Super Heavy

Die Geschichte der Boosterstufe beginnt lange bevor sie diesen Namen trug. Im Oktober 2012 äußerte SpaceX erstmals öffentlich die Absicht, ein vollständig wiederverwendbares Trägersystem mit weit größerer Kapazität als die Falcon 9 zu entwickeln, und erwähnte kurz darauf das Konzept des Mars Colonial Transporter, eines Fahrzeugs, das mit Methantriebwerken hundert Tonnen Fracht zum Mars bringen sollte.

Konkrete Gestalt nahm das Konzept am 27. September 2016 auf dem 67. Internationalen Astronautischen Kongress an, als Elon Musk das Interplanetary Transport System vorstellte: zwei Stufen, eine wiederverwendbare Boosterstufe und ein Raumschiff, Tanks aus kohlefaserverstärktem Verbundwerkstoff und flüssiges Methan sowie flüssigen Sauerstoff als Treibstoffe. Diese erste Boosterstufe sollte 12 m Durchmesser, 77,5 m Höhe und 42 Triebwerke haben und direkt auf der Startrampe landen, um betankt zu werden und erneut zu starten; bereits damals waren Gitterflossen zur Steuerung des Wiedereintritts vorgesehen. Ein Jahr später, auf dem Kongress von 2017, wurde das Projekt in BFR umbenannt und auf einen etwas vernünftigeren Maßstab verkleinert.

Die entscheidende Wende kam im Dezember 2018, als SpaceX das Strukturmaterial wechselte: weg von den Kohlefaserverbundwerkstoffen, hin zu Edelstahl. Musk begründete dies mit den Kosten, der einfacheren Fertigung, der höheren Festigkeit von Stahl bei kryogenen Temperaturen und seiner Hitzebeständigkeit beim Wiedereintritt. 2019 nannte das Unternehmen das Gesamtsystem bereits Starship und seine erste Stufe Super Heavy, und das Design war in seinen wesentlichen Zügen festgelegt: ein Stahlzylinder mit 9 m Durchmesser, aus verschweißten Ringen aufgebaut.

Super Heavy gliedert sich, von unten nach oben, in vier Abschnitte: die Triebwerke, den Flüssigsauerstofftank, den Flüssigmethantank und die Interstage. Die beiden kryogenen Tanks sind durch einen gemeinsamen Zwischenboden getrennt – dieselbe Konstruktionslösung, die auch die Stufen S-II und S-IVB der Saturn V verwendeten –, und jeder Tank trägt rund vierundsiebzig Verstärkungsholme. Nach dem zweiten Testflug wurde der gemeinsame Zwischenboden mit einer elliptischeren Form neu gestaltet, was die Kapazität beider Tanks leicht veränderte.

Der Sauerstofftank endet im Thrust Puck, dem Bauteil, das den Schub der dreizehn inneren Triebwerke aufnimmt; die zwanzig äußeren Triebwerke sind auf einem Ring montiert, der mit dem ersten Stahlring der Struktur verbunden ist. Große, unter dem hinteren Boden angeschweißte Stahlverstärkungen erlauben es diesem Bauteil, allein die Last der zentralen Triebwerke zu tragen, und dienen zugleich als Durchführung für die Leitungen. Der Methantrichter liegt teilweise innerhalb des Kopftanks, mit dem Sumpf direkt darunter.

Ab Booster 7 kamen vier längs verlaufende aerodynamische Verkleidungen hinzu – die sogenannten Chines – auf der Außenseite des Sauerstofftanks. Sie sind nicht dekorativ: Sie erzeugen beim Abstieg Auftrieb und beherbergen Batterien, Druckbehälter aus Verbundwerkstoff für den Start der Turbopumpen sowie Kohlendioxidbehälter für die Brandbekämpfung.

Die Interstage trägt vier elektrisch angetriebene Gitterflossen aus Edelstahl mit einem Gewicht von jeweils rund drei Tonnen. Anders als beim Falcon 9 klappen sie nicht ein: Sie bleiben während des gesamten Aufstiegs ausgefahren, um Gewicht zu sparen – auf Kosten einer leichten Verformung bei der Stufentrennung. Zwischen ihnen ragen die Beschläge hervor, an denen der Turm das Fahrzeug hebt und auffängt.

Der Prozess beginnt mit Coils aus Edelstahl, die abgerollt, zugeschnitten und an einer Kante zu einem Zylinder mit 9 m Durchmesser, 1,83 m Höhe und 3,97 mm Wandstärke verschweißt werden, mit einer Masse von etwa 1600 kg. Jeder Super Heavy verwendet dreiunddreißig dieser Ringe, dazu vier kurze Ringe von 1,4 m für bestimmte Stellen der Struktur.

Die Ringe werden in der Starfactory robotergestützt zu Blöcken aus drei oder vier Ringen gestapelt und verschweißt; anschließend werden die Holme angebracht und die Aussparungen für Gitterflossen und Beschläge eingearbeitet. Danach werden die Böden in den vorderen, hinteren und gemeinsamen Blöcken eingebaut. Die eigentliche Endmontage findet in der Mega Bay 1 statt: zuerst der Methantank, danach der bereits mit dem gemeinsamen Boden integrierte Sauerstofftank, wobei die Methan-Fallleitung vor dem Verschließen eingesetzt wird. Das Fahrzeug wird dann zum Prüfstand von Massey's gebracht, wo es zweimal einem Kryotest unterzogen wird: Die Tanks werden mit flüssigem Stickstoff – nicht brennbar – und gelegentlich auch mit flüssigem Sauerstoff befüllt. Zurück in der Fertigung werden die Triebwerke und ihre Schutzverkleidung eingebaut, die die hintere Sektion bildet, und auf der Startrampe erfolgt schließlich der statische Zündtest.

Der erste Prototyp, BN1, wurde im März 2021 als Wegbereiter der Fertigung zusammengebaut und am 30. desselben Monats verschrottet, ohne getestet worden zu sein. Der nächste, BN3, wurde am 29. Juni 2021 fertiggestellt, bestand am 13. Juli den ersten Kryotest einer Super-Heavy-Stufe und führte am 19. Juli den einzigen statischen Zündtest einer Boosterstufe durch, der am suborbitalen Startgelände stattfand; danach wurde er teilweise verschrottet.

Booster 4 war der erste, der zum Fliegen vorgesehen war. Er wurde am 1. August 2021 vollständig gestapelt, und am folgenden Tag waren seine neunundzwanzig Triebwerke – die damalige Konfiguration – installiert; er erhielt Gitterflossen und war die erste Super-Heavy-Stufe, die mit einem Starship-Raumschiff darüber gestapelt wurde. Er flog nie: Er wurde zugunsten von Booster 7 und Ship 24 zurückgezogen.

Booster 7 wurde am 31. März 2022 auf der Orbitalstartrampe positioniert und absolvierte im April zwei Kryotests, bei denen die Fallleitung barst. Nach der Reparatur folgte eine Serie statischer Zündtests und Spin-Start-Tests, von denen einer, am 11. Juli 2022, erhebliche Schäden verursachte. Booster 8, am 8. Juli 2022 gestapelt und im September zum Startgelände gebracht, wurde dort nie getestet und im Januar 2023 verschrottet.

Nach einem abgebrochenen Versuch am 17. April 2023 starteten Booster 7 und Ship 24 am 20. April zum ersten integrierten Testflug. Drei Triebwerke fielen bereits in der Startsequenz aus, weitere versagten während des Aufstiegs; die Stufentrennung fand nie statt, und das Fahrzeug wurde zerstört. Der Start beschädigte zudem die Startrampe, was eine Verstärkung der Turmfundamente und den Bau eines wassergekühlten Flammendeflektors unter dem Startträger erforderlich machte.

Am 18. November 2023 flogen Booster 9 und Ship 25. Alle 33 Triebwerke arbeiteten bis zur Stufentrennung, die erstmals als Hot-Staging ausgeführt wurde: Die zweite Stufe zündete ihre Triebwerke und stieß sich damit von der Boosterstufe ab. Super Heavy vollendete sein Wendemanöver und leitete den Rückstoßbrand ein, explodierte jedoch nach einer Reihe von Triebwerksausfällen.

Der dritte Flug startete am 14. März 2024 von Starbase, zusammenfallend mit dem zweiundzwanzigsten Jahrestag der Unternehmensgründung. Erneut zündeten alle 33 Triebwerke, und die Stufentrennung verlief korrekt; Booster 10 führte den Rückstoßbrand aus, doch die vorgesehene Wasserung im Golf von Mexiko misslang, und das Fahrzeug explodierte 462 m über der Oberfläche.

Der vierte Flug am 6. Juni 2024 hatte zum Ziel, dass die Boosterstufe auf einem virtuellen Turm im Meer „landete“. Super Heavy gelang eine sanfte Wasserung – die erste – und wurde erst danach zerstört, als er auf dem Wasser umkippte.

Mit diesem Ergebnis kündigte Musk im April 2024 an, dass der nächste Schritt der Versuch einer Turmfangaufnahme sein würde. Booster 12 und Ship 30 starteten am 13. Oktober 2024: Die Boosterstufe führte den Rückstoß- und Landebrand ohne Triebwerksausfälle aus und wurde zwischen den Armen des Turms aufgefangen, die sie auf dem Startträger absetzten. Es war das erste Mal, dass eine Orbitalboosterstufe in der Luft geborgen wurde, ohne Landebeine oder Plattform. Musk berichtete anschließend von geringfügigen, leicht reparierbaren Schäden, darunter Verformungen an den äußeren Düsen. Beim folgenden Flug wurde der Fangversuch abgebrochen, und Booster 13 wasserte im Meer.

Der zweite große Meilenstein kam 2025 mit der Wiederverwendung. Booster 14 flog am 16. Januar 2025 mit Ship 33: nominaler Aufstieg und korrekte Stufentrennung, allerdings scheiterte die Wiederzündung eines Triebwerks für den Rückstoßbrand. Dieselbe Boosterstufe, nun als B14-2, wurde am 25. Mai mit Ship 35 integriert und startete am 27. Mai 2025; dabei blieben alle 33 Triebwerke bis zur Hauptabschaltung gezündet, und diesmal zündeten auch die dreizehn schwenkbaren Triebwerke für den Rückstoßbrand. Auch Booster 15 flog zweimal: Er wurde bei seinem ersten Flug gefangen und kehrte am 8. März zur Mega Bay 1 zurück, durchlief den Rocket Garden und kehrte am 6. September 2025 für seine zweite Mission zum Startgelände zurück.

Block 3 ist die erste grundlegende Neukonstruktion der Boosterstufe. Er misst 72,3 m, integriert die Interstage direkt in den Methantank und reduziert die Gitterflossen von vier auf drei, angeordnet in einem Muster von 90/90/180 Grad. Die neuen Gitterflossen sind etwa anderthalbmal so groß wie die der vorherigen Blöcke und weiter unten am Fahrzeug angebracht; laut SpaceX verringert die neue Position die Hitzebelastung während der Stufentrennung. Der hintere Boden wurde mit darauf montierten Metallplatten zum Hitzeschutz neu gestaltet, und die Triebwerke wechseln vom Raptor 2 zum Raptor 3 – eine Änderung, die SpaceX ab dem ersten Starship-Flug des Jahres 2026 einführte.

Das Testprogramm von Block 3 machte 2026 Fortschritte: Booster 20 wurde am 5. Juni 2026 zu Massey's gebracht und bestand dort am folgenden Tag einen Kryotest; am 10. Juli führte er einen Zündtest mit dreiunddreißig Triebwerken durch. Bereits am 7. Mai 2026 hatte SpaceX in Starbase alle 33 Raptor-Triebwerke eines Super Heavy V3 mit voller Dauer und vollem Schub gezündet – der erste vollständige statische Zündtest der Variante; mit derselben Boosterstufe hatte man zuvor im März einen Test mit zehn Triebwerken sowie weitere Versuche durchgeführt, die wegen Problemen der Bodenmannschaft vorzeitig abgebrochen wurden. Booster 19 begann am 27. November 2025 gestapelt zu werden, war am 24. Dezember vollständig und wurde zum für Flug 12 vorgesehenen Fahrzeug, als Ersatz für Booster 18.

Super Heavy und das Raumschiff werden auf dem Startträger gestapelt und über die Schnellkupplungen der Boosterstufe und den Arm des Raumschiffs betankt. Neunzehn Minuten und vierzig Sekunden vor dem Start beginnt die Kühlung der Triebwerke, die notwendig ist, um die Turbopumpen vor dem thermischen Schock zu schützen; drei Sekunden vor dem Abheben beginnt die Zündsequenz. Nach dem Abheben brennen die Triebwerke rund hundertneunundfünfzig Sekunden lang, bis die Boosterstufe in etwa 64 km Höhe alle bis auf die drei schwenkbaren Zentraltriebwerke abschaltet. Diese verbleibenden Triebwerke reduzieren dann ihren Schub, das Raumschiff zündet – noch mit der Boosterstufe verbunden – seine eigenen Triebwerke und trennt sich, indem es sich von ihr abstößt. Super Heavy dreht sich um die eigene Achse und zündet zehn weitere Triebwerke für den Rückstoßbrand, der es zum Startgelände zurückbringt, wo es von den Gitterflossen sowie von Kaltgas-Steuerdüsen gesteuert absteigt, die mit dem Restgas der Druckbeaufschlagung gespeist werden und über vier senkrecht angeordnete Austrittsöffnungen an der Interstage verfügen.

Super Heavy existiert nicht eigenständig: Er ist die untere Hälfte eines zweistufigen Systems, dessen obere Hälfte das Starship-Raumschiff bildet, das tatsächlich in die Umlaufbahn gelangt, die Fracht transportiert und in der vorgesehenen Architektur im Flug betankt wird. Etwa 58 % der Höhe des gestapelten Gesamtsystems entfallen auf die Boosterstufe. Die gesamte Flugkadenz, die Nummerierung der Missionen und ein Großteil der Designentscheidungen für die Boosterstufe richten sich nach den Anforderungen des Raumschiffs, nicht umgekehrt.

Diese Kopplung erklärt auch seine institutionelle Rolle. Die NASA wählte eine Version von Starship als bemanntes Mondlandesystem für das Artemis-Programm, und die Testflüge des Gesamtsystems – die Boosterstufe eingeschlossen – werden als Fortschritt in Richtung dieser Mission bewertet. Die regulatorische Aufsicht über das Programm obliegt der Federal Aviation Administration, die die Starts von Boca Chica genehmigt und die Umweltverträglichkeitsprüfung des Komplexes durchgeführt hat.