China wird zur wichtigen Raumfahrtnation. Große Raumfahrtunternehmen straucheln, kleine werden größer und SpaceX spielt in einer anderen Liga.
2020 wird als ein historisches Jahr für die Raumfahrt gelten: Es gab die meisten Fehlstarts seit 1971, das erste Mondgestein seit 1976, die ersten nennenswerten Proben von einem Asteroiden und die meisten gestarteten Satelliten bisher. Acht neue Raketenmodelle sollten erstmals in den Orbit fliegen - nicht alle schafften es. Zwei Mars-Rover sind auf dem Weg. Eine neue Raumstation steht zum Start bereit. Es ist wirklich viel passiert.
Endlich wieder spannend wird die Entwicklung der astronautischen Raumfahrt. Auf der ganzen Welt wurde verfolgt, wie mit dem Dragon nach langer Zeit wieder ein Raumschiff mit Besatzung in den USA gebaut und gestartet wurde. Es ist ein völlig neu konstruiertes Raumschiffmodell, das inzwischen schon zweimal mit Menschen in den Orbit flog.
Der 30. Mai 2020 war ein großer Moment für SpaceX und Firmengründer Elon Musk. Jedoch besteht die historische Dimension eher darin, wie selten neue Raumschiffe konstruiert wurden und wie viele sich heute der Startbereitschaft nähern. Der Dragon ist erst das neunte erfolgreich geflogene Raumschiffkonzept in der Geschichte der Raumfahrt. Die letzten Erstflüge waren Shenzhou im Jahr 2003, das Space Shuttle 1981, Apollo im Jahr 1968 und das Sojus-Raumschiff 1967.
Mit dem Orion-Raumschiff und dem Starliner sollen demnächst gleich zwei weitere Raumfahrzeuge aus den USA kommen, trotz aller Probleme bei den Tests. Erfolgreicher war China bei den Tests eines Raumschiffs der nächsten Generation, wenn auch ebenfalls noch ohne Besatzung. Hinzu kommen das indische Gaganyaan-Raumschiff, das 2022 fliegen soll, und das russische Orel (ehemals Federadzia), dessen Zeitplan noch unklar ist. Nie zuvor gab es eine solche Vielfalt von Raumschiffen, was auf eine Renaissance der astronautischen Raumfahrt in den 2020er Jahren hoffen lässt.
Größere chinesische Raumstation ist startbereit
Zumal es mit einer neuen chinesischen Raumstation auch bald ein weiteres Ziel im Erdorbit geben wird. Das erste von zunächst drei Modulen steht fertig in der Lagerhalle und soll 2021 mit einer Rakete vom Typ Langer Marsch 5B gestartet werden. Die fertige Raumstation soll von Nationen der ganzen Welt genutzt werden können und neben zwei Forschungsmodulen auch ein frei fliegendes Weltraumteleskop im gleichen Orbit umfassen, das von Astronauten aus der Raumstation heraus gewartet werden kann.
Neue Entwicklungen gab es auch in der robotischen Raumfahrt. So dockte erstmals ein automatisches Raumfahrzeug an einen alten Satelliten an, dem im Lauf der Zeit der Treibstoff ausgegangen ist. Das sogenannte Mission Extension Vehicle von Northrop Grumman dockte an einer Triebwerksdüse des alten Nachrichtensatelliten Intelsat 901 an und übernahm dessen Antrieb und Steuerung. Die zusätzlichen Treibstoffreserven sollen den alten Satelliten weitere fünf Jahre in Betrieb halten und in einen Friedhofsorbit befördern. Anschließend soll das MEV abdocken und in den nächsten 15 Jahren das gleiche Manöver mit zwei weiteren Satelliten durchführen.
Dies war schon eine Herausforderung, aber einige der größten Erfolge wurden 2020 bei Missionen gefeiert, die komplizierte Manöver weit entfernt von der Erde auf dem Mond und den Asteroiden des Sonnensystems durchführten.
Am 23. November machte sich die chinesische Raumsonde Chang'e 5 auf den Weg zum Mond. Sie bestand aus einem Orbiter und einem Lander. Im Lander befand sich diesmal kein Mondrover wie bei der Vorgängersonde Chang'e 4, die 2019 auf der Rückseite des Mondes landete, sondern eine kleine Trägerrakete, um auf dem Mond genommene Bodenproben zurück in den Orbit zu bringen. Der vom Mond aufgestiegene Probenträger dockte dort an den wartenden Orbiter an. Anschließend wurde der Behälter mit den Proben an den Orbiter übergeben und der Probenträger, nun selbst ein kleiner Mondorbiter, bremste ab, um auf der Mondoberfläche zu zerschellen.
Der Mondorbiter von Chang'e 5 kehrte mit 1,7 kg Mondgestein zur Erde zurück und setzte noch in großem Abstand von der Erde eine Wiedereintrittskapsel mit dem Probenbehälter für die Landung in der Steppe der inneren Mongolei frei. Kurz danach korrigierte der ehemalige Mondorbiter seine Flugbahn, um nicht in der Erdatmosphäre zu verglühen. Stattdessen nutzte er das Gravitationsfeld der Erde, um zu beschleunigen, und befindet sich nun auf dem Weg zu dem 1,5 Millionen Kilometer entfernten Lagrange-Punkt 1, wo sich die Schwerkraft von Erde und Sonne gegenseitig aufheben.
Auch die Asteroidensonde Hayabusa 2 setzte ihre Kapsel mit Proben des Asteroiden Ryugu frei und flog an der Erde vorbei zu neuen Zielen. In den nächsten elf Jahren soll sie als Asteroidensonde und Weltraumteleskop dienen.
Die 5,4 Gramm Material in der Kapsel waren mehr, als die Astronomen der japanischen Raumfahrtagentur Jaxa erhofft hatten. Nachdem der Vorgänger Hayabusa 1 nur wenige kleine Staubkörner zurückgebracht hatte, wären sie schon mit 0,1 Gramm zufrieden gewesen. Mehr Asteroidenmaterial als erhofft sammelte auch die amerikanische Sonde Osiris Rex - so viel, dass sie einen Teil davon im All verlor. Ihre Rückkehr zur Erde wird erst 2023 erwartet. Die Forscher erhoffen sich neben Erkenntnissen dazu, wie ein Asteroid auf Kollisionskurs notfalls von der Erde abgelenkt oder zerstört werden könnte, vor allem mehr Details über die Entstehung der Planeten des Sonnensystems, die von anderen Missionen intensiv untersucht werden.
Zwei Orbiter und zwei Rover sind auf dem Weg zum Mars
Neben der Erde steht dabei kein Planet so sehr im Fokus der Wissenschaft wie der Mars. Gleich drei Missionen befinden sich zurzeit auf dem Weg zum Roten Planeten, darunter zwei Orbiter und zwei Rover.
Der Marsorbiter Al Amal wurde in den Vereinigten Arabischen Emiraten hergestellt, die sich die Erforschung des Mars und Flüge zu dem Planeten als Vision für die Zeit bis 2116 zum Ziel gesetzt haben. Er wurde im Juli gestartet, ebenso wie der US-Marsrover Perseverance, der eine überarbeitete Variante von Curiosity darstellt, aber ohne dessen Chemielabor zur Analyse. Stattdessen sollen nur Proben für eine spätere Mission gesammelt werden.
2020 startete auch die erste rein chinesische Marsmission namens Tianwen. Mit 5 Tonnen hat sie die schwerste jemals zum Mars gestartete Nutzlast. Ein Marsorbiter und ein Lander mit einem Rover sollen die Zusammensetzung der Marsoberfläche untersuchen. Damit ähnelt Tianwen den amerikanischen Viking-Missionen, auch wenn diese nur aus stationären Landern bestanden und keinen Rover an Bord hatten.
Mars Insight hat zu wenig Einsicht in den Mars
Stationär ist auch die Mission Mars Insight. Die Ergebnisse der 800 Millionen US-Dollar teuren Mission, die aus einem hoch empfindlichen Seismometer und einem "Maulwurf" genannten Bohrer besteht, erfüllen jedoch nicht die in sie gesetzten Hoffnungen. Die Probleme waren schon vor der Landung absehbar: Da die Mission nur aus einem Lander besteht, konnte sie bestenfalls bei Beben der Stärke 4,5 darauf hoffen, die Quelle des Bebens indirekt bestimmen zu können. Innerhalb von zwei Jahren kam das stärkste Beben jedoch nur auf 3,7. Damit blieben auch die erhofften Erkenntnisse über den inneren Aufbau von Kern und Mantel des Mars aus.
Mit der einst von der Esa geplanten Mission Mars Netlander hätten vier einfachere Seismometer an vier Standorten problemlos schwache Beben auf dem ganzen Planeten lokalisieren können, wie es auch auf der Erde getan wird. Der Maulwurf funktioniert trotz aller Versuche noch immer nicht und soll 2021 nach einem letzten Versuch aufgegeben werden. Derweil geht der Sonde zunehmend der Strom aus. Denn der Wind auf der flachen Ebene von Elysium Planum am Fuß des Vulkans Elysium Mons ist zwar oft genug so stark, dass er klare Messungen verhindert und Staub auf den Solarpanelen ablagert - aber nicht stark genug, um den Staub wieder zu entfernen.
Auch im Bereich der Marsmissionen gab es also Erfolge und Enttäuschungen - genauso wie bei der Entwicklung und dem Betrieb von Trägerraketen.
New Glenn, Vulcan, Ariane 6 oder H3: Sie alle sollten 2020 fliegen, SLS sogar schon 2017. Aber keine dieser neuen Trägerraketen hat es getan - und zwar wegen technischer Probleme, nicht wegen Covid-19.
Die russische Angara 5 hingegen ist geflogen. Aber erst nach einer Unterbrechung von sechs Jahren nach ihrem auch schon verspäteten ersten Flug.
Gestartet sind auch die chinesischen Langer-Marsch-Varianten 5B und 7A in Vorbereitung auf den Start und Betrieb der chinesischen Raumstation. Die kleine Kuaizhou 11, eine Rakete, die ohne lange Vorbereitungszeit starten können soll, stürzte auf ihrem ersten Flug ab, während die halbstaatlich-privat entwickelte Ceres-1 erfolgreich eine Nutzlast im Orbit aussetzte. Das gelang auch der neuen iranischen Quased, aber nur mit einer Nutzlast von 10 kg.
Lockheed Martin will Elefantenhochzeit in der Raumfahrt
In den USA stellte Northrop Grumman die Entwicklung der Omega-Rakete ein, nachdem der Test einer Feststoffraketenstufe fehlschlug und keine Militäraufträge eingingen. Die Technik der Omega-Rakete wurde nach der Fusion mit Orbital ATK entwickelt.
Mehr Glück erhofft sich Lockheed Martin 2021 mit einem ähnlichen Vorgehen durch den Kauf von Aerojet Rocketdyne, einer Traditionsfirma, die schon Triebwerke im Apollo- und Spaceshuttle-Programm baute und die Webseite Rocket.com betreibt. Zuletzt machte sie aber vor allem mit überteuerter Technik für die SLS-Schwerlastrakete auf sich aufmerksam, die bislang nur mit dem Orion-Raumschiff von Lockheed Martin fliegen soll.
Lockheed Martin bildete zusammen mit Boeing die amerikanische United Launch Alliance (ULA), sie ist sehr grob gesagt das amerikanische Pendant zur europäischen Arianespace und hatte lange Zeit das Monopol für amerikanische Trägerraketen. Ausgerechnet bei deren teuerster Rakete, der Delta IV Heavy, kämpfte die ULA das ganze Jahr über mit technischen Problemen an der Rakete und deren Startanlagen, bis sie am 10. Dezember mit der Mission NROL-44 endlich abheben konnte. Dabei war es ein erklärtes Ziel der Firma, sich durch viel höhere Zuverlässigkeit und Pünktlichkeit von SpaceX abzugrenzen. Eigentlich sollte die Delta IV Heavy längst von der Vulcan Centaur abgelöst werden, deren Triebwerke sollen jedoch von Blue Origin geliefert werden - und die lassen derzeit noch auf sich warten.
Blue Origin scheiterte daran, bis 2020 mit der New-Glenn-Rakete eine große wiederverwendbare Rakete zu entwickeln. Die bereits zwei Jahre vor SpaceX gegründete Raumfahrtfirma des Amazon-Gründers und reichsten Manns der Welt, Jeff Bezos, konnte nicht einmal zwei einsatzfähige BE-4-Triebwerke an die ULA liefern, die sie dringend zum Bau der Vulcan-Rakete braucht - um die Delta IV Heavy zu ersetzen und um unabhängig vom Import der russischen RD-180-Triebwerke für die Atlas V zu werden. Von der 2016 groß angekündigten New Glenn, deren erste Stufe mit sieben BE-4-Triebwerken starten und auf einem Schiff landen soll, war bislang noch gar nichts zu sehen.
Zur Entwicklung eines von drei ausgeschriebenen Mondlandern für das Artemis-Programm schloss sich Blue Origin mit einer Reihe alter Firmen wie Draper, Lockheed Martin und Northrop Grumman zu einer Nationalmannschaft zusammen. Inzwischen hat Bezos einen Beraterstab zur langfristigen Entwicklung der Firma berufen, der fast ausschließlich aus Angehörigen des Militärs oder Vertretern von Waffenfabrikanten besteht. Damit ist Blue Origin nun eher den etablierten alten Raumfahrtfirmen - "Old Space" - zuzurechnen als den neueren "New Space"-Unternehmen, von denen es neben SpaceX noch einige andere gibt.
Kleine Raketen spielen bei den großen mit
Zu New Space gehört die US-Firma Astra, die hatte aber bei drei Versuchen, die Rocket 3 zu starten, noch kein Glück. Die erste Rakete explodierte bei Startvorbereitungen am Boden, bei der zweiten versagte die Steuerkontrolle der ersten Stufe nach dem Start und die dritte Rakete gelangte wegen einer falschen Treibstoffmischung nur beinahe in den Orbit. Die Firma soll bislang etwa 100 Millionen US-Dollar investiert haben.
Viel mehr, nämlich etwa eine Milliarde US-Dollar, kostete die Entwicklung der Launcher One von Virgin Orbit mit gerade einmal der doppelten Nutzlast. Bei deren Erstflug brach eine Treibstoffleitung wenige Sekunden nach Abwurf der Rakete vom Trägerflugzeug, einer Boeing 747 namens Cosmic Girl, und sie stürzte unsanft ins Meer.
Sanft im Meer vor Neuseeland landete dagegen erstmals die erste Stufe einer Electron-Rakete der Firma Rocketlab, auch wenn zuvor eine andere Electron-Rakete wegen eines Fehlers in der Leistungselektronik nach dem Start abgestürzt war.
Für die 2020 erstmals gestartete staatliche chinesische Langer-Marsch-8-Rakete ist die Entwicklung der Wiederverwendung in den nächsten Jahren ebenso vorgesehen wie bei den Raketen, die zurzeit von den privaten chinesischen Firmen Landspace, Linkspace und i-Space entwickelt werden und die in den nächsten zwei Jahren erstmals fliegen sollen. Von den drei deutschen Raketenentwicklern Hyimpulse, Rocketfactory Augsburg und Isar Aerospace sind solche Pläne noch nicht bekannt.
Bei einer allen bekannten Firma funktioniert die Wiederverwendung hingegen fast reibungslos.
Arianespace wollte eigentlich 2020 mit der kleinen Testrakete Callisto erste Starts und Landungen in Vorbereitung auf eine wiederverwendbare Rakete demonstrieren. Aber von Callisto war nichts mehr zu hören. Stattdessen gab es die Ankündigung, solche Flüge 2022 mit der größeren Themis-Rakete in Schweden durchzuführen. Sie sollen vergleichbar mit den Flügen der Grashopper-Rakete von SpaceX im Jahr 2012 sein.
Ebenfalls von 2020 auf 2022 verschoben, wurde der erste Flug der Ariane 6. Die Technik war 2019 noch nicht einsatzbereit. Dabei besteht das Upgrade der Rakete in großen Teilen nur aus einem neuen Oberstufentriebwerk, das schon 2005 eingeführt werden sollte, einer zum P120 verlängerten P80-Booster, mit dem die Vega seit 2012 verwendet wird, und einer vereinfachten Raketendüse, deren Entwicklung 2012 ebenfalls bereits abgeschlossen war. Dadurch sollte die Entwicklung vereinfacht werden, was aber nicht gelang. Nun werden "bittere unternehmerische Entscheidungen" befürchtet.
Ebenso bitter war 2020 der zweite Fehlstart einer Vega-Rakete. Schuld an dem Schaden in Höhe von 325 Millionen Euro durch zwei abgestürzte Forschungssatelliten waren zwei vertauschte Kabel in der vierten Stufe. Schon 2019 war die zweite Raketenstufe durchgebrannt. Das führte zum Absturz von Vega-Flug 15 und dem größten jemals in der Raumfahrtgeschichte ausgezahlten Versicherungsschaden von 400 Millionen US-Dollar.
Starship und Falcon 9 stellen neue Rekorde auf
Die Trägerrakete, die in diesem Jahr mit Abstand am häufigsten flog, war die Falcon 9. Sie hatte am 7. Januar 2020 ihren 78. Flug - bis zum 19. Dezember folgte Flug Nummer 103. Zusammen mit den drei erfolgreichen Starts der Falcon Heavy, einer Variante der Falcon 9, zog die Rakete im Dezember mit der Ariane 5 gleich. Beide waren für 104 vollständig erfolgreiche Flüge und zwei vollständig verlorene Nutzlasten verantwortlich. Hinzu kommen zwei Starts mit unbrauchbar niedrigen Orbits und einer mit falschem Orbit bei der Ariane 5 und ein Flug mit einer zu tief ausgesetzten Nebennutzlast bei der Falcon 9.
20 von 25 Falcon-9-Starts wurden mit gebrauchten Raketenstufen durchgeführt. Die Raketenstufen B1049 und B1051 flogen bereits zum siebten Mal. B1051 transportierte dabei den kommerziellen Satelliten Sirius XM 7, davor wurden so oft gebrauchte Raketenstufen von SpaceX nur zum Start der eigenen Starlink-Satelliten genutzt. Der Militärsatellit NROL-108 flog mit dem fünften Flug von B1059.
Nebenbei entwickelt SpaceX mit dem Starship das größte Raumschiff aller Zeiten und demonstrierte nach vielen Rückschlägen bei Tests früher Prototypen erstmals das spektakuläre Landemanöver. Neben mehreren weiteren Prototypen des Raumschiffs ist auch die erste Trägerrakete für das Raumschiff, die Super Heavy, schon im Bau. Bis 2024 will SpaceX bereit sein, ein Starship im Rahmen des Artemis-Programms auf dem Mond zu landen. Ob dieser Zeitplan hält, ist aber zweifelhaft, da im neuen Haushaltsentwurf der Nasa das Budget für die Entwicklung der Mondlander fehlt. Deshalb versucht sich SpaceX möglichst unabhängig zu finanzieren.
Um nicht der oft unzuverlässigen und bescheidenen Finanzierung durch die Nasa ausgeliefert zu sein - SpaceX erhält von der Nasa regelmäßig weniger Geld als andere Unternehmen für vergleichbare Leistungen - baut die Firma mit Starlink ein Netzwerk aus Kommunikationssatelliten auf. 833 Satelliten wurden dafür allein 2020 gestartet und der Betrieb in der Beta-Phase aufgenommen.
Das Konkurrenzunternehmen Oneweb musste 2020 den Bankrott erklären, wurde aber durch ein indisches Unternehmen und die britische Regierung gerettet. Inzwischen starten die Satelliten wieder.
Ähnliche Konstellationen werden mittlerweile von Amazon, der Europäischen Union und China geplant. Wegen der durchweg günstigeren und leistungsfähigeren Satelliten von Starlink, ihrer größeren Anzahl und der billigeren Starts mit Falcon-9-Raketen dürfte aber keine der alternativen Konstellationen eine große Konkurrenz darstellen. Es sei denn, die Benutzung von Starlink wird gesetzlich beschränkt.
SpaceX will viel Ergebnis mit wenig Aufwand
Der Grund für den Erfolg von SpaceX ist leicht erklärt: Die Grundkonstruktion der Falcon-9-Rakete erfolgte nach rationalen Prinzipien unter größtmöglicher Wiederverwendung von Maschinen, Werkzeugen und Bauteilen in beiden Raketenstufen. Die Entwicklung der Landung geschah mit Hilfe von Experimenten nach erfolgreich abgeschlossener Mission.
Das Ziel ist, möglichst viel mit möglichst wenig Aufwand und möglichst wenigen Mitarbeitern an wenigen Standorten zu erreichen. Die vertikale Integration des Unternehmens, also die Fähigkeit, möglichst viele Teile der Rakete selbst zu entwerfen und zu bauen, ermöglichte größere Flexibilität und Schnelligkeit in allen Entwicklungsphasen. Dasselbe gilt für Raumschiffe und Satelliten von SpaceX.
Es ist das Gegenteil der staatlich geprägten Raumfahrt, in der Gelder durch falsch verstandene Wirtschaftsförderung geografisch so verteilt werden, dass möglichst viele Mitarbeiter an möglichst vielen Standorten beschäftigt werden. Zum Schaden der Wirtschaft wird dabei mit großen Kosten und hohem Verwaltungsaufwand vergleichsweise wenig tatsächliche Raumfahrt betrieben, weil zu viel Arbeit in der Koordination verloren geht.
Das aufgewendete Geld und die Arbeitskraft fehlen dann in anderen Teilen der Wirtschaft, die reale Ergebnisse vorbringen könnten - sei es im Bau und Betrieb von Satelliten und Satellitenkonstellationen, mehr Weltraumforschung oder Investitionen in anderen Feldern wie Entwicklung und Bau der riesigen Mengen von Akkus, die in den nächsten Jahren dringend benötigt werden.
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