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Kosten in der Raumfahrt Was kosten Raketen?

Was kostet Raumfahrt?

Wenn Raketen Satelliten oder Astronauten in den Weltraum befördern kostet das viel Geld doch nicht jede Rakete ist gleich teuer. Was eine Rakete kosten darf hängt immer davon ab welche Bedingungen von der Nutzlast gestellt werden.

So können Menschen derzeit nur von der Russischen Sojus Rakete in den Weltraum fliegen, diese Monopolstellung wirkt sich ebenso auf den Preis aus, wie die hohen Sicherheitsanforderungen bei bemannten Starts.

Für unbemannte Satellitenstarts gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten. Oft kosten Satelliten für Kommunikationsdienstleistungen selbst schon einige hundert Millionen Dollar weshalb die Unternehmen sie auf möglichst zuverlässigen Raketen starten wollen.

Bei den größeren Satelliten wird meistens die Ariane 5 aus Europa und die Proton aus Russland eingesetzt. Die Amerikaner haben noch die Delta IV Heavy. Ende 2017 will SpaceX mit der Falcon Heavy eine weitere Rakete in diesem Marktsegment einführen die neue Maßstäbe setzen wird.

Die großen Trägerraketen

Die russische Proton Rakete

Aufgrund der niedrigen Zuverlässigkeit in den letzten Jahren hat die Russische Proton-M Rakete zur Zeit kaum noch kommerzielle Aufträge. Sie kostet etwa 80 Millionen Dollar pro Start und kann 21000 kg in die Erdumlaufbahn bringen, was etwa 4.000 US-Dollar pro Kilogramm entspricht.

Die Europäische Ariane 5 Rakete

Die Ariane 5 aus Europa weist eine sehr hohe Zuverlässigkeit auf. Allerdings ist der Preis der Ariane 5 Rakete mit 170 Millionen US-Dollar deutlich höher als für eine Proton. Der Preis pro Kilogramm liegt bei einer Nutzlast von 21.700 kg bei 7.800 US-Dollar pro Kilogramm etwa doppelt so hoch wie bei der Proton Rakete.
Die amerikanische Delta IV Heavy Rakete

Die Delta IV Heavy hat mit 350 Millionen US-Dollar die höchsten Kosten und wird daher Kommerziell nicht eingesetzt. Die Delta IV Heavy ist mit einer Nutzlast von 23.000 kg die aktuell stärkste Rakete der Welt. Lediglich die US-Regierung die ihre Militärischen Satelliten nie im Ausland starten lässt nutzt diese Manchmal. Die Kosten pro Kilogramm liegen hier bei 15.200 Kg pro Kilogramm.

Die Falcon Heavy Rakete von SpaceX

Die Falcon Heavy Rakete soll im Dezember 2017 ihren Erststart absolvieren. Doch schon vorher sorgt sie mit ihren Daten für Aufsehen und SpaceX hat bereits einige Aufträge erhalten. Die Rakete kann 63.800 kg in den Orbit beförden und damit fast 3 Mal so viel wie die Delta IV Heavy, die aktuell stäkste Rakete. Die Kosten liegen bei 90 Millionen US-Dollar pro Start was 1.400 US-Dollar pro Kilogramm entspricht. Damit ist sie mit großen Abstand die günstigste große Trägerrakete am Markt.

Für Mittelschwere Satelliten kommt die Falcon 9, Atlas 5, und die Sojus Rakete zum Einsatz. Hier gibt es noch weitere Raketen, da die genannten aber über 90 % der kommerziellen Starts in diesem Segment abdecken, werde ich sie hier nicht behandeln. Diese mittleren Trägerraketen Unterscheiden sich genauso wie die großen.

Die mittleren Trägerraketen

Falcon 9 Rakete von SpaceX

Die Falcon 9 Rakete von SpaceX ist die Rakete mit den meistens Starts 2017. Dies liegt an der Zuverlässigkeit aber auch am geringen Startpreis von nur 60 Millionen US-Dollar. Dann, wenn eine gebrauchte erste Stufe geflogen werden kann sind sogar noch günstigere Preise möglich. Mittlerweile kann sie 22.800 kg Nutzlast transportieren und ist damit hier eigentlich falsch angesiedelt. Zu den großen Raketen kann man sie jedoch auch nicht zählen da die Nutzlastverkleidung zu klein ist. Ein Kilogramm Fracht kostet 2630 Dollar. Mithilfe der Wiederverwendung hofft SpaceX die Kosten noch einmal um die Hälfte drücken zu können.

Die Atlas 5 Rakete

Die Atlas 5 Rakete bietet eine sehr gute Zuverlässigkeit, weshalb die NASA auf ihr auch alle unbemannten Marsmissionen in den letzten Jahren gestartet hat. Dabei wird ein höherer Flugpreis akzeptiert. Der Preis einer Atlas 5 Rakete liegt bei etwa 150 Millionen Dollar. Sie kann 18.800 kg in den Erdorbit tragen. Dabei kostet jedes Kilogramm etwa 8000 Dollar

Die Sojus Rakete aus Russland

Die russische Sojus Rakete ist nicht so teuer und die Zuverlässigkeit ist so hoch, das man mit ihr auch Menschen startet die dann zum Beispiel zur internationalen Raumstation fliegen. Im kommerziellen Markt spielt die Rakete aber nur eine kleine Rolle. In letzter Zeit gab es auch Unfälle. Da sie in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus den 60ern kommt würde Russland sie gerne mit einer moderneren Rakete ersetzen. Die Sojus Rakete kostet etwa 60 Millionen Dollar. Die Nutzlast liegt bei 7.200 kg. Dabei kostet ein Kilogramm 8.300 Dollar. Da die Nutzlast deutlich kleiner ist als bei den anderen Trägern wird sie heute fast nur noch für Starts in den niedrigen Erdorbit eingesetzt, zB beim Start von Wettersatelliten. Für den Start der meisten Kommunikationssatelliten ist sie viel zu klein.

Cygnus CRS OA-8 auf Antares gestartet

Heute, am 12. November 2017 um 14:19 ist die Cygnus Frachtkapsel CRS OA-8E von der Wallops Flight Facility gestartet. Dabei handeltes sich um den 9. Flug einer Cygnus Kapsel insgesamt und um den 8. Flug zur internationalen Raumstation ISS.

Cygnus Kapsel auf Antares Rakete

Cygnus auf Antares Quelle: Orbital ATK

Die Cygnus Kapsel heißt S.S. Gene Cernan nach dem im Januar 2017 verstorbenen Astronauten Eugene Cernan. Eugene Cernan flog im Gemini Programm der NASA, war Astronaut bei Apollo 10. 1972 war er der letzte Mensch auf dem Mond.

Die Cygnus Kapsel bringt 3229 kg Fracht zur ISS. Davon sind 740 kg für über 250 wissenschaftliche Experimente und 1240 kg Versorgungsgüter für die Besatzung der ISS.

Cubesat im Erdorbit

Cubesat im Erdorbit Quelle: Cubesat.org

Außerdem befördert die Cygnus Kapslel 14 Cubesats in den Orbit. Diese kleinen Satelliten werden nach dem Abkoppeln der Cygnus Kapsel von der ISS in einem 500 km hohen Orbit gebracht. Dies erhöht die Lebensdauer der Cubesats von einigen Monaten auf einige Jahre.

Raptor Raketentriebwerk für den Flug zum Mars

Raptor, so heißt das neue Raketentriebwerk von SpaceX das die große Marsrakete antreiben soll. Dabei soll das Triebwerk einen Schub von 1700 kN auf Meereshöhe und 1900 kN im Vakuum liefern. Zum Vergleich, das Merlin Triebwerk, welches in der Falcon 9 eingesetzt wird, kann maximal 756 kN Bodenschub bereitstellen.

Raptor beim Tersten test est

Raptor Raketentriebwer beim Test Quelle: Elon Musk, Twitter

Das Raptor Triebwerk wurde bereits mehrfach im Stennis Space Center in Hancock County, Mississippi, getestet. Dabei lief es bereits 100 Sekunden lang. Bereits seit Mai 2014 werden Komponenten für das Triebwerk getestet. Bei der geplanten Marslandung wird es etwa 40 Sekunden zum Einsatz kommen.

Außerdem will SpaceX in der neuen Startstufe nicht, wie bei der Falcon 9 Triebwerke, sondern 31 Raptor Triebwerke einsetzen. Damit hat die geplante Rakete einen Startschub, der knapp 8 mal so groß ist wie bei der Falcon 9. Dies ermöglicht den Transport deutlich größerer Nutzlasten in den Orbit, und zum Mars.

Das neue Raptor Triebwerk kann jedoch noch mehr. Es ist nicht nur stärker als das Merlin, sondern auch effizienter und sauberer. Durch die Nutzung von Methan anstatt Kerosin, verlässt der Treibstoff das Triebwerk mit einer größeren Geschwindigkeit. Dadurch wird dass Raketentriebwerk effizienter.

Außerdem ist die Verbrennung von Methan im modernen Raptor Triebwerk sauberer, da fast kein Ruß entsteht. Ablagerungen von Ruß sind ein großes Problem bei der Wiederverwendung in der Raumfahrt und sorgt dafür, dass die Falcon 9 lediglich 5 mal wiederverwendet werden kann. SpaceX setzt hier darauf das Triebwerk hunderte bis tausende Male einsetzbar ist. Dies ist eine der wichtigsten Eigenschaften wenn SpaceX die Rakete in Zukunft hunderte male, ohne große Wartungsarbeiten, wiederverwenden will.

Ein weiterer Vorteil des Treibstoffes Methan ist, dass dieser auch auf dem Mars gewonnen werden kann. Hierzu wird lediglich Co² aus der Atmosphäre und Wasser gebraucht. Dann könnte SpaceX ihn auf dem Mars durch den Sabatier Prozess herstellen. Dieses Verfahren wird bereits auf der Erde in größeren Maßstab angewandt und ist gut bekannt. Eine Anwendung auf dem Mars benötigt nur entsprechend große Mengen Wasser. Die Wassergewinnung auf dem Mars wäre höchstwahrscheinlich möglich ist jedoch nie getestet worden.

Funktionsprinzip der Methanisierung mit Elektrolyse

Funktionsprinzip der Methanisierung Quelle: wikimedia

Durch eine lokale Herstellung des Treibstoffs, für das Raptor Triebwerk, brauch für den Rückflug kein Treibstoff mitgebracht werden. Dadurch wird das ganze System, wovon das Raptor Triebwerk nur ein Teil ist deutlich effizienter und kostengünstiger.

SpaceX hat die letzte Dragon Kapsel der ersten Generation gebaut

SpaceX hat die letzte Dragon Kapsel der ersten Generation gebaut.

Die Dragon Kapsel, die am 14. August zur internationalen Raumstation (ISS) fliegen soll, ist die letzte neue Kapsel, der ersten Generation. Bereits beim letzten Flug zur ISS hat SpaceX eine gebrauchte Dragon Kapsel eingesetzt.

Dragon Kapsel CRS-10 nach der Bergung aus dem Ozean

Dragon Kapsel nach der Bergung aus dem Ozean Quelle: SpaceX flickr

Nach dem nächsten Flug wird SpaceX dann nur noch wiederverwendete Kapseln für den Frachtauftrag zur ISS einsetzen. Dieser Auftrag umfasst dann noch 8 Flüge von insgesamt 20 Flügen, die alle mit Wiederverwendeten Kapseln absolviert werden müssen. Zu den Kosten sagte Elon Musk, dass man bei der ersten Wiederverwendung sehr viel erneuert hätte, aber man hofft, ab der nächstem Wiederverwendung 50 % einzusparen. Derzeit untersucht die NASA ob man auch bei einigen Flügen Wiederverwendete Falcon 9 Raketen nutzen kann, um die Kosten noch weiter zu senken.

Die Dragon 2 Kapsel von SpaceXDie Dragon 2 Kapsel von SpaceX

SpaceX Dragon 2 kann auch bemannt Starten Quelle: SpaceX

Nachdem SpaceX diesen Auftrag abgearbeitet hat, bei denen das Raumschiff jedes mal über 3000 kg Fracht zur ISS liefern wird, wird man keine Dragon Kapseln der ersten Generation mehr anbieten. Dann sollen die Dragon Kapseln der zweiten Generation, die auch bemannt eingesetzt werden können, die bemannten aber auch die unbemannten Flüge zur ISS übernehmen.

Blue Origin nimmt den Mond in den Fokus

Blue Origin will jetzt auch eine Mondbasis beliefern können. Jeff Bezos, hat vor Blue Origin auch schon Amazon.com gegründet. Jetzt will er auch Lieferungen auf dem Mond anbieten. Dies soll eine Kolonisierung unseres Erdtrabanten ermöglichen.

Erst vor wenigen Tagen, hat SpaceX eine Mondmission angekündigt wo 2 Touristen den Mond umrunden sollen.

Das Konzept von Blue Origin ist sieben Seiten lang. Jeff Bezos hat es der NASA, sowie an das Übergangsteam von US-Präsident Donald Trump gesendet.

Der Mond wird wieder Interessant

Das Raumschiff von Blue Origin, welches erstmal Blue Moon heißt, soll etwa 4500 Kg Fracht zur Mondoberfläche befördern.

Jeff Bezos fordert die NASA dazu auf, ein Liefer System welches wir nach dem Vorbild von Amazon kennen, zu unterstützen. Der Dienst könnte 2025 einsatzbereit sein.

Ob die Mondpläne in eine bemannte Mondbasis aufgehen? Die Ausrichtung der NASA ist derzeit noch offen, da die Regierung auch noch keinen neuen Administrator ernannt hat. Nachdem aber, unter Obama, wo man sich auf dem Mars konzentrierte, nicht viel herauskam, dürfte der Mond wieder gute Chancen haben, unter der Trump Administration wieder mehr Beachtung zu finden.

SpaceX bringt Touristen zum Mond

SpaceX hat auf einer Pressekonferenz veröffentlicht, dass sie Ende 2018 2 Weltraumtouristen zum Mond befördern wollen. Beide Kunden haben laut SpaceX schon einen größeren Betrag angezahlt. Dazu will SpaceX eine Dragon 2 Kapsel auf einer Falcon Heavy einsetzen. Der Raumflug soll etwa 1 Woche dauern.

Die Dragon 2 Kapsel von SpaceXDie Dragon 2 Kapsel von SpaceX

SpaceX Dragon 2 Kapsel

Die Dragon 2 Kapsel wurde ursprünglich für die NASA entwickelt, um Astronauten zur Internationalen Raumstation zu befördern. Sie ist jedoch von SpaceX so ausgelegt worden, auch wesentlich höhere Wiedereintrittsgeschwindigkeiten wie sie bei Flügen vom Mond oder sogar vom Mars entstehen auszuhalten. Die erste Dragon 2 Kapsel soll dieses Jahr unbemannt getestet werden. Viele Technologien, wie der Hitzeschild, sind jedoch vom Vorgängermodell bereits bekannt.

Falcon Havy auf dem Launchpad Quelle: SpaceX

Die Falcon Heavy ist ebenfalls neu und soll Mitte dieses Jahres das erste mal unbemannt fliegen. Die Falcon Heavy setzt sich aus der bekannten Falcon 9 Konstruktion und zusätzlich 2 Booster zusammen, wobei die Booster ähnlich wie die erste Stufe sind. Die Nutzlast der Falcon Heavy zum Mond beträgt 22 Tonnen. Da jedoch nicht die volle Nutzlast benötigt wird, werden die Booster voraussichtlich zum Startplatz zurückkehren. Ob die zentrale erste Stufe zum Startplatz zurückkehren kann, oder auf einer Hochseeplattform landet, lässt sich heute noch nicht abschätzen.

Der Start soll vom kürzlich in Betrieb genommen Startplatz 39-A in Cape Canaveral erfolgen.