SpaceX nimmt mehr als 1.000 Änderungen an seiner kommenden Starship-Rakete – Ars Technica – vor

SpaceX wird für den zweiten Start seiner gewaltigen Großrakete Starship mehrere Upgrades auf den Markt bringen. Zu diesen Verbesserungen gehören eine wesentliche Änderung bei der Trennung der beiden Raketenstufen, Verbesserungen des Antriebssystems und eine verstärkte Startrampe in Südtexas, die den Sprengungen von 33 Haupttriebwerken standhalten soll.

„Zwischen dem letzten Flug der Raumsonde und diesem hat es sehr viele Veränderungen gegeben, mehr als tausend“, sagte Elon Musk, Gründer und CEO von SpaceX. „Ich denke also, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dieser nächste Flug erfolgreich ist und in die Umlaufbahn gelangt, viel höher ist als beim vorherigen Flug. Vielleicht bis zu 60 Prozent. Das hängt davon ab, wie gut wir in der Trennungsphase abschneiden.“

Musk erläuterte einige der Modifikationen an der Starship-Rakete in einer Diskussion auf Twitter Spaces am Samstag mit der Journalistin Ashley Vance. Er sagte, die nächste Starship-Rakete und Upgrades der Startrampe in der Starbase-Anlage in Südtexas sollten in etwa sechs Wochen für den nächsten Testflug bereit sein. „Das ist das Beste, was wir derzeit wissen“, sagte Musk.

Das Raumschiff ist so konzipiert, dass es vollständig wiederverwendbar ist, und SpaceX plant, damit Satelliten in die Umlaufbahn zu fliegen, Tanker und Treibstoffdepots zu bauen und schließlich Fracht und Besatzung zum Mond und zum Mars zu befördern. Das langfristige Ziel von SpaceX ist es, die Falcon-9-Rakete und die Dragon-Besatzungskapsel durch ein privat finanziertes Raumschiff zu ersetzen.

Die Vertreter von SpaceX waren mit dem Ergebnis des ersten vollständigen Testflugs des Raumschiffs am 20. April zufrieden, das eine Höhe von etwa 24 Meilen (38 Kilometer) erreichte, bevor es nach mehreren Triebwerksausfällen und dem Verlust des Lenksystems der Rakete außer Kontrolle geriet. Der Testflug brach den Rekord für die größte und leistungsstärkste Rakete, die jemals gestartet wurde – 394 Fuß (120 Meter) hoch und angetrieben von fast 15 Millionen Pfund methanbetriebenen Raptor-Triebwerken.

Die Rakete ist in zwei Teile geteilt. Eine Boosterstufe namens „Super Heavy“ mit 33 Raptor-Triebwerken soll das Schiff durch die Erdatmosphäre treiben, dann übernimmt eine Oberstufe mit sechs Triebwerken – einfach „Starship“ genannt – die Beschleunigung auf Orbitalgeschwindigkeit. Bei operativen Missionen kann die Oberstufe des Raumschiffs als Schubträger, Nutzlastträger oder Mannschaftsraum dienen.

Eine der bedeutendsten Änderungen, die SpaceX am Design des Raumschiffs vorgenommen hat, ist die Trennung des Boosters von der Oberstufe, ein Vorgang, der etwa drei Minuten nach dem Start erfolgt. Der Starship-Testflug im April erreichte nicht das Trennungsstadium.

„Wir haben eine Art späte Änderung vorgenommen, die für die Art und Weise, wie die Phasentrennung funktioniert, wirklich bedeutsam ist, nämlich die sogenannte ‚Hot Staging‘ zu verwenden, bei der wir die Triebwerke der oberen Stufe oder des Schiffs anzünden, während die erste Stufe oder … Boost-Stufe, die Motoren laufen noch.“

Russische Raketen, wie die ehrwürdige Sojus, verwenden seit Jahrzehnten die Hot-Staging-Technologie, sie wurde jedoch in keinem modernen amerikanischen Trägerraketen eingesetzt. Normalerweise schalten Raketen ihre Booster-Triebwerke für einige Sekunden ab, bevor sie die erste Stufe abwerfen und das Triebwerk der oberen Stufe zünden.

Musk sagte, SpaceX werde die meisten Super Heavy-Booster-Triebwerke abschalten und dann die Triebwerke in der Oberstufe des Raumschiffs nacheinander zünden. Das Ergebnis der Änderung ist, dass sie die Nutzlastkapazität des Raumschiffs erhöht, die im niedrigen Erdorbit bereits bei über 100 Tonnen liegt. Das bedeutet jedoch, dass Ingenieure die Oberseite des Edelstahl-Boosters mit einer Panzerung versehen müssen, die SpaceX wiederherstellen und mehrfach wiederverwenden möchte.

„Dadurch wird der Booster offensichtlich zerstört, daher muss man die Oberseite der Boosterstufe vor Verbrennungen durch die Triebwerke der oberen Stufe schützen“, sagte Musk und fügte hinzu, dass die Konstruktionsänderung zu einer Verbesserung der Nutzlast um etwa 10 Prozent führen würde Kapazität der Starship-Rakete.

Die Trennung der Raketenstufen von den bereits abgeschalteten Boostermotoren führt zu einem Schubverlust. Während die Rakete vorübergehend weitersteigt, beginnt die Anziehungskraft der Erde, ihre Geschwindigkeit zu verringern.

„Sie möchten also, dass die Schiffsmotoren starten, bevor die Booster-Motoren vollständig abschalten“, sagte Musk.

Musk sagte, SpaceX füge an der Oberseite des Super Heavy-Boosters eine Verlängerung mit Lüftungsöffnungen hinzu, damit überhitztes Gas aus den Triebwerken der oberen Stufe sicher aus der Raketenstruktur strömen und sich nicht einfach selbst in die Luft sprengen könne. „Das ist meiner Meinung nach das Gefährlichste für die nächste Reise.“

Viele der 33 Raptor-Triebwerke des Super Heavy-Trägers konnten beim Teststart am 20. April entweder nicht zünden oder verloren ihre Leistung. Musk sagte, beim ersten Testflug des Raumschiffs sei ein „Sammelsurium“ von Triebwerken eingesetzt worden, die über ein Jahr gebaut und getestet worden seien.

Für den zweiten Testflug des Raumschiffs passen SpaceX-Teams Verteiler an den Raptor-Triebwerken an, die heißes, methanreiches Gas in die Brennkammer jedes Triebwerks leiten, um sich mit dem sauerstoffreichen Gas zu vermischen. Die frühere Konstruktion war anfällig für Undichtigkeiten, da heißes Gas durch die Schraubenlöcher entweichen konnte, mit denen der Krümmer am Motor befestigt war. Die Ingenieure werden ein verbessertes Verteilerdesign einführen und den Schrauben ein höheres Drehmoment verleihen, um die Bedenken hinsichtlich des Austretens von stark erhitztem Gas auszuräumen.

In früheren Kommentaren skizzierte Musk mehrere weitere Upgrades, die beim nächsten Testflug der Raumsonde erstmals vorgestellt werden sollen. Dazu gehören elektrische Schubvektorsteuerungen als Ersatz für das hydraulische Lenksystem, das beim Start am 20. April verwendet wurde, sowie eine stärkere Abschirmung um jedes der aufgeladenen Triebwerke des Raptor 33, um sie vor nahegelegenen Triebwerksexplosionen zu schützen. Diese Maßnahme soll die Wahrscheinlichkeit eines kaskadenartigen Ausfalls verringern .

Einer der sichtbarsten Arbeitsbereiche am Starbase-Startplatz ist das Gießen von fast 1.000 Kubikmetern Stahlbeton unter der Basis der Startrampe, wo das Starship und sein Super Heavy-Stützständer vor dem Start stehen. Während des Starts im April riss die gewaltige Druckwelle der Raptor-Triebwerke der Rakete ein Loch in die Betonplatte unter der Startrampe und schleuderte Materialbrocken Tausende Meter weit von der Startrampe weg.

SpaceX wird über der neuen Stahlbetonschicht zwei dicke Stahlplatten installieren, durch die Kanäle verlaufen, damit Wasser hindurchfließen und die Oberseite freigeben kann.

„Stellen Sie es sich wie einen riesigen, umgedrehten Duschkopf vor“, sagte Musk. „Im Grunde drückt man das Wasser nach oben, während sich die Rakete oben auf der Plattform befindet, um der enormen Wärmemenge des Boosters entgegenzuwirken.“

Der bevorstehende Testflugplan des Raumschiffs sieht außerdem vor, dass die Rakete für einen kürzeren Zeitraum auf der Plattform verbleibt, wodurch das Risiko einer Beschädigung verringert wird. „Wir werden es tatsächlich mit dem Stahl-Beton-Sandwich übertreiben“, sagte Musk. „Dadurch sollte die Unterseite des Kissens in einem viel besseren Zustand sein als beim letzten Mal.“

Das Ablassen von Wasser auf einer Startrampe ist kein neues Konzept. SpaceX verwendet Wasser, um akustische Energie auf seinen Falcon-9-Startrampen in Florida und Kalifornien zu dämpfen, aber die Manager entschieden sich, auf der Starship-Startrampe in Texas keinen ähnlichen Aufbau zu verwenden.

„Rückblickend ist 20/20“, sagte Musk. „Ja natürlich, es tut uns leid.“

Auf die Frage nach der größten verbleibenden technischen Herausforderung für das Starship-Programm lehnte Musk ab. Der Zweck der Starship-Testflüge sei es, „die Unbekannten“ über die Rakete zu „klären“, von denen viele erst geklärt werden könnten, wenn die Ingenieure Daten vom eigentlichen Start sammeln.

Ein Thema, das Musk während seines Twitter-Spaces-Chats nicht ansprach, war eine Überprüfung des Flugabbruchsystems der Starship-Rakete, dessen Zerstörung länger als erwartet dauerte, nachdem es im April von einer zuvor geplanten Flugroute abgewichen war. Das Sprengsystem funktioniert durch die Detonation pyrotechnischer Kanister, um die Treibstofftanks der Rakete zu zersplittern, und soll dafür sorgen, dass das Fahrzeug schnell zerfällt, bevor es besiedelte Gebiete bedroht.

Die FAA, die Aufsichtsbehörde, deren Aufgabe es ist sicherzustellen, dass Raketenstarts keine Gefahr für die Öffentlichkeit darstellen, muss alle Änderungen am Zerstörungsregime prüfen.

Der Testflug des Starship im April stellte keine Gefahr für öffentliche Bereiche dar, aber Musk sagte in Bemerkungen kurz nach dem Testflug am 20. April, dass die „Rehabilitierung“ des Flugabbruchsystems möglicherweise länger dauern werde, als andere Probleme im Zeitplan von SpaceX zuvor zu lösen. Der nächste Start eines Raumschiffs.

Musk gab am Samstag zu, dass es möglicherweise nicht an SpaceX liegt, wann der nächste Starship-Teststart stattfindet. „Hier gibt es viele Variablen, die außerhalb unserer Kontrolle liegen.“