SpaceX plant jetzt für den 29. Dezember mit den ersten Start ihrer Falcon Heavy Rakete. Die Falcon Heavy ist wie die Falcon 9 aufgebaut, doch verwendet sie zusätzlich noch zwei Booster, die weitgehend der ersten Stufe der Falcon 9 entsprechen. Dadurch wird sie beim Start 27 Merlin 1D Triebwerke einsetzen.
Die Falcon Heavy basiert auf der Falcon 9 Quelle: SpaceX
Die Falcon Heavy Rakete wird die stärkste aktive Rakete der Welt. Mit einer maximalen Nutzlast von 63.800 kg kann sie mehr als das doppelte, der Delta IV Heavy, transportieren.
Falcon Havey Nutzlastvergleich Quelle: SpaceX
Erstmals angekündigt wurde die Falcon Heavy im April 2011. Damals war der erste Start für 2013 angekündigt worden. Durch eine ganze Reihe von Gründen, hat sich der Erststart bis jetzt auf Ende 2017, jedoch immer weiter verzögert.
In den vergangenen Wochen hat man erst die Halterungen für die Booster der Falcon Heavy Rakete installiert. Diese waren vorher bei den Starts der Falcon 9 von diesem Startplatz nicht benötigt worden.
Auch heute ist noch nicht alles für den Start vorbereitet. In den Nächsten Wochen noch vor dem Start von ZUMA sollen jetzt die Tankanschlüsse für die Booster an der Startanlage hinzugefügt werden. Die Datenleitungen sollen dann nach dem Start noch folgen.
Dann kann die Falcon Heavy dort getestet werden. Besonders beobachten wird SpaceX das Betanken und schließlich die Triebwerkszündung. Zum ersten Mal werden dann alle 27 Triebwerke gemeinsam laufen. Bis heute wurden die Stufen nur einzeln getestet.
Beim Erststart werden als Booster umgerüstete bereits geflogene Falcon 9 Erststufen verwendet. Außerdem sollen die Booster nach dem Flug zurückfliegen und auf einem Landepad wieder Landen. Für die zentrale erste Stufe wird eine Landung auf einer Seeplattform von SpaceX erwartet. Dadurch wird die Falcon Heavy auch bei der Wiederverwendung auf der Falcon 9 Rakete aufbauen.
Falcon Havy wird die Rakete für die schwersten Satelitten Quelle: SpaceX
Elon Musk hat auf Instagram seinen Followern mitgeteilt das die Falcon Heavy im September ihren Erstflug haben soll. Vorher hat er bereits verlautet, dass der erste Start höchstens als Teststart verstanden werden soll, da die Falcon Heavy als ganzes nicht am Boden getestet werden konnte.
Die Falcon Heavy wird die größte Rakete
Wenn die Falcon Heavy erstmals startet wird sie die größte aktive Rakete Weltweit. Die zweitgrößte Rakete, die Delta 4 Heavy wird um mehr als das doppelte übertroffen. Geschichtlich wird nach ihrer Nutzlast die Nummer 3 sein. Vor ihr liegen nur die amerikanische Saturn 5 Rakete, sowie die Russische Mondrakete N1.
Falcon Heavy und der Mars
Die Falcon Heavy wird auch ein wichtiger Baustein in den Mars Plänen von SpaceX. Dafür soll sie eine modifizierte Dragon Kapsel zum Mars schießen.
Falcon Heavy ist der nächste Schritt in der Wiederverwendung
Durch die sehr große Nutzlast der Rakete werden neue Schritte in der Wiederverwendung möglich. Dies wird die Rückführung von ersten Stufen auch bei sehr großen Satelliten möglich machen. Probeweise wird man aber auch an der Rückführung der zweiten Stufe arbeiten können. Dadurch rückt der Traum von SpaceX, durch vollständig wiederverwendete Raketen massive Kosteneinsparungen zu erzielen wieder ein Stück näher an die Realität
Nach dem SpaceX vor einigen Tagen zum ersten Mal überhaubt, die erste Stufe einer Falcon 9 Rakete wiederverwendet hat, wobei über die Hälfte der Kosten eingespart werden konnten im Vergleich zu einer neu gebauten Stufe, sagte SpaceX President Gwynne Shotwell auf dem 33. Space Symposium in Colorado Springs. Jetzt plant SpaceX weitere Schritte um die Kosten in Zukunft weiter zu senken. So teilte Elon Musk mit, dass SpaceX demnächst den Turnaround zwischen dem Landen einer ersten Stufe, und dem erneuten Flug auf unter 24 Stunden verkürzen will. Dies würde es erlauben öfter zu Starten. Gleichzeitig würden dabei automatisch Kosten, die nicht einen einzelnen Start zuortbar sind pro Start zu senken. Hier drunter fallen zum Beispiel Mitarbeiter, Immobilien und Verwaltungskosten.
Desweiteren bereitet SpaceX den ersten Einsatz der Falcon Heavy vor. Bei ihren ersten Flug sollen auch gebrauchte Stufen eingesetzt werden. Diese Stufe die zu einem Falcon Heavy Booster umgebaut wurde flog bereits beim Start von Thaicom-8 in den Weltraum.
Die Thaicom-8 Erststufe wird als Falcon Heavy Booster wiederverwendet Quelle: Gary Blair
Auch arbeitet SpaceX daran die Falcon 9 weiter zu entwickeln um sie in Zukunft leichter und schneller Wiederverwenden zu können. Dabei soll sie statt 2-3 Mal bei der jetztigen Version dann 5-10 Mal ins Weltall fliegen können. Diese Version, die Block 5 genannt wird soll die Finale Version der Falcon 9 werden. Auch sollen deutlich weniger Inspektionen erforderlich sein als an der aktuellen Stufe
Dann soll nicht nur die erste Stufe wiederverwendet werden, sondern auch die Nutzlastverkleidung. Diese wird nach ihrem Einsatz, wenn die Rakete die Atmosphäre verlassen hat, pneumatisch abgetrennt und tritt dann mit kleinen Steuerdüsen gesteuert in die Erdatmosphäre ein. Sobald die Verbleibende Geschwindigkeit gering genug ist, werden steuerbare Fallschirme ausgestoßen, und landen die Nutzlastverkleidung gezielt auf einem schwimmenden Luftkissen, welches bei SpaceX Hüpfburg genannt wird.
Merlin-Raketentriebwerk – Herzstück der Falcon-Flotte
Das Merlin-Triebwerk bildet den Antrieb der Falcon-Raketen von SpaceX – dazu zählen die Falcon 1 (heute außer Dienst), die Falcon 9 und auch Elemente der Falcon Heavy. Für den Betrieb nutzt Merlin RP-1, eine hochraffinierte Form von Kerosin, kombiniert mit flüssigem Sauerstoff (LOX). Über die Jahre wurde das Triebwerk kontinuierlich weiterentwickelt, um höhere Schubleistungen, Effizienz und Zuverlässigkeit zu erreichen.
Entwicklung und Versionen
Eine Falcon 9 besitzt 9 Merlin Triebwerken in der ersten Stufe
Merlin 1A
Die allererste Version des Merlin-Designs brachte einen Schub von rund 340 kN in Bodennähe. Diese frühe Ausführung war relativ einfach konstruiert. Die Kühlung erfolgte ablativ – eine spezielle, schichtartige Beschichtung verdampfte bei hohen Temperaturen, um das Triebwerk zu schützen. Die Turbopumpe drehte mit etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute, wobei das Triebwerk noch ein relativ hohes Gesamtgewicht von rund 760 kg aufwies. Merlin 1A kam bei den ersten beiden Flügen der Falcon 1 zum Einsatz.
Merlin 1B
Als Weiterentwicklung des 1A-Modells wurde im Merlin 1B eine modifizierte Turbopumpe integriert, die auf etwa 22.000 Umdrehungen pro Minute arbeitete. Dadurch konnte der Schub auf rund 380 kN in Bodennähe gesteigert werden. Obwohl diese Version entwickelt wurde, kam sie letztlich nicht im Flugprogramm zum Einsatz.
Merlin 1C
Mit dem Merlin 1C erfolgte ein bedeutender technologischer Fortschritt: Anstelle der ablative Kühlung wurde eine regenerative Kühlung verwendet, bei der der Treibstoff entlang der Brennkammer fließt und so die Hitze abführt. Dies ermöglichte nicht nur eine effizientere Temperaturkontrolle, sondern auch eine Erhöhung des Schubs auf etwa 420 kN bei gleichzeitig reduziertem Gewicht auf rund 460 kg. Der erste Einsatz erfolgte 2008 beim dritten Flug der Falcon 1 – ein Flug, der zwar scheiterte, aber wichtige Daten für die Weiterentwicklung lieferte. Beim darauffolgenden Start der Falcon 1 erreichte die Rakete als erste privat finanzierte Flüssigtreibstoffrakete erfolgreich den Erdorbit.
Merlin 1D und Weiterentwicklungen
Die Merlin 1D-Generation brachte den bisher höchsten Schub in der Familie und wurde durch einen gesteigerten Brennkammerdruck realisiert. Ursprünglich betrug der Schub ca. 650 kN, und es war möglich, die Leistung zunächst bis zu 70 % des Nominalwertes zu drosseln – später sogar auf 39 % (entsprechend rund 360 kN). Laut Angaben von Tom Mueller erreichte das Merlin 1D ein beeindruckendes Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von etwa 158. Mit weiteren Optimierungen war eine Steigerung des Schubs auf bis zu 825 kN angedacht, was ein Verhältnis von ca. 180 ergeben würde. Eine überarbeitete Version, das Merlin 1D v2, ist für den Einsatz in der Falcon 9 Block 5 vorgesehen – der finalen Iteration der Falcon 9. Dieses Verhältnis stellt in der Klasse der flüssigkeitsbetriebenen Raketentriebwerke einen Branchenmaßstab dar.
Zusätzlich wurde für die zweite Stufe der Falcon 9 eine spezielle Variante, der Merlin 1D Vacuum, entwickelt. Dieser optimierte Vakuum-Triebwerkstyp arbeitet mit einem vergrößerten Düse, um im weltraum eine noch höhere Effizienz zu erreichen.
Steuerung und Injektionssystem
Die Einspritzung des Treibstoffs basiert auf der bewährten Pintle-Injektortechnologie – ein Verfahren, das erstmals in den Landeantrieben des Apollo-Landesystems eingesetzt wurde. Dieses System zeichnet sich durch seine Einfachheit und Robustheit aus und ermöglicht eine feine Drosselung des Schubs. Zur präzisen Steuerung der Raketen verwendet SpaceX ein Schub-Vektor-Control-System. Dabei kommen in jeder Steuereinheit drei redundante Computer zum Einsatz, was die Ausfallsicherheit erhöht.
RP-1 in Rot, Sauerstoff in Blau Quelle: Marianoberna
Zuverlässigkeit und Wiederverwendung
Bis zum Jahr 2014 hatte SpaceX bereits das hundertste Merlin 1D-Triebwerk gefertigt, und im Laufe der Falcon-Starts kamen inzwischen hunderte dieser Triebwerke zum Einsatz – bislang ohne dokumentierte Ausfälle. Die Entwicklung des Merlin-Triebwerks war von Anfang an auf Stabilität und Langlebigkeit ausgelegt, um auch die angestrebte Wiederverwendbarkeit zu ermöglichen. Nachdem SpaceX erfolgreich Falcon 9 Erststufen landete, konnten die Triebwerke im Nachgang genau untersucht werden. Dabei wurden kleinere Mikro-Risse festgestellt, an denen weitergearbeitet wird, um zukünftige Einsätze noch sicherer zu machen.
Ein historischer Meilenstein war der Start der Falcon 9 mit der wiederverwendbaren Erststufe bei der Mission SES-10, der Ende 2017 stattfand. Dieser Flug bewies, dass die robuste Bauweise der Merlin-Triebwerke und der Booster insgesamt den Herausforderungen der Wiederverwendung standhalten.
Fazit
Das Merlin-Triebwerk hat sich als Schlüsseltechnologie von SpaceX etabliert. Durch kontinuierliche Innovationen – von der einfachen Merlin 1A bis hin zum hochentwickelten Merlin 1D und seinen Varianten – konnte SpaceX nicht nur die Leistung und Effizienz seiner Raketen steigern, sondern auch einen entscheidenden Schritt in Richtung nachhaltiger Raumfahrt durch die Wiederverwendung von Triebwerken und Boostern gehen.
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.
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.
