Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Als völliger Leie und totaler Nichtwisser hab ich mal ne Frage.
Gab es schon mal einen gelungen Start einer Rakete, die dann auf ihren Triebwerk wieder gelandet ist?
Das ist doch das völlig Neue an Space X! Oder irre ich da?
Wenns nicht hierher gehört, bitte Verweis auf anderen Forenbereich nennen.

bombat

Hmm....also da fällt mir nur die DC-X ein und die war um einiges kleiner.

http://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_DC-X

Da muß man wohl auch Rotary Rocket nennen, die schon einmal mit einem innovativen Konzept kommerziell auftreten wollten und zu einem Zentel der Kosten anbieten wollten.

2001 ging Rotary Rocket dann bankrott.

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_Rocket

Na ja, die NASA musste aber auch keine wieteren Träger entwickeln...

Sie durfte das ganz einfach nicht, das war schlicht und einfach nicht ihr Auftrag, das war kein Ziel.
Das mit Unvermögen gleichzusetzen ist eine ziemlich  billige Argumentation.

Gruß,
KSC

Vielleicht war eben die innovative Entwicklung zu teuer und deshalb versucht man es jetzt mit konventioneller Technik. Auf heutigem technologischen Niveau kann man eben die Kosten im Zaum halten, weil es viele Systeme bereits gibt und nur geringe Modifikationen nötig sind.

Zu den Senkrechtstartern und -landern kann man auch die Teilnehmer an der Lunar Lander Challenge zählen. Hier haben einige Firmen sogar den Auftrag, Systeme für ballistische Flüge zu entwickeln, die "auf dem Abgasstrahl" landen sollen. Allerdings ist die Sache auch nicht ganz ohne.

http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/12062011111150.shtml
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/11062011105007.shtml

Danke für die Hinweise auf "Vorgänger" von Space X.
Es scheint mir, dass man mit Space X vor sehr großen Problemen steht, allein schon von der Länge her und dem Verhältnis Trägerrakete zu Nutzlast. Eine wirkliche Vorgängerversion, die aus dem Orbit zurückgekehrt ist, hat es wohl noch nicht gegeben. Sonst, denke ich, hätte man das Projekt bestimmt weiterverfolgt. Das größte Problem ist bei so einem Projekt die sehr hohe Schwerpunktlage und dem dazu sehr kleinen Landestelzen, wie auf dem Bild von Space X zu sehen. Das Problem der Hitzeentwicklung beim Wiedereintritt ist wohl auch noch nicht brauchbar gelöst.
Warten wirs ab. Vielleicht hat man noch irgenteinen Trick in der Kiste.

bombat

Also, die Filme von 2010, die ich gerade auf den Seiten meines Vorgängers gefunden habe sind ja sehr beindruckend.
Man muß sie ein paar mal ansehen.

Danke!

bombat

Als völliger Leie und totaler Nichtwisser hab ich mal ne Frage.
Gab es schon mal einen gelungen Start einer Rakete, die dann auf ihren Triebwerk wieder gelandet ist?
Das ist doch das völlig Neue an Space X! Oder irre ich da?

Ich hoffe, dass dir schon klar ist, dass es sich bei den landenden Raketenstufen von SpaceX im Augenblick nur um Projektstudien handelt? Die reale Rakete Falcon 9,  wie sie sich zurzeit im Test befindet, ist technisch gesehen ein Standard-ex-und-hopp-Träger.

Ja, ich lege schon Wert auf Genauigkeit und die geht dir leider völlig ab. Dragon (der "unbemannte Frachter" von dem du sprichst) ist von Anfang an als bemanntes Raumfahrzeug konzipiert worden und seine Entwicklung (bis zur Aufnahme bemannter Flüge) wird SpaceX auch dann abschließen, wenn es keine Gelder aus dem CCDev-Programm dafür geben sollte. Würde dann ein paar Jahre länger dauern.

Aha, mir geht Genauigkeit völlig ab? Wach doch endlich auf! 

Die bemannte Dragon war einst ebenso wie die unbemannte Version eine Projektstudie. Die NASA hat sich basierend auf diesen Studien dazu entschlossen, SpaceX im Rahmen von COTs mit Steuermitteln zu finanzieren. Jetzt ist das Unternehmen beinahe soweit, den unbemannten Dragon-Frachter zum Einsatz zu bringen. (Genauer gesagt, wird diese Dragon "halb-bemannt" sein, da sie von den Astronauten und Kosmonauten betreten werden wird, wenn sie dann andlich an der ISS angedockt sein wird.) Die bemannte Dragon ist dagegen immer noch nicht mehr als eine Projektstudie, und selbst Elon Musk gibt zu, dass ab Beginn der Finanzierung mindestens drei Jahre Entwicklungszeit notwendig sein werden.

Diese Finanzierung würde aber fast sicher wieder im Rahmen einer staatlichen Anschubfinanzierung erfolgen. Sollte sich allerdings die NASA für eines der vielen Konkurrenzmodelle (Orion, CS-100, Prometheus oder Dream Chaser) entscheiden, wird es vermutlich keine Realisierung geben, da der Markt für bemannte Kapseln nun einmal sehr begrenzt ist. Keine Kunden, keine Subventionen ==> keine bemannte Dragon - so einfach ist das.

An die Adresse von Elon Musk sollte man vielleicht ein Zeile aus einem Lied von Elvis Presley richten:

"A little less conversation, a little more action please."

Das Video ist zwar schön, aber ich hab da ein paar Fragen:

Hat die 1. Stufe jetzt auch einen Hitzeschild? Wie soll so ein riesiges Stück Metall sonst von Mach 26 auf Mach 1 runterbremsen?

Vielleicht wollen sie einen aufblasbaren Hitzeschild entwickeln, aber erst dann präsentieren, wenn es fertig ist, um der Konkurrenz keine Hinweise zu geben? Im Video ist ja vorm Eintritt der 1. Stufe leider der Schnitt, und dann ist schon die Landung, was da in den so 20 Minuten dazwischen passiert,sieht man nicht.

Bin schon gespannt, was draus wird, und drücke SpaceX die Daumen, daß sie wenigstens die COTS-Demoflüge absolvieren können, natürlich live auf Spacelivecast.de zu sehen.... 

Hat die 1. Stufe jetzt auch einen Hitzeschild? Wie soll so ein riesiges Stück Metall sonst von Mach 26 auf Mach 1 runterbremsen?

Also dazu habe ich auch ernsthafte Fragen! Welche Treibstoffmenge wird für wieviel Masse zur Abbremsung eigentlich gebraucht? Bitte keine Formeln!!!
Nimm einen durchgeführten Raumflug, wenn es jemand berechnen will.
Am einfachsten wäre eine Landekapsel mit Hitzeschild (Gewicht bekannt), die dann ohne Geschwindigkeitszuwachs sanft den Erdboden erreichen soll, ohne sich zu erwärmen.


bombat

Ja die 1. Stufe hat wohl auch einen Hitzeschild, kann man im Video sehen. Und Mach 26 erreicht die erste Stufe nicht. Die dürfte nur so ~Mach 10 erreichen (~3,2km/s bei Stufentrennung). Da man aber noch Treibstoff für den Rückflug braucht, schafft die 1. Stufe nicht mehr 3,2km/s sondern vielleicht nur noch 2-2,5km/s also braucht man auch nicht mehr soviel Treibstoff für Abbremsung und ballistischen Rückflug und Landung.

Hier nochmal der Ablauf so wie ich das glaube.
1. Stufentrennung
2. Drehen der Stufe
3. Zündung der Triebwerke für Aufbau von Geschwindigkeit in die Gegenrichtung
4. Ballistische Freiflugphase
5. Wiedereintritt mit leichtem Hitzeschild
6. Abbremsung in der Atmosphäre
7. Drehen der Stufe in der Atmosphäre im freien Fall, sodass die Triebwerke nach unten zeigen
8. Zündung des mittleren Triebwerks und senkrechte Landung

Na und wo ist hier das Problem? Schritte 5-8 würde ich mal als die Schwierigen ansehen.

Mit welcher Mach-Geschwindigkeit fliegt eigentlich ein Flugkörper auf einer Kreisbahn, die für einen Satelliten angestrebt werden muß, um ihn länger im All kreisen zu lassen?
Das wäre doch dann die Abbremsgeschwindigkeit und Höhe für die Rückkehrstufe von Space X, wofür Treibstoff vorhanden sein muß. :'(

5. Wiedereintritt mit leichtem Hitzeschild

Aber die Rückkehrstufe muß sich doch drehen um 180 Grad. Wo ist das Hitzeschild? Mir unklar!!!! :'( :'( :'(

bombat

Das wäre doch dann die Abbremsgeschwindigkeit und Höhe für die Rückkehrstufe von Space X, wofür Treibstoff vorhanden sein muss

Nicht ganz. Am Mond wäre das so.  Du vergisst die Bremswirkung der Luft.

Ich denke die Bremswirkung der Luft ist das größte Problem, weil dadurch die Luftreibung auftritt und es zur Erwärmung kommt. :'(
Die Spitze der Rückkehrstufe ist ja extrem klein für eine brauchbare Abbremsung, oder gibt es da wieder einen Trick, den ich nicht kenne? :'(
Und wenn es so wäre, wäre doch dann während der notwendigen Drehung um 180 Grad der gesamte Rumpf der Hitze ausgesetzt? Und wie lange dauert denn schätzungsweise die Ausrichtung, damit die Rückkehrstufe auf dem Triebwerk stehend landet?

Weitere Sachverhalte.
Ab 2,6 Mach, unabhängig von der Luftdichte (nur Temperatur), kommt es zur Erhitzung durch die Luftreibung. Also muß eine Wiedereintrittsgeschwindigkeit unter 2 Mach erreicht werden, um einer Erhitzung durch Luftreibung aus dem Wege zu gehen. Das heißt, dass die Rückkehrstufe sehr früh auf ihren Triebwerken stehen muß und es liegt noch ein langer Weg bis zum Boden vor ihr. Die Machzahl ist abhängig von der Temperatur, nicht von der Luftdichte. Wußte ich auch noch nicht!!!! Und wird kleiner je geringer die Temperatur wird.
Und wie weiter? :'( :'(


bombat

Wenn im Altlantik eine Insel an der passenden Stelle wäre könnte man viel Treibstoff sparen. Man müsste "nur" ein bischen bremsen und kontrolliert landen und nicht auf Null bremsen und nochmal in die Gegenrichtung beschleunigen.

Selbst eine Richtungsänderung wäre noch günstiger, vielleicht Richtung Bahamas?

Wenn man wirklich wieder zurück will dürfte sich doch auch das Flugprofil ändern oder? Lieber mit der ersten Stufe etwas höher aber nicht so weit weg, weil man ja auch wieder zurück muss.

trallala
Der Name paßt wunderbar zur Antwort!

Die aerodynamische Abbremsung ist die kostengünstigeste Methode zum Geschwindigkeitsabbau. Man bekommt sie quasi ohne Treibstoffeinsatz. Die erste Stufe tritt mit vielleicht Mach 10 in die oben Schichten der Erdatmosphäre ein und wird deutlich abgebremst. Danach dreht man die Stufe und baut weiter Geschwindigkeit ab. Nach wie vor bremst aber die Luft. Die Raketenstufe im freien Fall würde 300-400 km/h erreichen. Diese Geschwindigkeit muss auf Null abgebremst werden.

Der Landeort ist sicherlich verschieden vom Startort.

Bei der Oberstufe kann man sich dagegen mehr Zeit lassen. Sie landet eine Erdumrundung später auf USA-Territorium. Dabei muss man mehr Geschwindigkeit abbauen, deshalb ist der Hitzeschutz besser. Die leichtere Stufe kann man dagegen mit geringerem Treibstoffeinsatz auf Null abbremsen.

Ähnlich läuft es bei Dragon. Der Treibstoff bewegt sich massenäßig in der Größenordnung der Fallschirme (und evtl. weiterer Landesysteme). Bei den Raketenstufen würde ich auf mehr Treibstoff- als äquivalenter Fallschirmmasse tippen.

Alles in allem geht die Wiederverwendung aber auf Kosten der Nutzlast. Man benötigt sicherlich eine verlängerte Version, um überhaupt noch sinnvoll Nutzlast ins All zu bringen. Das Verfahren wäre zwar innovativ, seine Entwicklung und reibungslose Durchführung allerdings auch recht teuer.

Gegenwärtig wird bei Armadillo Aerospace an einer Rakete für ballistische Flüge gearbeitet, die auf dem Antriebsstrahl landet. Allerdings gab es dabei in diesem Jahr auch mehrere Fehlschläge, bei denen man einiges an Testvehikeln eingebüßt hat. Gleiches gilt für Blue Origin. Dies ist für mich die problematischste Phase.

Die erste Stufe tritt mit vielleicht Mach 10 in die oben Schichten der Erdatmosphäre ein und wird deutlich abgebremst. Danach dreht man die Stufe und baut weiter Geschwindigkeit ab. Nach wie vor bremst aber die Luft. Die Raketenstufe im freien Fall würde 300-400 km/h erreichen. Diese Geschwindigkeit muss auf Null abgebremst werden.

Der Landeort ist sicherlich verschieden vom Startort.

Bei der Oberstufe kann man sich dagegen mehr Zeit lassen. Sie landet eine Erdumrundung später auf USA-Territorium. Dabei muss man mehr Geschwindigkeit abbauen, deshalb ist der Hitzeschutz besser. Die leichtere Stufe kann man dagegen mit geringerem Treibstoffeinsatz auf Null abbremsen.

Wieso denn zwei Stufen??? Was soll denn das mit Abbremsung in der Atmosphäre und dann drehen? Über 3 Mach deutliche Erwärmung und bei 10 Mach .....Verglühen.....oder?
Also, das ist für mich eine ungenügende Antwort. Wo ist der Hitzeschild bei einem langen Rohr, von Rakete?
Space X hat doch nur eine Stufe und die Nutzlast oben drauf? :'(
Oder ist mir was entgangen?

bombat

Du solltest vielleicht erst einmal recherchieren, bevor Du meine Antwort als "irre" abtust.

Wenn Du in unserem Forum Antworten auf Deine Fragen haben möchtest, dann würde ich etwas besseres Benehmen erwarten. Ich bin nicht irgendein Idiot.

Entschuldige!
Space X habe ich als 1 stufige Trägerrakete verstanden.
Was das Recherchieren angeht, bitte ich um Hinweise.

bombat

bombat, schau mal das Video hier an:

SpaceX Animation

Space X habe ich als 1 stufige Trägerrakete verstanden.

SpaceX ist überhaupt keine Rakete, sondern der Hersteller von verschiedenen Raketen. Die Falcon-9 um die es hier geht, hat 2 Stufen. Der Wiedereintritt der zweiten Stufe würde mit einem Hitzeschild an der vorderen Seite geschehen. Sogar die Triebwerksdüse wird zum Schutz vor der Hitze eingefahren. Aber schau Dir das Video um das es hier geht vielleicht nochmal an.

Gruß, Klaus

Das Video ist eine wunderbare Computersimulation, aber mit einem deutlichen Fehler.
Die zweite Stufe wird zwar erst mit dem Triebwerk gegen die Flugrichtung gedreht, aber auf einmal schießt sie Kopf vorrann abwärts. Wann kam die Drehung zurück?
Tut mir leid, aber die Spitze ist viel zu klein, um genügent abzubremsen. Siehe Landekapseln der bisherigen Rückkehrten zur Erde.
Das ist keine komplette Darstellung!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Hat man bewußt was weggelassen?

bombat

...
Hat man bewußt was weggelassen? ...

Ja, sonst wäre das Video zu lang geworden.

Gruß
Peter