Blue Origins New Glenn Rakete: Tief gestapelt oder unfähig? Die Falcon 9 auf Steroide… mit Nebenwirkungen?

Kann Jeff Bezos (keine) Raketen bauen?

Da euch die Kritik am SLS ja gut gefallen hat, haben Aeneas und ich überlegt, dass wir auch mal die geplante Orbitalrakete von Blue Origin, die New Glenn, angehen können. Auf den ersten Blick fällt einem da als Kritikpunkt zunächst natürlich die unglaubliche Trägheit in der Entwicklung auf. Nur wenn man tiefer bohrt, dann kommen da Fragen zu Tage, die entweder zeigen, dass Blue Origin keine Raketen bauen kann oder – und das hoffen wir – nur sehr tief stapelt.

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Ohne weitere Umschweife jetzt: Viel Space mit dieser Folge!

Hallo und herzlich willkommen zu einer weiteren Ausgabe von Mars Chroniken. Mein Name ist Sirwan und heute werfen wir einen kritischen Blick auf Blue Origins New Glenn Rakete. Also fliegen wir gleich los, dann kommen wir früher an:

Worum geht es eigentlich?

Vorweg schon ein herzliches Danke an Aeneas für die tolle Zusammenarbeit. Ohne dich wären diese technischen Diskussionen nicht möglich. Ihr könnt Aeneas gerne auf Twitter folgen.

Nur als Disclaimer voran: Ja, auch dieses Mal werde ich wieder viel zu meckern haben, aber auch hier gilt: New Glenn ist Teil von Team Space. Und wenn sie doch irgendwann mal fliegt, dann werde ich das hart feiern, genauso wie das SLS. Deshalb nehmt das nun Kommende nicht ernster als nötig. Ihr könnt euch dieses Video als eine Art Instrument vorstellen, das uns hilft, Raketen besser zu verstehen. Mir hilft es dazu jedenfalls sehr, wenn ich mich kritisch und intensiv damit beschäftige.

Es gibt gute Gründe, Blue Origin zu belächeln. Das Unternehmen ist im Jahr 2000 gegründet worden. Seit dem haben sie einen suborbitalen Flug mit Menschen an Bord zustande gebracht. Klar, der war ziemlich cool, insbesondere weil auch hier der Chef persönlich mitgeflogen ist, und sie Wally Funk, hochverdiente Piloten, endlich zur Astronautin gemacht haben.

Andere Firmen hingegen, allen voran SpaceX, sind viel weiter. SpaceX führt insofern, als dass sie bereits sogar Menschen zur Internationalen Raumstation und zurück auf die Erde gebracht haben. Aber auch Rocket Lab, 2006 gegründet, hat mehrfach erfolgreich den Orbit für Kunden erreicht.

Ebenso Virgin Orbit, eine Ausgründung von Virgin Galatic, das 2004 gegründet wurde. Astra, 2016 gegründet, ist mit seinen Prototypen immerhin dem Orbit schon recht nahe gekommen. Ein paar weitere Kleinraketenunternehmen planen noch dieses Jahr orbitale Testflüge. New Glenn hingegen soll vielleicht nächstes Jahr zum orbitalen Jungfernflug antreten.

Ich möchte fairerweise aber schon noch sagen, dass Blue Origins Methodik zur Entwicklung von Raketen eher der NASA als SpaceX ähnelt. Das heißt, dass sie für gewöhnlich erst auf den Teststand gehen, wenn sie sich sehr sicher sind, dass die Technik funktioniert. Bestes Beispiel dafür ist ihre suborbitale Rakete New Shepard. Diese hat 15 vollständig erfolgreiche Missionen am Stück und eine teil-erfolgreiche Mission zu verzeichnen.

Diese Art zu entwickeln ist möglich, weil Blue Origin einen kapitalstarken Investor und damit einen langen Atem hat. Jeff Bezos investiert jährlich mindestens eine Milliarde USD von seinem eigenen Geld in Blue Origin. Mal mehr, mal weniger. Sie haben keine Eile, denn ihnen kann das Geld weniger leicht ausgehen, als SpaceX in den frühen Tagen.

Was denkst du, ist die effizientere Art eine Technologie zu entwickeln? Du kannst gerne deine Meinung und deine Fragen posten!

Rapid Prototyping oder NASA Style?

Das Rapid Prototyping, was SpaceX gerade etabliert, gefällt mir persönlich irgendwie besser. Aber die Vision von Blue Origin ist echt cool. Allein der Name ist so schön gewählt und deutet auch an, was passieren soll. Unser Blauer Planet soll erhalten bleiben und Blue Origin will dabei unterstützen, Industrie ins All auszulagern. Klingt nach Science Fiction, klar, aber auf lange Sicht gar nicht so unrealistisch – nur dazu sollte mal langsam wirklich etwas passieren. Das Motto ist “Gradatim Ferociter”, das ist Latein und heißt so viel wie “Schritt für Schritt aber fest entschlossen”. Sorry, aber ich finde die Schritte gerade arg klein und von “fest entschlossen” spüre ich auch nicht viel.

Aber vielleicht täuschen wir uns. Hoffentlich. Jetzt will Jeff ja selbst ran. Amazon, so sehr einige Kritik berechtigt sein mag, ist ein finanziell sehr erfolgreiches Unternehmen. Vielleicht kann er diesen Vibe endlich auf Blue Origin übertragen. Wenn ich so unglaublich reich wäre wie er, hätte ich dem Laden schon längst viel mehr Feuer unter dem Hintern gemacht. Hey, mit 57 würde ich wollen, dass noch was passiert bevor ich in Rente gehe!

Jeff ist ja nicht auf der Nudelsuppe daher geschwommen. Er scheint sich einfach weniger Stress zu machen als Elon. Vielleicht weiß er etwas, das wir nicht wissen, oder er hat sich damit abgefunden, dass das Vorhaben, unser Sonnensystem zu erobern, eine Mammutaufgabe und damit ein Generationenprojekt ist.

Bei Elon hingegen habe ich das Gefühl, dass er alles noch miterleben will. Ganz akut ereilte uns aber eine Nachricht von Blue Origin, die andeutet, dass auch hier jetzt etwas Fahrt aufgenommen wird. Dazu später mehr.

Neuer König der Schnecken

Kümmern wir uns zunächst um New Glenn. Und da gibt es einiges. Allem voran, dass noch sehr wenig Zahlen bekannt sind. Wir kennen die Nutzlast in den erdnahen Orbit. Laut Benutzerhandbuch redet Blue von 45 t bei einer Inklination von 51,6 Grad. Das ist die Bahnneigung der ISS.

Allerdings sagt Blue auch, dass wir hier nur von 200 km Orbithöhe reden. Die ISS fliegt allerdings auf 400 km Höhe. Bisschen komisch. Aber 45 t für eine Rakete die fast 100 m hoch ist und einen Durchmesser von 7 m hat? Die Saturn V war zwar 10 m im Durchmesser, aber konnte in einer Zweitstufenkonfiguration auch 120 t in den erdnahen Orbit schleppen. Hinzu kommt noch, dass wir erwarten können, dass die Triebwerke in beiden Stufen effizienter sind als bei der Saturn V und sich auch die Leergewichte verbessert haben. Wir reden immerhin von über 50 Jahren Fortschritt.

Glücklicherweise war Blue Origin so frei, eine aufgeschnittene Skizze (bessere Qualität als unten) von New Glenn in das Nutzerhandbuch zu packen. Mit dem Wissen, dass die Rakete 7 m Durchmesser hat, kann man jetzt nämlich prima anfangen, das Volumen der Tanks abzumessen. Dann findet man Folgendes. Als Beispiel nehmen wir mal den roten Tank der ersten Stufe. Hier wird das flüssige Methan drin sein.

Das Verhältnis aus der Länge des Zylinders, also dem Teil zwischen dem oberen und unteren ovalen Deckel, zur Breite ist etwa 2,28 zu 1. Wenn wir die Breite kennen, 7 m, dann ist der Zylinder also etwa 16 m lang. Daraus lässt sich das Volumen errechnen. Dazu muss man noch das Volumen der Deckel berechnen usw. Aeneas kommt bspw. auf ein Ergebnis von rund 750 m³ für den Methantank.

Credits: Blue Origin Benutzerhandbuch

Ein tieferer Einblick

Haben wir die Volumen, können wir auch das Gewicht der jeweiligen Flüssigkeiten berechnen. Beispielsweise wissen wir vom flüssigen Sauerstoff, dass er bei einem bar bei -183 Grad Celsius etwa 1.141 kg/m³ wiegt. Flüssigmethan wiegt etwa 422 und Flüssigwasserstoff etwa 71 kg/m³. Aber das sind Werte, die eben für die Temperatur am Siedepunkt bei Normaldruck gelten. Alle 3 Flüssigkeiten werden dichter, wenn man den Druck erhöhte und die Temperatur senkt. Das macht sich insbesondere SpaceX zu nutze, um noch mehr Treibstoff in einen Tank zu packen. Selbes würden wir natürlich auch Blue empfehlen.

Aber gut, wir haben mal sehr konservativ gerechnet und die Siedepunktdichten verwendet. Das Ergebnis ist, dass New Glenn anscheinend 1.229 t Treibstoff im Mischungsverhältnis 3,2 zu 1 in der ersten Stufe und 177 t Treibstoff im Mischungsverhältnis 5,4 zu 1 in der zweiten Stufe mitführt. Da ist schon eingerechnet, dass 5% des Tankvolumens nicht gefüllt werden, um verdampfender Flüssigkeit etwas Platz zu lassen. So hat man einen Moment, bevor man den Überdruck ausgleichen muss.

Aeneas hat knapp 100 t Trockengewicht für die Rakete geschätzt, hinzu kommen 45 t Nutzlast und die oben berechneten 1.400 t Treibstoff. So summiert es sich zu rund 1.540 t Startgewicht. Das entspricht etwa der Hälfte des Gewichts der allseits beliebten Saturn V. Ein Problem dabei ist, dass die 7 BE-4 Triebwerke nur insgesamt etwa 1.740 t Schub liefern. Das Schubgewichtsverhältnis, kurz SGV, beim Start beträgt also nur 1,13. Starten kann man damit durchaus, nur das heißt, dass man sehr viel Treibstoff nicht zur Beschleunigung nutzt, sondern lediglich um gegen die Schwerkraft zu kämpfen. Denn seien wir uns bewusst, bei einem SGV von 1 würde zwar mächtig viel Treibstoff verbraucht – die Rakete würde aber lediglich schweben, nicht aber beschleunigen.

Ein so niedriges SGV versucht man eigentlich zu vermeiden, weil man deshalb viel mehr Treibstoff braucht. Aber zu hoch will man auch nicht werden, damit man sonst relativ kurz nach dem Start wieder zu viel drosseln müsste, um die Rakete nicht aerodynamisch zu zerstören oder, wenn Menschen an Bord sind, diese mit zu viel Beschleunigung zu belasten.

Ein Vergleich zur Veranschaulichung

Zum Vergleich, die Saturn V hatte ein SGV von 1,2 und gehört da schon eher zu den gemächlichen Kandidaten. Lediglich die Atlas V ohne jedwede Hilfe von Feststoffboostern hebt noch träger ab als die Saturn V, aber die fliegt auch nur sehr selten ohne die zusätzlichen Booster. Mit 1,13 wäre New Glenn aber der neue König der Schnecken. Auch zeigt die Animation einen deutlich flotteren Start. Nur die Animateure bekommen anscheinend eh immer mehr künstlerische Freiheit, als mir lieb ist. Wenn man sich die Stufentrennungssequenz anschaut, dann passiert die ja waagerecht zum Erdboden. Das ist aus Gründen einer optimalen Flugbahn sehr wahrscheinlich nicht der Fall.

Wenn man nun mit der gemessenen Tankfüllung fliegt und auch noch den Schub und die Zeitstempel aus dem Benutzerhandbuch nimmt, kommt die Nutzlast gar nicht im Orbit an. Das kann indizieren, dass sie eigentlich mit deutlich weniger Treibstoff rechnen. Damit wäre die Rakete leichter, käme schneller vom Boden weg und die Oberstufe muss nicht so viel gegen die Gravitation ankämpfen. Das ist ja schön und gut – aber dann bräuchte es keine 96 m Rakete, 75 m und ⅔ des Gewichts würden reichen.

Es gibt allerdings auch von Seiten Blue Origins unterschiedliche Angaben bzgl. der Leistung des Oberstufentriebwerks. Im Handbuch steht, es habe etwa 530 kN Schub, während auf der Website eher von 710 kN gesprochen werden. Nimmt man diesen Wert und brennt einfach so lange, wie es sinnvoll wäre, kommt die Rakete im Orbit an – und hat satte 15 t Treibstoff noch nicht verbraucht. Ein bisschen Resttreibstoff ist immer. Aber da reden wir von 1 – 2 % und nicht von fast 10! Man könnte also locker 10 t Treibstoff weglassen und durch Nutzlast ersetzen. 55 statt 45 t. Das klingt schon mal besser.

Mögliche versteckte Potenziale des BE-4 Triebwerks

Aber was auch wenig glaubwürdig ist, ist der Brennkammerdruck des BE-4. Angeblich nur 134 Bar. Wenn man die angeblichen 2440 kN Schub auf Meereshöhe und die Abmaße der Düse zugrunde legt, macht das sogar Sinn. Und klar, 134 Bar ist nicht wenig. Das berühmte F-1 der Saturn V hatte ja bloß 70 Bar. Aber das läuft auch im offenen Gasgeneratorzyklus; da wird zu viel Druck in der Brennkammer recht schnell schwierig.

Das BE-4 orientiert sich an den russischen Kerosintriebwerken und hat einen mageren Vorverbrenner. Das RD-180, das Triebwerk, was bei der Atlas V durch das BE-4 ersetzen werden soll und von dem Mo von Senkrechtstarter ein prima Video gerade am Montag gemacht hat, hat rund 267 Bar in der Brennkammer. Das ist einfach mal doppelt so viel wie beim BE-4. Und das Ding ist schon Jahrzehnte alt!

Aber auch hier verrät sich Blue Origin wieder ein bisschen. Sie beschreiben das BE-4 nämlich als „medium-performing version of a high-performance architecture“. Das heißt soviel wie “mäßig performante Version in einer hochperformanten Architektur”. Wenn wir auch mal die Turbinenköpfe des BE-4 mit denen der russischen Triebwerke vergleichen, ahnt man schon, dass da ein bisschen mehr gehen würde.

Klar, Flüssigmethan ist deutlich weniger dicht als Kerosin, braucht damit mehr Pumpleistung aber Aeneas ist sich ziemlich sicher, dass beim BE-4 locker 180 Bar drin sind. Dann steigt die Effizienz – aber auch der Schub satt an. Statt von knapp 250 t Schub reden wir plötzlich von über 340 t Schub!

Tja, und wenn man das annimmt, dann hebt New Glenn mit einem SGV von 1,5 ab. Ein echt prima Wert! Das wäre mit dem Superheavy von SpaceX vergleichbar. Packt man noch ein drittes BE-3U an die Oberstufe, dafür ist nämlich noch Platz, dann sind einfach mal 81 t Nutzlast drin. Wow. 81 t im erdnahen Orbit wären genug, um eine dritte Stufe und Orion samt Servicemodel zu transportieren. Diese dritte Stufe könnte dann groß genug sein, um Orion zum Mond zu schießen – je nach Typ sogar mit einer ordentlichen Marge.

Landung des Boosters auf einem fahrenden Drohnenschiff

Übrigens hat Aeneas bei den Kalkulationen immer berücksichtigt, dass die erste Stufe genügend Treibstoff für 2 km/s delta-v reserviert. Da die erste Stufe nicht zum Startplatz zurück fliegt, sondern nur auf einem Drohnenschiff landet, braucht es da gar nicht so viel: Eine ordentliche Bremsung bevor man auf die dichtere Atmosphäre auftrifft und die Landung selbst. Und das ist eigentlich schon wieder doof. Die erste Stufe ist viel zu groß. Denn dadurch fliegt sie so weit raus, dass ein Rückflug keinen Sinn mehr macht. Man bräuchte einfach zu viel Treibstoff um die Vorwärtsgeschwindigkeit auszubremsen. Aber so könnte man viel schneller wiederverwenden.

New Glenn soll allerdings weit draußen auf einem Schiff landen. Dazu braucht es das Schiff und es braucht 2 bis 3 Tage, bis die Stufe wieder da ist. Das kostet Geld. Würde man die erste Stufe kleiner machen, damit der Rückflug Sinn macht, müsste dann die Oberstufe auch größer sein und da reichen dann auch 3 BE-3U nicht mehr aus. Leider ist der Expander Bleed Zyklus des BE-3U völlig ungeeignet für wesentlich höheren Brennkammerdruck, weswegen man nur die Düse kleiner machen könnte, was Verzicht auf spezifischen Impuls, also Isp bedeutet. Könnte trotzdem machbar sein.

Naja, vielleicht ist das eher was für New Armstrong, der möglichen nächsten Generation von blauen Raketen. Wir kritisieren ja auch bewusst nicht die Wegwerfoberstufe. Wiederverwendung der ersten Stufe ist für den Anfang schon mal echt prima. SpaceX hat ja auch zuerst mit der ersten Stufe begonnen. Aber da muss echt was passieren, sonst wird sich Blue nicht halten können… Aber dann kam Eric Berger just vor 2 Tagen um die Ecke und meint, Blue Origin scheint wohl doch schon das Projekt “Jarvis” laufen zu haben, um die Oberstufe wiederverwendbar zu machen. Wow! Wir drücken die Daumen! Kommen die jetzt doch langsam in die von Raketenfans lang ersehnten Gänge?

Blue Origin will der NASA 2 Mrd. USD schenken

Ich möchte die heutige Ausgabe auch nutzen, um auf einen Brief Blue Origins an die NASA aufmerksam zu machen. Darin machen sie der NASA ein Angebot, das sie nicht ablehnen können, oder sollten. Zunächst wird festgehalten, dass Blue Origin bereit ist über die Dauer der kommenden zwei fiskalen Jahre 2 Mrd. USD aus der eigenen Tasche in die Entwicklung ihres Mondlandesystems für Menschen zu stecken. Dieser Betrag wird nicht in Rechnung gestellt.

Sie erklären sich also dazu bereit viel Geld in die Hand zu nehmen, um die Technologie voranzubringen.

Darüber hinaus wird Blue Origin auf einen sogenannten Cost Plus Vertrag verzichten. Diese Art von Verträgen ist in den letzten Jahren in Verruf gekommen, weil es dem Auftragnehmer jedes Risiko abnimmt. Wenn ein Auftragnehmer einen derartigen Vertrag hat, übernimmt der Auftraggeber, für gewöhnlich die US Regierung, alle Budgetüberschreitungen und Zusatzkosten, die anfallen.

Das bedeutet, dass der Auftragnehmer keinen Anreiz hat, effizient zu arbeiten, denn je mehr sie in Verzug geraten und je mehr die Kosten steigen, desto mehr verdienen sie.

Auf genau diese Art von Vertrag verzichtet Blue Origin laut diesem Schreiben. Aeneas und ich finden beide, dass das ein starker Zug ist. Einerseits zeugt das von Selbstvertrauen, andererseits zeigt es, dass Blue wirklich etwas voranbringen will. Echt coole Aktion, Jeff!

Fazit

Also kann Blue nun Raketen bauen? Es gibt einige gute Gründe dafür, dass sie nur sehr tief stapeln. Dann ja, dann könnten sie es. Wenn das aber nicht der Fall ist und sie wirklich eine 96 m Rakete für 45 t Nutzlast brauchen, dann wären wir schon ziemlich enttäuscht. Ich wäre ihnen aber auch nicht böse, wenn sie eine deutlich kleinere Rakete nutzen, um die 45 t in den erdnahen Orbit zu liefern. Das wäre auch schon respektabel, weil eben das System effizient ist – oder sie schaffen die 80+ t.

Wir wären beeindruckt und dem Markt würde eine tolle Alternative geboten. Aber auch nur kurzfristig. Denn in den nächsten Jahren wird wahrscheinlich nicht nur Starship operativ, sondern auch Terran R, die vollständig wiederverwertbare Rakete von Relativity Space. Hoffentlich ist Jarvis bis dahin einsatzbereit! Es bleibt spannend!

Wir hoffen, wir konnten euch einen kleinen Einblick in die Technik hinter New Glenn geben.

Danke nochmal an Aeneas und euch, dem Publikum fürs zahlreiche Einschalten, Liken und Kommentieren aller Videos.

Danke Eugen, Dennis und Fabian von Warda. Ohne euch wäre die Kooperation nie möglich gewesen.

Ich möchte mich auch gerne bei allen meinen Patrons für eure großartige Unterstützung bedanken. Ihr helft mir dabei noch mehr und noch besseren Content für euch zu produzieren. Insbesondere möchte ich meinem neuesten Patron Stefan. Danke für deine großzügige Unterstützung. Das hilft nicht nur finanziell, sondern auch mental.

So meine Lieben, das war es nun von meiner Seite. Ich sage herzlichen Dank fürs Einschalten und Lesen! Und bis bald auf dem Mars!

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Titelbild Credits: Shutterstock