Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Es wird vorher abgebremst man muss ja sowieso die Richtung ändern da man sich trotz Optimirten Flugprofiel vom Startplatzt entfernt hat. hierfür sollen 3 Triebwerke eingesetzt werden, die Brenndauer und die Benötigte Treibstoffmenge ist aber Unbekannt. Bei der Landung später wird nur ein Triebwerk benutzt.

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Bei boost-back wird sicher abgebremst, man muss ja die horizontale geschwindigkeit eliminieren. Denke bis mach 2 oder so. Das bild habt ihr vielleicht schon auf NSF gesehen:



Bei downrange bin ich mir nicht sicher.

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Bei boost-back wird sicher abgebremst, man muss ja die horizontale geschwindigkeit eliminieren. Denke bis mach 2 oder so. Das bild habt ihr vielleicht schon auf NSF gesehen:



Bei downrange bin ich mir nicht sicher.

Insgesamt sind es drei Zündungen, die das Bild ja auch zeigt. Die erste Zündung muß die Vorwärtsbewegung auf Null bringen und dann wieder Fahrt aufnehmen, damit die Rakete zum Startplatz zurückfliegt. Den Treibstoffbedarf kann man genau berechnen.
Beim landen downrange braucht man die erste Zündung nicht, bzw. sie wird viel kürzer.

Die dritte Zündung  ist für die Landung. Die Rakete fällt mit terminaler Geschwindigkeit, also der Geschwindigkeit, die sie durch Luftwiderstand annimmt und wird dann so gebremst, daß sie in Bodenhöhe gerade Null Geschwindigkeit hat. Auch das kann man sehr genau berechnen, muß man sogar, sonst gibt es einen Krater.

Interessant ist die zweite Zündung. Da ist die Fallgeschwindigkeit sehr hoch, weil in der dünnen Höhenluft fast ungebremst. Beim Wiedereintritt sind die Stufen bisher zerbrochen. Da hatten sie aber kein Lagekontrollsystem, das dafür sorgt, daß sie genau mit den Triebwerken voran fliegt. In Schräglage übersteht die Stufe das naturgemäß nicht. Fallschirme waren nicht genug, um das zu verhindern. Man muß so weit abbremsen, daß die Stufe den Wiedereintritt in die dichte Atmosphäre übersteht, wieviel das genau ist, weiß man nicht und will es in diversen Tests ausprobieren.

Bei den ersten Versuchen spart man sich die erste Zündung und fliegt auf der Parabelbahn vorwärts weiter bis zur Bremszündung. Falls die Rakete das schon im ersten Versuch übersteht, versucht man dann noch, eine Landung zu simulieren, also daß die Rakete in Meereshöhe Geschwindigkeit Null erreicht. Das ist aber nur der Bonus.

Falls es beim ersten Versuch tatsächlich klappt, hat man wahrscheinlich zu viel gebremst und wird Belastungs- und Erhitzungswerte auswerten, um beim nächstenmal treibstoffsparender zu bremsen, bis man das Optimum erreicht hat.

Wer sagt überhaupt ,dass SpaceX dieses Schema übernimmt? Die Grafik zeigt das Rossiyanka-Konzept von KB Makejew und hat herzlich wenig mit der Falcon zu tun...

Wer sagt überhaupt ,dass SpaceX dieses Schema übernimmt? Die Grafik zeigt das Rossiyanka-Konzept von KB Makejew und hat herzlich wenig mit der Falcon zu tun...

Für reinen Raketenflug und Rückkehr zum Startplatz gibt es keine Alternative ohne höheren Treibstoffverbrauch. Sicher gibt es Unterschiede im Detail, wie steil steigt die Rakete bis zur Stufentrennung, wie schnell steigt sie zu dem Zeitpunkt, wie schnell bewegt sie sich vom Startplatz weg, wie hoch ist sie. Das hängt im Einzelnen von den genauen Eigenschaften der ersten und zweiten Stufe ab. Aber die Flugkurve ist im Prinzip immer die selbe.

Ach ja, Unterschiede kann es in der  Landephase geben, abhängig davon, wie stark das Triebwerk ist und wie stark es gedrosselt werden kann. Ein Merlin ist beim Gewicht der Erststufe ziemlich ideal für minimalen Treibstoffverbrauch bei der Landung, aber sehr kritisch, was den Landevorgang angeht. Die Stufe kann sich nicht langsam dem Landepunkt nähern, ihr Schub ist höher als das Gewicht der Stufe. Also muß man so steuern, daß die Bremsung genau am Boden vollendet ist, sonst gibt es einen Krater. Kein zweiter Versuch, kein langsames runterschweben. Das kann Grasshopper 1, weil er schwerer ist als eine erste Stufe. Treibstoffsparend, aber praktisch kein Spielraum für Fehler.

Gibts denn irgendwo auch mal Betrachtungen zu der Steuerung dieser wahnsinnig komplexen Vorgänge? Ich lese immer nur von Triebwerken, Treibstoffvorrat, Nutzlast etc.
Aber da muß ja auch eine (erweiterte) Elektronik her, die unvergleichlich leistungsfähiger ist, als Starten, Lage regeln, Abtrennen etc. Die Software dafür muß mit das beste sein, was Programmiererhirne hergeben. Und etliche zusätzliche Mechanik muß vlt auch noch sein.

Drei zusätzliche oder zumindest zu erweiternde Komponenten, die teuer sind und auch bezahlt werden wollen. Was Überholung und Test der zurückgekommenen Teile wirklich (!) kostet - hat sich da schon mal jemand aus dem Fenster gelehnt?
Also kaufmännisch rechnen tut sich das alles für mich noch lange nicht. Auch nicht Umweltgünstig.

Ok, angenommen nächste Woche um halb drei verbessert jemand ein Triebwerk drastisch. Wird jetzt eine Nutzlast X mit 10 Tonnen so belassen, damit man bei Rückkehr von Raketenteilen dafür mehr Sprit übrig hat und nicht so mit dem letzten Liter rechnen muß, was ja einen hohen Risikoanteil mit sich bringt? Das möcht ich sehn...

Tut mir leid - ich sehe ein Teil dieser Rückführungstesterei als Öko-Aktionismus zwecks Gunst des Publikums.

Gibts denn irgendwo auch mal Betrachtungen zu der Steuerung dieser wahnsinnig komplexen Vorgänge? Ich lese immer nur von Triebwerken, Treibstoffvorrat, Nutzlast etc.
Aber da muß ja auch eine (erweiterte) Elektronik her, die unvergleichlich leistungsfähiger ist, als Starten, Lage regeln, Abtrennen etc. Die Software dafür muß mit das beste sein, was Programmiererhirne hergeben. Und etliche zusätzliche Mechanik muß vlt auch noch sein.

Naja ganz so toll muss die Software jetzt doch wieder nicht sein, da war die Dragon-Software sicher eine größere Herausforderung. Abgesehen davon hat SpaceX doch inzwischen schon ein sehr hohen Anteil an Top-Leuten. Mit dem Erfolg und spannenden Projekten rennen einem die guten Leute doch geradezu die Tür ein.

Gibts denn irgendwo auch mal Betrachtungen zu der Steuerung dieser wahnsinnig komplexen Vorgänge? Ich lese immer nur von Triebwerken, Treibstoffvorrat, Nutzlast etc.
Aber da muß ja auch eine (erweiterte) Elektronik her, die unvergleichlich leistungsfähiger ist, als Starten, Lage regeln, Abtrennen etc. Die Software dafür muß mit das beste sein, was Programmiererhirne hergeben. Und etliche zusätzliche Mechanik muß vlt auch noch sein.

Die erste Stufe muß dafür eine eigene Elektronik bekommen, das ist richtig. Normalerweise wird die erste Stufe während des Aufstiegs von der Elektronik der zweiten Stufe gesteuert. Aber Elektronik ist heute spottbillig. Entwickelt ist sie, sie wird ja schon in der Oberstufe verbaut. Vielleicht bekommt sie auch nicht die gleiche Redundanz. Es wird wegen Human rated dreifach redundante Elektronik verwendet, das wäre für den Rückflug der 1. Stufe nicht notwendig.
Dann noch Cold Gas Thruster für die Lagekontrolle. Die werden was kosten, aber auch kein Vermögen im Vergleich zu den Gesamtkosten der Stufe. Die Kosten und das Gewicht halten sich in engen Grenzen. Dazu noch die Landebeine. Die sind schwer und werden deshalb erst eingebaut, wenn der Rückflug tatsächlich vorgesehen ist. Dazu kommt noch die genaue Lagekontrolle. GPS und wahrscheinlich ein Bodenradar oder ähnliches. Der Bodenabstand muß mit hoher Genauigkeit bekannt sein.

Drei zusätzliche oder zumindest zu erweiternde Komponenten, die teuer sind und auch bezahlt werden wollen. Was Überholung und Test der zurückgekommenen Teile wirklich (!) kostet - hat sich da schon mal jemand aus dem Fenster gelehnt?
Also kaufmännisch rechnen tut sich das alles für mich noch lange nicht. Auch nicht Umweltgünstig.

Die Überholung und flugbereit machen war beim Shuttle sehr teuer. Hauptsächlich wegen des keramischen Hitzeschildes. Die LH2-Triebwerke waren hoch effizient aber auch wartungsintensiv, trotz Verbesserungen im Laufe der Zeit. Auch die allgemeine Instandhaltung über so viele Jahre wurde teuer, mit oft veralteten Komponenten.

Nichts davon trifft hier zu. Es gibt kein Hitzeschild. Die Triebwerke sind eher einfach und robust. Sie sollten ohne oder fast ohne Wartung auskommen. Man wird auch bei jedem Flug lernen und Detailverbesserungen vornehmen. Man hofft auf ca. 20 Flüge, später mehr. Gesprochen wird von1000 Flügen. Aber das ist ein Langzeitziel, von dem man noch weit entfernt ist. Daten werden während des Fluges aufgezeichnet und man kann daran hinterher den Zustand genau erkennen. Vielleicht nicht ganz betanken und wieder starten, aber kein Vergleich mit dem Shuttle.

Tut mir leid - ich sehe ein Teil dieser Rückführungstesterei als Öko-Aktionismus zwecks Gunst des Publikums.

Absolut nicht. Es war erklärtes Ziel von Elon Musk von Anfang an, die Kosten zu reduzieren, mindestens um den Faktor 10, möglichst viel mehr. Zu dem Zweck hat er SpaceX gegründet. Startanbieter ist er nur, um dieses Ziel zu finanzieren. Darum geht es und Faktor 10 ist erreichbar. Allerdings müssen dafür noch andere Kosten als nur die Rakete selber angepackt werden.

Das mit der Elektronik ist vermutlich von der Kosten und auch von der Gerätemasse vernachlässigbar. Selbst die Verkabelung dürfte kaum ins Gewicht fallen, da es ja eh schon Kabel zu der Triebwerkssteuerung gibt.
Die Verluste kommen wohl vom zusätzlichen Treibstoff, den Landebeinkomponenten und weiteren zusätzlichen Komponenten zur Lagekontrolle.

Was ich aber so erstmal nicht glaube, dass man wirklich jede notwendige Geschwindigkeitsänderung über einen Triebwerkseinsatz, also über einen Treibstoffverbrauch vornehmen muss.
Denkbar wäre auch, das man einen Teil der Fahrtenergie und Höhe für eine Art von Gleitflug verwendet. Das man dazu natürlich zumindest kleinere Flügel benötigt ist schon klar, aber zumindest am Heck hätte man vielleicht eh schon vier Ausleger, nämlich die Landebeine.
Es ist mir natürlich klar, das man damit nur einen bescheidenen Gleitwinkel hin bekommen wird, aber selbst 1:1 ist immer noch viel besser als 1 zu Stein!
Letztendlich ist das eine Optimierung zwischen einer Wegwerfrakete und dem von Eugen Sänger entwickeltem Konzept.
Selbst das Space Shuttle, war so ein Versuch, nur leider schlecht gemacht.

Hallo Klakow,

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Denkbar wäre auch, das man einen Teil der Fahrtenergie und Höhe für eine Art von Gleitflug verwendet. Das man dazu natürlich zumindest kleinere Flügel benötigt ist schon klar, aber zumindest am Heck hätte man vielleicht eh schon vier Ausleger, nämlich die Landebeine.
Es ist mir natürlich klar, das man damit nur einen bescheidenen Gleitwinkel hin bekommen wird, aber selbst 1:1 ist immer noch viel besser als 1 zu Stein!
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Dynamischen Auftrieb und Gleiten (mit Stummelflügeln) wird es nicht geben. Dazu muss man mit einem Anstellwinkel a>0° gegenüber der Strömung fliegen. Genau das macht die Raketenstruktur nicht mit. Die zerbricht dabei. Raketen sind da sehr fragil. Man fliegt extra beim Start (bis auf das erste Rollmanöver kurz nach nach dem Abheben, bei geringer Geschwindigkeit) immer mit a=0° durch die Atmosphäre. Alles andere zerstört die Rakete.

Theoretisch wären Flügel mit flexiblem Einstellwinkel (gegenüber der Längsachse der Stufe) denkbar. Damit könnte man erreichen, dass die Stufe im Gleitflug an sich mit a=0° angeströmt wird, die Flügel aber mit a'>0°. Beim Start könnte man die Einstellwinkel so einstellen, dass a=a'=0° gilt, also weder Stufe noch Flügel dynamischen Auftrieb erzeugen. Das wäre aber eine komplizierte Konstruktion ... für ein "bisserl" Gleitflug.

Was ich aber so erstmal nicht glaube, dass man wirklich jede notwendige Geschwindigkeitsänderung über einen Triebwerkseinsatz, also über einen Treibstoffverbrauch vornehmen muss.

Tut man auch nicht. Ein erheblicher Teil der Fallenergie wird durch atmosphärische Bremsung aufgezehrt. Ein Teil der horizontalen Geschwindigkeit für den Rückflug auch. Man bremst nur so viel, daß die Rakete die Luftbremsung auch übersteht. Zweck der derzeitigen Versuche ist es, rauszufinden wie viel das genau ist. Da spielen Turbulenzen offenbar eine so große Rolle, daß man es nicht mit Modellen im Windkanal und im Computer alleine hinkriegt.

Geschätzt wurden ca. 100-150m/s für die Fallgeschwindigkeit vor dem Lande-Bremsschub. Das sind magere 360-540km/h. 360km/h sind Geschwindigkeiten der Formel 1 auf der langen Geraden und da wird mit Scheibenbremsen in ein paar Sekunden weit genug gebremst, daß sie durch die enge Kurve kommen. Die Luft erledigt also für die Rakete beim Landen den allergrößen Teil der Bremsung.

Ein sehr großer Posten ist die Beschleunigung für den Rückflug. Da kann man sich auch nicht vom Luftwiderstand helfen lassen. Während der Luftwiderstand bremst, fliegt die Stufe immer weiter weg vom Startplatz. Also so schnell und so kräftig wie möglich mit den Triebwerken die Flugrichtung umkehren.

Denkbar wäre auch, das man einen Teil der Fahrtenergie und Höhe für eine Art von Gleitflug verwendet. Das man dazu natürlich zumindest kleinere Flügel benötigt ist schon klar, aber zumindest am Heck hätte man vielleicht eh schon vier Ausleger, nämlich die Landebeine.

Man tut das. Schon der Raketenkörper selbst, ohne Flügel, kann einiges erreichen. Das hat enge Grenzen, aber es ermöglicht immerhin einiges an Feinsteuerung. Man kann die Flugparabel so wählen, daß die Stufe ins Meer stürzt und dann durch "Segelflug" dafür sorgen, daß der Landeplatz erreicht wird. So reduziert man das Risiko, zu weit zu fliegen und bewohntes Gebiet zu gefährden. Auch seitliche Steuerung ist so möglich. Der Tank ist nunmal optimiert auf senkrecht wirkende Last. Jede seitliche Last würde erfordern, daß der Tank mit erheblichem Gewicht verstärkt wird. Deshalb wurden wohl alle Flügelkonzepte schnell wieder aufgegeben.

Kapseln mit ihren schrägen Wänden können das noch besser und man nutzt es auch da für Präzisionslandungen. Nur der Einsatz von Fallschirmen plus Windeinfluß limitieren die Genauigkeit. Raketenlandung ermöglicht viel höhere Präzision, weil der Windeinfluß geringer ist.

Grasshopper soll jetzt demnächst von Spaceport America fliegen:
http://spaceportamerica.com/press-release/spaceport-america-welcomes-spacex-for-reusable-rocket-testing-program/

Virgin Galactic lässt sich ja noch etwas Zeit und SpaceX bekommt jetzt den idealen Platz für 'n Appel und 'n Ei.

Also ich hab mir nochmal die div. Profile für Rückkehr zum Startpunkt reingezogen. Es ist ja nicht nur die "Restgeschwindigkeit" abzubauen, schon klar, sondern erstmal das Einschießen in die Nähe des Ziels zu bewerkstelligen. Hier scheinen mir die Risiken und Kosten zu liegen. Diese dumme dumme Erdrotation aber auch 
Irgendwann sehe ich doch noch FP 1 a schwimmen....

Was mir aber am meisten Sorge macht (und wozu ich keine Texte von offiziellen Stellen finde) ist das Wetter. Ich würde, wenns mal soweit ist, doch wegziehen aus dem Zielgebiet. Denn der Grundtenor ist immer : Knapper Treibstoff fürs Manöver, sonst extrem unwirtschaftliche Nutzlast verhältnisse. Selbst wenn erstmal nur von der Erststufe die Rede ist.

Im strikten Gegensatz zum Shuttle muß das Ding aber sofort runter. Mit Parkorbit ist da wohl nix.
Auch wenn da eine (ca.) Stunde vergeht bis zur Landung.
So, da kommt das Ding also an und inzwischen haben sich da Änderungen bei den Höhenwinden ergeben. (Deren Verhalten man noch keineswegs allzu genau kennt) Also muß man die ersten Literchen Treibstoff rausballern. Oder wenn da Ruhe war, gibts vlt weiter unten einen schnellen nicht vorhergesehenen Wetterumschwung mit ein paar Böen. Freilich, die Flugstabilität kann man sicher mit wenig Treibstoff erhalten, aber der Ortsversatz kostet viel davon. Und eine Erststufe hat seitlich doch etlichen Windwiderstand, denk ich mal.

Ok, die USA ist weitläufig. Aber ein paar dutzend Kilometer sind schnell abgewichen, wenn schon "hoch oben" der Treibstoff verbraucht werden mußte. Das heißt doch, mit kleinen verstreuten Siedlungen Roulette spielen.

Die Alternative ist leider - man muß das Wetter nicht nur für den Start sicher vorhersagen, sondern noch für Stunden danach. Das drückt doch auf die Startfolge. Und die Wahrscheinlichkeit für (teure!) Startabbrüche steigt. Wo bleibt da die Wirtschaftlichkeit?

Selbst wenn man natürlich bei Problemen einen sicheren Sofortabsturz in sicheren Gegenden einleiten kann - wenn man das in 1 von 3 Fällen machen müßte, wärs schon peinlich.

Ich sehe Wiederverwendbarkeit nur für (allgemein gesprochen) Objekte, die ich in einer Parkbahn warten lassen kann, bis a) das Wetter und b) der Wiedereintrittspunkt paßt. Abstieg mit Hitzeschild und dann - ja dann kann man über Landebeine und Triebwerke und Reserven reden. Da kommt man wohl eher ins Machbare.

Ich bin ein elender Pessimist, was ? 

Ich sehe Wiederverwendbarkeit nur für (allgemein gesprochen) Objekte, die ich in einer Parkbahn warten lassen kann, bis a) das Wetter und b) der Wiedereintrittspunkt paßt. Abstieg mit Hitzeschild und dann - ja dann kann man über Landebeine und Triebwerke und Reserven reden. Da kommt man wohl eher ins Machbare.

Ich bin ein elender Pessimist, was ? 

Ähh, ja.

Wie lange brennt die erste Stufe? Wohl ca. 3 Minuten. Angenommen mit Bremsung dauert es zurück doppelt so lange (eher nicht, sondern weniger). Dann ist das Ding immer noch innerhalb von 10 Minuten wieder gelandet. Und Ausgleich von Wind ist ein winziger Anteil des Treibstoffbedarfs.

Virgin Galactic lässt sich ja noch etwas Zeit und SpaceX bekommt jetzt den idealen Platz für 'n Appel und 'n Ei.

Mehr Details hier:
http://www.latimes.com/business/money/la-fi-mo-spacex-new-mexico-grasshopper-20130509,0,2423698.story

In der Tat supergünstig. SpaceX zahlt 6600$/Monat für ein gemietetes Kontrollzentrum und 25.000$/Start. Das ist ein echtes Schnäppchen. Die Esrange ist deutlich teurer.

Musk zeigt mal wieder unglaubliches Geschäftstalent. Vielleicht sollte man bei DLR Moraba da auch mal anfragen?

In der Tat supergünstig. SpaceX zahlt 6600$/Monat für ein gemietetes Kontrollzentrum und 25.000$/Start. Das ist ein echtes Schnäppchen. Die Esrange ist deutlich teurer.

Musk zeigt mal wieder unglaubliches Geschäftstalent. Vielleicht sollte man bei DLR Moraba da auch mal anfragen?

Man muß eben an alle Kostenfaktoren ran, wenn Raumfahrt kostengünstiger werden soll. Bisher war da immer nur die Auffassung, Raumfahrt ist teuer. Dann darf jede kleine Sache Millionen kosten, das ist einfach so.

Von der gleichen Denkweise kommt dann auch, Wiederverwendung der ersten Stufe bringt gar nicht viel. Padhandling und Nutzlastintegration sind so teuer, da spielt die Rakete keine so große Rolle. Wenn das stimmt ist auf allen Ebenen was verkehrt. Warum soll die Integration eines Satelliten viele Millionen kosten? Warum kostet das aufrichten und starten der Rakete viele Millionen, wenn der Treibstoff nur ein paar hunderttausend kostet?

Jemand aus dem Startteam von SpaceX in Florida hat schon gesagt, die Falcon 9 1.1 kommt in einem ganz anderen Zustand aus der Fabrikation und braucht viel weniger Aufwand am Pad. Nur so geht es, Wiederverwendbarkeit ist nur ein Punkt der Liste.

Naja, aber am Ende soll schon alles funktionieren, oder? SpaceX hat sich in dem Zusammenhang ja bereits einen Namen gemacht, durch zu großes Sparen Missionen zu ruinieren oder so haarscharf am Scheitern vorbei zu führen. Immer geht das dann auch nicht gut.

Hallo,

ich sehe da nach einen grundsätzlichen Aspekt, bevor wir hier zu steile Vergleiche ziehen.

Aufwand und Kosten sollten wir nicht durcheinander bringen. Falls SpaceX irgendwo einen "guten Deal" geschlossen hat (z.B. jetzt in New Mexico), heißt das ja noch nicht, dass damit der reale und komplette Aufwand "geldmäßig" in einem fairen und vollständigen Preis abgedeckt ist. Falls da doch noch etwas über bleibt, müssen das Andere zahlen (und SpaceX spart wortwörtlich auf deren Kosten) ... ich sage nur "versteckte Subventionen" (Ryanair macht auch gute Deals).

Daher geht auch der kurze Seitenhieb zum DLR erstmal ins Leere ...

Ich denke auch, dass das subventioniert ist. Der Bau von Spaceport America hat über 100 Millionen gekostet, da ist das Geld von SpaceX nur ein Tropfen auf dem heißen Stein. Aber wenn New Mexiko schlecht verhandelt, ist das nicht das Problem von SpaceX. Wenn das DLR gut verhandelt, könnte es auch einen guten Preis bei Esrange/Spaceport America wo auch immer bekommen. Die Esrange wird ja nicht vom DLR kontrolliert/finanziert. Man "mietet" sie nur. Genauso Andoya und andere Ranges. Natürlich ist auch immer die Frage, welche "Services" im Preis inbegriffen sind, z.B. Bahnverfolgung/Bodenstation etc..

Wenn New Mexiko sich "über den Tisch ziehen lässt" wie Deutschland bei der letzten ESA Ministerratskonferenz, dann ist einfach Dummheit. Ich mein, die sind keine alte Oma, die das Kleingedruckte nicht mehr lesen kann und mit Alzheimer kämpft, sondern (hoffentlich) intelligente Leute, die wissen sollten, was sie tun.

Stimmt auch wieder: Wenn die vor Ort "zufrieden sind" ... und scheinen sie in New Mexico damit ja zu sein.

Für den Spaceport ist es ja auch einfach eine Möglichkeit, sich schonmal warm zu laufen ohne den Druck des festen Flugplans etc zu haben. Die können ja auch schonmal ihre ganze Technik dann im Einsatz testen, ohne dafür eigene Fluggeräte zu brauchen.

So gesehen tut SpaceX denen fast schon einen Gefallen

Die Energie mit der SpaceX an der Wiederverwendbarkeit ihrer Rakete arbeitet ist bewundernswert. aber mir fehlt die Phantasie, wie sie das wirklich umsetzen wollen.

Ich habe mit dem Raumflugsimulator 'Orbiter' die Bahn der ersten Stufe einer Falcon 9 erflogen, um ein Gefühl für die Anforderungen zu bekommen:

Randbedingungen
Mission zur ISS, wie in den gegenwärtigen Versorgungsflügen.
Startplatz Cape Canaveral
Orbitneigung 51.6°, Startrichtung Nordost, entlang der amerikanischen Küste
Träger: Falcon 9 v1

Falcon 9 - MECO (Brennschluß erste Stufe)
Höhe: 82 km
Entfernung vom Startplatz: 170 km
Geschwindigkeit: 3480 m/s (TAS)
Kurs: 43°
Flugvektor: + 15° above horizon

Freiflug
Größte ballistische Höhe: 142 km
MaxQ @ 40 km, maximale Beschleunigung -9 g (ca.)
Aufschlag: 400 km vor der Küste, vor Wallops Island

Beim Wiedereintritt orientiert sich die Stufe aufgrund der Gewichtsverteilung (leere Tanks, schwere Triebwerke) aerodynamisch mit den Triebwerken voran.

Die strukturelle Last erscheint erträglich, solange die Kräfte axial einwirken. Immerhin erträgt die Stufe beim Start 5 g mit dem Gewicht der zweiten Stufe und der Nutzlast obendrauf.

Folgerungen (hier beginnt der spekulative Teil )
Die Brennschlußgeschwindigkeit ist so hoch, dass eine Rückkehr zum Startplatz mit Bordmitteln unwahrscheinlich ist. Meiner Meinung nach kommt die Stufe auf einem Lastwagen zurück, oder auf einem Boot, jedenfalls nicht aus eigener Kraft.

Die ballistische Flugbahn verläuft ca. 400 km vor der amerikanischen Ostküste. Um Wallops Island zu erreichen, müßte nach dem Abtrennen der zweiten Stufe der Kurs um 22° nach links geändert werden, was etwa einem delta-V von 1,3 km/s entspricht. Wallops Island hätte den Vorteil, dass es dort schon ein Raketentestgelände der NASA gibt. Alternativ könnte ich mir einen Landeplatz auf den Diamond Shoals vor der Küste North Carolinas vorstellen.

Eine (allerdings gewagte) Alternative wäre eine schwimmende Platform, die genau unter der Flugbahn platziert werden kann, die aber beträchtliche Anforderungen an die Zielgenauigkeit des Landemanövers stellt.

Alles zusammen keine leichte Übung ...

Hallo francisdrake, willkommen bei uns.

Das mit der Plattform hatten wir hier auch schon angedacht. Grundsätzlich sehr interessant und auch kaum fordernder als eine gezielte Landung auf einem Pad an Land. Auch dort kann man sich keine zig Meter Abweichung erlauben, sondern muss ins Ziel treffen.
Grundsätzlich stehen heute aber schon Aussagen von SpaceX im Raum, dass man zum Startplatz zurückkehrt. Der Aufstieg wird wohl ein anderer als der "optimale" sein. Die Booster dürften steiler und höher aufsteigen und damit der Oberstufe mehr verbleibende Beschleunigungsarbeit bis zur Orbitgeschwindigkeit aufbürden. Die Booster müssen dann relativ "wenig" zurückfliegen.

Hallo francisdrake, auch von mir ein Willkommen, obwohl ich kein Moderator bin.

Ich möchte Schillrichs Ausführungen noch ergänzen.

Erstens lohnt es sich, diesen Thread durchzulesen, wenn dich das Thema interessiert. Es wurde eine Menge diskutiert zu solchen Themen.

Zweitens, der steilere Flug wie von Schillrich beschrieben ist für die Nutzlast zwar nicht ideal, aber auch nicht so nachteilig, wie man denken könnte. Die erste Stufe fliegt zwar weniger weit und schnell vorwärts, dafür leistet sie mehr Steigarbeit. Für Steigarbeit ist die zweite Stufe sowieso weniger geeignet, weil sie wenig Schub für ihr Gewicht hat. Sie beschleunigt deshalb hauptsächlich vorwärts, um die orbitale Geschwindigkeit zu erreichen.

Dann noch ein Punkt zum benötigten Treibstoff. SpaceX gibt für die Falcon 9 1.1 ohne Wiederverwendung eine Nutzlast von 13t an. Die NASA hat ja auch die Leistungsdaten und gibt 17t an. Es wird spekuliert, daß die Differenz daher kommt, daß SpaceX Engine out Kapazität praktisch ab Start zusichert. Das würde eine Menge zusätzlichen Treibstoff erfordern und die geringere Nutzlastangabe erklären. Dieser Treibstoff würde für den Rückflug zur Verfügung stehen, wenn kein Triebwerk ausfällt. Also bei Triebwerksausfall trotzdem erfolgreicher Flug mit Verlust der ersten Stufe, ohne Triebwerksausfall Rückflug und Wiederverwendung.

Dann muß man noch bedenken, daß die erste Stufe ohne Nutzlast und zweite Stufe recht wenig wiegt, also weniger Treibstoff zum beschleunigen braucht.

Wir warten alle gespannt auf die Praxis.