Reddit-AMA — „Fragt mich alles über den Weg zur raumfahrenden Zivilisation“ (r/spacex, 2016)

u/[deleted]: Welche Ausrüstung und welche Abläufe braucht es, um auf dem Mars zu tanken? Sollen sie beim ersten unbemannten Testflug autonom funktionieren? Und ist eine dritte ITS-Variante geplant, mit einer großen, shuttleartigen Ladebucht für sperrige Fracht?

Elon Musk: Wir sind noch weit davon entfernt, das im Detail zu klären, aber der derzeitige Plan lautet: 1. Dragon-Erkundungsmissionen schicken — zunächst nur, um sicherzugehen, dass wir landen können, ohne einen Krater zu hinterlassen, und dann, um den besten Weg zu Wasser für die CH4/O2-Sabatier-Reaktion zu finden. 2. Das Raumschiff Heart of Gold fliegt zum Mars, beladen ausschließlich mit der Ausrüstung für die Treibstofffabrik. 3. Erste bemannte Mission mit Ausrüstung für eine einfache Basis und zur Fertigstellung der Treibstofffabrik. 4. Bei jedem Erde-Mars-Startfenster, also alle 26 Monate, die Zahl der Flüge möglichst verdoppeln, bis die Stadt von allein wachsen kann.

u/Ulysius: Anschlussfrage: Wenn die ITS-Raumschiffe im Rhythmus der synodischen Perioden wiederverwendet werden — welche Form dauerhafter Behausung sehen Sie vor? Angelieferte Module oder (irgendwann) die Nutzung lokaler Ressourcen, etwa Beton aus Marsregolith mit Kunststoffbewehrung?

Elon Musk: Zunächst Glasscheiben mit Rahmen aus Kohlefaser, um an der Oberfläche geodätische Kuppeln zu bauen, dazu viele Gräb- und Tunnelroboter. Mit letzteren lässt sich sehr viel Druckraum für industrielle Zwecke schaffen, sodass die Glaskuppeln als grüner Wohnraum frei bleiben.

u/MINDMOLESTER: Hallo Elon, eine ITS-Frage: Welche Technik, welches Material von SpaceX braucht noch am meisten Entwicklung, damit die ITS gelingt? Danke!

Elon Musk: Früher war es die Entwicklung einer neuen Metalllegierung, die der Oxidation extrem widersteht — für die heiße, sauerstoffreiche Turbopumpe, die unter wahnwitzigem Druck eine Hauptbrennkammer mit 300 bar speist. Alles, was brennen kann, brennt dort. Das scheinen wir im Griff zu haben, denn die Raptor-Turbopumpe zeigte bei den Testläufen keine Erosion; Luft nach oben bleibt trotzdem. Die größte offene Frage ist derzeit, die Kohlefasertanks gegen kryogene Treibstoffe abzudichten, bei heißer autogener Bedrückung. Beim Sauerstofftank kommt das Oxidationsrisiko hinzu, weil er mit reinem, heißem Sauerstoff bedrückt wird. Wir werden fast sicher eine inerte Schicht auftragen müssen, hoffentlich eine spritzbare. Notfalls schweißen wir innen dünne Invar-Bleche zusammen.

u/rohishimoto: Und welche Technik haben Sie Ihrer Meinung nach inzwischen wirklich im Griff — falls überhaupt eine?

Elon Musk: Ich bin nicht sicher, ob wir überhaupt schon etwas wirklich beherrschen. Vielleicht das Starten von Triebwerken …

u/Zucal: Hallo Elon, und vielen Dank, dass Sie sich heute Zeit nehmen! Wie weit ist der Innenausbau des Wohnbereichs der ITS gediehen, und wann dürfen wir Darstellungen davon erwarten?

Elon Musk: Ich glaube, wir brauchen einen neuen Namen. ITS funktioniert einfach nicht. Intern sage ich BFR und BFS für Rakete und Raumschiff, das geht dort, aber … Details zum Wohnbereich wollen wir veröffentlichen, sobald es echte Modelle zum Anfassen gibt. Vielleicht in ein, zwei Jahren.

u/[deleted]: [Frage von ihrem Verfasser gelöscht]

Elon Musk: Vermutlich packen wir den Druckraum einfach mit Fracht voll. Die frühen Missionen werden stark frachtlastig sein. Die erste bemannte Mission würde etwa ein Dutzend Menschen mitnehmen, denn es geht darum, die Treibstofffabrik und die Stromversorgung der Mars Base Alpha aufzubauen und zum Laufen zu bringen.

u/TheVehicleDestroyer: Hallo Elon. Drei Fragen zu den Daten der ITS: Können Sie Vakuumschub und Isp der Meereshöhen-Variante des Raptor nennen? Die ITS-Erststufe kann schweben — wird sie das je nutzen, um die Landung sicherer zu machen, um den Preis kleiner Gravitationsverluste, oder bleibt es beim „Hoverslam“? Welche maximale Beschleunigung soll die ITS-Erststufe bei Wiedereintritt und Landung aushalten? Danke für alles.

Elon Musk: – Etwa 360 s Vakuum-Isp und 290 Tonnen Schub. – Eine Landung mit hoher Verzögerung ist deutlich effizienter, es würde also nicht geschwebt, außer bei einem Problem oder unerwarteten Windverhältnissen. Eine Rakete, die langsam landet, verschwendet viel Treibstoff. – Ziel sind 20 g.

u/Tesla_X_City: Wenn ich mich recht erinnere, nannte eine der Folien 4 bis 6 g beim Wiedereintritt. Es steht dort aber nicht, ob das für den Landebrennvorgang oder das Abbremsen in der Atmosphäre gilt. Eine Klarstellung wäre schön.

Elon Musk: Das Raumschiff wäre nominal auf etwa 5 g begrenzt, könnte aber Spitzenlasten des Zwei- bis Dreifachen aushalten, ohne auseinanderzubrechen. Die Erststufe läge nominal bei 20, vielleicht 30 bis 40, ohne zu zerbrechen.

u/termderd (Tim Dodd, Everyday Astronaut): Wie ein Eintritt, Abstieg und Landung am Mars aussieht, ist inzwischen halbwegs klar — aber wie machen es ITS und Tanker auf der Erde? Im Gespräch am IAC hieß es, sehr kräftige Steuertriebwerke übernähmen die Lageregelung. Für die Marsatmosphäre passt das gut, aber hier? Gitterflossen scheint es keine zu geben, und die Triebwerke haben auf der Erde offensichtlich weniger Wirkung — worin besteht der Kniff?

Elon Musk: Gute Frage — das wurde am IAC nicht gezeigt. Raumschiff und Tanker hätten geteilte Rumpfklappen für Nick- und Rollbewegung. Für das Gieren nähmen wir wohl einfach die Lageregelungstriebwerke.

u/nalyd8991: Für viele war das Verblüffendste an Ihrer ITS-Präsentation wohl der Kohlefasertank in voller Größe, den SpaceX gebaut hat. Können Sie etwas mehr zu Auslegung, Fertigung und Zweck dieses Testexemplars sagen?

Elon Musk: Ja — für Leute vom Fach war das die eigentliche Neuigkeit :) Der Flugtank wird etwas länger als der gezeigte Entwicklungstank, aber gleich im Durchmesser. Gebaut wurde er aus dem allerneuesten Kohlefaser-Prepreg. Theoretisch sollte er kryogene Treibstoffe halten, ohne zu lecken und ohne Dichtungsliner. Die ersten Tests sind vielversprechend. In den kommenden Wochen fahren wir ihn auf einer Seebarge auf zwei Drittel des Berstdrucks.

u/FoxhoundBat: Ist die Landearchitektur der großen ITS-Erststufe insgesamt dieselbe wie bei der Falcon 9, samt der zurückzulegenden Strecken? Rückkehrbrennen, Wiedereintrittsbrennen, Landebrennen? Können Sie etwas dazu sagen, was sich in der von Ihnen erwähnten „endgültigen“ Falcon-9-Version („v1.3“) ändert? Gwynne sagte vor zwei Wochen, die F9 v1.2 werde nur ein- oder zweimal wiederverwendet, die „v1.3“ dagegen bis zu zehnmal. Was begrenzt die Wiederverwendung der Falcon 9?

Elon Musk: Die große Erststufe wird es leichter haben als die Falcon, weil das Massenverhältnis der Stufen niedriger und die Dichte geringer ist. Unterm Strich kommt sie nicht ganz so heiß und schnell herein wie die Falcon; die Falcon ist also der Grenzfall für die große Stufe. Die endgültige Falcon 9 bringt viele kleine Verfeinerungen, die zusammen wichtig sind, am stärksten wiegen erhöhter Schub und bessere Landebeine. Ehrlich gesagt glaube ich, dass sich die F9-Stufen nahezu unbegrenzt verwenden ließen, solange es planmäßige Wartung und sorgfältige Inspektionen gibt. Die Falcon 9 Block 5 — die letzte Version der Reihe — hat die höchste Leistung und ist auf einfache Wiederverwendung ausgelegt; langfristig darauf zu setzen und die früheren Versionen auszumustern, ist deshalb naheliegend. Die Produktion von Block 5 beginnt in etwa drei Monaten, der Erstflug in sechs bis acht; Block 3 oder 4 über ein paar Wiederflüge hinaus am Boden zu testen, lohnt daher kaum.

u/__Rocket__: Frage zur Auslegung des ITS-Raumschiffs: Es besitzt zwei rätselhafte Kugeltanks. Die ganze Tankarchitektur ist spannend, und in diesem Forum wird wild spekuliert, wozu sie dienen: für den Landetreibstoff? Oder zur Speicherung heißer, gasförmiger Treibstoffe im Rahmen der autogenen Bedrückung? Oder zur Verdichtung der Treibstoffe im Orbit, um Dampf zwischenzulagern, bevor er wieder verflüssigt wird? Vielleicht alles zusammen?

Elon Musk: Das sind die Vorratstanks (header tanks) mit dem Landetreibstoff. Sie sind getrennt, um besser isoliert zu sein und das Verdampfen zu minimieren, das Schwappen beim Eintritt zu vermeiden und nicht den ganzen Haupttank bedrücken zu müssen.

u/_rocketboy: Und warum hat die Erststufe nur einen Vorratstank?

Elon Musk: Das Überführungsrohr für den flüssigen Sauerstoff dient zugleich als dessen Vorratstank.

u/__Rocket__: Frage zur Triebwerksanordnung der ITS-Erststufe: Das dichte Bündel aus 42 Triebwerken (schöne Zahl!) hat hier die Vermutung geweckt, die enge Packung erzeuge eine Art „virtuelle Düse“ oder „virtuellen Aerospike“, sodass kürzere Düsen genügen, während der Impuls der inneren Triebwerke weitgehend axial bleibt. Ist da etwas dran, oder dient die dichte Packung nur dazu, das Schub-Gewichts-Verhältnis beim Abheben zu maximieren?

Elon Musk: Es mussten 42 sein, aus wichtigen wissenschaftlichen und literarischen Gründen! Die dichte Packung dient nur dazu, das Schub-Gewichts-Verhältnis auszureizen — aber ein Nebeneffekt als virtuelle Düse wäre schon cool.

u/__Rocket__: Frage zu den Fähigkeiten des ITS-Raumschiffs: Laut Ihrer IAC-Präsentation hat es auf dem Rückweg vom Mars zur Erde ein Δv-Budget von 7,5 km/s bei 150 Tonnen Nutzlast. Mit deutlich kleinerer Nutzlast liegt das Budget über 9,0 km/s — erstaunlich! Ließe sich dieses beispiellose Δv nutzen, um auch außerhalb der durch die synodische Periode vorgegebenen Startfenster zwischen Mars und Erde zu fliegen, wenn die Nutzlastmasse zweitrangig ist? Etwa für Notfälle — medizinisches Material, Instrumente, Fachleute — oder andere dringende, aber leichte Fracht wie kritische Ersatzteile.

Elon Musk: ja