Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

SpaceX hat mit dem aktuellen Video auch einen kleinen Artikel veröffentlicht in dem sie erklären das im Prinzip beim letzten Versuch ein Drosselventil nicht wie vorgesehen funktioniert hat:

http://www.spacex.com/news/2015/06/24/why-and-how-landing-rockets

In dem Artikel ist auch nochmal eine schematische Darstellung des Flugablaufs der Erststufe von Start bis Landung auf Plattform:


http://www.spacex.com/news/2015/06/24/why-and-how-landing-rockets

Interessant finde ich dass die Gridfins schon vor dem Reentry ausgeklappt werden. Ich dachte die werden erst nach dem Reentryburn, wo die größten aerodynamischen Belastungen schon überwunden sind, ausgefahren.

OCISLY - Natürlich liebe ich dich noch!
ist unterwegs 

Nach der erfolgreichen Landung stellt sich natürlich die Frage, wer als erstes mit einer wiederverwendeten Stufe fliegen will. SES hat sich bereits dazu bekannt.

SES, which has four other launches contracted with SpaceX after SES-9, has stated it is willing to be the first commercial customer to launch with a used Falcon 9 first stage.

http://spacenews.com/falcon-9s-second-stage-restart-was-just-as-important-as-sticking-the-landing/

Viel interessanter ist natürlich die Preispolitik.
1. Soll ein zweiter Flug auf der Falcon 9 dasselbe kosten wie der Jungfernflug oder ist er günstiger?
2. Gibt es eine "second hand" Falcon 9 für 40 Millionen während der Erstkunde weiter den Vollpreis von 60 Millionen zahlt?
3. Oder ist nicht der zweite Flug der sicherere? Fehler wie die defekte Strebe sind dann stark unwahrscheinlich, das wäre schon beim ersten Flug aufgefallen, aber dafür  könnte es Ermüdungsfehler geben?

Das ist natürlich alles sehr spannend. Beim Jungfernflug eines Flugzeuges sind nur die Piloten an Bord, dieser Flug gilt als der Gefährlichste. Macht die Erststufe demnächst erstmal einen Testflug bevor sie den ersten Kunden fliegt um z.B. die Streben zu testen?

Ich rechne damit das die Preispolitik viel differenzierter werden kann und wird.
Das kann z.B. so aussehen das Betreiber einen großen Blockauftrag mit hohem Rabat bekommen wie das in der Luftfahrt eh gemacht wird.
SpaceX ist sicher gut beraten wenn sie ihren Kostenvorteil so nutzen das auch das Marktvolumen zunehmen kann, etwas das bisher einfach unmöglich war.
Ziel muss es sein einen langfristig hohen Profit zu machen damit sie ihr Sekundärziel, den Mars zu besiedeln damit finanzieren können.

Es wird spannend sein zu sehen in welche Zukunft das steuert.

Nach der erfolgreichen Landung stellt sich natürlich die Frage, wer als erstes mit einer wiederverwendeten Stufe fliegen will. SES hat sich bereits dazu bekannt.

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Viel interessanter ist natürlich die Preispolitik.
1. Soll ein zweiter Flug auf der Falcon 9 dasselbe kosten wie der Jungfernflug oder ist er günstiger?
2. Gibt es eine "second hand" Falcon 9 für 40 Millionen während der Erstkunde weiter den Vollpreis von 60 Millionen zahlt?
3. Oder ist nicht der zweite Flug der sicherere? Fehler wie die defekte Strebe sind dann stark unwahrscheinlich, das wäre schon beim ersten Flug aufgefallen, aber dafür  könnte es Ermüdungsfehler geben?

Guter Beitrag tobi (schade, dass es hier keine Like-/Danke-Funktion gibt)

Dass SES sich bereit erklärt ist schon ein starkes Stück - im Positiven. Natürlich ist es auch ein Zeichen an Arianespace und Co, dass sie auf das Konzept vertrauen. SES ist einer der größten Satellitenbetreiber und ein sehr großes Gewicht. Ist etwas besonderes, wenn so ein Kunde SpaceX in dieser Form unterstützt.

Für die Ehre den ersten Zweitflug mit der Falcon 9 zu bekommen wird SES wohl eher eine Art symbolischen Preis zahlen vermute ich. Eben weil es weitgehend Neuland ist. Nichtsdestotrotz ist es dennoch die Bereitschaft zu einem hohen Risiko, weil eben ein sündhaft teuerer Satellit auf dem Spiel steht.

Mittel- bzw langfristig dürfte es übrigens wohl Möglichkeit Nr. 3 werden. Stufen werden wohl immer sicherer mit jedem Flug. Wie gesagt: es sind andere Anforderungen als bei einem einmaligen Start.
Ermüdung wird man einschätzen können. Ähnlich wie eine Boeing oder ein Airbus wird eine Stufe nach einer Anzahl an Flügen strukturell "abgeflogen" sein.

Da gibts noch ne ganz günstige Methode für SpaceX, einfach ne neue Oberstufe und eine gebrachte Dragon 1/2 zur ISS schicken, selbst wenn sie von der NASA dafür nichts oder weniger bekommen und nur ein sehr dickes Fresspaket  und feuchtes Klopapier an Board ist, macht das für beide Sinn.

Was mir gerade auffällt: da die Falcon 9 ja bemannt eingesetzt werden soll, müssen die strukturellen Bauteile alle einen höheren Sicherheitsfaktor erfüllen. Dass heißt es gibt mehr Reserve für Abnutzung/Materialermüdung, denn bei unbemannten Starts ist auch ein geringerer Sicherheitsfaktor akzeptabel. Die Differenz kann also für Wiederverwendung genutzt werden.

Bemannte Flüge werden vorerst wohl immer mit einer fabrikneuen Rakete starten.

Ich bin also bzgl. Wiederverwendung optimistisch.

Warum sollen bemannte Flüge immer mit einer neuen Rakete erfolgen?
Der Sicherheitsfaktor von 1,4 (?) sagt doch nur aus das jedes Teil mindestens 40% über der Belastungsgrenze aushalten muss, das bedeutet doch nicht das dies nach jedem Flug z.B. 5% abgezogen werden muss. OK es gibt Teile wo das sicher so ist, aber viele sind das vermutlich nicht.
Das ist dann so wie bei Bremsscheiben im Auto, da diese sich abnutzen gibt es eine minimale Dicke, ist die Scheibe Drunter muss sie raus.
Vermutlich gibt es solche Teile auch bei der F9, aber welche sollten das den sein?

Kritisch könnte z.B. der Reentry burn sein. Da fliegt die Rakete durch ihre eigenen Abgase. Es feuern 3 Triebwerke. 6 Triebwerke feuern nicht und werden also nicht gekühlt. Wieweit heizen sich diese Triebwerke auf? Wie heizt sich der ganze Unterbau auf?

Der Ruß am Tank dürfte relativ harmlos sein. Die heißen Abgase, die am Tank vorbeifliegen, können ihre Wärme nicht so schnell abgeben, wie das unterkühlte RP-1/LOX sie aufnehmen kann. Der Treibstoff schluckt alle Wandwärme sofort auf. Tank ist aus Alu, hat eine hohe Wärmeleitung, das halte ich für relativ unkritisch. Natürlich sind die Tanks relativ leer, da ist der Weg zum kühlenden Treibstoff manchmal etwas länger. Aber durch den Treibstoff ist die ganze Wand bereits vorgekühlt.

Achja, zu gerne würde ich die Falcon persönlich in Augenschein nehmen... Ich hoffe da kommt bald mal ne Info zum Zustand der Stufe von Elon. Sicher haben die schon hunderte Bilder gemacht...

Hier ein Artikel zur Wiederverwendbarkeit:
https://www.linkedin.com/pulse/economics-orbital-rocket-reusability-tristan-laurent

Der Autor meint:

Falcon 9's Merlin 1D engine has a 165.9 thrust-to-weight ratio

Huch, wo hat er denn das her?

ähh eigentlich wollte ich über die Ökonomie schreiben:

Based on this model the 1st stage costs about $40M and the 2nd stage $13M.

Der Autor macht es sich hier etwas zu einfach. Es sind nicht nur die Produktionkosten, es gibt auch Kosten für die Startkampagne, Nutzlastintegration, Tests etc..

Daher halte ich seine Prognose,

By re-flying the booster 10 times, assuming linear depreciation, a used Falcon 9 could cost as little as $17M per flight.

dass der Start bei 10 Wiederverwendungen nur noch $17 Millionen kosten soll, für nicht realistisch.

Realistisch scheint mir eine frische Falcon 9 für ca. 60 Millionen und ein Start mit einmal genutzter Falcon 9-Erststufe für vielleicht 45 Millionen. Wenn man die frische Falcon 9 bei 60 Millionen lässt, ist jeder weiterer Start ein Bonus und die Stufe ist quasi abbezahlt. Das scheint mir relativ geschickt und drängt die Kunden auf die wiederverwendete Rakete. Man möchte schließlich das Kundenverhalten in eine bestimmte Richtung lenken...

Aber vielleicht überrascht uns Elon auch und macht für die einmal wiederverwendete Falcon 9 einen Kampfpreis von 30 Millionen $?

Diese ganzen preise korrelieren natürlich auch nur recht locker mit den internen Kosten. Da geht es in zukunft eher um ein abwägen zwischen Abschöpfen möglichst großer Gewinne vs. vergrößerung des Gesammtmarktes durch Niedrigpreise.


Natürlich firscht Hr Laurent hier ziemlich im trüben - wie wir alle. Wir wissen schlicht nicht wie viel Space X für Personal, F&E ect pp ausgeben. Theoretisch müsste das Umlegen der knapp 1 Mrd Entwicklungskosten der F9 auf die Flüge schon einen ordentlichen zweistelligen Millionenaufschlag auf jeden Flug bedeuten..

Und da man da tatsächlich so wenig weiß, ist es keine all zu blöde vorangehensweise einen unteren Preis für die Starts zu errechnen/abzuschätzen- so lange man im Hinterkopf behält, dass hier einige Kostenposten nicht adequat berücksichtigt werden.

Obs ein Kampfpreis werden wird, wage ich erstmal zu bezweifeln.  45 Mio. klingen imo. wirklich erstmal vernünftig.

R&D verschlingen nun mal viel Geld und CCDEV läuft nicht ewig.

@Tobi
Macht es in der Raumfahrt wirklich einen Unterschied ob bemannt oder unbemannt wenn man die Sicherheit kalkuliert? Aus dem Bauch heraus würde ich das abstreiten da es hier ja immer auch um gigantische Summen geht. Aber ich weiß es nicht, nur ein "Bauchgefühl". Weißt du das als Fakt oder ist lediglich eine Annahme von dir?

Der Bernd hat sich auch noch einen Artikel zum orbcom Start geschrieben.

Und da es dort hauptsächlich um die Frage der Wirtschaftlichkeit der Wiederverwendung geht pack ich es mal hier hin.

http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2015/12/27/nachlese-zum-orbcomm-2-start/#more-11430

Was soll man sagen: ein klassischer Leitenberger:

Üble Rechtschreibung (Erststufe der falcon1...den Fehler kenn ich irgend wo her ), recht pessimistische SpaceX kritische Herangehensweise inklusive herabwürdigen der bisherigen Erfolge (so eine Landung ist doch einfach, alle wussten das das klappt ect)
ABER die Berechnungen sind nachvollziehbar und solide. Ob die wiederverwendbarkeit wirtschaftlich ist, ist eben wirklich noch offen und alles andere als klar.

Ich glaub nur,  dass er den Leistungsverlust durch Wiederverwendung etwas zu hoch ansetzt..

Der übernächste Start ist SES 9, der wiegt über 5 Tonnen. Angeblich soll der in einen sub GTO gestartet werden mit Seeplattformlandung. Da wird sich die Leistungsfähigkeit bei Wiederverwendung herausstellen.

Das ist ein richtig typischer B.L., die Zahlen mögen vielleicht Stimmen wenn man sich auf seine Annahmen einlässt.
Das man mit der F9 nur maximal 10,8t ins All befördern kann ist mir neu, aber sei es drum, die meisten Nutzlasten gehen eh nicht auf LEO sondern GTO usw.
Allerdings kann das bei der FH dann nicht so bleiben, weshalb zumindest dafür eine geänderte Oberstufe benötigt wird.
Man will ja mit der FH nicht nur 10,8t auf eine GTO Bahn bringen, sondern 13t und mehr zum Mars.
Aus der Perspektive macht eine FH erstmal nur die Tür auf, um überall dort in Konkurrenz Aufträge weg zu schnappen wo es um richtig hochpreisige Aufträge geht und
natürlich alle Aufträge für GTO mit Wiederverwendung der Booster und der Hauptstufe machen zu können.

Als weiteren Schritt dann die Oberstufe und dann die BFR.
Arme Konkurrenz.

Ach ja, mich würde echt interessieren ob der große Meister hier unter falscher Flagge Segelt und natürlich welcher?

Man muss auch noch berücksichtigen, dass die FH WESENTLICH mehr durch die wiederverwendbarkeit profitiert als die F9.
Werde das nachher noch mal überschlagen..

Ach ja, mich würde echt interessieren ob der große Meister hier unter falscher Flagge Segelt und natürlich welcher?

Mit Sicherheit und würde mich auch interessieren.

Die Grundannahme bzgl. der Skepsis der Wirtschaftlichkeit ist aber meist davon geprägt übliche filigrane und auf den einmaligen Einsatz optimierte Raketen als Maßstab zu nehmen. Die Falcon 9 ist aber anders aufgebaut, als eine übliche Rakete. Die Struktur ist um einiges stärker und die Triebwerke auch darauf optimiert mehrfach zu laufen und das über die komplette Brenndauer. Bei der Struktur haben ja nicht wenige fast Schnappatmung bekommen als man sah wie man die Rakete quer durchs Land transportiert: das eigene Gewicht tragend ohne Stütze in der Mitte o.ä..

Kurzum: eine normale Rakete ist dafür optimiert ihren Job einmal möglichst effizient zu bewerkstelligen. Die Falcon 9 ist im Verhältnis gebaut wie ein Panzer. 
Rein strukturell ist das so als ob man die strukturellen Maßstäbe eines modernen Airbus (relativ filigran) an eine Ju 52 (sehr robust) stellt. Es geht also ins Leere diese Maßstäbe anzusetzen.

Hatte die Falcon nicht ein sehr gutes voll/leermasseverhältnis? Deutet das nicht eher auf Leichtbau hin?

Das liegt wohl hauptsächlich an den vergleichsweise sehr leichten Triebwerken.

@Major Tom: Meister, in meinem Satz der große Meister war blanke Ironie (nur zur Info)
Er hat auf seiner Seite ja mal wieder einen heftigen Kommentar gesetzt, vermutlich gibt's da ein Handschlag mit andern üblichen Verdächtigungen die hier auch aktiv sind.
(klausd: hier geschmacklosen Vergleich entfernt)

Es gibt hier: https://www.reddit.com/r/spacex/comments/3yibn2/f9_ft_performance_stats_speculation/
Ein paar Berechnungen über mögliche Nutzlasten der F9 FT bei verschiedenen Wiederverwendungsmöglichkeiten.
Ich hab dann nochmal nachkalkuliert was in dem Fall eine neue Oberstufe auf Raptorbasis aus machen würde.
Bei der Schiffslandung 20,7t, ohne Wiederverwendung gar 24,4t.

Für eine FH komme ich dann auf größen wo es einem schwumrieg wird, 84t und das wenn alle Startstufen auf See landen aber ohne Wiederverwendung der Oberstufe,
also über 90t ohne Wiederverwendung. Allerdings sind die Werte nur extrapoliert und nicht Simuliert.

@Major Tom: Meister, in meinem Satz der große Meister war blanke Ironie (nur zur Info)

War schon klar.