SpaceX

Geschichte

Im Jahr 2001 schlug Elon Musk ein Projekt vor, um ein kleines Gewächshaus für den Pflanzenanbau auf dem Mars zu landen. Er sagte: "So weit ist das Leben noch nie gereist", in dem Versuch, das öffentliche Interesse an der Weltraumforschung wiederzugewinnen und das Budget der NASA aufzustocken. Musk versuchte, billige Raketen aus Russland zu kaufen, kehrte aber mit leeren Händen zurück, nachdem es ihm nicht gelungen war, Raketen zu einem erschwinglichen Preis zu finden. Später erkannte Musk, dass er eine Firma gründen konnte, die die Raketen bauen konnte, die er brauchte. Nach Angaben des frühen Tesla- und SpaceX-Investors Steve Jurvetson berechnete Musk, dass die Rohstoffe für den Bau einer Rakete tatsächlich 3% des damaligen Preises einer Rakete ausmachten. Durch die vertikale Integration, die Eigenproduktion von rund 85% der Starthardware und den modularen Ansatz der Softwareentwicklung konnte SpaceX den Startpreis um den Faktor zehn senken und immer noch eine Bruttomarge von 70% erzielen.

Anfang 2002 suchte Musk Arbeitskräfte für sein neues Raumfahrtunternehmen, das bald den Namen SpaceX tragen sollte. Musk fand den Raketeningenieur Tom Mueller (später CTO für den Antrieb von SpaceX). Er willigte ein, für Musk zu arbeiten. Das war die Geburtsstunde von SpaceX. Der erste Hauptsitz von SpaceX befand sich in einem Lagerhaus in El Segundo, Kalifornien. Seit seiner Gründung im Jahr 2002 ist das Unternehmen rasch gewachsen: von 160 Beschäftigten im November 2005 auf 1.100 im Jahr 2010, 3.800 Beschäftigte und Auftragnehmer bis Oktober 2013, fast 5.000 bis Ende 2015 und etwa 6.000 im April 2017. Im November 2017^[update] war das Unternehmen auf fast 7.000 angewachsen. Im Jahr 2016 hielt Musk eine Rede vor dem Internationalen Astronautischen Kongress, in der er erklärte, dass die US-Regierung die Raketentechnologie als "fortschrittliche Waffentechnologie" einsetzt, was es schwierig macht, Nichtamerikaner einzustellen.

Trägerraketen, Raumfahrzeuge und Raketentriebwerke

Frühe Fahrzeuge

Die Falcon 1 war die erste Trägerrakete von SpaceX. Sie startete insgesamt 5 Mal, aber nur der 4. und letzte Flug waren erfolgreich. Falcon 1 lief, wie der Name schon sagt, mit einem Kestrel-Triebwerk und konnte maximal 670 Kilogramm in die Umlaufbahn bringen.

Ein weiteres frühes Fahrzeug war der abgesagte Falcon 5, der in seiner ersten Stufe 5 Merlin-Motoren und in seiner zweiten Stufe 2 Kestrel-Motoren hat. Er wurde 2007 aus dem Benutzerhandbuch des Unternehmens gestrichen und abgekündigt.

Aktuelle Raketen

Die Falcon 9 ist eine funktionierende, wiederverwendbare zweiteilige Rakete, die mit ihren neun Merlin-Triebwerken im ersten Teil und einem speziellen Merlin-Triebwerk gestartet wird, das für Orte gemacht wurde, an denen es keine Luft gibt. Sie wird mit flüssigem Sauerstoff und Treibstoff angetrieben, der für Raketen mit der Bezeichnung RP-1 hergestellt wurde. Sie kann bis zu 22.800 Kilogramm (50.300 Pfund) tragen und kann auch das SpaceX-Fahrzeug Dragon unterstützen. Es ist die erste Rakete, die in eine Umlaufbahn gebracht werden kann, die ihr erstes Teil zurück zur Erde bringen kann.

Falcon Heavy ist eine weitere funktionierende, wiederverwendbare Rakete ähnlich der Falcon 9. Allerdings hat die Falcon Heavy für ihren ersten Teil ein Drei-Kern-System anstelle des Ein-Kern-Designs der Falcon 9. Mit den drei Kernen hat der erste Teil der Rakete 27 Merlin-Triebwerke. Der zweite Teil hat nur noch 1 Merlin-Triebwerk (Unterdruckversion). Gegenwärtig ist die Falcon Heavy die leistungsstärkste Betriebsrakete der Welt und die viert-stärkste Rakete der Welt. Diese zusätzliche Leistung ermöglicht es der Rakete, 63.800 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn und 26.700 kg in eine geosynchrone Umlaufbahn zu bringen.

Am 6. Februar 2018 um 20:45 UTC startete die Falcon Heavy zum ersten Mal im Kennedy Space Center, Florida, von Pad 39A. Bei dieser Mission, dem "Falcon Heavy Testflug", beschloss SpaceX, das Auto von Elon Musk (ein 2008 Tesla Roadster) als Dummy-Nutzlast zu verwenden. Zu dieser Nutzlast gehörten auch, darunter, eine Plakette mit den derzeitigen SpaceX-Mitarbeitern sowie Kamerahalterungen, um eine Live-Übertragung des Autos auf Youtube zu übertragen.

Drache

Das Raumschiff Dragon ist eine Frachtkapsel, die mit Ausrüstung und Vorräten für die Astronauten auf der ISS gefüllt werden soll. Die Kapsel wird auf die Rakete Falcon 9 aufgesetzt (weil der Dragon nicht über genügend große Raketen verfügt, um von sich aus ins All zu fliegen) und in die Umlaufbahn geflogen. Von der Umlaufbahn trennt sie sich von den Trägerraketen, dann verwendet die Kapsel ihre eigenen kleineren Raketen, um zur ISS zu gelangen. Dann wird die Kapsel mit alter Ausrüstung, den Ergebnissen wissenschaftlicher Experimente und Müll aufgefüllt. Dann tritt sie wieder in die Erdatmosphäre ein und springt mit dem Fallschirm in den Ozean. Der erste Flug von Dragon fand im Juni 2010 statt. Der letzte Flug fand am 6. März 2020 statt, wobei Dragon 2 für alle zukünftigen Missionen vorgesehen ist.

Drache 2

Am 29. Mai 2014 enthüllte SpaceX eine Prototyp-Version des Dragon V2, die sowohl Fracht als auch Astronauten aufnehmen kann. Diese weiterentwickelte Version des Dragon, die das Leben der Besatzung im Falle eines Versagens der Falcon 9 schützen sollte, war mit SuperDraco-Triebwerken ausgestattet, die die Kapsel von der Rakete wegschieben würden. Cargo Dragon, eine Variante von V2, wird die aktuelle Version des Drachens ersetzen, der nur Fracht aufnehmen kann.

Raketenmotoren

Seit der Gründung von SpaceX im Jahr 2002 hat das Unternehmen drei Arten von Raketentriebwerken entwickelt - Merlin und das ausgediente Kestrel für den Antrieb von Trägerraketen und die Draco-Steuertriebwerke. SpaceX arbeitet derzeit an zwei weiteren Raketentriebwerken: SuperDraco und Raptor. Merlin ist eine Familie von Raketentriebwerken, die von SpaceX für den Einsatz in ihren Raketen hergestellt werden. Das Merlin-Triebwerk wurde ursprünglich für die Bergung und Wiederverwendung auf See entwickelt. Kestrel ist ein mit Flüssigsauerstoff/Raketentreibstoff unter Druck gespeistes Raketentriebwerk und wurde als Haupttriebwerk der zweiten Stufe der Falcon-1-Rakete verwendet. Beide Namen für den Merlin- und den Kestrel-Motor stammen von nordamerikanischen Falkenarten: Turmfalke und Merlin.

Draco sind hypergolische Raketentriebwerke mit Flüssigtreibstoff, die Monomethylhydrazin-Treibstoff und Stickstofftetroxid-Oxidationsmittel verwenden. Jedes Draco-Triebwerk erzeugt einen Schub von 400 Newton (90 lbf). Sie werden als Reaktionskontrollsystem-Triebwerke (RCS-Triebwerke) auf dem Raumschiff Dragon eingesetzt. Die SuperDraco-Triebwerke sind eine wesentlich leistungsstärkere Version der Draco-Triebwerke, die ursprünglich für die Landung und das Wegbringen der Kapsel im Notfall auf dem Raumschiff Dragon 2 der Version 2 vorgesehen waren. Das Konzept, diese SuperDraco-Triebwerke für die Landung zu verwenden, wurde 2017 aufgegeben, als beschlossen wurde, einen traditionellen Fallschirmabstieg und eine Landung im Meer durchzuführen.

Raptor ist eine neue Familie von methanbetriebenen Triebwerken, die in ihren zukünftigen Starship-Raketen verwendet werden sollen. Testversionen wurden Ende 2016 abgefeuert. Am 3. April 2019 führte SpaceX einen erfolgreichen Test durch, bei dem das Triebwerk gestartet wurde, die Rakete jedoch in Texas auf ihrem Starhopper-Fahrzeug festgehalten wurde, das den Motor zündete, während das Fahrzeug am Boden befestigt blieb. Am 24. Juli 2019 führte SpaceX einen erfolgreichen Testflug in 20 Metern Höhe seines Starhopper-Testfahrzeugs durch. Am 28. August 2019 führte der Starhopper-Prototyp von SpaceX einen erfolgreichen Testflug in 150 Metern Höhe durch.

Falke 9 über die GRACE-FO-Mission


Crew Dragon dockt bei ihrer Demo-1-Mission an die Station


Das Merlin 1D-Triebwerk, das produktivste Triebwerk von SpaceX, wird in der Raketenentwicklungs- und Testeinrichtung von SpaceX in McGregor, Texas, getestet

Forschung und Entwicklung

Wiederverwendbarkeit

Die sekundäre Mission von SpaceX ist die Wiederverwendung von Raketen, ähnlich wie bei einem Flugzeug. Die Wiederverwendbarkeit wurde erstmals 2012 mit einem Prototyp namens Grasshopper getestet, ebenso wie kontrollierte weiche Landungen ins Wasser während der Starts von Falcon 9. Im Jahr 2014 wurde Grasshopper durch die F9R ersetzt, eine verbesserte Version von Grasshopper mit Einziehfahrwerk und 3 Triebwerken, verglichen mit dem einmotorigen Grasshopper. Die Falcon 9 wurde im Dezember auf einer Bodenplattform gelandet, gefolgt von einer Landung auf einem Drohnenschiff im nächsten Jahr. Derzeit hat SpaceX erfolgreich 48 Booster gelandet. Die Drachenkapseln werden ebenso wie die Farings wieder verwendet. Die Wiederverwendung von Raketenteilen senkt die Kosten erheblich.

Satelliten-Internet

Im Januar 2015 kündigte der CEO von SpaceX, Elon Musk, die Entwicklung einer neuen Satellitenkonstellation an, um der Welt Internetdienste zur Verfügung zu stellen. Im Juni 2015 ersuchte das Unternehmen die Bundesregierung um die Erlaubnis, mit den Tests für ein Projekt zu beginnen, das den Aufbau eines Netzes von 4.425 Satelliten zum Beamen des Internets in die ganze Welt, einschließlich abgelegener Regionen, die derzeit keinen Internetzugang haben, zum Ziel hat. Der Internet-Dienst würde 4.425 vernetzte Kommunikationssatelliten in 1.100 km Umlaufbahnen nutzen. Mit der Herstellung wurde 2015 begonnen, und 2017 wurden Testsatelliten auf der Mission SpaceX PAZ gestartet. Die Inbetriebnahme der Konstellation könnte bereits 2020 beginnen. SpaceX hat bei den US-Regulierungsbehörden die Pläne eingereicht, eine Konstellation von weiteren 7.518 Satelliten in nicht-geosynchronen Umlaufbahnen für die Bereitstellung von Kommunikationsdiensten in einer so genannten "V-Band-Konstellation im erdnahen niedrigen Orbit (VLEO)" zu errichten. Sie würde aus "7.518 Satelliten bestehen, die den [früher] vorgeschlagenen 4.425 Satelliten folgen sollen, die im Ka-Band und Ku-Band funktionieren würden". Im Februar 2019 gründete SpaceX ein Geschwisterunternehmen, SpaceX Services, Inc. um die Herstellung und den Start von bis zu 1.000.000 festen Satellitenbodenstationen zu lizenzieren, die mit seinem Starlink-System kommunizieren werden. Im Mai 2019 startete SpaceX die erste Serie von 60 Satelliten an Bord einer Falcon 9 von Cape Canaveral, FL.

Raumschiff und Superschwer

SpaceX baut eine superschwere Auftriebsrakete, Starship. Starship ist eine Rakete mit zwei Teilen, die immer und immer wieder verwendet werden kann. Es ist geplant, bis Anfang der 2020er Jahre alle bestehenden Raketen des Unternehmens zu ersetzen.

SpaceX sah ursprünglich für 2016 ein Konzept für ein interplanetares Transportsystem (ITS) mit einem Durchmesser von 12 Metern vor, das nur für Marsreisen und andere interplanetare Anwendungen geplant war. Im Jahr 2017 entwarf SpaceX eine kleinere "Big Falcon Rocket" mit einem Durchmesser von 9 Metern, die alle SpaceX-Startfähigkeiten ersetzen sollte - Erdumlaufbahn, Mondumlaufbahn, interplanetare Missionen und möglicherweise sogar den Erdtransit - aber mit einem vollständig wiederverwendbaren Satz von Fahrzeugen mit einer niedrigeren Kostenstruktur. Ein großer Teil der Komponenten von Starship besteht aus rostfreiem Stahl 301. Der Privatpassagier Yusaku Maezawa hat einen Vertrag für eine Mondumrundung im Raumschiff im Jahr 2023 abgeschlossen.

Die langfristige Vision von Musk für das Unternehmen ist die Schaffung von Technologie und Mitteln, die für die menschliche Kolonisierung auf dem Mars geeignet sind. Er hat sein Interesse daran bekundet, eines Tages auf den Planeten zu reisen, und erklärt: "Ich möchte auf dem Mars sterben, nur nicht beim Aufprall". Eine Rakete alle zwei Jahre oder so könnte eine Basis für die Menschen sein, die 2025 nach einem Start im Jahr 2024 ankommen. Laut Steve Jurvetson glaubt Musk, dass spätestens 2035 Tausende von Raketen mit einer Million Menschen zum Mars fliegen werden, um eine sich selbst versorgende menschliche Kolonie zu ermöglichen.

Es'hail-2 Mission erste Etappe auf der Drohne Of Course I Still Love You

Verträge

NASA-Verträge

COTS

Im Jahr 2006 teilte die NASA mit, dass SpaceX einen Phase-1-Vertrag der NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) gewonnen habe, um die Frachtlieferung zur ISS zu zeigen, mit einer möglichen Vertragsoption für einen Besatzungsflug. Dieser Vertrag, der von der NASA entworfen wurde, um "Startkapital" durch Space Act Agreements für die Entwicklung neuer Möglichkeiten im Weltraum bereitzustellen, zahlte SpaceX 396 Millionen Dollar für die Arbeit an der Frachtkonfiguration des Raumschiffs Dragon, während SpaceX mehr als 500 Millionen Dollar für die Entwicklung der Trägerrakete Falcon 9 ausgab. Diese Space Act Agreements haben der NASA nachweislich Millionen Dollar an Entwicklungskosten erspart, so dass die Raketenentwicklung ~4-10 Mal billiger ist, als wenn sie von der NASA allein hergestellt würde.

Im Dezember 2010, mit dem Start der COTS-Demo-Flug 1-Mission, war SpaceX das erste private Unternehmen, das ein Raumfahrzeug erfolgreich gestartet, in die Umlaufbahn gebracht und geborgen hat. Dragon wurde erfolgreich in die Umlaufbahn gebracht, umkreiste die Erde zweimal und machte dann eine kontrollierte Verbrennung für eine Wasserlandung im Pazifischen Ozean. Nach der sicheren Bergung von Dragon war SpaceX das erste private Unternehmen, das ein Raumfahrzeug startete, umkreiste und bergen konnte; vor dieser Mission waren nur Regierungsbehörden in der Lage gewesen, ein Raumfahrzeug im Orbit zu bergen.

Im Mai 2012 startete der COTS-Demo-Flug 2, bei dem Dragon erfolgreich mit der ISS verbunden wurde. Es war das erste Mal, dass ein privates Raumschiff dieses Kunststück vollbrachte.

Kommerzielle Fracht

Commercial Resupply Services (CRS) sind eine Gruppe von Verträgen, die von der NASA von 2008 bis 2016 für die Lieferung von Fracht und Lieferungen an die ISS auf kommerziell betriebenen Raumfahrzeugen vergeben werden. Die ersten CRS-Verträge wurden 2008 unterzeichnet und gaben SpaceX 1,6 Milliarden Dollar für 12 Frachttransportmissionen, die Lieferungen bis 2016 umfassen. SpaceX CRS-1, die erste der 12 geplanten Nachschubmissionen, startete im Oktober 2012, erreichte die Umlaufbahn, war mit der Station verbunden und blieb 20 Tage lang auf der Station, bevor sie wieder in die Atmosphäre eintrat und im Pazifischen Ozean abstürzte. Seitdem sind die CRS-Missionen etwa zweimal pro Jahr zur ISS geflogen. Im Jahr 2015 verlängerte die NASA die Verträge der Phase 1 durch die Bestellung von drei zusätzlichen Nachschubflügen von SpaceX. Nach weiteren Verlängerungen Ende 2015 soll SpaceX derzeit insgesamt 20 Missionen fliegen. Eine zweite Gruppe von Verträgen (bekannt als CRS2) wurde angefragt und 2014 vorgeschlagen. Sie wurden im Januar 2016 für Frachttransportflüge erteilt, die 2019 beginnen und voraussichtlich bis 2024 dauern werden.

Kommerzielle Besatzung

Im Rahmen des Programms zur Entwicklung der kommerziellen Besatzung (CCDev) sollen kommerziell betriebene Raumfahrzeuge entwickelt werden, die in der Lage sind, Astronauten zur ISS zu bringen. SpaceX gewann in der ersten Runde (CCDev 1) kein Space Act Agreement, aber während der zweiten Runde (CCDev 2) erteilte die NASA SpaceX einen Auftrag im Wert von 75 Millionen Dollar für die Weiterentwicklung ihres Start-Rettungssystems, die Erprobung eines Crew Accomodation Mock-ups und die Weiterentwicklung ihres Falcon/Dragon Crew-Transportdesigns. Das CCDev-Programm wurde später in Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap) umbenannt, und im August 2012 gab die NASA bekannt, dass SpaceX einen Auftrag im Wert von 440 Millionen US-Dollar für die weitere Entwicklung und Erprobung seines Raumfahrzeugs Dragon 2 erhalten hatte.

Im September 2014 wählte die NASA SpaceX und Boeing als die beiden Unternehmen aus, die für die Entwicklung von Systemen für den Transport von US-Besatzungen zur und von der ISS finanziert werden sollen. SpaceX gewann 2,6 Milliarden Dollar für die Fertigstellung und Zertifizierung von Dragon 2 bis 2017. Die Verträge umfassen mindestens einen bemannten Flugtest mit mindestens einem NASA-Astronauten an Bord. Sobald Crew Dragon die NASA-Zertifizierung erreicht hat, sieht der Vertrag vor, dass SpaceX mindestens zwei und bis zu sechs bemannte Missionen zur Raumstation durchführt. Anfang 2017 erhielt SpaceX von der NASA vier zusätzliche bemannte Missionen zur ISS, bei denen die Astronauten hin und her geflogen werden. Anfang 2019 führte SpaceX erfolgreich einen Testflug der Crew Dragon durch, die sie andockte (anstelle der Anlegemethode von Dragon 1 mit Canadarm 2) und dann im Atlantischen Ozean abstürzte.

Im Januar 2020 führte SpaceX einen Flugabbruchtest durch, bei dem die Fähigkeit nachgewiesen wurde, sich im Falle eines Problems von einer Rakete zu lösen. Im Anschluss an den Test erklärte Elon Musk, dass ein Flug mit Astronauten darauf möglicherweise von Anfang April bis Ende Juni stattfinden könnte. Das derzeitige Arbeitsdatum für Demo-2 ist der 7. Mai 2020.

Die COTS 2 Dragon wird von Canadarm2 an der ISS fest gemacht.


Crew Dragon wird vor dem Flug getestet