Für 220 Dollar pro Kilo ins All: Was hinter kinetischen Startsystemen steckt

Raketen verbrennen Hunderttausende Liter Treibstoff, bevor sie abheben. Neue Technologien setzen unter anderem auf Zentrifugen und Gaskanonen.

Jeder Raketenstart ist ein kontrolliertes Inferno. Dutzende oder hunderte Tonnen Treibstoff werden explosionsartig gezündet, bevor die Nutzlast auch nur die dichtesten Schichten der Atmosphäre durchstoßen hat. Die Kosten sind enorm, die Umweltbelastung erheblich. Deshalb suchen Ingenieure nach Alternativen – und einige davon klingen nach Science-Fiction.

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Die kalifornische Firma SpinLaunch etwa will Satelliten nicht mehr mit Raketen ins All schießen, sondern sie schleudern. In einer riesigen Zentrifuge in New Mexico werden Nutzlasten auf etwa 8.000 Kilometer pro Stunde beschleunigt, bevor sie in den Himmel geschossen werden. Eine kleine Rakete übernimmt dann nur noch die endgültige Positionierung in der Umlaufbahn.

Das Prinzip funktioniert: Bis September 2022 führte SpinLaunch zehn erfolgreiche suborbitale Tests durch. Dabei transportierte das Unternehmen Hardware für die NASA, Airbus und die Cornell University. Und die Komponenten überlebten den Flug unbeschadet.

Nutzlasten müssen 10.000 G überstehen

Die größte technische Hürde ist die extreme Beschleunigung. Während ein Mensch bei einem schweren Autounfall etwa 50 bis 100 G erlebt, wirken auf die SpinLaunch-Satelliten Kräfte von 10.000 bis 20.000 G.

Also muss jede Komponente der Nutzlast diesen Belastungen standhalten. GPS-Module, Solarpaneele, Leiterplatten – alles muss neu konstruiert werden. SpinLaunch hat spezielle Vergussmassen, verstärkte Aluminiumstrukturen und verbesserte Schwingungsisolierungen entwickelt.

Tests zeigten, dass sogar handelsübliche Elektronik solche extremen Bedingungen überstehen kann. Trotzdem werden die meisten Satelliten speziell für den kinetischen Start ausgelegt sein müssen.

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Der Neustart: Warum SpinLaunch auf Alaska setzt

Seit dem zehnten Testflug im September 2022 hat SpinLaunch allerdings keinen weiteren Versuch mehr durchgeführt. Im Mai 2024 trat Gründer Jonathan Yaney zurück, der frühere Betriebsleiter David Wrenn übernahm die Geschäftsführung.

Trotzdem gibt es Fortschritte. Im Oktober 2024 sicherte sich SpinLaunch einen 100-jährigen Pachtvertrag für ein Grundstück auf Adak Island in Alaska. Die ehemalige Marinebasis bietet Startmöglichkeiten über den Pazifik und vorhandene Infrastruktur.

Mit Wasserstoff auf Mach 9

Einen anderen Ansatz verfolgt das US-Unternehmen Green Launch. Statt einer Zentrifuge nutzt es eine Leichtgaskanone. Komprimierter Wasserstoff expandiert schlagartig und beschleunigt ein Projektil auf bis 9.000 Kilometer pro Stunde.

Wasserstoff ist das ideale Treibmittel, weil er mit einem Molekulargewicht von nur 2 deutlich leichter ist als Stickstoff (28) oder Kohlendioxid (44). Je leichter das Gas, desto höher die erreichbare Geschwindigkeit des Projektils.

Green Launch beschreibt sein System als "Stufe Null". Die Kanone beschleunigt die Nutzlast durch die Atmosphäre, eine kleine Rakete korrigiert anschließend die Flugbahn und bringt den Satelliten in die endgültige Umlaufbahn.

Noch extremere G-Kräfte

Die Beschleunigungskräfte sind bei der Leichtgaskanone allerdings noch brutaler als bei SpinLaunch: bis zu 30.000 G. Das schränkt die möglichen Nutzlasten stark ein. Empfindliche Optiken, wissenschaftliche Instrumente sind bei dieser Startmethode ausgeschlossen.

Green Launch hat allerdings gezeigt, dass handelsübliche Elektronik mit geringfügigen Anpassungen 30.000 G überstehen kann. Die Bauteile müssen in kompakte Gehäuse von etwa 3,2 Zentimetern Durchmesser und 10 Zentimetern Länge integriert werden. Das erweitert die Palette möglicher Nutzlasten erheblich.

Null Emissionen

Der Umweltvorteil ist beträchtlich. Das System von Green Launch nutzt Wasserstoff und Sauerstoff als Treibmittel. Als Abgas entsteht nur Wasserdampf. Das Unternehmen fängt zudem über 91 Prozent der Antriebsgase wieder auf. Das bedeutet praktisch null Emissionen.

Traditionelle Raketen stoßen dagegen mehr als 19 Tonnen CO₂ pro Tonne Nutzlast aus. Feststoffraketen setzen zusätzlich ozonschädigende Verbindungen frei, während Kerosinraketen schwarzen Kohlenstoff produzieren, der 500-mal wirksamer Wärme speichert als normaler Ruß.

Drastische Kostenreduktion versprochen

Beide Systeme versprechen zudem drastisch niedrigere Startkosten. SpinLaunch nennt 1.250 bis 2.500 US-Dollar pro Kilogramm. Green Launch geht noch weiter: 220 Dollar pro Kilogramm.

Zum Vergleich: Ein Mitflug auf einer Falcon-9-Rakete von SpaceX kostet etwa 6.000 Dollar pro Kilogramm, kleinere Trägerraketen verlangen 15.000 bis 50.000 Dollar.

Allerdings sind diese Zahlen mit Vorsicht zu genießen. Die enormen Baukosten für die orbitale Zentrifuge oder die Leichtgaskanone sind darin nicht eingerechnet. Und ob die Systeme jemals die versprochene Startfrequenz erreichen, ist offen.

2.000 Starts pro Jahr: Wem der Weltraummüll dann gefährlich wird

SpinLaunch spricht von fünf bis zehn Starts pro Tag. Das wären potenziell 2.000 Starts im Jahr – verglichen mit etwa 150 Starts weltweit derzeit. Green Launch verspricht sogar Intervalle von 60 bis 90 Minuten zwischen den Starts.

Eine solche Kadenz könnte die Raumfahrt demokratisieren und völlig neue Anwendungen ermöglichen. Sie würde aber auch das Problem des Weltraummülls dramatisch verschärfen. Je mehr Objekte im Orbit kreisen, desto höher die Gefahr von Kollisionen – und damit einer Kettenreaktion, die ganze Umlaufbahnen unbenutzbar machen könnte.

Start aus der Stratosphäre

Einen dritten, weit konventionelleren Weg verfolgen Luftstart-Systeme. Das Prinzip: Ein Trägerflugzeug bringt eine Rakete auf etwa 10.700 Meter Höhe, lässt sie dort fallen, und die Triebwerke zünden in der dünnen Luft.

Das größte Flugzeug der Welt nach Spannweite ist derzeit die "Roc" von Stratolaunch. Mit einer Spannweite von 117 Metern – breiter als ein Fußballfeld – und sechs Turbinentriebwerken kann sie 550.000 Pfund Nutzlast transportieren.

Der Start in dünnerer Atmosphäre reduziert den Luftwiderstand und steigert die Effizienz der Rakete um 10 bis 15 Prozent. Das ermöglicht entweder kleinere Raketen oder größere Nutzlasten. Zudem können die Betreiber den optimalen Startort und die Flugrichtung flexibel wählen, unabhängig von festen Startrampen.

Begrenzt auf kleine Nutzlasten

Die Methode hat aber eine harte Grenze: Das Trägerflugzeug muss sich selbst und die Rakete in die Höhe heben. Eine Falcon 9 schafft 22.800 Kilogramm, Luftstart-Systeme sind dagegen nur für Nutzlasten unter 1.000 Kilogramm geeignet, bei denen geografische Flexibilität und niedrigere Infrastrukturkosten die Massenbeschränkung aufwiegen.