SpaceX stellt Pläne für Mars-Kolonisation vor

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Im vergangenen Jahr präsentierte SpaceX das Interplanetary Transport System vor, welches 100 Menschen in 80 Tagen zum Mars bringen soll. Doch laut Elon Musk haben sich die Pläne inzwischen stark verändert, nicht das Missionsprofil als solches, aber die Umsetzung und vor allem Finanzierung muss überdacht werden. Auch passt SpaceX seine ambitionierten Pläne an die aktuellen Gegebenheiten an, denn inzwischen ist das Unternehmen in der privaten Raumfahrt extrem erfolgreich und bietet mehrere Dutzend Starts pro Jahr an – größtenteils mit Rückführung der ersten Stufe, was ein großer Bestandteil der Strategie von SpaceX ist. Doch nun zu den im australischen Adelaide vorgestellten Plänen.

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Der Mars ist nach dem Mond das nächste große Ziel der Weltraumerforschung. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich die Weltraumorganisationen, seien es nationale oder internationale, auf die Erforschung des Weltraums mittels Sonden und Teleskopen konzentriert. Doch die Menschheit hat einen Drang, solch neue Gebiete immer selbst erfahren zu wollen. Eine Sonde ist immer nur der verlängerte Arm der Menschheit. Der Mars bietet sich als Forschungsziel an, da er in vielen Bereichen der Erde sehr nahe ist. Temperaturbereich, Gravitation und viele weitere Parameter liegen auf dem Mars deutlich näher an dem, was wir auf der Erde erfahren.

Neues Trägersystem BFR – Big Fucking Rocket

Auch wenn das neue Konzept den Namen BFR trägt, soll das neue Trägersystem kleiner und flexibler werden. Letztendlich soll es die bestehende Falcon 9, die bald startende Falcon Heavy und die Dragon-Kapsel ersetzen. Für die BFR können aber bisher entwickelte Systeme weiterverwendet werden. Eine senkrechte Landung der Rakete, die zum Mars fliegt, ist ein wichtiger Bestandteil. Eine andere Form der Landung bietet kaum eine Möglichkeit der Rückkehr. Die Falcon 9 hat inzwischen 16 erfolgreiche Landungen in Reihe geschafft. Für das kommende Jahr plant SpaceX 30 Starts der Falcon 9, allesamt sollen auch wieder landen. Damit will SpaceX die Zuverlässigkeit weiter verbessern, denn für eine Kolonisation des Mars benötigt man tausende Starts und ebenso erfolgreiche Landungen.

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Dazu gehört auch der Tank, den man bereits im vergangenen Jahr präsentierte. Die Karbonhülle wurde aber noch einmal überarbeitet und inzwischen ist der Tank bis 2,3 bar getestet worden. Das Volumen beträgt bei einem Durchmesser von 12 m etwa 1.000 m³, bei 2,3 bar kann der Tank 1.200 t an flüssigem Sauerstoff speichern.

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Auch bei der Raptor-Engine gibt es Fortschritte bei der Entwicklung. Inzwischen konnte die Raptor-Engine in 42 Tests über 1.200 s lang betrieben werden. Langzeittests von 100 s wurden ebenfalls durchgeführt und diese Brenndauer reicht für eine Landung auf dem Mars auch aus, denn dazu wären etwa 40 s notwendig. Die Raptor-Engine ist der stärkste Raktenmotor, der jemals entwickelt wurde. Selbst die Raketenmotoren der Saturn V, der bisher größten Rakete, waren weniger leistungsfähig.

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Um die BFR einmal in ein Verhältnis zu aktuellen Raketensystemen zu rücken, hier ein paar Zahlen: Die europäische Ariane 5 kann 20.000 kg in den LEO (Low Earth Orbit) bringen. Die Falcon 9 von SpaceX schafft 13.150 kg und die geplante Falcon Heavy 30.000 kg – beide können mehr, dann aber entfällt die Landung der Booster, bzw. der ersten Stufe. Die Saturn 5, die bereits in den 60ern Astronauten zum Mond brachte, schaffte 135.000 kg. Die BFR hievt 150.000 kg in den LEO und kann vollständig wiederverwendet werden. Mit einer Höhe von 106 m ist sie nur etwas kleiner als die Saturn V. 31 Raptor-Engines sind unten an der BFR angebracht und sorgen für den notwendigen Schub.

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Die erste Stufe der BFR misst 58 m und ist neben den 31 Raptor-Engines nahezu ausschließlich mit Treibstoff gefüllt. Das eigentliche Raumschiff kommt auf eine Länge von 48 m, hat einen Durchmesser von 9 m und wiegt 85 t. In dieser zweiten Stufe befinden sich 1.100 t an Treibstoff, die eine Nutzlast von 150 t befördern können. Gelandet werden kann die zweite Stufe mit 50 t an Nutzlast. Der kleine Delta-Flügel am Ende der zweiten Stufe hilft beim Wiedereintritt in die Atmosphäre (auch der dünnen Atmosphäre des Mars) und hilft zudem dabei, unterschiedliche Nutzlasten beim Wiedereintritt auszugleichen. Denn man geht davon aus, dass gerade für den Rückflug nicht immer das volle Potenzial der Nutzlast ausgeschöpft werden wird.

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Der Cargo-Bereich der zweiten Stufe kommt auf ein Volumen von 825 m³ und ist damit größer als die Kabine eines Airbus A380. Je nach Nutzlast oder Transport von Menschen können bis zu 40 Kabinen eingebaut werden, zusammen mit Bereichen die gemeinsam genutzt werden. Für einen Marstransit plant Space X mit eine Dauer von drei bis sechs Monaten in denen sich 2-3 Astronauten pro Kabine befinden, so dass die zweite Stufe der BFR bis zu 120 Menschen zum Mars und wieder zurück bringen kann. Für den Schutz vor gefährlichen Solarstürmen gibt es einen entsprechend gesicherten Bereich.

SpaceX will mit CH4+O2 (Methan und Sauerstoff) einen Treibstoff verwenden, den man auch auf dem Mars produzieren kann. Die zweite Stufe der BFR fast 240 t an Methan und 860 t an flüssigem Sauerstoff. Die sogenannten Header Tanks sind notwendig, um den Triebwerken bei der Landung den Treibstoff zuführen zu können, da dieser in den Haupttanks in flüssiger Form beim Wiedereintritt zu stark in Bewegung ist.

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Am hinteren Ende der zweiten Stufen befinden sich vier Raptor-Triebwerke, die von 20 bis 100 % Schub gesteuert werden können. Zwei Sea-Level-Triebwerke kommen bei der Landung zum Einsatz. Sie sind doppelt ausgelegt, denn eines der Sea-Level-Triebwerke würde für die Landung ausreichen.

Orbitale Basisstationen sind wichtiger Bestandteil

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Für regelmäßige und häufige Flüge zum Mars ist eine Weltraumstation ein wichtiger Bestandteil. Von hier aus sollen Raumschiffe neu betankt werden, aber auch Ressourcen verschiedenster Art von der Erde in den Weltraum und dann zum Mars gebracht werden. Dies testet SpaceX derzeit mit der Dragon-Weltraumkapsel, die auch schon die ISS versorgt. Im nächsten Jahr soll eine verbesserte Version Dragon 2 erstmals zur ISS starten.

Die obere Stufe der BFR ist in der Lage mit einer zweiten Oberstufe zu koppeln, so können beide Oberstufen ihren Treibstoff austauschen. Eine BFR ist also in der Lage, 150 t in den LEO zu bringen. Ein Tanker macht den Weiterflug zum Mars überhaupt erst möglich, aber diese Rechnung skaliert laut SpaceX mit jeder weiteren Betankung – entweder für die Gesamtmasse die in den Orbit gebracht werden kann oder für den Weiterflug zum Mars.

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BFR ermöglicht aber auch Flüge zum und Landungen auf dem Mond – ohne Wiederbetankung und mit einer deutlich höheren Nutzlast als dies mit den Apollo-Missionen möglich war. Theoretisch ist damit auch der Aufbau einer Mondbasis in greifbare Nähe gerückt.

Für den Mars wird dies deutlich komplizierter, da hier die Produktion des Treibstoffs vor Ort essentiell für die Rückkehr zur Erden ist. Aus dem Kohlendioxid aus der Athmosphäre und dem Wassereis auf dem Mark ließe sich dies aber produzieren.

Eigenfinanzierung der BFR

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Die Finanzierung ist sicherlich das größte Problem der Pläne von SpaceX. Inzwischen sieht man sich aber in einer Situation, in der man eine BFR selbst finanzieren kann, durch den aktuellen Betrieb der Starts von Falcon 9, Dragon-Weltraumkapsel und der bald geplanten Starts der Falcon Heavy.

Die BFR bietet dann noch weiteres Finanzierungspontial, denn durch die schiere Größe können komplett neue Missionen erwogen werden, die zuvor undenkbar waren. So wäre ein Weltraumteleskop möglich, dessen Spiegel den zehnfachen Durchmesser des Hubble besitzt.

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2022 soll es die ersten Cargo-Missionen der BFR geben. Zunächst sollen zwei Missionen zum Mars gestartet werden. Mit diesen Missionen soll die erste Versorgung auf den Mars hergestellt werden. Im Jahr 2024 sollen vier Flüge zum Mars stattfinden – zwei mit weiterem Cargo, zwei mit den ersten Astronauten. Danach soll bereits eine erste Rückkehr möglich sein, da die Infrastruktur für die Produktion des Treibstoffs schon möglich sein soll. In der Folge soll der Aufbau einer stationären Basis auf dem Mars möglich sein.