Du wirfst verschiedene metallurgische Phänomene zusammen und leitest aus der sichtbaren Erwärmung des S40-Hitzeschilds direkte Aussagen über eine Schädigung des Stahls ab. Das ist meiner Meinung nach so nicht zulässig.
> Beim Erhitzen und Abkühlen verändert der Stahl seine Struktur
Zu pauschal. Bei dem für Starship vermuteten austenitischen Cr-Ni-Stahl ist 500 Grad nicht automatisch eine Temperatur, bei der sich seine Struktur irreversibel verändert. Versprödung betrifft insbesondere ferritische und duplexe Edelstähle. Für austenitische Stähle sind bei entsprechenden Temperatur-Zeit-Verläufen andere Effekte relevant.
> Beim Schweißen darf es keine Verfärbung geben, sonst brechen die Nähte
Das ist so falsch. Die Anlassfarben einer Schweißnaht sind kein direkter Indikator dafür, dass der Stahl mechanisch versagt. Entscheidend sind Wärmeeintrag über die Zeit, Nahtgeometrie, Oxidation und vieles mehr. Hängt stark vom Stahl ab, und wie dann optimal geschweißt werden muss.
>Der Dom des Boosters wird nur Sekunden beaufschlagt – das reicht vermutlich
Temperatur allein reicht nicht, um eine zeitabhängige metallurgische Schädigung zu beurteilen. Man braucht mindestens Temperatur-Zeit-Verlauf, Legierung und Mikrostruktur. Haben wir nicht.
Die Aussage, der Dom sei deshalb besonders kritisch, weil er "am dünnsten" sei, ist ohnehin falsch; der Dom unter dem Hotstagingring trägt zusätzliche Verstärkungsbleche von sehr spezieller tropfenförmiger Form genau dort, wo die Abgasstrahlen des Ships treffen.
Zugegeben, wir müssen hier zwischen struktureller Verstärkung und thermischem Schutz unterscheiden. Die Bleche erhöhen lokal die Materialstärke und verändern damit die Wärmeleitung und thermische Masse; sie sind aber nicht automatisch ein Hitzeschild. Entscheidend wäre, welche Temperaturen diese Bereiche beim Hot Staging tatsächlich erreichen und wie lange. Wissen wir nicht.
Flaps: "Die Hitze kommt von der anderen Seite und geht durch den ganzen Flap"
Grundsätzlich ja, aber die Schlussfolgerung ist zu einfach. Beim Wiedereintritt wird der Flap auf der Außenseite erhitzt, und Wärme wird durch das Bauteil geleitet. Dann sind die thermischen Gradienten innerhalb des Flaps wichtig. Kennen wir nicht.
Temperaturgradienten erzeugen allerdings auch thermische Spannungen. Das ist wahrscheinlich relevanter als eine pauschale 500-Grad-Versprödung.
>Unter den Kacheln ist unbekannt, viel Ablativmaterial ist herausgekommen
Uns ja, für SpaceX nicht, insbesondere seit Ship 40.
SpaceX selbst schreibt, dass man aus den Daten mehrere Änderungen am Hitzeschild schon für Ship41 abgeleitet hat: Zusätzliche Tile-Retainer, Beseitigung von Strömungspfaden hinter den Kacheln und neue gekrümmte Kacheln.
Verbranntes Ablativmaterial beweist nicht, dass der darunterliegende Edelstahl bis in einen kritischen Temperaturbereich erhitzt wurde. Nicht einmal, dass es zwingend für einen neuen Flug ersetzt werden müsste; vielleicht ist es zwischen den Kacheln nur bis zu einer bestimmten Tiefe herausgebrannt, bei der sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt.
>An den Kachelzwischenräumen ist es punktuell extrem heiß
Ja. Wenn eine Kachel fehlt oder ein größerer Spalt entsteht, kann Plasma hinter den Hitzeschild gelangen. Aber auch hier gilt: Hohe lokale Wärmestromdichte ist nicht automatisch 500 Grad im Stahl. Man müsste wissen, wie viel Wärme tatsächlich durch die Keramik und ihre Befestigung in den Stahl gelangt und wie lange die lokale Belastung anhält.
> Wenn der Stahl bis zu den Anlassfarben erhitzt wird, geht die Hitze nach innen, weil außen die Kacheln isolieren
Wärmefluss wird nicht einfach dadurch bestimmt, dass außen isolierende Kacheln und innen keine Isolation vorhanden sind. Entscheidend sind die thermischen Widerstände und Randbedingungen auf beiden Seiten.
Und bei Starship ist die Innenseite während des Wiedereintritts keineswegs thermisch beliebig. Tankinhalt, Resttreibstoffe, Druckgas und die innere Struktur wirken als Wärmesenke. Die Wandtemperatur hängt daher von einem dynamischen Wärmeübergang ab.
Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl relativ hoch, während die keramische Hitzeschildschicht sehr viel schlechter leitet. Dadurch kann die Außenhaut sehr heiß sein, während die darunterliegende Struktur deutlich kühler bleibt.
Deine unterliegende Behauptung "S40 wurde am Hitzeschild punktuell so heiß, dass der Edelstahl eine Versprödung erlitten haben muss" ist derzeit jedenfalls nicht belegt.
Also: Ja, thermische Zyklen, lokale Überhitzung und Temperaturgradienten sind für die Wiederverwendbarkeit des Starship-Stahls relevant, das ist ist richtig. Eine zwangsläufige Versprödung, Anlassfarben und Wärmeleitung nach innen ist dagegen zu stark vereinfacht und sicherlich teilweise falsch.
Was wir tatsächlich wissen:
- S40 hat seinen Wiedereintritt mit einigen Hitzeschildproblemen absolviert.
- SpaceX hat daraus konkrete Änderungen am Hitzeschild für S41 abgeleitet.
- Starships haben Wiedereintritte auch mit absichtlich entfernten Kacheln überstanden.
- Die genaue Werkstoffspezifikation und vor allem die Temperatur-Zeit-Historie des Stahls sind uns nicht bekannt.
Ein Wiedereintritt von Starship ist schon lange kein Problem mehr, "Hitzeschild hat versagt" ist schlicht Quatsch. Die Frage ist, wie groß die Schäden jeweils waren, sowohl Kacheln als auch Stahl, und wie viele erneute Flüge mit wie viel Reparaturen und Zeitaufwand das bedeutet. Jeder Testflug wurde besser. Es geht hier nicht mehr um prinzipielle Probleme, sondern um Optimierung.
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