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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.

SpaceX Marktanteil wächst und überflügelt Arianespace

SpaceX ist ein erfolgreiches privates Raumfahrtunternehmen. Dabei kann SpaceX bereits heute auf 44 Starts ihrer Falcon 9 Rakete zurückblicken. Dabei waren 42 Starts erfolgreich, 1 Start teilweise erfolgreich und ein Start schlug fehl. Bisher erreichte die Falcon 9 eine Erfolgsquote von über 95 Prozent, was in der Satellitenindustrie als gut gilt. Zusätzlich gilt die Falcon 9 als günstig. Die Folge dieser guten Statistik sind viele weitere Aufträge, die SpaceX erhält. Nach der Explosion der Falcon 9 mit Amos 6 2016 berichtete SpaceX von über 70 gebuchten Starts im Wert von über 10 Milliarden US-Dollar.

Die Falcon 9 Rakete ist im Satellitenmarkt erfolgreich

Die Falcon 9 Rakete ist im Satellitenmarkt erfolgreich Quelle:SpaceX

Dabei wird in Zukunft durch die Weiterentwicklung der Wiederverwendung noch Potential gesehen die Kosten weiter zu senken. Viele größere Startanbieter sehen also in einem Startauftrag an SpaceX auch eine Investition in die Zukunft ihres Geschäftes.

SpaceX wächst weiter Stark

Booster der Falcon Heavy beim Test

Booster der Falcon Heavy beim Test: Quelle SpaceX

2017 will SpaceX allein 20 Starts durchführen, 2018 sollen es schon 30 sein. Dabei wird die Falcon 9 den Großteil der Starts ausmachen, jedoch soll auch die Falcon Heavy erstmals Starten und 2018 in den kommerziellen Markt eingeführt werden.

SpaceX wird 2017 größter Marktteilnehmer

SpaceX wird 2017 größter Marktteilnehmer Quelle: NASA.gov

Der Marktanteil von SpaceX ist dabei stark zu wachsen, 2017 wird mit einem Marktanteil von 45%, wenn alles so klappt wie von der NASA erwartet, bereits Arianespace mit 40% leicht überragt, und SpaceX damit zum größten Start Dienstleister aufsteigen. 2018 wird SpaceX erwartungsgemäß einem Anteil von 60% erreichen und damit größter Marktteilnehmer sein.

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.

Iridium leistet wichtige Hilfe in Karibik

Die Karibik wurde Anfang September innerhalb von nur 3 Tagen von Irma einem Hurrikan der Stufe 5 und Jose einem Hurrikan der Stufe 4 getroffen. Dabei sind große Teile der Lokalen Strom und Datennetze ausgefallen. Bis heute konnten die Netze großteils noch nicht wieder hergestellt werden. Diese Netzausfälle bedeuten das viele Menschen von der modernen Welt vollkommen abgeschnitten sind und so ist es nicht verwunderlich, dass viele Versuchen ein Satellitentelefon zu bekommen, um Freunde und Verwandte anzurufen.

Iridium Satellitentelephon ermöglicht Telefondienste in abgelegenen Gegenden oder in Katastrophenfälle

Iridium Satellitentelephon

Satellitentelefone werden auch verwendet, um Hilfseinsätze am Boden zu Koordinieren. Dies hilft den Rettungskräften schneller zu Beurteilen, wo welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um Menschenleben zu retten.

Das merkte Iridium deutlich und verzeichnete einen Anstieg der Satellitentelefonie um 4000 % auf 20.000 Minuten pro Tag allein in Puerto Rico. Die Anzahl der aktiven Satellitentelefone stieg von 5-10 auf 5000 und hält sich noch heute bei etwa 2000.

Nach “Normalen” Katastrophen laufen nach einigen Wochen die Lokalen Netze wieder und die Satellitentelefonie erreicht wieder das Maß von vor der Katastrophe. Den Normalzustand wieder herzustellen wird in der Karibik wahrscheinlich aber noch Jahre dauern.

 

Iridium Satellit

Künstlerische Darstellung eines Iridium Next Satelliten Quelle: Iridium

Iridium modernisiert gerade sein Satelliten Netzwerk Dabei werden 81 Satelliten mit höherer Übertragungskapazität gestartet. 75 Satelliten werden davon mit SpaceX gestartet. Diese Satelliten sollen den gesamten Sevice Verbessern. Insgesamt Investiert Iridium 3 Milliarden US-Dollar in die Modernisierungsmaßnamen.

SpaceX plant Erststart der Falcon Heavy am 29. Dezember 2017

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 Vergleich der Nutzlast mit anderen Trägern

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.

Orbital ATK startet auf Minotaur-C 10 Satelliten für Planet Labs

Orbital ATK hat gestern erfolgreich 10 Satelliten auf einer Kommerziellen Minotaur-C Rakete gestartet. Dabei wurden 6 Skysat Satelliten mit etwa 100 kg Gewicht und 4 Doves in eine niedrige Erdumlaufbahn mit etwa 500 km Bahnhöhe gebracht. Die 4 Doves sind nach dem dreifachen CubeSat Standard gebaut und etwa 2,7 kg schwer. Die kleinen Satelliten sollen eine Auflösung von 3 Metern erreichen. Die größeren SkySat Satelliten erreichen eine Auflösung von 75 cm pro Pixel.

Minotaur-C vor dem Start  in Vandenberg, Californien

Minotaur-C vor dem Start Quelle: Orbital ATK

Die Minotaur-C Rakete flog gestern mit 3 Stufen die alle Feststofftreibstoffe einsetzten. Die erste Stufe, eine Castor 120 verwendet 120t Treibstoff. Die zweite Stufe war mit 13,4 tonnen Treibstoff befüllt, und die dritte Stufe hatte beim Start 3,3 t Treibstoff geladen.

Dieser Start war der erste seit 6 Jahren. Die letzten beiden Starts, der damals noch Taurus genannten Rakete, 2009 und 2011 schlugen fehl, da sich die Nutzlastverkleidung nicht abtrennte. Dadurch war die Rakete zu schwer und erreichte keinen Orbit.

SpaceX startet KoreaSat-5A auf Falcon 9

SpaceX hat gestern den Südkoreanischen Kommunikationssatelliten KoreaSat-5A auf einer Falcon 9 Raketen gestartet. Der 3500 kg schwere Satellit wird von der Südkoreanischen KT-Sat betrieben. Die Falcon 9 startete von LC-39A in Cape Caneveral. Gebaut wurde die Nutzlast bei Thales Alenia Space.

Raketenstart von KoreaSat 5a auf Falcon 9 Cape Caneveral

Start der Falcon 9 mit KoreaSat 5a von LC-39A in Cape Caneveral Quelle: SpaceX

Der Satellit soll den Satelliten KoreaSat-5 ablösen und dafür Kommunikationsdienstleistungen  im Asien und im Mittleren Osten anbieten.

Nach diesem Start landete die erste Stufe wieder auf einer unbemannten Plattform (Of Course I Still Love You) im Atlantischen Ozean. Dabei hat die erste Stufe nach der Landung gebrannt.

Die Erste Stufe kurz nach der Landung brennt noch an den Merlin Triebwerken

Die Erststufe nach der Landung Quelle: SpaceX Webcast

 

Bei diesem Start wollte SpaceX die Nutzlastverkleidung bergen. Dafür hat SpaceX ein neues Schiff eingesetzt. Was aus der Bergungsaktion geworden ist derzeit noch nicht bekannt.

SpaceX nächster Start wird die ZUMA Nutzlast sein. Der Start ist derzeit für den 16. November 2017 geplant. Über diese Nutzlast, die Lokheed Martin gebaut hatte, ist bis heute nicht viel bekannt. Möglicherweise handelt es sich um ein Auftrag der US-Regierung.

Wiederverwendung bei SpaceX wird normal

Immer mehr Kunden lassen ihre Satelliten von SpaceX auf teilweise wiederverwendeten Falcon 9 Raketen starten. Zuletzt hat Iridium angekündigt, das SpaceX, beim Start von Iridium 4 die erste Stufe der Falcon 9 wiederverwenden wird. Hierfür soll die erste Stufe eingesetzt werden, die schon beim Start von Iridium 2 genutzt wurde.

Auch die NASA will beim Start von CRS-13 auf eine gebrauchte Stufe zurückgreifen und prüft gerade ob dies möglich ist.

Dragon Kapsel CRS-10 nach der Bergung aus dem Ozean

Die Dragon Kapsel der NASA wird bereits mehrfach verwendet. Quelle: SpaceX flickr

Unternehmen wie SES, die bereits zwei Mal einen Satelliten auf einen wiederverwendeten Booster starten lassen, versprechen sich durch die Wiederverwendung deutlich geringere Preise. SES geht sogar davon aus das eine Halbierung der Startkosten auf 30 Millionen Dollar möglich ist.

Wenn alle noch für 2017 geplanten Starts durchgeführt werden inklusive dem Start der Falcon Heavy, die beim Jungfernflug zwei wiederverwendete Booster nutzen soll, könnten dieses Jahr 7 Erststufen der Falcon 9 ein zweites Mal in dem Weltraum fliegen. Dadurch würde SpaceX bereits einen Anteil von 30 Prozent bei den wiederverwendeten Erststufen erreichen.

Im Frühjahr 2018 will SpaceX auch die Nutzlastverkleidung wieder landen, und Wiederverwenden. Die Nutzlastverkleidung kostet etwa 5 Millionen Dollar die auf mehrere Flüge verteilt werden könnten.

Sollte diese Kostensenkung Realität werden könnte sich einiges in der privaten Raumfahrt verändern, immerhin sagte noch Michael Suffredini, CEO von Axiom Space das die Preise für Raumflüge in den Orbit, um dort private Raumstationen zu ermöglichen noch 50 % zu hoch seien.

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 plant Start geheimer Nutzlast ZUMA auf Falcon 9

SpaceX plant den Start einer Falcon 9 Rakete am 10. November 2017, wie jetzt aus einen Antrag an die Behörden bekannt wurde. Dabei soll ein Satellit mit dem Codenamen ZUMA in einen Super Geotransfer Orbit gebracht werden. Dieser Orbit wird Verwendet wenn ein Satellit in den Geostationären Orbit soll. Dabei braucht der Satellit im Vergleich zum Start in dem Geotransfer Orbit weniger Treibstoff zum Abbau seiner Restinklination. So kann der Satellit seinen Zielorbit mit weniger Treibstoff und auch schneller erreichen. Schneller geht es vor allem wenn der Satellit nur mit einem relativ Schub schwachen Ionen Triebwerk ausgerüstet ist.

Falcon 9 im Hangar am Cape Caneveral

Eine Falcon 9 im Hangar von SpaceX Quelle: SpaceX

Über die Nutzlast ist bis jetzt nichts bekannt. Auch der Auftraggeber für SpaceX ist bisher nicht bekannt. Hinter dem Auftrag könnte eine US-Behörde stecken, oder auch ein Kommerzielles Unternehmen. Manche Vermuten sogar SpaceX selbst hinter der geheimnisvollen Nutzlast.

Eine gelandete Erststufe auf LZ-1

Eine gelandete Erststufe auf LZ-1 Quelle: SpaceX

Besonders bei diesem Start ist, dass es in einem Super Geotransfer Orbit geht, aber Rückflug und Landung der Erststufe zum Landeplatz LZ-1 in Cape Caneveral geplant sind. Dies ist für diesem Orbit ungewöhnlich und geht normalerweise nicht, da die Satelliten zu schwer sind. Das es hier doch geplant ist spricht für einen sehr leichten Satelliten.

Insgesamt spricht der Orbit, sowie das maximale Gewicht dieser Nutzlast dafür das es sich wohl um einen kleinen Satelliten handelt, der sich andere Satelliten im Geostationären Orbit annähert und diese dann aus der Nähe Untersuchen kann. Dabei könnten eigene Satelliten untersucht, aber auch Satelliten andere Länder ausspioniert werden.

PS: Mittlerweile ist bekannt das der Satellit von Northrop Grumman gebaut wurde und entgegen der ersten spekulationen in einen niedriegen Erdorbit gehen soll. Auftraggeber ist eine Regierungsbehörde.