Gehört die Zukunft der Raumfahrt den Raketenschiffen?

Der Weltraum ist ein Milliardengeschäft. Zahlreiche junge Raumfahrtunternehmen wollen es daher SpaceX und Rocket Lab gleichtun. Sie arbeiten an Raketen, um Satelliten und Experimente für NASA, ESA, Firmen und sogar Privatleute in den Orbit zu bringen. Ein Start-up aus den Niederlanden und Neuseeland hat eine besondere Idee. Es arbeitet an einem Mini-Raketenflugzeug, das deutlich effektiver sein soll als klassische Raketen – und gerne auch geklaut werden darf.

Von Michael Förtsch

Der Weltraum und insbesondere der Orbit der Erde sind echt gefragt. Immer mehr Raumfahrtbehörden, Unternehmen und Forschungseinrichtungen wollen Satelliten über der Erdoberfläche platzieren. Tausende davon sollen in Zukunft den kompletten Globus mit Internet versorgen, andere dienen der Erdbeobachtung und Forschung. Einige sind sogar nur dafür da, um die Bitcoin-Blockchain in die Winkel der Welt zu strahlen, wo es noch mit der Internetanbindung hakt. Daher arbeiten zahlreiche junge Unternehmen eifrig daran, kleine und große Raketen zu entwickeln, mit denen sich Satelliten in die Höhe hieven lassen. Denn bislang gibt es mit SpaceX, Rocket Lab und der United Launch Alliance nur eine handvoll Firmen, die das zuverlässig leisten. Und denen soll der Markt der sogenannten launch services nicht kampflos überlassen werden, der schon jetzt über 300 Milliarden US-Dollar schwer sein soll.

Die meisten Raketen-Start-ups setzen dabei auf Weiterentwicklungen der klassischen Raketen, wie sie bereits seit Jahrzehnten konstruiert werden. Aber nicht alle Raumfahrttechniker und New-Space-Start-ups halten das für den besten Weg. Sie meinen, dass es auch anders geht – und zwar effektiver und effizienter. Zu denen, die neue Wege gehen, gehört Stefan Powell, der Co-Gründer von Dawn Aerspace, einem niederländisch-neuseeländischem Raumfahrtunternehmen. Und das arbeitet derzeit an einem futuristischen Raketenflugzeug. „Wir selbst nennen es suborbitales Weltraumflugzeug“, sagt Powell über den Dawn Mk-II Aurora getauften Prototypen. „Es bringt zwei Welten zusammen: Die Flexibilität und Wiederverwendbarkeit eines Flugzeugs und die Kraft und Geschwindigkeit einer Rakete. “

Die Rakete flog, das war ganz wundervoll, dann fiel sie wieder zur Erde und zerschellte in Millionen von Einzelteilen.

Stefan Powell

Das 4,80 Meter lange Raketenschiff wartet derzeit in einem Hangar im neuseeländischen Christchurch auf seinen ersten Flug. Der soll Ende des Jahres stattfinden und beweisen, dass ein solcher Hybride nicht nur funktional ist, sondern langfristig deutlich nachhaltiger und effektiver arbeitet als eine traditionelle Rakete. Alleine schon deshalb, weil er von einem ganz gewöhnlichen Flughafen starten und auch dort wieder landen könne. Im Falle von Mk-II Aurora soll das der Flughafen Oamaru auf der Südinsel des Der-Herr-der-Ringe -Landes sein. Irgendwann sollen solche Raketenflugzeuge von überall auf der Welt starten. Und das Hunderte Mal am Tag.

Eine Falcon-9-Rakete mit Flügeln

Geboren wurde die Idee für das Raketenschiff laut Stefan Powell aus einem Moment der Ernüchterung. Er studierte nämlich an der niederländischen Technischen Universität Delft und war Teil der Arbeitsgemeinschaft Delft Aerospace Rocket Engineering, die eine fast sieben Meter hohe Rakete namens Stratos 2 konstruierte. Diese wurde am 16. Oktober 2015 gestartet und erreichte eine Höhe von 21,5 Kilometern, ein neuer Rekord für ein studentisches Raketenprojekt. „Es war spektakulär“, sagt Powell. „Wir hatten fünf Jahre daran gearbeitet und einige Hunderttausend Euro verpulvert, aber nach nur ein paar Minuten war das alles erledigt. Die Rakete flog, das war ganz wundervoll, dann fiel sie wieder zur Erde und zerschellte in Millionen von Einzelteilen. Wir dachten uns: Das war ziemlich viel Arbeit für einen echt kurzen Spaß.“

Wir dachten uns: Das war ziemlich viel Arbeit für einen echt kurzen Spaß.

Stefan Powell

In diesem Moment hätten sich Powell und einige Mitstudienerde überlegt, dass es doch auch anders gehen müsste. Dass es eine Möglichkeit geben muss, Raketen immer wieder und auch öfter einzusetzen, als das bislang der Fall war und auch jetzt oft noch der Fall ist. Eine Lösung fanden sie zunächst nicht – jedenfalls nicht, bis Powell mit seinem Bruder James ins Gespräch kam. Der arbeitete zu diesem Zeitpunkt bereits seit mehreren Jahren in der Luftfahrtbranche. „Er weiß also Bescheid, wie Flugzeuge funktionieren, wie sie gebaut und zertifiziert werden“, so Powell. Gemeinsam kamen sie zur Überzeugung, dass beides sich sicher vereinen ließe: Raketen und Flugzeuge.

Und daran arbeitet Dawn Aerospace seit nunmehr fünf Jahren. Bereits 2018 baute Dawn Aerospace ein ferngesteuertes Flugzeugmodell und stattete dieses mit einem Raketenantrieb aus, um zu testen, ob sich so ein Vehikel überhaupt realisieren ließe. Mk-II Aurora hingegen ist schon „ein echtes Raketenschiff“, sagt Powell, mit dem sich das Gesamtkonzept erproben lässt. Dabei sei die Konstruktion nicht einmal eine so große Herausforderung gewesen, wie Powell gesteht. „Die Technik war da, wir mussten nur die richtigen Lego-Steine finden und zusammenfügen“, erzählt er lachend. Im Grunde handle es sich bei Mk-II Aurora um eine „kleine Falcon-9-Rakete mit Flügeln“.

Mehrere Starts pro Tag

Genau diese simple Kombination von Flügeln, Flugzeugsteuerung und Raketentechnik könne viele Vorteile bieten. Es gebe eine höhere Fehlertoleranz, da das Raketenschiff deutlich einfacher zu lenken sei als eine Rakete. Die Chance, ein Raketenschiff bei einem Crash oder einer Explosion zu verlieren sei geringer, da es im Notfall immer noch eine Möglichkeit gebe, es zurückzuholen und zu landen. Aber vor allem sei sein Betrieb im Vergleich mit klassischen Raketen, die geradewegs in den Himmel geschossen werden, deutlich günstiger. „Raketen zu starten, ist teuer“, meint Powell. Jedoch würden sich die Kosten anders zusammensetzen, als viele denken – hier könne man eingreifen.

Das Bereithalten von Infrastruktur, die Genehmigungsprozesse, der Transport der Rakete und die Vor- und Nachbereitung des Ganzen, sei es, was richtig teuer wäre. „Der Treibstoff macht nur Bruchteile von Prozentpunkten aus“, sagt Powell. Vieles davon würde bei einem Raketenschiff entfallen. Schließlich brauche es dafür wie bei einem Flugzeug nur eine Start- und Landebahn. Und da es im Grunde ein Flugzeug mit Raketenantrieb ist, könne es als Flugzeug zugelassen werden und benötige keinen gesonderten Luftraum, wie es bei Raketenstarts nötig ist. Im Vergleich mit einer Rakete gleicher Größe könne daher bis zu 20 Prozent Geld gespart werden, wenn nicht noch deutlich mehr.

Aber vor allem könne ein Raketenflugzeug nicht nur einmal die Woche oder einmal am Tag fliegen, sondern gleich mehrere Male am Tag. Und möglicherweise Hunderte, ja, vielleicht sogar Tausende Male, bevor es in den Ruhestand geschickt werden muss. „Ein reguläres Flugzeug wird mehrere Zehntausend Male geflogen, bevor die Technik erneuert oder es verschrottet werden muss“, sagt der Ingenieur. Genau das wäre das Ziel, selbst, wenn es derzeit noch schwer vorstellbar scheint.

Große Ziele

Mit seinem Raketenantrieb soll Mk-II Aurora binnen weniger Minuten nach dem Kampfjet-gleichen Start, die in 100 Kilometern Höhe gedachte Kármán-Linie erreichen können, an der offiziell der Weltraum beginnt und dann sicher zur Erde zurückkehren und landen. Zumindest theoretisch. Denn: „Noch sind wir nicht geflogen“, sagt Powell. Derzeit befände sich das Team in der abschließenden Phase, all die nötige Technik in das kleine Raketenschiff zu installieren, die einzelnen Bauelemente zu prüfen und sicherzustellen, dass alles so zusammenarbeitet, wie es soll. „Aber es dauert nicht mehr lang“, sagt er. „Wir werden es bald das erste Mal fliegen.“

Spätestens Ende des Jahres soll Mk-II Aurora auf das Rollfeld gezogen werden und dann abheben. Dieser erste Flug soll noch vergleichsweise kurz und niedrig ausfallen. Erst nach und nach will das Team das Raketenschiff an seine Grenzen bringen, um die Belastbarkeit auszutarieren und festzustellen, was praktisch alles machbar ist. Auch soll Mk-II noch keine Satelliten ins Orbit schaffen. Allerdings könne es vier Kilogramm an Zuladung tragen und damit beispielsweise kleine Experimente mit in den Erdorbit schleppen – und wieder nach Hause bringen. „Wir erwarten, dass das das erste Mal im Frühjahr nächsten Jahres passiert“, so Powell. „Das wird sehr spannend.“

Insgesamt soll Mk-II für rund zwölf Monate intensiv getestet werden. Dabei soll das Raketenflugzeug nach einigen Flügen sofort wieder betankt und binnen weniger Stunden erneut auf die Startbahn gebracht werden. Nach dieser Testphase soll es mit Mk-III einen Nachfolger bekommen, der mit 18 Metern Länge deutlich größer ausfallen und tatsächlich bereits erste Satelliten mit bis zu 100 Kilogramm in den Orbit schleppen können soll. Geschehen soll das, indem Mk-III nach dem Flug in die Höhe eine gesonderte Zweitstufe zündet. Also eine kleine Rakete, die den Satelliten weiter und bis in die gewünschte Position trägt und dann in der Erdatmosphäre verglüht. Das sollte bis 2025 machbar sein.

Was wir wollen, ist, dass wir diese großartige Raumfahrtzukunft bekommen, die sich viele Menschen so sehr erträumen.

Stefan Powell

Doch das, was Team erreichen will, sei noch viel mehr. „Die Sache ist die: Die Auroras sind Technologiedemonstratoren“, sagt Powell. „Wir wollen sehen, ob und wie das Konzept und die Technik funktionieren. Wir wollen zeigen, dass sich ein Raketenraumschiff wie ein normales Flugzeug nutzen und steuern lassen kann.“ Langfristig sei es das Ziel, ein Raketenflugzeug zu entwickeln, das es möglich macht, so in den Weltraum zu fliegen, wie es jetzt schon Flugzeuge tagtäglich rund um die Welt tun. Genau so einfach und selbstverständlich solle Raumfahrt werden.

Jahrzehnte vorausgeplant

Geht es nach Powell, ist das Konzept eines Raketenflugzeugs ein „riesiger Schritt vorwärts“, wenn es um die Eroberung und Nutzbarmachung des Weltraums geht. „Wir dürfen nicht nur kopieren, was andere machen“, sagt er. „Wir müssen versuchen, die nächste Entwicklungsstufe zu finden und diesen Schritt gehen. Wir müssen schauen, was wir im Jahr 2040 oder 2050 brauchen und nutzen könnten.“ Vehikel wie die Aurora-Flugzeuge könnten das sein. Denn sie könnten praktisch von überall in der Welt starten und wieder landen. Das könnte den Zugang zum Orbit deutlich demokratisieren und die Dominanz der großen Weltraumnationen wie den USA, Russland und China aufweichen und die Art und Weise, wie wir Raumfahrt verstehen und sehen, verändern.

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Steht erst mal die Technik eines Raketenflugzeugs wie Aurora, könne sie genutzt und nahezu beliebig skaliert werden. Ganz ähnlich wie es SpaceX mit seinen Falcon-Raketen tut. Schrittweise könnten Raketenflugzeuge entwickelt werden, die immer größer werden und immer mehr Masse in den Weltraum transportieren. Nicht nur Satelliten, sondern auch Menschen. „Das ist zwar noch weit in der Zukunft, aber natürlich geht das“, sagt Powell. Ob das allerdings Dawn Aerospace tut, das ließe sich noch nicht sagen. Sowieso hofft das Team darauf, dass andere New-Space-Unternehmen auf ihre Idee aufspringen, sie klauen, sie mit- und weiterentwickeln. Sei es SpaceX, RocketLab oder auch ein Unternehmen, von dem bisher noch niemand gehört hat.

Klaut unsere Ideen! Ich will nur, dass die Zukunft endlich zur Wirklichkeit wird.

Stefan Powell

„Ich hoffe wirklich, dass sie das tun. Das wäre großartig“, sagt Powell. „Was wir wollen, ist, dass wir diese großartige Raumfahrtzukunft bekommen, die sich viele Menschen so sehr erträumen. Aber wir fürchten, dass die nicht kommt, wenn wir nur diese dummen Raketen nutzen.“ Um wirklich eine Welt zu schaffen, in der Menschen den Weltraum nutzen können, nicht nur mit ihm, sondern in ihm leben, müsse die Raumfahrttechnologie „cleverer, nachhaltiger, zuverlässiger und auch einfach günstiger werden“. Geschieht das nicht, würden viele Science-Fiction-Träume genau das bleiben – Träume. „Wenn wir nicht herausfinden, wie wir ein gut funktionierendes Transportsystem für den Weltraum hinkriegen, wird all das nichts werden“, sagt Powell. „Mir ist es egal, ob wir [von Dawm Aerospace] es sind, die das letztlich möglich machen, solange es nur irgendjemand tut. Klaut unsere Ideen! Ich will nur, dass die Zukunft endlich zur Wirklichkeit wird.“

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Teaser-Bild: Dawn Aerospace

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Ist das im Vergleich zu heute üblichen Preisen? Die werden zeitnah massiv günstiger, auch bei Microlaunchern. Starship ist nochmal eine ganz andere Kategorie.

Die Frage ist auch ob so ein Konzept wirklich Satelliten in zB LEOs bringen will, oder ob nur suborbitale Anwendungen deren Markt darstellt.

Um Masse wirklich aus dem Erdgravitationsfeld in Orbits zu liften muss mann die sogenannte „escape velocity“ erreichen, ca 11.2km/h. Um dass mit ausreichend Masse zu tun, und diese durch die Atmosphäre auf einem Flugzeug zu tragen und zu beschleunigen braucht man recht große Spannweiten und leistungsstarke Engines. Das kostet auch wieder…

Am Ende geht es vielleicht um die konkrete Applikation. Vielleicht sind Flieger-basierte Systeme wirklich angenehmer, zB für space Touristen. Schafft zumindest vielleicht etwas mehr vertrauen, als vertikal startend auf einem Sprengstofftank zu sitzen :slight_smile:

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Ja. Bezugspunkt ist ein Mittelwert zwischen Falcon-9, den Electrons von Rocket Lab und den Huckepack-Raketen-Preisen der ULA.

Die Frage ist auch ob so ein Konzept wirklich Satelliten in zB LEOs bringen will, oder ob nur suborbitale Anwendungen deren Markt darstellt.

Technisch spricht bei einer konsequenten Weiterentwickelung eigentlich nichts dagegen.

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Die Orbitalgeschwindigkeit zu erreichen ist die eine Schwierigkeit für ein Einstufiges Weltraumflugzeug. Da ist die meistgenannte Hoffnung der Scramjet z.B. beim #Skylon.
Einfach eine Rakete mit Flügeln, da kann ich mich tatsächlich an kein Konzept erinnern, wenn man vom Natter-Flugzeug aus dem 2ten Weltkrieg absieht.

Das andere Problem ist die Rückkehr zur Erde. Und da frag ich mich schon länger, warum es immer einen aufwändigen Hitzeschild braucht. Könnte man den Abstieg nicht um ein Vielfaches in die Längeziehen und einfach viel langsamer abbremsen?

Bin gespannt, wie das mit der Metallhaut der SpaceX Starships wird, ob das wirklich ohne Hitzeschild auskommen kann.

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Bei Mk-III soll ja dann der Rest der Strecke für die Satelliten delivery mit einer zweiten Stufe erfolgen.

Aber grundsätzlich ist deine Frage und Skepsis korrekt, was die größere Vision für diese Raketenflugzeuge angeht. Allerdings glaube ich, dass man hier durchaus auch einen technischen Fortschritt miteinrechnen könnte. Siehe Materialforschung und Progression bei Treibstoffen und Verarbeitung.

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Wie’s aussieht … nein, …

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Hallo Michael,
Du hast recht. Ich bin jetzt seit langem mal wieder direkt auf der SpaceX-Seite gewesen. Seit dem Umstieg von Keramik-Verbundstoff zu einer Metall-Außenhülle hatte ich nicht mehr so genau hingesehen. In diesem Rendering sieht man tatsächlich die Hitzekacheln.

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Ja, gerade geschaut. Ich glaube, das hat sich mit der Revision von September 2018 geändert. Und das Starship soll ja zusätzlich noch mit einem Anstrich versehen werden, der für eine bessere Hitzeverteilung über die Oberfläche sorgen soll. Es wird ja nicht mit der blanken Metallhaut eigesetzt werden, wenn es über die Prototypen-Phase hinaus ist. Die ist ja etwa schon auf dem Render des Mondlande-Variante zu sehen.

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wird Starship eigentlich auf dem Mond so einfach vertikal landen können? Dort ist die Bodengegebenheit und -unsicherheit bestimmt anders geartet als auf den Landepads hier auf der Erde.

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Das sollte eigentlich kein Problem sein. Es viele breite und sehr ebene … naja Ebenen. Genau um solche ausfindig zu machen, werden die idealen Landeorte für die Lander und Standorte für Mondbasen ja über Jahre hinweg gesucht und Orbiter vorausgeschickt, die diese kartieren. Dazu sollen die Landebeine des Starship nicht einfach steife Stelzen sein, sondern über eine Hydraulik verfügen, die kleine Unebenheiten ausgleichen – ganz ähnlich wie die Stoßfedern eines Wagens. Selbst, wenn ein Landebein auf einem Felsen aufsetzen würde, würde das Starship daher wohl nicht einfach umkippen.

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Ich hab Unseren RaumfahrtAutor Eugen zum selben Thema gefragt, weil es so viel instabiler aussieht als das frühere TimUndStruppi-Design. Er meint, das sei durchaus realistisch, weil der Schwerpunkt von Starship ziemlich weit unten liege.

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Das kommt noch dazu. Ja, die Triebwerke liegen schließlich unten und die Oberseite ist mehrheitlich „hohl“.

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