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Space Launch System

Schwerlast-Trägerrakete der NASA
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Space Launch System Block 1
Space Launch System Block 1
Typ schwere Trägerrakete
Land Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten
Hersteller Boeing
United Launch Alliance
Northrop Grumman
Startkosten > 2,12 Mrd. US-$
Status aktiv
Aufbau
Höhe 98,15 m[1]
Durchmesser 8,4 m (ohne Booster)[2]
Startmasse ca. 2600 t
Stufen 3
Stufen
1. Stufe 2× Fünf-Segmente SRB
Typ Feststoffbooster
Triebwerk 2× RSRM-5
Treibstoff TP-H1148 VIII[3]
APCP auf Basis von PBAN; 86 % Feststoffe (AP/Al)
Brenndauer 126 s
2. Stufe Core Stage
Typ kryogene Hauptstufe[2]
Triebwerk 4× RS-25[2]
Treibstoff LOX/LH2[2]
Brenndauer 480 s
3. Stufe Interim Cryogenic Propulsion Stage
Typ kryogene Oberstufe[4]
Triebwerk 1× RL10[4]
Treibstoff LOX/LH2[4]
Brenndauer 1125 s[5]
Starts
Erststart 16. November 2022
Starts 1 (Erfolg)
Startplatz LC-39B, Kennedy Space Center
Nutzlastkapazität
Kapazität LEO 95.000 kg
Kapazität Mond 27.000 kg

Das Space Launch System (englisch für „Weltraum-Startsystem“), kurz SLS, ist eine im Auftrag der NASA entwickelte Schwerlastrakete zur bemannten Erforschung des Weltraums über einen niedrigen Erdorbit hinaus. Der erste unbemannte Start fand am 16. November 2022 statt,[6] ein erster bemannter Start ist für 2024 geplant.[7] Technologisch baut die Rakete auf den nie realisierten Plänen der Ares-V-Rakete im Rahmen des Constellation-Programms auf. Basis der Entwicklung sind die Haupttriebwerke, die Feststoffbooster und der Außentank des 2011 beendeten Space-Shuttle-Programms.

Start des ersten SLS mit Artemis 1 am 16. November 2022
Ein Booster des SLS auf dem Teststand

Vorgeschichte und Planung

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Nach dem Ende der bemannten Mondmissionen im Rahmen des Apollo-Programms konzentrierte sich die NASA auf bemannte Einsätze im niedrigen Erdorbit und entwickelte das Space Shuttle, das mit der Columbia am 12. April 1981 erstmals in den Weltraum startete. 22 Jahre später, am 1. Februar 2003, zerbrach Columbia beim Wiedereintritt in die Atmosphäre (siehe Columbia-Katastrophe), und es gab ein Umdenken bei der NASA und der US-Regierung. Das Shuttle galt mittlerweile als veraltet und zu teuer. So kündigte US-Präsident George W. Bush Anfang 2004 das Ende des Shuttle-Programms nach der Fertigstellung der Internationalen Raumstation (ISS) im Jahr 2010 an. Außerdem verkündete er im Rahmen der Initiative Vision for Space Exploration (VSE; englisch für „Vision für Weltraumerforschung“) die Entwicklung neuer Raketen und eines Raumschiffs zur Rückkehr zum Mond und letztendlich Flüge bis zum Mars an.[8]

Aus dieser Vision entwickelte sich dann das Constellation-Programm mit der bemannten Ares-I-Rakete und dem Orion-Raumschiff sowie der Schwerlastrakete Ares V. Das ganze Projekt litt von Beginn an unter Schwierigkeiten bei der Finanzierung und wurde im Jahr 2010 von US-Präsident Barack Obama wieder eingestellt. Als Kompromiss sollte lediglich das Orion-Raumschiff erhalten und weiterentwickelt werden.[9]

Der Widerstand gegen die Einstellung des Constellation-Programms wurde größer, und im Sommer 2011 beauftragte der US-Kongress die NASA mit dem Bau einer neuen Schwerlastrakete. Diese jetzt Space Launch System genannte Rakete sollte ihren noch unbemannten Erstflug im Jahr 2017 absolvieren. Ein erster bemannter Start war für 2021 vorgesehen. Die Rakete soll aus Technologien des Space Shuttles und den Planungen der Ares-V-Rakete entwickelt werden.[10][11]

Nach Verzögerungen bei der Raketenentwicklung gab die NASA Ende 2019 bekannt, den ersten unbemannten Testflug im Juli 2020 starten zu wollen. Die erste bemannte Mission, eine geplante Mondumkreisung, sollte nun im Juni 2022 starten.[12] Auch diese Termine wurden später wieder verworfen.

Aufbau der Rakete

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Entwicklungsstufen des SLS
 
Explosionszeichnung der Block-1-Version (bemannt)
 
Explosionszeichnung der Block-2-Version (unbemannt)

Das SLS soll über mehrere Schritte zu einer Schwerlastrakete mit einer Kapazität von ca. 130 Tonnen Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn entwickelt werden. Als Erstes soll die Block 1 genannte Version zum Einsatz kommen. Mit Rettungsrakete an ihrer Spitze ist diese Kombination 98 Meter hoch und wiegt beim Start etwa 2500 Tonnen. Die Nutzlastkapazität des Trägers beträgt 95 Tonnen für eine erdnahe Umlaufbahn (LEO) beziehungsweise 26 Tonnen zum Mond.[13][14] Sie soll das Orion-Raumschiff in eine Mondumlaufbahn befördern können.

Die Block 1B genannte Variante soll über eine stärkere Oberstufe (Nutzlast von 130 Tonnen LEO bzw. 45 Tonnen zum Mond) verfügen und sowohl das Orion-Raumschiff als auch unbemannte Nutzlasten wie Planetensonden befördern können.[13]

Mit neuen und verstärkten Boostern soll die Rakete mit der Bezeichnung Block 2 später ihre maximale Nutzlastkapazität erreichen und größere Bestandteile für Asteroiden- und/oder Marsmissionen ins All befördern können.

Ob Block 1B und Block 2 tatsächlich realisiert werden, ist wegen der Verspätungen und entsprechend ausufernder Kosten im SLS-Programm ungewiss. Die US-Regierung unter Donald Trump wollte den Zeitplan in den Griff bekommen, indem sie privat betriebene und wiederverwendbare Trägerraketen bevorzugte. Die Aufgabe der SLS könnte auf die Beförderung des bemannten Orion-Raumschiffs in eine Mondumlaufbahn beschränkt werden, wofür Block 1 ausreicht.[15] Die Entwicklung der für Block 1B und 2 benötigten stärkeren Oberstufe wurde 2018 eingefroren, aber 2020 wieder aufgenommen.[16][17] Insofern die Weiterentwicklung des SLS wie geplant verläuft, wird der Erststart von Block 1B mit Artemis 4 und der von Block 2 mit Artemis 9 erfolgen.[18][19]

Erste Stufe

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Die erste Stufe hat 8,38 m Durchmesser,[20] das entspricht dem Durchmesser des externen Tanks des Space Shuttles. Sie soll vier RS-25D/E-Triebwerke verwenden, die von den SSME des Space Shuttle abgeleitet sind. Bei den ersten Flügen sollen modernisierte SSMEs zum Einsatz kommen, die noch aus dem Space-Shuttle-Programm übrig sind. Zu diesen für vier Flüge ausreichenden 16 Triebwerken bestellte die NASA bei Aerojet Rocketdyne im November 2015 weitere sechs neue Motoren.[21] Der Tank für den flüssigen Wasserstoff befindet sich im unteren Teil der ersten Stufe und der für den flüssigen Sauerstoff darüber.[2] Diese erste Stufe soll bei allen Varianten des SLS Verwendung finden.

Booster

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Die Block-1- und Block-1B-Varianten sollen beim Start zwei von den Space-Shuttle-Feststoffraketen abgeleitete, modernisierte Booster verwenden. Die Booster sollen aus fünf anstatt der beim Space Shuttle eingesetzten vier Segmenten bestehen.[20] Die beiden Booster sind seitlich an der ersten Stufe angebracht und sollen – anders als beim Space-Shuttle-Programm – nicht wiederverwendet werden.

Für Block 2 ließ die NASA von der Industrie leistungsfähigere Booster mit flüssigem oder festem Treibstoff untersuchen, die die Feststoffbooster ersetzen sollten. Aerojet, Alliant Techsystems und ein Konsortium aus Dynetics und Pratt & Whitney Rocketdyne bewarben sich mit verschiedenen Konzepten. Der Entwurf von Dynetics und Pratt & Whitney Rocketdyne sah eine Steigerung der SLS-Nutzlastkapazität um 20 t vor.[22] Das Vorhaben wurde jedoch 2014 von der NASA aufgegeben.[23]

Oberstufe

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Bei der Block-1-Variante dient eine leicht abgeänderte zweite Stufe DCSS (Delta Cryogenic Second Stage) der Delta-IV-Rakete unter dem Namen ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) als Oberstufe. Bei den Varianten Block 1B und Block 2 soll eine leistungsfähigere Oberstufe namens EUS (Exploration Upper Stage) zum Einsatz kommen. Diese Oberstufe hat denselben Durchmesser wie die erste Stufe und soll vier wiederzündbare RL-10-Triebwerke verwenden.

Eigenschaften

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SLS soll mindestens 13 Tankzyklen überstehen können, welche durch Startabbrüche und andere Verzögerungen notwendig werden können. Die montierte Rakete kann mindestens 180 Tage an der Startrampe verbleiben.[24]

Das SLS ist im Vergleich mit der bisher stärksten Rakete – der Falcon Heavy – so leistungsfähig, dass es größere und schwerere Raumsonden auf eine Transferbahn zu den Gasplaneten usw. bringen kann, je nach Ziel auch Raumsonden derselben Masse ohne missionsverlängernde Swing-by-Manöver.[25]

Entwicklung und Herstellung

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Beide SLS-Stufen werden von Boeing entwickelt und gefertigt. Die Produktion ist auf dem Gelände der Michoud Assembly Facility der NASA in New Orleans angesiedelt. Im November 2014 verließ dort das erste Ringsegment für eine SLS-Erststufe die neu eingerichtete Schweißanlage.[26][27] Im Januar 2015 begann das Stennis Space Center der NASA mit Testzündungen von RS-25-Raketentriebwerken, um diese für den Einsatz mit dem SLS vorzubereiten.[28]

Im Oktober 2018 stellte der NASA-Generalinspekteur fest, dass es bei der Entwicklung der ersten Raketenstufe zu erheblichen Verzögerungen und Budgetüberschreitungen gekommen sei, und warnte vor weiteren Problemen. Die Ursachen liegen demnach in Missmanagement bei Boeing und unzureichender Überwachung durch die NASA.[29]

 
Alle Cargo und Crew Versionen des SLS

Im Jahr 2019 wurde die erste Stufe der ersten Rakete zusammengebaut,[30] die für den Start der Mission Artemis 1 vorgesehen ist. Anschließend wurde die Erststufe für einen achtminütigen Testlauf zum Stennis Space Center gebracht. Der Test fand am 16. Januar 2021 statt, brach aber wegen eines Hydraulikproblems im Zusammenhang mit der Schubvektorsteuerung nach nur 67 Sekunden ab.[31][32] Am 18. März 2021 wurde der Test erfolgreich wiederholt und die erste Stufe feuerte für 8 Minuten und 19 Sekunden.[33]

Startliste

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SLS-Missionen
Mission Startdatum (UTC) Variante Bemerkung
Artemis 1 16. Nov. 2022
06:47 		Block 1 Crew Testflug mit einem unbemannten Orion-Raumschiff zum Mond. Gesamtdauer 26 Tage, davon 6 im Mondorbit. Zusätzlich wurden 10 Cubesats ausgesetzt, darunter mehrere Mondorbiter und ein Mondlander.
Geplante SLS-Missionen[34][35]
Mission Ziel-
termin 		Variante Bemerkung
Artemis 2 2026 Block 1 Crew Testflug; Mondumrundung mit einer bemannten Orion-Kapsel
Artemis 3 2027 Block 1 Crew Bemannte Orion-Kapsel in eine Mondumlaufbahn, von dort mit einer Starship-Landefähre zur Mondoberfläche und nach einer Woche wieder zurück. Das Starship soll bereits zuvor mit einem Super Heavy-Booster zum Mond gestartet werden.
Artemis 4 2028 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel zum LOP-G, von dort mit einer Starship-Landefähre zur Mondoberfläche und wieder zurück. Zusätzlich soll das I-Hab.Modul am LOP-G angebracht werden.
Artemis 5 2029 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel und ESPIRIT Modul zum LOP-G, von dort mit eine Blue-Moon-Landefähre und einem Mondauto zum Mond und wieder zurück.
Artemis 6 2030 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel und Luftschleusenmodul zum LOP-G, von dort mit einem Lander zum Mond und wieder zurück.
Artemis 7 2031 Block 1B Crew Bemannte Orion-Kapsel zum LOP-G, von dort mit einem Lander und einem Mondauto, welches durch einen separaten Lander transportiert wird, zum Mond und wieder zurück.
 
Ein Orion-Raumschiff besucht den Lunar Orbital Platform-Gateway (NASA-Grafik von 2017)
Gestrichene SLS-Starts
Mission Ziel-
termin 		Variante Bemerkungen
Europa Clipper 2024 Block 1 Cargo[36] Sonde zum Jupitermond Europa; startete am 14. Oktober 2024 mit einer Falcon Heavy von SpaceX.[37]
Asteroid Redirect 2026 Block 1B Eine Orion-Kapsel sollte mit vier Besatzungsmitgliedern zu einem erdnahen Asteroiden fliegen, der robotisch erfasst worden wäre.

Vergleich mit anderen Schwerlastraketen

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Die stärksten derzeit verfügbaren oder in Entwicklung befindlichen Trägerraketen für den Transport in niedrige Erdumlaufbahnen (LEO) sind:

Rakete Hersteller Stufen Seiten­booster max. Nutzlast wieder­verwendbar bemannte Missionen orbitaler Erstflug
LEO GTO
Starship Vereinigte Staaten  SpaceX 2 – > 250 t
> 120 t 1 		> 21 t[38]
(> 100 t 2) 		voll­ständig geplant Starlink v3, 2025 (angestrebt)
CZ-9 China Volksrepublik  CALT 2–3 – ≫ 150 t
≫ 100 t 1 		> 50 t
> 35 t 1 		Erststufe nicht geplant ca. 2033 (geplant)
SLS Block 1B Vereinigte Staaten  Boeing 2 2 ≫ 105 t > 42 t nein geplant Artemis 4, 2028 (geplant)
SLS Block 1 Vereinigte Staaten  Boeing 2 2 ≫ 095 t > 27 t nein geplant Artemis 1, 2022
CZ-10 China Volksrepublik  CASC 3 2 ≫ 070 t > 25 t nein geplant 2027 (geplant)
Falcon Heavy Vereinigte Staaten  SpaceX 2 2 ≫ 064 t > 27 t Erst­stufe,
Seitenbooster,
Nutzlast­verkleidung 		nicht geplant FH Demo, 2018
New Glenn Vereinigte Staaten  Blue Origin 2 – ≫ 045 t 1 > 13 t 1 Erst­stufe geplant 2024 (angestrebt)
Angara A5V Russland  Chrunitschew 3 4 ≫ 037,5 t > 12 t nein geplant 2027 (angestrebt)
Terran R Vereinigte Staaten  Relativity Space 2 – ≫ 033,5 t
≫ 023,5 t 1
> 05,5 t 1 		Erst­stufe nicht geplant⁠ 2026 (angestrebt)
Vulcan Vereinigte Staaten  ULA 2 0–6 ≫ 027 t > 14,5 t nein unklar 3 Peregrine M1, 2024
CZ-5 China Volksrepublik  CASC 2–3 4 ≫ 025 t > 14 t nein nicht geplant Shijian 17, 2016
1 
Maximale Nutzlast bei Wiederverwendung aller wiederverwendbaren Komponenten. Ohne Wiederverwendung wäre eine wesentlich größere Nutzlast möglich, beim Starship mehr als 150 t (angestrebt 250 t).
2 
Bei Wiederbetankung im Orbit.
3 
Im Jahr 2016 kündigte ULA an, die Vulcan zusammen mit einer neuen Oberstufe für bemannte Missionen zertifizieren zu wollen, was später aber nicht mehr aktiv weiterverfolgt wurde. Bislang (Stand: Anfang 2023) sind keine bemannten Starts geplant, allerdings besteht daran Interesse.
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Commons: Space Launch System – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ NASA Space Launch System (SLS) Rocket. In: nasa.gov. 11. Dezember 2023, abgerufen am 11. August 2024 (englisch).
  2. ↑ a b c d e Space Launch System Core Stage. In: nasa.gov. 27. Oktober 2021, archiviert vom Original; abgerufen am 11. August 2024 (englisch).
  3. ↑ Northrop Grumman Propulsion Products Catalog
  4. ↑ a b c SLS Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) fact sheet. In: nasa.gov. NASA George C. Marshall Space Flight Center, 17. November 2021, abgerufen am 11. August 2024 (englisch).
  5. ↑ Delta IV Launch Services User’s Guide. United Launch Alliance, LLC, 4. Juni 2013, S. 1-7, abgerufen am 11. August 2024 (englisch).
  6. ↑ Im dritten Anlauf: „Artemis 1“-Mission der Nasa ist auf dem Weg zum Mond. Abgerufen am 16. November 2022.
  7. ↑ NASA’S management of the Orion multi-purpose crew vehicle program. (PDF; 2,6 MB, S. 3) In: nasa.gov. NASA Office of Inspector General, 16. Juli 2020, abgerufen am 19. März 2022 (englisch).
  8. ↑ The Vision for Space Exploration – February 2004. (PDF; 1,9 MB) In: nasa.gov. National Aeronautics and Space Administration, 15. Februar 2004, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  9. ↑ Kenneth Chang: Obama Vows Renewed Space Program. In: The New York Times. 15. April 2010, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  10. ↑ Preliminary NASA plan shows Evolved SLS vehicle is 21 years away. In: nasaspaceflight.com. 27. Juli 2011, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  11. ↑ SLS finally announced by NASA – Forward path taking shape. In: nasaspaceflight.com. 14. September 2011, abgerufen am 17. Januar 2016 (englisch).
  12. ↑ Forward to the Moon: NASA’s Strategic Plan for Lunar Exploration. (PDF) In: NASA. Mai 2019, abgerufen am 26. Mai 2019 (englisch).
  13. ↑ a b Loren Grush: The first three missions of NASA’s next big rocket will have to settle for a less-powerful ride. In: theverge.com. 22. Mai 2018, abgerufen am 20. Dezember 2018 (englisch).
  14. ↑ Moon to Mars. NASA, abgerufen am 15. Mai 2019.
  15. ↑ Eric Berger: New White House budget spells trouble for NASA’s SLS rocket. In: Ars Technica. 11. März 2019, abgerufen am 11. März 2019 (englisch).
  16. ↑ Philip Sloss: Administration proposes the end of EUS while Administrator considers full Exploration manifest rewrite. In: Nasaspaceflight. 19. März 2019, abgerufen am 19. März 2019 (englisch).
  17. ↑ Space Launch System Exploration Upper Stage Passes Critical Design Review. Boeing-Pressemeldung vom 21. Dezember 2020.
  18. ↑ NASA Fisical Year 2023 Budget Request. S. 7, abgerufen am 18. April 2022 (englisch).
  19. ↑ NASA, Northrop Grumman to Test Fire Future Artemis Booster Motor. 14. Juli 2022, abgerufen am 27. Juli 2022 (englisch).
  20. ↑ a b NASA announces new rocket for deep space missions. In: Spaceflight Now. 14. September 2011, abgerufen am 6. Oktober 2013 (englisch).
  21. ↑ Aerojet Rocketdyne wins propulsion contracts worth nearly $1.4 billion. In: Spaceflight Now. 27. November 2015, abgerufen am 19. Januar 2016 (englisch).
  22. ↑ Stephen Clark: Rocket companies hope to repurpose Saturn 5 engines. In: Spaceflight Now. 18. April 2012, abgerufen am 6. Oktober 2013 (englisch).
  23. ↑ Dan Leone: News from the 30th Space Symposium | Second SLS Mission Might Not Carry Crew. In: Spacenews. 21. Mai 2014, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  24. ↑ SLS to be robust in the face of scrubs, launch delays and pad stays. In: NASASpaceFlight.com. 4. April 2012, abgerufen am 9. April 2012 (englisch).
  25. ↑ David Hitt: NASA Space Launch System Could Make ‘Outside the Box’ Science Missions Possible. In: nasa.gov. NASAs Marshall Centre, 14. Januar 2014, abgerufen am 9. Februar 2014 (englisch).
  26. ↑ SLS Engine Section Barrel Hot off the Vertical Weld Center at Michoud. NASA
  27. ↑ Space Launch System. Boeing, abgerufen am 17. Januar 2021.
  28. ↑ Chris Bergin: Stennis conducts SLS engine firing marking RS-25 return. In: NASASpaceflight.com. Abgerufen im Januar 2015 (englisch).
  29. ↑ Jeff Foust: NASA inspector general sharply criticizes SLS core stage development. In: Spacenews. 10. Oktober 2018, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  30. ↑ NASA Invites Media for Look at NASA’s Space Launch System Progress. NASA, 20. Februar 2019, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  31. ↑ Stephen Clark: NASA studying cause of early end to NASA moon rocket test-firing. In: Spaceflight Now. 17. Januar 2021, abgerufen am 19. März 2022 (englisch).
  32. ↑ Green Run Update: Data and Inspections Indicate Core Stage in Good Condition. In: nasa.gov. 19. Januar 2021, abgerufen am 19. März 2022 (englisch).
  33. ↑ NASA Mega Moon Rocket Passes Key Test, Readies for Launch. NASA-Pressemeldung 21-030. In: nasa.gov. 18. März 2021, abgerufen am 19. März 2022 (englisch).
  34. ↑ NASA Fiscal Year 2024 Budget Summary. S. 7, abgerufen am 16. März 2023.
  35. ↑ Launches & Landings. NASA, abgerufen am 10. Januar 2024.
  36. ↑ Loren Grush: The first three missions of NASA’s next big rocket will have to settle for a less-powerful ride. 22. Mai 2018, abgerufen am 20. Dezember 2018.
  37. ↑ Liftoff! NASA’s Europa Clipper Sails Toward Ocean Moon of Jupiter. NASA, 14. Oktober 2024, abgerufen am 17. Oktober 2024.
  38. ↑ Starship Users Guide Revision 1.0 (PDF, 2 MB; Seite 5) auf der SpaceX-Website, März 2020, abgerufen am 19. März 2021 (englisch).
US-amerikanische Trägerraketen
Im Einsatz:

Atlas V • Electron • Falcon 9 • Falcon Heavy • Firefly Alpha • Minotaur • Minotaur-C • Pegasus • SLS

In Erprobung:

Starship • Vulcan

In Entwicklung:

Antares 300 • Daytona • MLV • Neutron • New Glenn • Nova • Ravn X • Rocket 4 • SpinLaunch • Starship • Terran R

Ausgemustert:

Antares 100/200 • Athena • Atlas • Conestoga • Delta (I, II, III, IV) • Falcon 1 • Juno I • Juno II • LauncherOne • Pilot • Redstone • Rocket 3 • Saturn • Scout • Space Shuttle • Sparta • Super Strypi • Thor • Titan • Vanguard

Nicht realisiert:

Ares (Ares I, Ares V) • Falcon 5 • Kistler K‑1 • Launcher Light • Liberty • Nova • Omega • RS1 • Saturn‑Shuttle • Sea Dragon • Shuttle‑C • Terran 1 • Vector • XS-1

Raketenstufen:

Agena • Castor • Centaur • EDS • IUS • PAM • TOS

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