Mit Edelstahl zurück in die Zukunft

Elon Musk macht erneut Schlagzeilen. Nun, das sind kaum Neuigkeiten, außer einem glänzenden, kaum zu übersehenen Detail - dem Edelstahl, den er für sein neuestes Raketendesign verwendet. Seit über 50 Jahren wurde das Material nicht mehr im in der Raumfahrt eingesetzt. Es ist ein Last-Minute-Wechsel von Musk, der ursprünglich für die Rakete einen Kohlefaserkörper geplant hatte. Ein kürzlich getwittertes Bild zeigt einen glänzenden Prototyp der SpaceX-Rakete, der fast Retrogefühl vermittelt.
 
Ist Edelstahl eine überraschende Wahl für die Rakete der Zukunft? Eine leicht zu beantwortende Frage für thyssenkrupp Materials Services. Die Antwort: „Überhaupt nicht! Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften und seiner Vielseitigkeit ist Edelstahl für eine Vielzahl von Anwendungen unschlagbar - selbst unter den Bedingungen im Weltall“, so der Konzern auf seiner Homepage.

Mit seiner neuen Rakete greift Musk auf eine Idee aus der Frühzeit des Raketenbaus zurück. Bereits der Amerikaner John Miles umkreiste 1962 die Erdumlaufbahn mit einer Rakete, deren Außenhaut aus rostfreiem Stahl gefertigt wurde. Austenitische, rostfreie Chrom-Nickel-Stähle gehören zu den wenigen Materialien, die bis zu 0 K (-273 Grad Celsius) verwendet werden können. Dies ist ein enormer Vorteil, da die Temperatur sowohl im Weltall als auch bereits in der Erdumlaufbahn nicht klassisch wie auf der Erde gemessen werden kann, da es aufgrund des Vakuums kein entsprechendes Medium gibt, das sich aufheizt oder abkühlt. Die Temperatur eines Satelliten in der Erdumlaufbahn beispielsweise hängt von dem Material ab, das bestrahlt wird.

Ein gutes Beispiel hierfür ist der Mond: Der größte Teil seiner Oberfläche besteht aus dunkler Lava, vergleichbar der, die Vulkane ausspeien. Diese erhitzt sich bei relativ konstanter „Umgebungstemperatur“ während der 14 Tage ununterbrochener Sonnenstrahlung auf bis zu +120°C. In der 14 Tage dauernden Nacht sinkt die Temperatur des Erdtrabanten auf -130°C. Alternativmaterialien zu Edelstahl benötigen entsprechend dickerer Bleche, um die gleiche Temperaturbeständigkeit und Tragfähigkeit zu leisten, was die Rakete jedoch wiederum schwerer machen würde. Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Materialien wie Kohlefaser ist die Kostenersparnis. Für Musk ein gutes Argument, auf die spezielle Rostfreistahllegierung der 300er Serie zu setzen, da er, im Gegensatz zur ESA zum Beispiel seine Raketen wiederverwenden will. Laut einer Presseerklärung geht er davon aus, dass dieses Material besser auf die extremen Temperaturunterschiede beim Ein- und Austritt in die Atmosphäre reagieren werde. In der hochpolierten Oberfläche sieht er hingegen den Vorteil, dass die wie ein Spiegel wirken könne und somit weniger Wärmeabschirmung erforderlich sei.

SpaceX
In wenigen Wochen will Elon Musk eine Testrakete für künftige ISS-, Mond- und Marsmissionen abheben lassen. Damit liefert sich der 42-Jährige ein spektakuläres Wettrennen mit dem aktuell reichsten Mann der Welt, dem Amazon-Gründer und Raumfahrt-Enthusiasten Jeff Bezos. Die Rakete „Starship“ soll dann 118 Meter hoch sein, neun Meter Durchmesser haben und bis zu 100 Menschen bei einem Flug transportieren können. Bereits 2023 will ein japanischer Milliardär gemeinsam mit Künstlern um die Rückseite des Mondes fliegen, wo derzeit ein chinesisches Raumfahrzeug gelandet ist. Ein ambitionierter Plan.

Musk bezeichnet die kleinere Versuchsrakete, die aktuell in Texas zu sehen, ist als „Starship Hopper“. Die unbemannte, nur senkrecht aufsteigende Rakete soll nur aufsteigen und wieder senkrecht landen, aber die Erde selbst nicht umkreisen. Nach diesem Prinzip wurden auch die regelmäßig fliegenden Falcon-Recyclingraketen entwickelt. Auch hier erfolgten zunächst nur Versuche im Rahmen des sogenannten Grasshopper-Programms. Die Testraketen erreichten bisher eine Höhe von maximal 744 Metern und waren rund eine Minute in der Luft.
Das auf Twitter veröffentlichte Foto des „Starship Hopper“ wurde von Musk entsprechend kommentiert: Die Originalrakete wird größer sein und eine dickere Außenhaut ohne Falten haben. Der obere Teil der Rakete soll auch nicht spitz, sondern geschwungen sein.

Raketentechniker wollen nun genau wissen, wie Musk seine Rostfrei-Stahl-Idee umsetzten will. Auch bei den Atlas –und Centaur Raketenprogrammen der USA wurden Stahlbleche verwendet, die dünner als drei Blatt Papier waren. Das Ergebnis waren diverse Zwischenfälle, bei denen die Raketen schlichtweg in sich zusammen knickten. Daher setzen die Konstrukteure bei der Außenhaut von den meisten modernen Raketen auf Aluminiumlegierungen oder Kohlefaserwerkstoffe (CFK). So beispielsweise bei der Oberstufe der neuen europäischen Ariane-6-Rakete. Eine Antwort blieb Musk bisher schuldig.

Eigene Triebwerke
Doch nicht nur in Sachen Konstruktion und Materialen will der Tesla-Gründer eigene Wege gehen. Mit der Versuchsrakete „Starship Hopper“ sollen auch neue, selbst entwickelte Triebwerke namens „Raptor“ getestet werden. Musk sprach in einem Interview von den „leistungsfähigsten Triebwerken, die jemals gebaut wurden.“ „Starship Hopper“ verfügt über drei dieser Triebwerke. In der Oberstufe von „Starship“, die für die Flüge zum Mond und Mars konzipiert ist, sollen es dann sieben sein.

Auch hier liefert sich Musk wieder einen Wettstreit mit Jeff Bezos. Dieser entwickelt mit seiner Raumfahrtfirma Blue Origin ebenfalls wiederverwendbare Raketen und eigene Triebwerke. Diese BE-4 genannten Antriebe will Bezos nach erfolgreicher Umsetzung auch an den Raketenkonzern UAL (Boeing/Lockheed) liefern.

Es bleibt spannend, welcher der beiden Kontrahenten sich am Ende durchsetzen wird.
 

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