Gerade hat Musk im Weltraum „Bohnen gestreut“

Am 28. September nach Pekinger Zeit führte SpaceX erfolgreich den 14. integrierten Flugtest des Starships (im Folgenden als „14. Flug“ bezeichnet) durch.

Dieser Flug bestand aus dem Raumschiff Ship 41 und dem Super-Heavy-Booster, wobei die Gesamthöhe der Kombination etwa 124 Meter betrug. Etwa 7 Minuten nach dem Start schloss der Super-Heavy-Booster seine Aufgabe ab und tauchte kontrolliert im Golf von Mexiko ein. Allerdings wurde das klassische Bild des „Raketenfangs mit Stäben“ nicht wiederholt.

Etwa 8 Minuten nach dem Start zündete das Starship sein Triebwerk zum ersten Mal und trat in die Gleitphase ein. Gemäß dem zuvor von SpaceX veröffentlichten Missionsplan befand sich das Raumschiff zu diesem Zeitpunkt noch auf einer passiv sicheren suborbitalen Flugbahn. Das Team nutzte diese Zeit, um den Zustand des Fluggeräts zu prüfen, bevor es entschied, ob die Zündung für den Orbitaleintritt durchgeführt wird.

Während dieser Prüfung trat ein Unfall auf: Eines der „Raptor 3“-Triebwerke von Ship 41 schaltete sich vorzeitig ab. SpaceX aktivierte ein Notfallverfahren: Es nutzte den Treibstoff aus den Tanks im Nasenkegel, der ursprünglich für die Landephase reserviert war, und übertrug die Aufgabe der Orbitaleintritts-Zündung einem einzelnen Triebwerk.

Schließlich wurde das Raumschiff in eine erdnahe Umlaufbahn in etwa 275 km Höhe gebracht. Dies war das erste Mal, dass das Starship-Projekt seit seinem Erstflug im April 2023 tatsächlich eine Umlaufbahn um die Erde erreichte.

Etwa 10 Minuten nach dem Eintritt in die Umlaufbahn begann das Raumschiff mit der Aussetzung von 26 Starlink-V3-Satelliten, wobei der gesamte Aussetzvorgang etwa 30 Minuten dauerte. Nach dem ursprünglichen Plan sollte das Starship weitere 6 Umläufe um die Erde fliegen, sodass die gesamte Mission fast 10 Stunden dauerte. Allerdings kündigte SpaceX an, dass das Starship nach etwa 3 Stunden Betrieb in der Umlaufbahn kontrolliert aus der Umlaufbahn austreten und sicher in ein vorab festgelegtes Seegebiet im Pazifik fallen wird.

Das aus Raumschiff und Booster bestehende Starship. Quelle: SpaceX

Dieser Flug markiert den offiziellen Übergang des Starships von der suborbitalen Testphase zur orbitalen Betriebsphase und ebnet den Weg für nachfolgende Aufgaben wie die groß angelegte Starlink-Aussetzung, die Betankung im Orbit und den tiefen Raumtransport.

Über die suborbitale Schwelle hinaus

Der „14. Flug“ fand weniger als zwei Monate nach dem letzten Starship-Start statt. Im Vergleich zur siebemonatigen Lücke zwischen dem 11. und dem 12. Flug zuvor hat sich das Testtempo deutlich beschleunigt.

Elon Musk hatte zuvor erwartet, dass das Starship in etwa einem Jahr eine Startfrequenz von mindestens einem Start pro Tag erreichen wird. Mit der Reife des V3-Designs, der schrittweisen Lösung kritischer Probleme wie dem Wärmeschutz und der parallelen Durchführung von Produktions- und Testabläufen beschleunigt SpaceX den Übergang zu einem häufigen Wiedereinsatz.

Bei den vorherigen 13 Flügen wählte das Starship bewusst eine „passiv sichere“ suborbitale Flugbahn aus: Selbst wenn das Fluggerät die vollständige Kontrolle verliert, wird es natürlich wieder in die Erdatmosphäre eintreten und im vorgesehenen Seegebiet eintauchen. Diese Strategie maximiert die öffentliche Sicherheit und ermöglicht es SpaceX, in der frühen Phase schnell Flugdaten zu sammeln.

Aber der suborbitale Flug hat eine grundlegende Einschränkung: Das Raumschiff kann nicht die Vorwärtsgeschwindigkeit erreichen, die für den Eintritt in die Umlaufbahn erforderlich ist.

Der „14. Flug“ hat diese Einschränkung durchbrochen.

Nach dem Start flog das Raumschiff zunächst entlang einer suborbitalen Flugbahn. Nachdem bestätigt wurde, dass alle kritischen Hardwarekomponenten über ausreichende Redundanz verfügen, gab das Flugkontrollteam den Befehl zum Eintritt in die Umlaufbahn. Eines der Raptor-Triebwerke des Raumschiffs zündete im Weltraum erneut und brachte es in eine erdnahe Umlaufbahn in etwa 275 km Höhe.

Dies war das erste Mal in der Geschichte des Starships, dass es wirklich im Weltraum „verblieb“.

Die Flugbahn des Starships

Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn fliegt das Raumschiff sechs Umläufe um die Erde, wobei der gesamte Vorgang fast zehn Stunden dauert. Das Ingenieursteam führt umfassende Tests aller Systeme des Raumschiffs durch, einschließlich der Treibstoffverwaltung in der orbitalen Umgebung, der Leistung der Avioniksysteme und des Zustands des Wärmeschutzsystems. Schließlich führt das Raumschiff die Zündung zum Austritt aus der Umlaufbahn durch: Ein Raptor-Triebwerk startet im Weltraum erneut, schiebt das Raumschiff aus der Umlaufbahn und beginnt das Wiedereintrittsverfahren. Das Raumschiff tauchte kontrolliert im Pazifik westlich von Chile ein.

SpaceX betonte in seiner Missionsbeschreibung: „Durch den Eintritt in die Umlaufbahn kann die nächste Phase der Entwicklung des Starships zu einer vollständig und schnell wiederverwendbaren Plattform beginnen.“

Nur durch den Eintritt in die Umlaufbahn kann das Starship wirklich beginnen, kritische Fähigkeiten wie die Betankung im Orbit, den langfristigen Aufenthalt im Weltraum und den tiefen Raumtransport zu validieren. Der suborbitale Flug kann den Wiedereintritt testen, aber keine orbitalen Operationen. Der Erfolg des „14. Flugs“ bedeutet, dass das Starship endlich diese Schwelle überschritten hat.

Gleichzeitig hat der Super-Heavy-Booster auch seine Aufgabe abgeschlossen.

Beim 13. Flug nutzte der Booster nach der Trennung der Stufen zum ersten Mal erfolgreich alle 33 Triebwerke für die Rückschubzündung. Am Ende der Zündung zeigten jedoch 3 zentrale Triebwerke Anzeichen einer vermuteten „Eisverstopfung“: Wasser in Treibstoffleitungen oder Ventilen gefror in der kalten Umgebung, was die normale Versorgung mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Methan beeinträchtigen könnte. Telemetriedaten zeigten, dass die Triebwerke anschließend Anomalien aufwiesen, und der Booster konnte schließlich die vorgesehene Landung nicht abschließen und tauchte als „harter Eintritt“ in den Golf von Mexiko ein.

SpaceX hat gezielte Verbesserungen am Booster für den „14. Flug“ vorgenommen. Auf Hardwareebene verbesserte das Team das Filtersystem der Triebwerke, um ein Wiederauftreten des Eisverstopfungsproblems zu verhindern. Auf Softwareebene wurde die Zuverlässigkeitslogik für den Neustart der Triebwerke verbessert. Aus den Flugergebnissen geht hervor, dass diese Verbesserungen die erwartete Wirkung erzielt haben: Der Booster absolvierte erfolgreich den gesamten Prozess der Rückschubzündung und der Landungszündung und erreichte schließlich einen kontrollierten weichen Eintritt in das vorgesehene Seegebiet im Golf von Mexiko.

Obwohl der Booster diesmal immer noch nicht versucht hat, zur Starbase zurückzukehren und von den „Fangstäben“ des Startturms erfasst zu werden, legt der erfolgreiche kontrollierte Eintritt die Grundlage für die Realisierung der Booster-Wiedererfassung bei nachfolgenden Flügen.

Starlink V3 geht in Betrieb

Ein weiterer Meilenstein des „14. Flugs“ war die erste Aussetzung der voll funktionsfähigen Starlink-V3-Satelliten.

Konzeptdarstellung des Betriebs von Starlink V3 im Weltraum

Bei früheren Flügen trug das Starship Simulatoren oder Testversionen von Starlink-V3-Satelliten, aber diese Satelliten wurden schließlich wieder eintreten und zerstört, ohne in das Netzwerk einzutreten und in Betrieb zu gehen.

Diesmal ist es anders: 26 V3-Satelliten werden nach der Aussetzung ihre Solaranlagen und Antennen ausklappen, über HF- und Laser-Verbindungen Verbindungen zu Bodenstationen und anderen Starlink-Satelliten herstellen und nach Abschluss der Prüfung im Orbit offiziell damit beginnen, Kunden zu bedienen.

Das Starship setzt Starlink-V3-Satelliten aus

Die Fähigkeiten von Starlink-V3-Satelliten übertreffen die Vorgängerversionen bei weitem. Jeder V3-Satellit bietet eine Abwärtskapazität von 1 Tbit/s und eine Aufwärtskapazität von 160 Gbit/s, was gegenüber V2-Satelliten um etwa das 10-fache bzw. 22-fache gesteigert ist.

Die Phased-Array-Antenne des V3-Satelliten unterstützt 2048 Abwärts- und Aufwärtsstrahlen, während V2 nur 192 Abwärts- und 144 Aufwärtsstrahlen unterstützt. Jeder V3-Satellit ist mit 6 Weltraum-Laser-Satellitenverbindungen mit 400 Gbit/s ausgestattet, die einen ununterbrochenen Hochbandbreiten-Datenverkehr zwischen beliebigen zwei Punkten auf der ganzen Welt ermöglichen und ein petabit-großes Laser-Mesh-Netzwerk bilden.

Starlink-V1.5-, V2- und V3-Satelliten. Quelle: X

Die Satelliten tragen außerdem 4 HF-Rückverbindungsantennen mit vier Bändern (Ka-, E-, V-, W-Band), deren Rückverbindungskapazität 1,2 Tbit/s erreicht, was mehr als das 8-fache von V2 beträgt. Um die stärkere Kapazität und Fähigkeiten zu unterstützen, erzeugen die Solaranlagen des V3-Satelliten etwa die doppelte Menge an Strom wie die von V2. Neue Fertigungstechnologien ermöglichen die kontinuierliche Herstellung von Solarmatten, die in 19 Meter lange Segmente geschnitten und zu vollständigen Anlagen zusammengenäht werden.

Gemäß den Erwartungen von SpaceX kann ein voll beladener Starship-Start 60 V3-Satelliten tragen, wobei jeder Start etwa das 20-fache der Kapazität eines Falcon-9-Starts mit V2-Satelliten für die Konstellation bereitstellt. Der „14. Flug“ trägt 26 Satelliten, weil das Raumschiff Treibstoff für die Austrittsoperation aus der Umlaufbahn bei der orbitalen Aufgabe reservieren muss und dies zudem der erste praktische Aussetzungseinsatz für V3-Satelliten ist.

Derzeit besteht die Starlink-Konstellation aus mehr als 11000 aktiven Satelliten, aber keiner davon ist die V3-Version. Elon Musk hat einmal erklärt, dass das Unternehmen hofft, Starlink schließlich auf 100000 V3-Satelliten auszuweiten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss man sich auf die groß angelegte Aussetzungsfähigkeit des Starships verlassen.

Es ist bemerkenswert, dass 3 der 26 Satelliten speziell modifiziert wurden und Kamerasysteme tragen. Nach der Aussetzung aus dem Starship drehen sie sich um und führen eine Panoramabildaufnahme des Wärmeschutzsystems des Raumschiffs durch, und übermitteln die Bilder in Echtzeit an die Bodenbediener.

Ziel dieser Technologie ist es, die Methode zur Bewertung der Integrität des Wärmeschutzsystems bei zukünftigen Missionen zu validieren. Elon Musk hat öffentlich erklärt, dass das derzeit „größte verbleibende Problem“ des Starships die Wiederverwendbarkeit des Wärmeschutzsystems ist. Durch die schnelle Fernabtastung des Wärmeschutzsystems mit Satelliten hofft SpaceX, aus der Situation der „umständlichen Einzelprüfung von 40000 Kacheln“ herauszukommen.

Wärmeschutz beginnt mit der Wiederverwendung

Das Starship des „14. Flugs“ hat mehrere Upgrades am Wärmeschutzsystem vorgenommen.

Diese Verbesserungen stammen teilweise direkt aus den Daten des 13. Flugs. Bei dieser Mission kippte das Raumschiff Ship 40 nach dem Eintritt in den Indischen Ozean unerwartet langsam und schwamm auf der Meeresoberfläche, ohne zu explodieren oder zu sinken.

Dies gab SpaceX eine seltene Gelegenheit: Das Ingenieurteam schleppte das Raumschiff zurück zum Ufer und transportierte es zur Analyse zurück zur Starbase.

Zu den spezifischen Upgrades gehören: Die Hinzufügung zusätzlicher Befestigungsmechanismen für die Wärmedämmkacheln in Bereichen mit dem höchsten bekannten Ablöserisiko während der Aufstiegsphase; Verbesserungen der Abdichtung in Bereichen, in denen kürzlich festgestellt wurde, dass Plasma hinter die Wärmedämmkacheln fließen kann; Die Verwendung von gekrümmten Wärmedämmkacheln in mehreren Bereichen, ein Design, das nachweislich die Wärmebelastung an den Kachelzwischenräumen verringert.

Am auffälligsten ist, dass zwei von Ship 40 zurückgewonnene Wärmedämmkacheln erneut auf Ship 41 installiert und geflogen wurden. Dies war das erste Mal im Starship-Projekt, dass die Wiederverwendung von Wärmedämmkacheln realisiert wurde. Obwohl es sich nur um zwei Kacheln handelt, ist die Wiederverwendbarkeit des Wärmeschutzsystems der Schlüssel zur Verwirklichung der Vision des Starships, „schnell wie ein Flugzeug wiederholt zu starten und zu landen“.