Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Dann führen wir die Diskussion vom SpaceX-Thread hier mal fort.

Zitat von: GG am 28. Mai 2012, 12:23:35

...

Wenden in dünner Luft hilft nicht weiter, weil ja die hohe Geschwindigkeit erst durch Luftbremsung abgebaut werden muß. Dafür will man keinen Treibstoff einsetzen. Also erfolgt das Wenden erst, wenn die Geschwindigkeit auf die geplante Reisegeschwindigkeit gesunken ist. Landen am Ende der Wurfparabel wäre ideal, es würde das Problem der Umkehr und der langen Flugstrecke lösen. Aber das ist Tiefsee. Vielleicht geht ein ausgedienter Flugzeugträger? Die Lösung würde aber trotzdem hohe Fixkosten verursachen.

P.S. wir werden gleich wieder angemeckert. Für diese Diskussion gibt es den Thread in Konzepte und Perspektiven. Da gibt es einen SpaceX Thread zur Wiederverwendung. Wir sollten wirklich dort fortsetzen.

@Führerschein:

Ölbohrplattformen in der Tiefsee sind doch lange kein Problem mehr, dafür sind wir doch viel zu "durstig" nach Öl, als dass wir diese Ölvorkommen einfach so da liegen lassen.
SeaLaunch startet von einer schwimmenden (Halbtaucher-Bauform) Ölplattform am Äquator. Für eine Landung sollte es also auch klappen.

Im entsprechenden Film von SpaceX ist das aber eben gerade nicht so (ab 40. Sekunde). Man wendet in dünner Luft und bremst die erste Stufe gleich erstmal ab. Man hat ja alles dafür dabei. Ein Hitzeschutz ist damit obsolet und der würde ja auch einiges wiegen.

Ich würde nicht jede Animation von SpaceX gleich als die endgültige Lösung nehmen, die man anstrebt. Man bräuchte zum abbremsen mit Rakete eine Menge Treibstoff. Ich halte eine Landung am Zielpunkt der Parabel für die wohl kostengünstigste Lösung, wenn man da eine ausgediente Ölplattform oder einen Flugzeugträger kostengünstig einetzen kann.

Ich denke man ist in einer Phase der Evaluierung von Konzepten. Mein Eindruck aus der Pressekonferenz war, daß zumindest Elon Musk selber an die Wiederverwendung und Kostenersparnis glaubt. Ob er recht hat und welches Konzept realisierbar ist, muß die Zeit zeigen. Es bleibt spannend.

Das mit der Ölplattform hört sich doch gut an. Damit könnte man auch gleich alle erlaubten/möglichen Startbahnen über dem Meer bedienen.

Ein paar Gedanken zu aktiven und passiven Stabilisierung:

Im antriebslosen Sinkflug könnten passive aerodynamische Stabilisatoren am Kopf der Stufe helfen. Die dürften erst nach der Trennung ausklappen, da sie sonst den aerodynamischen Druckpunkt während des Starts (bei Anströmung von vorne/oben) zu weit nach vorne/über den Schwerpunkt verlagerten, was zu einer instabilen Raketen führen würde. Im Sinkflug würde das hingegen dazu führen, dass die Rakete von unten/hinten angeströmt wird und der Kopf zum Heck wird, da der Druckpunkt hinter dem Schwerpunkt läge, aus Sicht der Strömung..
Sobald die angetriebene "letzte Meile" beginnt, ist das nicht ganz so einfach. Wenn man kontinuierlich sinkt (kein Stopp zum Schwebeflug), würde die Stufe ständig von unten angeströmt werden und die Stabilisatoren am Kopf (Druckpunkt hinter dem Schwerpunkt aus Sicht der Strömung) würden helfen sie stabil zu halten. Wenn man aber eine echte Schwebe-/Haltephase einplant, stören die Stabilisatoren am Kopf. Dann wäre die Stufe plötzlich sehr empfindlich für Seitenwinde/seitliche Anströmung, die dann auch am Druckpunkt weit oberhalb des Schwerpunkts angreifen würde und die Stufe so kippen würde.

Das mit der Ölplattform hört sich doch gut an. Damit könnte man auch gleich alle erlaubten/möglichen Startbahnen über dem Meer bedienen.

Dann hätte man aber wieder keinen Zielpunkt zum landen.

Ein Jettriebwerk? Das klingt realistischer als Streckenflug mit den Raketentriebwerken. Es braucht auch kein LO2, sondern atmet Luft.

Klar.

Aber nach dem Ausbrennen ist der Booster ja sowieso deutlich leichter. Grob 90% (oder mehr) waren ja Treibstoff.

Zitat von: Schillrich am 28. Mai 2012, 16:01:07

Das mit der Ölplattform hört sich doch gut an. Damit könnte man auch gleich alle erlaubten/möglichen Startbahnen über dem Meer bedienen.

Dann hätte man aber wieder keinen Zielpunkt zum landen.

?? Verstehe ich nicht. Man kann die Schwimmplattform an die jeweils passende Stelle unter der Aufstiegsbahnen bringen, über der die Stufe niedergehen wird.

Einfacher fände ich, wenn man von einer schwimmenden Plattform startet und die Landung auf einem passenden, ausreichend großen Gelände an Land erfolgt. Das Zielen auf 50 x 50 Meter stelle ich mir schon etwas aufwändiger vor.

Hm, und was wäre damit, wenn man sich vom Start über das Meer verabschieden würde? Ein Grund dafür besteht schließlich darin, die ausgebrannten Raketenteile über unbewohntem Gebiet, wie eben der Ozean, niedergehen zu lassen. Wenn die Teile aber nicht irgendwo und hart, sondern gezielt und weich herunter kommen, bestünde dieses Problem nicht. Es bliebe allerdings die Frage, was man mit den Fairings machen müsste.

Hm, und was wäre damit, wenn man sich vom Start über das Meer verabschieden würde? Ein Grund dafür besteht schließlich darin, die ausgebrannten Raketenteile über unbewohntem Gebiet, wie eben der Ozean, niedergehen zu lassen. Wenn die Teile aber nicht irgendwo und hart, sondern gezielt und weich herunter kommen, bestünde dieses Problem nicht. Es bliebe allerdings die Frage, was man mit den Fairings machen müsste.

Was passiert bei einem Fehlstart? Man könnte zwar irgendwo von Kalifornien aus nach Osten starten, aber dann besteht die Gefahr, das Trümmer bei einem Fehlstart auf bewohntem Gebiet runterkommen.

Fehlstarts? Gibt es nicht... 

Zitat von: Führerschein am 28. Mai 2012, 18:31:55

Zitat von: Schillrich am 28. Mai 2012, 16:01:07

Das mit der Ölplattform hört sich doch gut an. Damit könnte man auch gleich alle erlaubten/möglichen Startbahnen über dem Meer bedienen.

Dann hätte man aber wieder keinen Zielpunkt zum landen.

?? Verstehe ich nicht. Man kann die Schwimmplattform an die jeweils passende Stelle unter der Aufstiegsbahnen bringen, über der die Stufe niedergehen wird.

naja ich weiß nicht, beim Wiedereintritt passieren doch Dinge, die man nicht ohne weiteres vorausberechnen kann, und so ein Wiedereintrittskorridor ist bei einem ballistischen Flugkörper nicht ganz eindeutig, die Tagesform der Atmosphäre spielt eine viel zu große Rolle (Wetter, Winde, Sonnenwinde können die obere Atmoshpäre erhitzen und ausdehnen usw....). Ob man also auf weniger 50-100 Meter genau landen kann, hängt dann wohl primär vom Flugkörper ab und seinen Steuerungsmöglichkeiten. Aber vermutlich wird es nicht an die Manövrierbarkeit eines Spaceshuttles herankommen^^

Na wenn man gezielt mit dem "Grass-Hopper"-Konzept landen möchte, wird man eine genu definierte Stelle ansteuern müssen. Nur auf den ebenen und leeren Salzsehen im Westen der USA könnte man "unscharf" landen. Für alle realistischen Startszenarien von der Ost- und Westküste muss man einen definierten Landeplatz anfliegen können, die Stufe also mit ausreichend Cross-Range ausstatten, dass sie die erwarteten Abweichungen im letzten Abschnitt aktiv ausgleichen kann.

Zitat von: Führerschein am 28. Mai 2012, 18:31:55

Zitat von: Schillrich am 28. Mai 2012, 16:01:07

Das mit der Ölplattform hört sich doch gut an. Damit könnte man auch gleich alle erlaubten/möglichen Startbahnen über dem Meer bedienen.

Dann hätte man aber wieder keinen Zielpunkt zum landen.

?? Verstehe ich nicht. Man kann die Schwimmplattform an die jeweils passende Stelle unter der Aufstiegsbahnen bringen, über der die Stufe niedergehen wird.

Ich versuche mir gerade vorzustellen, wie die Rakete auf der Plattform startet und die Plattform dann der Rakete vorauseilt, um als Landeplatz zur Verfügung zu stehen.

Ich meinte, wenn man von einer Plattform startet, kann man ohne Umkehr nicht wieder auf ihr landen und umkehren soll ja gerade vermieden werden. Die Diskussion hat inzwischen ergeben, daß starten auf einer Plattform und Zielpunkt an Land problematisch sind, wegen der möglichen Fehlschläge und resultierenden Trümmer.

Denkbar wäre vielleicht ein Start auf See, bei dem eventuelle Trümmer auch auf See niedergehen. Die Stufe, die landen soll, müßte dann nur ein kleines Stück weiterfliegen bis zum Landeplatz, was vielleicht nicht zu schwierig ist.

Bleibt als Risiko die Oberstufe. Wenn sie nicht zündet, fällt sie ins Meer. Falls sie zündet aber den Orbit nicht schafft, fällt sie auf die kontinentalen USA. Aber sowas passiert ja irgendwie ständig. Die Oberstufen kommen doch recht unkontrollert runter.

Also ich habe nur von einer Landeplattform geredet (gemeint). Der Start sollte weiter von einem normalen Startplatz erfolgen.
Von mir aus könnte man aber auch zwei Plattformen kombinieren: eine optimal positionierte Startplattform und eine passend positionierte Landeplattform.

Also ich habe nur von einer Landeplattform geredet (gemeint). Der Start sollte weiter von einem normalen Startplatz erfolgen.

Ach so. Ich hatte verstanden, daß die Plattform beliebige Orbits ermöglicht. Das wäre nur möglich als Startplattform.

Diese Überlegung macht nur Sinn, wenn man eine Landeplattform im Atlantik einsetzt und die Starts weiterhin von Florida aus erfolgen.

Allerdings sehe ich dieses Konzept weiterhin sehr kritisch, selbst wenn sie das hinbekommen sollten, glaube ich nicht, das es sich finanziell lohnt.

Wir haben hier gerade zwei Diskussionen um die Weiterentwicklung der Falcon9: zum einen die Möglichkeiten (nach Ansicht von SpaceX) von wiederverwendbaren Stufen, die auf ihrem eigenen triebwerkstrahl wo auch imemr landen sollen. Und zum Anderen die wesentlich konkrekter klingende Entwicklung der Falcon Heavy.
Wenn ich mir das beides mal zusammen vorstelle, dann dürfte da irgendwann ziemlicher Landeverkehr aufkommen, wenn drei solche Erststufen gleichzeitig derart landen wollen ...

Selbst wenn man bedenkt, dass die dritte (viel?) später herunter kommt, so sind es zwei zur selben Zeit, und das Rollfeld muss ja auch noch geräumt werden.

Allerdings sehe ich dieses Konzept weiterhin sehr kritisch, selbst wenn sie das hinbekommen sollten, glaube ich nicht, das es sich finanziell lohnt.

Ist ja auch unsere Idee und nicht die von SpaceX. Ich glaube auch nicht, daß das realisierbar ist.

Mir gefällt meine Idee mit den Gleitschirmen immer noch am besten.

Der Tank dient als Schutz beim Wiedereintritt und wird dann abgeworfen. Der hat ja noch den niedrigsten Wert. Der Triebwerksblock kommt dann an einem Gleitschirm runter und wird von einem Militärtransporter zurück an Land geschleppt. Die können recht langsam fliegen. Sie sind ja für Landungen auf kurzen schlechten Landefeldern ausgelegt.

Falls es möglich ist, einen geeigneten Gleitschirm zu bauen, ist das eine billige flexible Lösung.

im Westen der USA könnte man "unscharf" landen. Für alle realistischen Startszenarien von der Ost- und Westküste muss man einen definierten Landeplatz anfliegen können, die Stufe also mit ausreichend Cross-Range ausstatten, dass sie die erwarteten Abweichungen im letzten Abschnitt aktiv ausgleichen kann.

Oder man baut eine 200*200 Meter große Landeplattform im Meer.


Eine Startplattform im westlichen Meer der USA wäre so gesehen schon ein Hit. Einfach am Kontinent landen.


Oder: Durch dem Aufschlag am Wasser hatte man doch die Probleme. Wieso nicht mit Raketen sanft auf dem Wasser aufsetzen??

Oder: Durch dem Aufschlag am Wasser hatte man doch die Probleme. Wieso nicht mit Raketen sanft auf dem Wasser aufsetzen??

Der Aufschlag war nicht das Problem, bei den bisherigen Flügen ist die Falcon 9 wohl schon beim Wiedereintritt auseinander gebrochen. Es kamen nur Trümmer unten an.

Selbst wenn man es schafft, die Stufe "sanft" im meer zu landen, glaube ich nicht, das sie sich danach wieder verwenden lässt. Die Triebwerke haben so kurz nach der Brennphase noch einige 100 °C drauf. Was passiert, wenn die in 20 ° C kaltem Wasser landen weiß jheder, der mal etwas mit Metallverarbeitung zu tun hatte (Versprödungen, Rissbildung usw). Zudem ist Meerwasser extrem korrossiv. Die Schäden durch das Meerwasser dürften so hoch sein, das eine neue Stufe vermutlich sogar billiger ist. Man darf das nicht mit den Boostern des Shuttle vergleichen, die bestanden aus 1 cm dickem Edelstahl.

Grasshopper soll bald fliegen:
http://www.spaceflightnow.com/news/n1207/10grasshopper/

Bei aller Sympathie für SpaceX, wenn sie das ökonomisch sinvoll schaffen, wäre ich überrascht.

Aber wenn ich mir den potentiellen Startplatz Cameron County in Texas ansehe, dann starten sie über das Meer und eine Landung in den USA würde nicht wie in Florida eine Rückkehr über eine sehr große Strecke erfordern.

Man könnte fast glauben, sie denken sich was dabei. Daß sie Start und Landung aus niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit mit dem Grashopper schaffen, will ich glauben. Aber sie müssen mindestens erstmal eine Lösung für einen zerstörungsfreien Wiedereintritt in die Atmosphäre ohne großen Treibstoffverbrauch hinkriegen.

Kämen sie mit der ersten Stufe ballistisch bis Florida? Dann könnten sie das vielleicht mit wenig Treibstoffeinsatz schaffen.

Der Treibstoffverbrauch ist das kleinere Problem. Selbst eine kompakte Kapsel wird auf den letzten Kilometer von unserer Atmosphäre ordentlich gebremst und hätte einen erstaunlich "kurzen aktiven Bremsweg", wollte sie so landen. Bei einer großen, leeren Stufe ist der ballistische Koeffizient noch schlimmer/besser (je nach Blickwinkel). Da wirkt die Atmosphäre noch stärker, und das bei geringeren Anfangsgeschwindigkeiten. Treibstoff braucht man wirklich nur für die "letzten Meter".

Interessanter ist schon die Festig- und Steifigkeit der Struktur. Ein klassische Stufe mag wenig bis keine seitliche Anströmung. Hier müsste man die herabfallende Stufe vor dem Trudeln bewahren und ihre Lage wahrscheinlich aktiv steuern. Oder man baut sie steifer und fester = schwerer ...

Das alles geht natürlich auch von wenig bis keiner "cross range" der Stufe aus. Sie müsste auf ihren Landeort ballistisch zufallen. Wir hatten hier im Forum ja mal die Idee mit mobilen Seeplattformen, die sich im Landegebiet aufstellen, quasi Sea Launch reversed ...

Das alles geht natürlich auch von wenig bis keiner "cross range" der Stufe aus. Sie müsste auf ihren Landeort ballistisch zufallen. Wir hatten hier im Forum ja mal die Idee mit mobilen Seeplattformen, die sich im Landegebiet aufstellen, quasi Sea Launch reversed ...

Daran erinnere ich mich sehr gut. Aber ein Start in Texas und Landung in Florida wäre sicher eleganter. Man müßte keine so kleine Landefläche bei eventuell unberechenbaren Winden treffen. Ich weiß aber zu wenig über mögliche Flugprofile beim Start, um zu beurteilen, ob das realistisch ist. Müßte man ab Start für den angestrebten Orbit weiter südlich steuern? Eine Landung in Kuba wäre wohl nicht so erstrebenswert.

Möglicherweise wäre aber eine Landung in Yucatan in Mexiko denkbar. Hängt alles von Politik und möglichen Startprofilen ab.