Die Falcon 9 Rakete, die den Satelliten Echostar 23 starten soll, ist jetzt für den Start bereit. Der Start, soll am 16. März 2017 um 6:27 Uhr MEZ vom LC 39-A am Kennedy Space Center in Cape Caneveral erfolgen. Bereits am Donnerstag wurde der Hotfire Test erfolgreich durchgeführt.
Der Satellit Echostar 23 Quelle: Space Systems/Loral
Der Satellit Echostar 23, ist ein kommerzieller Kommunikations Satellit. Gebaut wurde er von Space Systems Loral. Betrieben wird er durch die Echo Star Corporation in den USA. Vorrangig richtet sich der Service auf dem Markt in Süd Amerika und dort vor allem auf Brasilien, wo er Fernsehprogramme ausstrahlen soll. Dafür ist er unter anderen mit 32 Ku Band Transponder ausgerüstet. Seine Solar Paneele stellen 15 kW elektrische Leistung bereit. Stationiert werden soll Echostar 23 bei 44,9 Grad West im Geostationären Orbit. Zum halten seiner Position, besitzt er vier Plasma Triebwerke, mit jeweils 83 Millinewton Schub. Seine Dienste soll er mindestens 15 Jahre bereitstellen.
Der Satellit besitzt ein Startgewicht von 5,5 t. Damit ist er die bisher schwerste Nutzlast einer Falcon 9 in den Geostationären Orbit . Wegen diesem hohen Gewicht, ist auch keine Landung, wie bei früheren Missionen möglich. In Zukunft, wenn SpaceX die Falcon 9 Block 5 einführt, kann der Träger bei einem Satellit dieser Klasse auf der Hochseeplattform Landen.
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.
Die Electron Rakete ist ein Produkt der Raumfahrtfirma Rocket Lab Ltd. Dieser Kleinträger soll eine kleine Nutzlast von 150 kg auf einen 500 km hohen sonnensyncronen Orbit befördern können. Der Träger wiegt beim Start 10500 Kg, ist 12 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 1,2 Meter. Ein Start der Electron Rakete kostet 4,9 Millionen US-Dollar. Die Electron Rakete soll jedoch auch Cubesats Starten. Der Start eines 1U Cubesat kostet 77.000 US-Dollar. Ein Start für einem 3U Cubesat soll 240.000 US-Dollar Kosten.
Die Electron Rakete wird in der ersten Stufe 9 Rutherford Raketentriebwerke einsetzen. Diese Triebwerke erzeugen jeweils 18 kN Schub beim Start. Die erste Stufe erzeugt 172 kN Schub beim Start. Dadurch hat sie schon beim Start ein Schub zu Gewicht Verhältnis von etwa 1,5. Also gehört sie zu den am stärksten beschleunigenden Raketen, beim Start, die mit flüssigen Treibstoff arbeiten.
Die zweite Stufe setzt ein für die Bedingungen im Vakuum optimierte Version des Rutherford Raketentriebwerk ein. Dabei wurde die Düse Verlängert. Diese Vakuum Version des Triebwerks produziert einen Schub von 22 kN. Dieses Verhältnis von 9 Triebwerken in der ersten Stufe, sowie ein Triebwerk in der zweiten Stufe gibt es bereits, bei der Falcon 9 von SpaceX. Die Triebwerke werden mit flüssigen Sauerstoff, sowie mit RP-1 betrieben. RP-1 steht für Rocket Propellant 1 und ist ein kerosinähnliches Treibstoffgemisch, das in den USA entwickelt wurde. Das Triebwerk wurde nach dem Neu Neuseeländischen Wissenschaftler Ernest Rutherford. Das Triebwerk hat die Besonderheit, dass die Treibstoffpumpen elektrisch angetrieben werden. Für jede der beiden Treibstoffkomponenten gibt es jeweils ein Elektrisches Pumpensystem. Diese Pumpen arbeiten mit 40.000 Umdrehungen pro Minute, bei 37 kW Leistung.
Die ersten Start soll von Mahia von der Südinsel Neuseelands durchgeführt werden. Später ist auch eine Startrampe in den USA, in Florida geplant. Die Startrampe ist grundsätzlich bereit, für einen Start alle drei Tage.
Rocket Lab möchte eine Startrate von einem Start pro Woche oder mehr erreichen. Die wichtigsten Teile der Triebwerke werden im 3D-Druck Verfahren hergestellt. Dazu gehören die Brennkammer, die Treibstoffeinspritzung, die Treibstoffpumpen und die Hauptventile zur Steuerung des Treibstoffflusses. Dabei wird Metall Schicht für Schicht als Pulver aufgetragen und mit einem Laser zu einem Massiven Objekt verschmolzen. Dies soll zusammen mit der Massenproduktion des Trägers, die Kosten niedrig halten. Der Erststart der Electron Rakete ist derzeit für den 28. Februar 2017 geplant.
