Elon Musk hat kürzlich eine wichtige Ingenieursentscheidung von SpaceX erläutert. In einem erneuten Posting eines Interviews aus dem Jahr 2021 erklärte er, warum das Unternehmen von Kohlenstofffaser auf Edelstahl für den Bau von Starship umgestiegen ist.
Materialanforderungen für extreme Temperaturen
Frühe Versionen von Starship waren für den Einsatz von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen konzipiert. Dieses Material bietet hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, was für Raketen vorteilhaft erscheint. Allerdings zeigten Tests, dass Kohlenstofffaser bei den extremen Temperaturen, denen Starship ausgesetzt ist, Schwächen aufweist.
Während des Wiedereintritts in die Atmosphäre muss die Rakete Temperaturen von bis zu 870°C standhalten. Gleichzeitig muss sie die kryogenen Temperaturen der Treibstoffe (-265°F bis -328°F) aushalten. Edelstahl behält nicht nur seine Festigkeit in diesem breiten Temperaturbereich, sondern wird bei Kälte sogar um etwa 50% fester. Kohlenstofffaser hingegen wird bei tiefen Temperaturen spröde.
Kosten- und Gewichtsaspekte
Ein weiterer entscheidender Faktor für die Materialwahl waren die Kosten. Kohlenstofffaser kostet etwa 135 US-Dollar pro Kilogramm, dazu kommt eine Ausschussrate von 35%. Edelstahl hingegen ist mit etwa 3 US-Dollar pro Kilogramm deutlich günstiger.
Zwar ist Edelstahl etwa viermal dichter als Verbundwerkstoffe, doch durch die höhere Festigkeit kann dünneres Material verwendet werden. Dies verringert den Gewichtsunterschied in der Praxis erheblich. SpaceX nutzt eine Sandwichbauweise mit zwei Edelstahlschichten, zwischen denen Treibstoff oder Wasser zirkuliert.