Prof. Ulrich Walter - Wissen schafft was
Prof. Ulrich Walter ist Diplom-Physiker, Wissenschafts-Astronaut und schreibt Kolumnen für N24 Online
Univ.-Prof. Prof. h.c. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Ulrich Walter Diplom-Physiker, Wissenschafts-Astronaut Herr Ulrich Walter, Jahrgang 1954, ist Ordinarius für Raumfahrttechnik an der Technischen Elite-Universität München. Nach dem Studium der Physik an der Universität Köln, an den Argonne National Laboratories in Chicago und an der University of California in Berkeley, wurde er im Jahre 1987 ins Deutsche Astronautenteam berufen und trainierte bis zu seiner Shuttle Mission D-2, 26. April bis 6. Mai 1993, am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR, in Köln-Porz und am Raumfahrtzentrum der NASA in Houston. Es folgten Stationen beim DLR und bei der IBM. Seit März 2003 leitet er den Lehrstuhl für Raumfahrttechnik an der Technischen Universität München und lehrt und forscht im Bereich Raumfahrttechnologie und Systemtechnik. Seine Schwerpunkte sind Echtzeit-Robotik im Weltraum, Intersatelliten-Kommu­nikations-Technologien, Technologien für planetare Erkundungen und Systemmodellierung und -optimierung. Herr Walter ist unter anderem Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats des Deutschen Museums und Präsident des Hermann-Oberth-Museums in Feucht. Er ist zudem erfolgreich als Autor und Publizist tätig. Prof. Walter wurde bundesweit zum Professor des Jahres 2008 in der Kategorie Ingenieurwissenschaften und Informatik gewählt. 
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Elon, lass die Finger davon! Die Mär vom cleveren Raketen-Recycling

Der Jubel war groß, als die "Falcon 9" von Elon Musk wieder auf der Erde landete. Aber sind Recycling-Raketen wirklich der große Durchbruch in der Raumfahrt? Ein deutscher Astronaut hat Zweifel.

Wiederverwendung klingt nach Kostensenkung und genießt den Ruf, nachhaltig zu sein. So etwas kommt heutzutage immer gut an. Kein Wunder, dass da Presse und Fachleute jubeln: "Es ist ein Meilenstein der Raumfahrt: Eine Trägerrakete kehrt nach dem Start auf die Erde zurück. Die Ära der Recycling-Raketen kann beginnen." und "Es ist ein großer Schritt für die Raumfahrt: Mit der erfolgreichen Landung einer Trägerrakete aus dem All rückt das Ende der Wegwerf-Raketen nahe."

Wie sagte doch der von mir geschätzte Philosoph und Analytiker Bertrand Russell: "Wenn alle Experten sich einig sind, ist Vorsicht geboten." Lassen wir also Vorsicht walten und schauen uns an, was da wirklich passiert ist.

Was ist die Errungenschaft?

Die Menschen bejubeln die erfolgreiche Rückführung und weichen Landung der ersten Stufe der Falcon 9 Rakete, der Firma SpaceX am 21. Dezember 2015. Im Rahmen ihres Grasshopper-Programms experimentiert SpaceX seit 2011 damit herum. Und das muss man SpaceX lassen, so eine weiche Rückführung mit Landung ist eine regelungstechnische Meisterleistung, vor der man den Hut ziehen muss. Echt Klasse, SpaceX! 

Aber wohlgemerkt, nur die 1. Stufe wurde zurückgebracht und nicht die zweite Stufe der Rakete. Man erkennt dies ganz deutlich im Video des Starts und der Rückkehr, am fehlenden oberen Teil der Rakete. Es geht also nur um halbes Recycling. Dieser ersten geglückten Rückkehr gingen zwei missglückte Rückkehrversuche auf einer schwimmenden Landeplattform im Meer im Januar und April 2015 voraus.

SpaceX sind nicht die einzigen

SpaceX ist nicht die einzige Raumfahrtfirma, die mit der Rückkehr von ersten Stufen experimentiert. Die Firma McDonnell Douglas demonstrierte in den 1990er Jahren mit ihrer einstufigen DC-X Rakete, genannt Delta Clipper, erstmals die erfolgreiche Rückführung und Landung einer Raketenstufe. Nach Beendigung des Testprogramms wurden die so erfahrenen Mitarbeiter von der Raumfahrtfirma Blue Origin übernommen, die mit ihrer Rakete New Shepard am 23. November 2015 als kommerzielles Unternehmen erstmals eine erfolgreiche weiche Landung aus 100 km Höhe schaffte – jedoch in Form eines Testfluges und nicht im Rahmen eines kommerziellen Fluges. 

Wiederverwendung kostet erst einmal …

Obwohl nicht die Ersten bei der Landung einer Rakete, ist SpaceX jedoch die erste Raumfahrtfirma, die diese Technologie gezielt für die Senkung der Flugkosten entwickelt hat. Wie sieht es nun mit dieser Kostenersparnis aus? Wie so oft im Leben muss man, um Kosten zu sparen, erst einmal zusätzlich Geld ausgeben. Eine neue, effektivere Heizung im Haus kostet zunächst erst einmal Geld beim Kauf. Und weil man noch keine wiederverwendbare Rakete kaufen kann, muss man sie selbst entwickeln. Das kostet noch mehr. Aber Elon Musk, der Eigentümer von SpaceX, hat das aus eigener Tasche bezahlt, wobei er sich darüber ausschweigt, wie teuer ihm die Entwicklung gekommen ist. Er selbst hat jedoch immer wieder verlauten lassen, dass für ihn eine günstige Falcon-Rakete ohne Wiederverwendung großer Teile der Rakete keinen Sinn mache. 

Diese zusätzlichen Entwicklungskosten, die ich einschließlich der schwimmenden Landeplattform auf etwa 400 Millionen Dollar schätze, müssten normalerweise auf die Flugkosten einer Rakete umgelegt werden, was zunächst die Kosten erhöht und nicht senkt. 

… und zwar viel!

Um eine erste Raketenstufe abzubremsen und weich zu landen, braucht man Treibstoff, viel Treibstoff. Konkret etwa 15 Tonnen, nämlich genau so viel wie die 1. Stufe auf die Höhe zu bringen, von wo sie abgesprengt wurde. Für diesen zusätzlichen Treibstoff kann man weniger Nutzlast, also Satellitenmasse, mitnehmen. Laut SpaceX um 1/3 weniger, also 5 Tonnen weniger in einen niedrigen Erdorbit. Statt also heute 13,15 Tonnen Nutzlast mit Rückführung könnte man 18,6 Tonnen Nutzlast ohne Rückführung ins All bringen. SpaceX hätte also ohne Stufen-Rückführung einen um 30% höheren Gewinn. 

Die Frage ist daher, lassen sich pro Flug mehr als diese 30%, also 18,4 Millionen US-Dollar, durch die Wiederverwendung der ersten Stufe einsparen? Erst dann hätte die Wiederverwendung einen finanziellen Vorteil. Tatsächlich sind die Mehrkosten für Rückführung wesentlich höher, denn es kommen nicht nur die zusätzlichen Entwicklungskosten, etwa 8 Millionen US-Dollar, wenn man die Kosten auf die ersten 50 Flüge umlegt, dazu, sondern auch die Kosten der Bergung. Außerdem werden bei einem Start alle Raketenteile bis an ihre materiellen Belastungsgrenzen gebracht, insbesondere die Antriebe, die bei der Falcon 300-400°C bei 100 Bar Druck aushalten müssen. Daher sind die nach einem Flug in einem Zustand wie ein Automotor nach 300.000 km. Der muss generalüberholt werden. Also, alles in Einzelteile zerlegen, mit Röntgenverfahren und Ultraschall auf Risse untersuchen, gerissene oder sonstige defekte Teile auswechseln und alles wieder zusammenbauen. So eine Wiederaufarbeitung kostet also viel Arbeit und somit Geld, etwa 50% der Herstellungskosten eines neuen Antriebs.

Kosten-Nutzen-Rechnung

Rechnen wir alles zusammen. Ein Start mit der Falcon 9 kostet laut SpaceX 61 Millionen US-Dollar. Die erste Stufe kostet neu etwa 25% davon, also 15 Millionen US-Dollar. Die spart man sich bei Recycling, abzüglich 50% Wiederaufarbeitung. Ersparnis durch Recycling insgesamt etwa 7,5 Millionen US-Dollar. Auf der anderen Seite der Rechnung stehen 18,4 Millionen US-Dollar Gewinnverlust durch geringeres Nutzlastgewicht plus Umlage der Entwicklungskosten für Rückführungstechnologie von etwa 8 Millionen US-Dollar. Insgesamt etwa 26,4 Millionen US-Dollar. 

Fazit: 26,4 Millionen US-Dollar Gewinn bei Nicht-Rückführung stehen 7,5 Millionen US-Dollar Gewinn bei Rückführung gegenüber. Selbst wenn meine Kostenschätzungen stark daneben lägen, dann würde sich eine Wiedergewinnung keinesfalls lohnen, selbst wenn Elon Musk seine Entwicklungskosten nicht wieder reinholen wollte. Tatsächlich macht er mit dem Recycling 15-23 Millionen US-Dollar Verlust pro Flug. Das soll sich lohnen?

Recycling, so lange es man sich leisten kann

Daher meine Prognose: Elon Musk wird sich mit den Lorbeeren eines Raketen-Recycling so lange schmücken, bis ULA mit ihrer neuen Vulcan-Rakete und Europa mit ihrer neuen Ariane 6 ihm preislich so auf den Pelz rücken, dass er die Verluste, die er mit dem Recycling macht, nicht länger hinnehmen kann und dann aus anderen ehrenvollen Gründen darauf verzichten wird. Allen anderen Raketenbauern kann ich daher nur raten, lasst die Finger von dieser Art Raketen-Recycling.

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