Wiederverwendbare Booster haben die leichte Hälfte der Raumfahrzeug-Wiederverwendung gelöst. Die Oberstufe ist die schwere Hälfte.
Jede große neue Rakete, die in den letzten fünf Jahren angekündigt wurde, verwendet ihre erste Stufe wieder. Keine davon, außer Starship von SpaceX und der viel kleineren Nova von Stoke Space, versucht, die zweite wiederzuverwenden. Diese Asymmetrie ist kein Versehen — sie besteht, weil die Oberstufe ein grundlegend schwierigeres technisches Problem darstellt und sich leise zur eigentlichen Obergrenze dafür entwickelt, wie günstig ein Orbitalstart überhaupt werden kann.
Der Booster war schon immer das leichtere Ziel
Ein Booster der ersten Stufe bei einem Fahrzeug wie der Falcon 9 brennt etwa zweieinhalb Minuten, erreicht ungefähr 2.000 bis 2.500 Meter pro Sekunde und trennt sich in einer Höhe, in der die atmosphärische Erhitzung beim Abstieg mit einem einfachen Ablativschild oder sogar ganz ohne Hitzeschild beherrschbar ist. Er fliegt eine ballistische Bahn zurück, zündet seine Triebwerke für ein Eintritts- und ein Landebrennen erneut und setzt auf einem Drohnenschiff oder einer Landeplattform auf. SpaceX hat das über 400-mal geschafft. Rocket Labs Neutron und Blue Origins New Glenn kopieren dieselbe Architektur: eine wiederverwendbare erste Stufe, konstruiert für wiederholte Wiedereintritte bei niedriger Geschwindigkeit und geringer Hitzebelastung.
Die zweite Stufe steht vor einem völlig anderen physikalischen Problem. Ihre Aufgabe ist es, den Schub bis zur Orbitalgeschwindigkeit zu vollenden — etwa 7,8 Kilometer pro Sekunde für den niedrigen Erdorbit, mehr als dreimal so schnell, wie der Booster jemals wird. Etwas aus der Orbitalgeschwindigkeit zurückzubringen bedeutet, eine Größenordnung mehr kinetische Energie abzubauen, in einer thermischen Umgebung, die eher dem Wiedereintritt einer bemannten Kapsel ähnelt als dem Sprung des Boosters. Deshalb entsorgt heute jede operative Orbitalrakete, einschließlich der Falcon 9, ihre zweite Stufe bei jedem einzelnen Flug.
Warum das die eigentliche Kostenuntergrenze ist
Sobald ein Booster wiederverwendbar ist und die Instandsetzungskosten auf wenige Millionen pro Flug fallen, ist die wegwerfbare Oberstufe kein Rundungsfehler mehr, sondern wird zum dominierenden Kostenposten. Branchenschätzungen für eine Oberstufe der Falcon-9-Klasse — Triebwerk, Tanks, Avionik, einmal gebaut und einmal geflogen — liegen irgendwo im Bereich von 5 bis 12 Millionen Dollar, selbst während SpaceX die Instandsetzungskosten eines wiederverwendeten Boosters auf 1 bis 2 Millionen pro Flug gedrückt hat. Bei einer wiederverwendeten Falcon 9 mit geschätzten Grenzkosten pro Start von rund 15 bis 20 Millionen Dollar kann die Oberstufe deutlich mehr als die Hälfte des Restbetrags ausmachen.
New Glenn und Neutron erben dieselbe Rechnung. Beide sind um einen wiederverwendbaren Booster und eine wegwerfbare Oberstufe herum konstruiert, was bedeutet, dass beide eine Grenzkosten-Untergrenze haben, die keine noch so häufige Booster-Wiederverwendung unter den Preis für den Bau einer neuen zweiten Stufe pro Flug drücken kann. Die Wiederverwendung des Boosters war das richtige Problem, das zuerst gelöst werden musste — sie erforderte weniger exotischen Hitzeschutz und brachte den größten frühen Gewinn —, aber sie sollte nie die vollständige Antwort auf günstigen Zugang zur Umlaufbahn sein.
Wer wirklich versucht, die schwere Hälfte zu lösen
Starship ist das einzige Fahrzeug in aktiven Flugtests, das die vollständige Wiederverwendung versucht, einschließlich einer Oberstufe mit Orbitalgeschwindigkeit, die mit dem Bauch voran wieder eintritt und dabei Keramikkacheln zum Hitzeschutz verwendet, bevor sie ein Kipp- und Auffangmanöver ausführt. Die Schwierigkeit zeigt sich in der Flugbilanz: Kachelverlust, Durchbrennrisiko und Zuverlässigkeit über wiederholte Flüge waren der anhaltende technische rote Faden durch die Testkampagne von Starship, genau weil dies die schwerere Hälfte des Wiederverwendungsproblems ist, das niemand sonst in diesem Maßstab versucht hat.
Das interessantere langfristige Signal könnte Stoke Space sein, ein kleineres Start-up aus dem US-Bundesstaat Washington, das seine Nova-Rakete von Anfang an um eine vollständig wiederverwendbare Oberstufe herum baut und dabei einen aktiv gekühlten Metall-Hitzeschild statt ablativer Kacheln oder keramischer Lösungen à la Starship verwendet. Stokes Wette ist, dass eine aktiv gekühlte Struktur Dutzende von Wiedereintritten bei Orbitalgeschwindigkeit mit minimaler Instandsetzung überstehen kann — dieselbe Logik, die Strahltriebwerke vor Jahrzehnten von Einwegteilen zu überholbaren, wiederverwendbaren Komponenten gemacht hat. Es ist ein kleines Unternehmen mit einem noch nicht geflogenen Orbitalfahrzeug, aber das einzige, das explizit für die Wiederverwendung der Oberstufe konstruiert, statt sie als ambitioniertes Fernziel an einen bereits fliegenden Booster anzuhängen.
Worauf man statt der Booster-Schlagzeilen achten sollte
Booster-Landungen sind der fotogenste Teil der Wiederverwendbarkeit und liefern gutes Bildmaterial, aber sie hörten auf, die interessante Kostenfrage zu sein, etwa als die Wiederverwendung des Falcon-9-Boosters zur Routine wurde. Die Zahl, die tatsächlich vorhersagt, wie günstig Starts von hier aus werden, ist die Wiederverwendungsrate der Oberstufe und ihre Instandsetzungskosten — wie viele Flüge eine bestimmte Oberstufe überlebt, bevor sie verschrottet werden muss, und wie viel Arbeit es macht, sie zwischen den Flügen wieder einsatzbereit zu machen. Bei Starship bedeutet das, die Kachel-Erhaltung und die Umschlagzeit über aufeinanderfolgende Flüge zu beobachten, nicht nur, ob der Booster saubereingefangen wird. Für den Rest der Branche bedeutet das, zu beobachten, ob außer Stoke Space noch jemand die Wiederverwendung der Oberstufe in seine Roadmap aufnimmt, statt eine wegwerfbare zweite Stufe als Preis des Geschäfts zu akzeptieren.
Wenn Sie Startkosten für eine Nutzlast, eine Satellitenkonstellation oder einen Plan modellieren, der davon abhängt, wohin sich die Startpreise in den nächsten fünf Jahren bewegen, bauen Sie Ihre Schätzung um die Ökonomie der Oberstufe herum auf, nicht um die Taktung des Boosters. Die Wiederverwendung des Boosters ist ein gelöstes Problem mit abnehmendem Grenznutzen. Die Wiederverwendung der Oberstufe ist das ungelöste Problem, das den Preis pro Kilogramm in die Umlaufbahn tatsächlich bewegen wird.