keine Pläne für den Bau dieser Stadt entworfen. Das werde organisch geschehen, wenn immer mehr Menschen auf dem Mars ankommen, sagte er und verglich den ITS mit der transkontinentalen Eisenbahn, die im 19.

Und diese Pioniere werden nicht nur die Superreichen sein, wenn alles nach Plan läuft. Die Wiederverwendbarkeit des ITS könnte schließlich den Preis einer Marsreise so weit senken, dass sie für eine große Anzahl von Menschen erschwinglich ist, sagte Musk.

'Die Architektur ermöglicht Kosten pro Ticket von weniger als 200.000 US-Dollar', sagte Musk während der Präsentation 2016. 'Wir gehen davon aus, dass die Kosten für die Reise zum Mars letztendlich unter 100.000 US-Dollar sinken könnten.'

Design-Optimierungen

Diese Gesamtvision hat sich in den letzten drei Jahren gehalten, aber Musk hat das Design und den Namen des Systems wiederholt optimiert.

2017 gab er beispielsweise bekannt, dass ITS nun BFR sei, was für „Big Falcon Rocket“ (oder „Big F***ing Rocket“ stand; SpaceX-Vertreter haben sich auf beide Varianten berufen). Der BFR war kürzer, schlanker und weniger leistungsstark als sein Vorgänger, maß 348 Fuß (106 m) hoch und 30 Fuß (9 m) breit gestapelt und hatte „nur“ 31 Raptor-Motoren auf dem Booster und sechs auf dem Raumschiff.

Die größte Änderung betraf jedoch den Einsatz des Raumschiff-Raketen-Duos. Musk kündigte an, dass SpaceX schließlich plant, den BFR für alle seine Raumfahrtbedürfnisse einzusetzen, vom Start von Satelliten über den Transport von Menschen zum und vom Mars bis hin zum Aufräumen von Weltraumschrott in der Erdumlaufbahn. Die Falcon 9 und Falcon Heavy werden daher auf lange Sicht auslaufen, ebenso wie die Besatzungs- und Frachtvarianten von Die Dragon-Kapsel von SpaceX .

Die Erweiterung der Rolle des BFR auf diese Weise wird das System für SpaceX in der Entwicklung und Herstellung viel erschwinglicher machen, sagte Musk damals.

„Wenn wir das schaffen, können alle Ressourcen, die für Falcon 9, Heavy und Dragon verwendet werden, auf dieses System angewendet werden. Das ist wirklich grundlegend“, sagte er im September 2017. „Wir glauben, dass wir dies mit den Einnahmen erreichen können, die wir für den Start von Satelliten und die Wartung der Raumstation erhalten.“

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Das BFR-Design erlebte dann einen Wachstumsschub, der das System fast wieder auf seine ursprüngliche Höhe brachte. Im September 2018 teilte uns Musk mit, dass das Raketen-Raumschiff-Duo nun stehen wird 387 Fuß (118 m) hoch, wenn gestapelt . Das BFR-Schiff wird auch sieben Raptors anstelle von sechs haben, fügte Musk hinzu, und das Fahrzeug wird jetzt vier bewegliche Flossen haben – zwei in der Nähe der Nase und zwei größere in der Nähe des Hecks.

Diese Flossen werden dem Schiff helfen, seinen Weg zu sicheren Landungen auf Welten mit bedeutenden Atmosphären wie Mars und Erde zu manövrieren. Die beiden hinteren Flossen werden auch als Landeplätze dienen, ebenso wie ein Bein, das wie eine Flosse stilisiert ist, sagte Musk.

Die Gesamtästhetik des Schiffes wird daher der Rakete ähneln, die von der Zeichentrickfigur Tintin im Abenteuer 'Explorers on the Moon' von 1954 verwendet wurde. Und dieser Leckerbissen gefällt Musk.

'Ich liebe das Raketendesign von Tim und Struppi, also wollte ich es irgendwie darauf ausrichten', sagte er damals. 'Wenn du Zweifel hast, geh mit Tintin.'

Weitere große Neuigkeiten kamen auch aus dem Update vom September 2018: SpaceX hatte seinen ersten BFR-Kunden unter Vertrag genommen. Der japanische Milliardär Yusaku Maezawa buchte eine Rundreise auf der BFR mit einem geplanten Startdatum für 2023. Maezawa sagte, er plane, eine Handvoll Künstler auf die Mission mitzunehmen, die er DearMoon nennt. Weder SpaceX noch Maezawa haben verraten, wie viel der Flug kosten wird.

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Zwei Monate später gab es die BFR nicht mehr: Musk sagte uns, dass das System heißt jetzt Starship . So wird auch das Raumschiff heißen, während die riesige Rakete Super Heavy heißen wird.

Zu diesem Zeitpunkt plante SpaceX noch, das Starship-Fahrzeug aus Kohlefaser zu bauen. Doch im Januar 2019 kündigte Musk an, auf Edelstahl umzusteigen. Stahl ist etwas schwerer als Kohlefaser, hat aber hervorragende thermische Eigenschaften und ist viel, viel billiger, sagte Musk. Seitdem bezeichnet er den Materialwechsel als die beste Designentscheidung, die bisher im Rahmen des ITS/BFR/Starship-Projekts getroffen wurde.

Im Mai 2019 sagte Musk, dass der aktuelle Plan sechs statt sieben Raptors auf dem Starship-Fahrzeug vorsieht. Und ein paar Monate später twitterte er, dass Super Heavy es jetzt tun wird Sport 35 Raptoren statt 31.

Das bringt uns zum neuesten Design-Update, das Musk am 28. September 2019 aus der SpaceX-Anlage in Südtexas in der Nähe des winzigen Dorfes Boca Chica vorgestellt hat. Große Veränderungen kündigte der Milliardär nicht an, allerdings gab es noch weitere Neuigkeiten zum Triebwerk: Super Heavy wird nun Platz für 37 Raptors bieten, allerdings werden nicht alle dieser Slots bei jedem Flug besetzt sein. Für jede Mission werden wahrscheinlich mindestens 24 Raptors auf dem Booster benötigt, sagte Musk.

Musk hatte zuvor die Gesamtentwicklungskosten des Starship-Projekts auf 2 bis 10 Milliarden US-Dollar geschätzt. Am 28. September sagte er, er glaube nun, dass der Preis für SpaceX am unteren Ende dieser Spanne liegen werde – „wahrscheinlich näher bei zwei oder drei [Milliarden] als bei 10“. Musk sagte gegenüber CNN Business während eines Interviews kurz nach dem Design-Update.

SpaceX

Der Super Heavy-Raketenbooster von SpaceX startet das interplanetare Raumschiff Starship in diesem Standbild aus einer SpaceX-Animation.(Bildnachweis: SpaceX)

Testflüge im Gange

Das Update vom September 2019 war dramatischer als in den Vorjahren, da Musk eine auffällige visuelle Hilfe in der Nähe hatte – einen 50 m hohen Starship-Prototyp namens Mk1.

SpaceX hatte bereits einen Starship-Prototyp gebaut und geflogen – ein stämmiges, einmotoriges Fahrzeug namens Starhopper, das zwei kurze, ungebundene Testflüge in Boca Chica absolvierte, bevor es Ende August in Rente .

Aber der Mk1 ist ein großer Schritt nach vorne. Es ist das erste Starship-Testfahrzeug in Originalgröße und soll bald hoch fliegen. Während seiner Präsentation sagte Musk, dass SpaceX beabsichtigt, den dreimotorigen Mk1 im Oktober oder November auf einer unbemannten Testmission zu fliegen, die das Fahrzeug auf eine Höhe von etwa 20 km bringen wird.

SpaceX baut in seinen Einrichtungen in Florida ein ähnliches Fahrzeug namens Mk2, da einige konzerninterne Konkurrenz das Design des endgültigen Starship-Fahrzeugs verbessern wird. Und auch weitere Iterationen des Raumschiffs sollten in Kürze den Himmel erreichen.

Während der Präsentation im September 2019 sagte Musk, dass SpaceX in weniger als sechs Monaten einen Orbitaltestflug mit Starship starten möchte – also bis zum Frühjahr 2020. Das Fahrzeug, das diese bahnbrechende unbemannte Mission fliegt, wird wahrscheinlich das Starship Mk4 oder Mk5 sein. er sagte.

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Wenn die Entwicklungs- und Testkampagnen weiterhin gut verlaufen, könnten die Leute nächstes Jahr zum ersten Mal an Bord von Starship fliegen, fügte Musk hinzu. (Die ersten operativen Starship-Missionen könnten übrigens schon 2021 stattfinden, sagten Unternehmensvertreter. Diese frühen kommerziellen Flüge werden unbemannt sein und wahrscheinlich Kommunikationssatelliten haben.)

In der Zwischenzeit gibt es natürlich einiges an Arbeit zu tun, und es geht nicht nur um die Optimierung des Finnendesigns. Da ist zum Beispiel das nicht unerhebliche Problem, die Passagiere von Starship während ihrer Flüge zum Mond, zum Mars und darüber hinaus glücklich und gesund zu halten.

Wir wissen wenig über das Lebenserhaltungssystem von Starship. Aber Musk sagte während des Updates vom September 2019, dass er sich ein „regeneratives“ System vorstellt, das Wasserdampf und Kohlendioxid recycelt und dieses letztgenannte Gas verarbeitet, um Sauerstoff bereitzustellen. Und er glaubt nicht, dass die Implementierung dieser Technologie allzu schwierig sein wird.

'Ich glaube nicht, dass es wirklich superschwer ist, das zu tun', sagte er. 'Im Verhältnis zum Raumfahrzeug selbst ist das Lebenserhaltungssystem ziemlich einfach.'

Musk ist berühmt für seine 'ambitionierten' Zeitpläne, daher sind die oben genannten Zieldaten alles andere als in Stein gemeißelt. Aber beim Starship-Projekt passieren definitiv große Dinge; bleiben Sie dran!

Zusätzliche Ressourcen:

  • Elon Musk führt uns in den Starship Mk1-Prototyp von SpaceX (Video)
  • Lesen Sie mehr über SpaceXs Starship auf seiner offizielle Webseite .
  • Lesen Sie mehr über die Falcon Heavy-Rakete von SpaceX auf ihrem offizielle Webseite .

Mike Walls Buch über die Suche nach außerirdischem Leben ' Dort draußen ' (Grand Central Publishing, 2018; illustriert von Karl Tate ), ist jetzt draußen. Folge ihm auf Twitter @michaeldwall .