Treibstoffdepot im Orbit

Ein orbitales Treibstoffdepot ist eine Station im Erdorbit (oder an einem Lagrange-Punkt), an der Raumschiffe Treibstoff nachtanken können. Das Konzept löst ein fundamentales Problem der Raketengleichung: Der Treibstoff, der für die Reise benötigt wird, muss selbst ins All gebracht werden, was zusätzlichen Treibstoff erfordert, eine exponentielle Spirale.

Mit einem Depot im Orbit könnte ein Raumschiff leicht starten (weniger Treibstoff an Bord = kleinere, billigere Rakete), in der Umlaufbahn volltanken und dann die eigentliche Mission beginnen. Für eine Mars-Mission könnte dies die benötigte Startmasse um den Faktor 3–5 reduzieren.

Die Herausforderungen sind beträchtlich: Kryogene Treibstoffe (Flüssigwasserstoff, Flüssigsauerstoff) verdampfen im Vakuum durch Sonneneinstrahlung (Boil-off). Zero-Boil-Off-Technologien (aktive Kühlung, Multi-Layer-Isolation) werden entwickelt, um den Verlust zu minimieren. Der Transfer von kryogenen Flüssigkeiten in Schwerelosigkeit ist komplex, da sich Flüssigkeit und Gas ohne Schwerkraft nicht klar trennen.

SpaceX' Starship-Architektur setzt auf orbitales Betanken: Ein Starship für Mars-Missionen soll nach dem Start durch mehrere Tankerflüge in der Erdumlaufbahn vollgetankt werden. Die NASA hat SpaceX mit der Demonstration des Orbital-Transfers von Treibstoff beauftragt.

Gerade das Boil-off-Problem ist die eigentliche technische Hürde, die orbitale Tankstellen bislang verhindert hat. Die leistungsfähigsten Treibstoffe wie flüssiger Wasserstoff und Sauerstoff müssen extrem kalt gehalten werden, doch im Sonnenlicht des Weltraums verdampfen sie unweigerlich, sodass ein Depot seinen kostbaren Inhalt mit der Zeit einfach verliert. Aktive Kühlung und ausgeklügelte Isolation sollen diese Verluste auf nahezu null drücken, eine Technik, die für lange Lagerung erst noch ausgereift werden muss. Hinzu kommt die Schwierigkeit, Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit überhaupt sauber umzupumpen, da sich Gas und Flüssigkeit ohne ein Unten nicht von selbst trennen und der Treibstoff frei im Tank umherschwappt. Gelingt es, diese Probleme zu lösen, ließe sich die Tyrannei der Raketengleichung umgehen, denn ein Raumschiff könnte leicht und damit billig starten und erst im Orbit volltanken. SpaceX' Marsarchitektur steht und fällt mit genau dieser Fähigkeit, weshalb das orbitale Betanken zu einer der wichtigsten noch zu demonstrierenden Schlüsseltechniken der kommenden Jahre zählt.