Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Bei genauerer Betrachtung fällt mir auf, dass eigentlich JDAM (Joint Direct Attack Munition) die bessere Analogie wäre. Denn die Erststufe wird sicher nicht mit einem Laser gesteuert, sondern über GPS und Intertialnavigation. Mehrere Funkfeuer wären auch denkbar.

Wenn die letzte Triebwerkszündung nicht funktioniert, gibts natürlich einen Krater. Aber in der Stufe ist ja quasi kein Treibstoff mehr, die Explosion dürfte überschaubar sein. Laut Musk soll demnächst eine Landeerlaubnis durch die FAA erteilt werden.

Dann nehmen wir halt gleich ne LJDAM (GBU-54) und steuern damit die Erststufe auf's Pad.

JDAM





Die Body Strakes sind interessant, ich zitiere:

Most JDAM variants employ a set of strap on aerodynamic strakes, intended to increase body lift and also reduce the weapon's stability to improve its pitch and yaw rates, and thus manoeuvrability.

Das Guidance Kit dürfte wohl selbsterklärend sein.

....This information, and the preprogrammed target GPS coordinates, are then used to feed a flight control algorithm. HR Textron actuators are used to drive three of the four tail surfaces

Sieht das Ding etwa aus wie eine F9 Erststufe?

Nein die Erststufe sieht anders aus.

Aber warum sollte das Prinzip bei der F9 Erststufe nicht gehen? Kleine Aerodynamische Fins dran um Auftrieb zu erzeugen und die Flugbahn zu verändern. Mit einer angemessenen CFD Analyse kann man sicher pasende Flügel designen. Die F9 Erststufe hat auch noch den enormen Vorteil, dass sie eine viel kleinere Dichte hat als die Bombe. Es sollte also leichter sein, die Flugbahn abzulenken.

Die Bombe hat nach einem Abwurf aus einem Flugzeug laut Wiki eine Reichweite von bis 28km. Die F9 Erststufe kommt von höher runter und sollte eine vergleichbare Crossrange haben.

Eigentlich sind Körper mit einem hohen ballistischen Koeffizienten (also kompakt und dicht) besser zu kontrollieren. Die erratischen Kräfte der Strömung sind klein im Vergleich zur Trägheit der Masse. Man muss ja gerade die zufälligen Wirkungen der Strömung kompensieren, um sein Ziel zu erreichen. Ohne Strömungskräfte, bzw. mit nur geringen, kannkönnte man sehr genauen "BombenStufenweitwurf" praktizieren.

Ja, das hat Vor- und Nachteile. Vorteil ist, daß die Stufe dadurch eine geringe Terminal Velocity (englisch für „Endgeschwindigkeit“) hat nicht und mehr so stark abgebremst werden muss. Die Steuerung wird als Nachteil schwieriger. Mich wundert das man keine kleinen Steuerflächen an die Rakete anbringt und so den Rückflug auch aerodynamisch steuert. Sicher wurde so eine Lösung auch schon von SpaceX in Betracht gezogen. Ich kann mir nur vorstellen das die zusätzliche Gewicht der Steuerflächen und der entsprechenden Steuerung höher ist als das Gewicht von dafür ausreichenden Steuerdüsen und Treibstoff. Am Ende ist ja bei Raketen immer das Leistungsgewicht der ausschlaggebende Faktor dafür welche Masse man in den Orbit bringen kann.

Die Gewichtsverteilung mit den schweren Triebwerken voran hilft bei der Stabilität. Die Stufe mit ihrem großen Körper läßt sich auch gut lenken. Schon ein geringes anstellen gegen die Flugrichtung ermöglicht einiges an Steuerung des genauen Zielpunktes, seitlich und in der Länge des Fluges.

Nach dem Triebwerksschub für den Rückflug hat man sicher zunächst eine noch relativ große Landeellipse. Aber schon ein geringes anstellen gegen die Flugrichtung ermöglicht einiges an Steuerung des genauen Zielpunktes. Je genauer man vor der Landezündung liegt, desto weniger Korrektur braucht man für die Landung. Viel geht in den wenigen Sekunden dann nicht mehr.

Hallo Chewie,

aktive Steuerflächen und Gleitflächen würde sehr wahrscheinlich die Struktur überlasten. V.a. wenn es im einen Gleitflug (auch einen sehr steilen) geht, kommen Querkräfte, da man ja mit einem Anstellwinkeln in der Strömung fliegt. Dabei zerbricht eine klassische Stufe.

Daher ist auch die weiter oben genannte "Cross-Range" irrelevant. Man wird nicht gleiten, man möchte möglichst ungestört runterfallen.

Das seh ich nicht so. Leichte Anstellwinkel wird die Rakete im Unterschall sicher aushalten. Das muss sie sowieso, da sie beim Start ja auch eine Kurve fliegt. Daher wird man auch Auftrieb erzeugen können.

Die Kurve beim Start hat aber nichts mit Anstellwinkel zu tun, dabei steht die Rakete immer genau gerade in der anströmenden Luft.
Der Anstellwinkel ist also genau 0°.

Die Entfernung ist recht groß. Da reichen geringfügige Korrekturen, um genau ins Ziel zu kommen. Kleine Lasten wird die Stufe aushalten, da sie ja unter Druck steht.

Die Kurve beim Start hat aber nichts mit Anstellwinkel zu tun, dabei steht die Rakete immer genau gerade in der anströmenden Luft.
Der Anstellwinkel ist also genau 0°.

Nee, wenn sich die Rakete beim Start dreht entsteht ein leichter Anstellwinkel von 0,X Grad für kurze Zeit. Kann man sich doch leicht vorstellen, die Rakete liegt perfekt im Wind und die Schubvektorkontrolle verlagert den Schubvektor leicht aus dem Schwerpunkt hinaus und dann dreht sich die Rakete, die Anströmrichtung ist dann kurzzeitig nicht null.

Außerdem gibt es auch Wind, der von der Seite bläst. Z.B. Rakete fliegt 100m/s, dann Wind von der Seite mit 5m/s. Das macht, wenn ich das richtig sehe, einen Anstellwinkel von 2,8°.

Da hast du recht, solche Scherwinde können tödlich sein.
Siehe Challenger, ohne die Belastung durch die Scherwinde wäre das Leck in der SRB Dichtung evtl. nicht wieder aufgebrochen.

Neuer Artikel, basierend auf der Pressekonferenz nach dem CASSIOPE-Launch:

http://www.nasaspaceflight.com/2013/10/musk-plans-reusability-falcon-9-rocket/

Flug mit Beinen bei CRS3, eventuell schon mit Landung auf dem Land, wenn man die FAA Genehmigung bis dahin bekommt (ob die FAA beim Shutdown voll besetzt ist?). CRS3 ist aktuell für Februar geplant, wann ist eigentlich die ESA Ministerratskonferenz nächstes Jahr genau?

Musk landet seine Erststufe und Europa legt sich auf Feststoff bis 2040 fest? Wem gehört wohl die Zukunft, da sollte die ESA mal ne Studie machen!

Eine Raketenstufe einige Hundert Meter hoch zu schicken ist keine Wiederverwendung. Das man mit an den Antrieb rückgekoppelten Radar abheben, Schweben und wieder landen kann bewies schon 1966 Surveyor 1. Dafür braucht man kein SpacEx einige analoge Schaltkreise auf Basis der sechsziger Jahre tuns auch. Die DC-X hat es auch geleistet das ist gute 10 Jahre her und wurde weitaus weniger bejubelt das die Hüpfer des Grashüpfers.

Das schwierige ist die Raketenstufe erst mal heil runter zu bekommen und da man ja auf Land landen will, wieder zurück zum CCAF zu fliegen. Das haben sie bis jetzt nicht ansatzweise hinbekommen. Bei vier Falcon 1 Flügen gelang es nicht, beim ersten Falcon 9 Start gelang es nicht und jetzt auch nicht. Man hats eben mal wieder probiert, weil die Nutzlast nur 500 kg schwer war und man so Reserven für das Bremsmanöver hatte. Wenn man schon im Vorfeld die Wahrscheinlichkeit das es klappt auf 10 bis 20% beziffert, zeigt doch schon das man dazu wohl noch viel tun muss.

Ich vermute Elon Musk hat in der Vergangenheit zu viel von der Wiederverwendung geredet, als das er das nun einfach einstellen kann. So macht man eben auf niedrigem Niveau weiter. Es gibt ja das Zitat von ihm dass SpaceX gescheitert wäre, wenn man dei Wiederverwendbarkeit nicht erreiche selbst wenn man man sonst Geld wie Heu scheffele und der größte LSP sei.

Merkst Du eigentlich noch, dass Du Dich selbst belügst? Du formulierst Deine Aussagen nämlich so, als ob Spacex bei jedem seiner Starts versucht hätte, die Stufe unbeschadet zurückzubekommen. Das ist aber schlicht nicht der Fall. Man hat hingegen bei einigen Starts (und eben auch mit dem Hüpfer) systematische Versuche gemacht, welche den Status von Studien zur Machbarkeit von Teilaspekten haben - und erst wenn man genug Ostereier im Korb hat, wirds einen ersten wirklichen Landeversuch geben. Und da werden noch ein paar Starts mit weiteren Versuchen -und auch Fehlschlägen- vergehen, bis man wirklich so weit ist, das zu probieren, was Du als 'immer wieder versucht und fehlgeschlagen' darzustellen versuchst. Und bis dahin kann sich das Konzept, je nach Ergebnissen der Versuche, auch noch gravierend ändern.

Um das nochmal klarzustellen: SpaceX ist meiner Meinung nach noch recht weit davon entfernt, eine Boosterstufe nach einem Start rückkehren, und unbeschadet sowie wiederverwendbar landen zu lassen, und es steht in den Sternen, of das jemals im angedachten Maß oder der zur Zeit gedachten Art und Weise gelingen wird; ich habe trotz Hoffnung da immer noch so einige Zweifel, und erwarte teilweise massive Konzeptänderungen. Aber sie sind doch jetzt schon weiter auf diesem Weg vorangeschritten, als es jemals irgendein Anderer geschafft hätte, bzw. in der Praxis überhaupt voranzuschreiten versucht hätte.

-ZiLi-

Merkst Du eigentlich noch, dass Du Dich selbst belügst? Du formulierst Deine Aussagen nämlich so, als ob Spacex bei jedem seiner Starts versucht hätte, die Stufe unbeschadet zurückzubekommen. Das ist aber schlicht nicht der Fall.

Nein, ich habe nur ein gutes Gedächtnis. Bei der Falcon 1 wurde vor den Starts angekündigt die Stufe bergen zu wolen und wiederzuverwenden. Das kann man auch in der entsprechenden Berichterstattung z.B. bei Spacefligth now die ein Falcon Archiv haben nachlesen.

Auch beim ersten Start der Falcon 9 ging man davon aus dass die stufe heil runter kommen würde, wenn man sie auch nur inspizieren wollte. Auch das wurde in der Pressekonferenz gesagt.

Erst danach hat man es erst mal aufgeben und jetzt die Erwartungen heruntergeschraubt.

Das sind Fakten, nachprüfbar wenn man will. Macht natürlich Arbeit, weil bei SpaceX das meiste mündlich verlautbart wird und es Pressemeldungen gibt erst wenns geklappt hat wie eben beim Grashüpfer. So wird man es auf deren Seite nicht finden und bei den News Portalen muss man etwas suchen.

Nein, ich habe nur ein gutes Gedächtnis. Bei der Falcon 1 wurde vor den Starts angekündigt die Stufe bergen zu wolen und wiederzuverwenden. Das kann man auch in der entsprechenden Berichterstattung z.B. bei Spacefligth now die ein Falcon Archiv haben nachlesen.

Auch beim ersten Start der Falcon 9 ging man davon aus dass die stufe heil runter kommen würde, wenn man sie auch nur inspizieren wollte. Auch das wurde in der Pressekonferenz gesagt.

Man ist ganz sicher nicht davon ausgegangen, daß die Stufe heil herunterkommen würde. Man hat es versucht und man hat dabei Daten über die aerodynamischen Zustände gewonnen. Da ich nicht überzeugt bin, daß SpaceX das Unmögliche leistet, glaube ich nicht, daß man erst nach dem ersten Falcon 9 Flug angefangen hat, am jetzigen Konzept mit Triebwerkslandung zu arbeiten. Das hat schon früher begonnen. Sowas baut man nicht von der Idee bis Fertigstellung in knapp 3 Jahren.

Erst danach hat man es erst mal aufgeben und jetzt die Erwartungen heruntergeschraubt.

Das sind Fakten, nachprüfbar wenn man will. Macht natürlich Arbeit, weil bei SpaceX das meiste mündlich verlautbart wird und es Pressemeldungen gibt erst wenns geklappt hat wie eben beim Grashüpfer. So wird man es auf deren Seite nicht finden und bei den News Portalen muss man etwas suchen.

Man hat gar nichts aufgegeben. Man hat zielstrebig und schnell an einem funktionsfähigen Konzept gearbeitet. Diese Arbeit mündet darin, daß man "im Idealfall" schon Februar nächsten Jahres einen Rückflug mit weicher Landung durchführen will. Das ist optimistisch, ich rechne damit, daß es erst bei CRS-4 klappen wird, noch nicht bei CRS-3.

P.S. Korrigiere mal dein Quoting. Du hast deine Antwort in die Quote geschrieben, ist mir auch schon passiert.

SpaceX hatte es zunächst mit dem Fallschirm-Konzept und einer Wasserung versucht. Dabei hat man festgestellt, dass die Rakete stabiler gebaut werden müsste und zudem relativ hohe Bergungs- und Wartungskosten entstünden. Deshalb hat man die Idee mit der Landung entwickelt. Das ging dann wohl etwas schneller und so konnte man die Wiederverwendung relativ flott wieder ins Gespräch bringen. Das nenne ich zum einen flexibel und schnell reagiert und zum anderen werden da wohl ein paar Technikern in der Freizeit eine Menge Ideen durch den Kopf gegangen sein, mit denen sie dann einfach mal so zu ihrem Chef gegangen sind ... und der hat ebenso flexibel gesagt: "Probieren wir's!" Das ist eine andere Arbeitskultur als in "normalen" Firmen.

Die doch recht frühen Entwicklungsstufen, die wir hier von SpaceX zu sehen bekommen, werden von anderen Firmen unter größter Verschwiegenheit unternommen. Da wird den Mitarbeitern teilweise auch mit strafrechtlichen Konsequenzen gedroht. Ich möchte nicht wissen, was bei der Entwicklung von Windows Vista so alles schief gegangen ist. Es genügt bereits, das Endprodukt zu betrachten.

Im Übrigen gab es wohl keinen Shuttle-Flug ohne Fehler bei der Vorbereitung oder während der Mission. Nach Denkweise einiger Forenmitglieder wäre demnach die Erfolgsquote in der Nähe von 0%. Etwas übertrieben, wie ich finde. Die Mission CRS 1/Orbcomm hätte auch ihr zweites Missionsziel erreicht, hätte man bei der NASA nicht derartige Bedenken gehabt.

Ich kann mir nun durchaus vorstellen, dass einige Techniker erneut schneller zu Resultaten bei der Entwicklung eines Methan-Triebwerkes gekommen sind. Angesichts unserer heutigen technischen Möglichkeiten verwundert es mich ohnehin, dass man für manche Entwicklungen immer ewig und drei Tage benötigt. Roger hatte ja mal erzählt, dass er am ATV 25 Jahre lang gewirkt hat, bis es zum ersten Mal ins All gelangte. Und dann noch die Geschichte mit dem Rauchmelder für 170.000 Euro pro Stück ... Verkehrte Welt!

SpaceX hatte es zunächst mit dem Fallschirm-Konzept und einer Wasserung versucht. Dabei hat man festgestellt, dass die Rakete stabiler gebaut werden müsste und zudem relativ hohe Bergungs- und Wartungskosten entstünden. Deshalb hat man die Idee mit der Landung entwickelt. Das ging dann wohl etwas schneller und so konnte man die Wiederverwendung relativ flott wieder ins Gespräch bringen. Das nenne ich zum einen flexibel und schnell reagiert und zum anderen werden da wohl ein paar Technikern in der Freizeit eine Menge Ideen durch den Kopf gegangen sein, mit denen sie dann einfach mal so zu ihrem Chef gegangen sind ... und der hat ebenso flexibel gesagt: "Probieren wir's!" Das ist eine andere Arbeitskultur als in "normalen" Firmen.

Vger hat hier allerdings recht. Schon vor dem Erstflug der Falcon 1 propagierte SpaceX die Wiederverwendung als entscheidendes Feature, um konkurrenzfähige Startpreise zu erreichen und man gab sich überzeugt davon, dass dies schon bei der Falcon 1 funktionieren würde. Schon damals wurde hier im Forum darüber diskutiert, wobei einige (mich eingeschlossen) schon damals der Meinung waren, das dies nicht funktionieren würde. Ich kann mich erinnern, dass ich damals schon der Meinung war, dass eine Wiederverwendung auch nach einer "weichen" Wasserung fast unmöglich ist. Eine flüssigkeitsgetriebene Stufe ist viel zu empfindlich, um nach einem längeren Aufenthalt im Salzwasser wieder aufgearbeitet zu werden. Die Triebwerke z.B. sind noch mehrere 100 ° C heiß, wenn die Stufe im Wasser landet. Wer sich mit Metallverarbeitung auskennt weiß, dass sich durch eine so schnelle Abkühlung Gefügeveränderungen und Versprödungen ergeben. So ein Triebwerk könnte nie wieder eingesetzt werden. Auch sonst ist so eine Stufe viel zu empfindlich, allein die Korrosionsschäden machen eine wirtschaftliche Wiederverwendung unmöglich.

Natürlich waren schon damals einige Forumsmitglieder der Meinung, SpaceX hätte das natürlich alles bedacht und wüsste genau, was sie tun, dort würden ja keine Anfänger arbeiten. Am Ende kam es aber genau so, wie es die Kritiker vorausgesagt hatten: Kein Versuch einer Wasserung funktionierte, weder bei der Falcon 1 noch bei der Falcon 9. Nach dem ersten Flug der Falcon 9 hat es dann auch bei SpaceX geklingelt und man hat verstanden, das eine Wiederverwendung auf diese Art nicht machbar ist. Erst dann ist man zurückgerudert, hat erklärt, Wiederverwendung erfordert mehrere Versuche und SpaceX wäre auch ohne Wiederverwendung profitabel. Wäre das die ULA gewesen, so hätten das einige User hier zu Schlamperei und Gesichtsverlust hochstilisiert, weil man ja Versprachen machte und sie nicht gehalten hat. Aber da es ja SpaceX war, so ist das "flexibel und schnell reagiert, halt eine andere Arbeitskultur als in 'normalen' Firmen". Das Gegenteil ist eher der Fall: SpaceX hat in der Vergangenheit jede Menge Versprechungen gemacht, die sie nicht einhalten konnten. Seien es Startpreise oder Nutzlastangaben, alles änderte sich scheinbar im Monatstakt. Dazu kamen mehrere Entwicklungen, die ohne Angabe von Gründen einfach eingestellt wurden, so die Falcon 1e und die Falcon 5. Auch die Falcon 9 v1.1 war letztlich nur nötig, weil die Falcon 9 v1.0 die geplante Nutzlast nie erreichte, was Kritiker schon Jahre vorher vorausgesagt hatten. Um überhaupt brauchbare Nutzlasten in den GTO bekommen zu können, musste man die Falcon 9 v1.1 entwickeln, sonst wäre man beim profitablen Geschäft mit großen Nachrichtensatelliten außen vor geblieben.

@MR: Wenn man die Materialveränderungen durch den Temperaturschock beim Eintauchen ins kalte Wasser nicht bedacht hätte, dann wäre dies schon ein großer Fehler. Ist das wirklich so oder ist es nur eine Vermutung deinerseits?

Die Triebwerke z.B. sind noch mehrere 100 ° C heiß, wenn die Stufe im Wasser landet. Wer sich mit Metallverarbeitung auskennt weiß, dass sich durch eine so schnelle Abkühlung Gefügeveränderungen und Versprödungen ergeben. So ein Triebwerk könnte nie wieder eingesetzt werden. Auch sonst ist so eine Stufe viel zu empfindlich, allein die Korrosionsschäden machen eine wirtschaftliche Wiederverwendung unmöglich.

Aber das ist doch Unsinn. In der Brennkammer sind mehrere 1000 Kelvin und die Kühlkanäle kühlen das Triebwerk entweder mit flüssigem Wasserstoff bei 20 Kelvin (z.B. Vulcain, SSME etc..) oder bei Kerosin/lagerfähigem Treibstoff mit Raumtemperatur (SpaceX) und das geht über die volle Brennzeit und noch Acceptancetest und das Triebwerk würde noch mehr aushalten. Da gibt es riesige thermische Spannungen im Triebwerk über Minuten! Und da soll kurz kaltes Wasser zum Abschrecken am Ende das Triebwerk schädigen? Der Schaden ist doch vernachlässigbar gegenüber der Brennzeit.

Das Salzwasser dürfte eher ein Problem sein.

Erschreckend, was hier alles gepostet wird.

Hallo Tobi,

erschreckend? Wieso? Es ist sinnvoller mit Argumenten und Gegenargumenten zu arbeiten, nicht mit Urteilen. Dadurch wird dein Argument nicht besser. Jeder von uns lernt mal was dazu ...

Ich kann mich hier nur anschliessen.
Jeder sollte das Recht haben, seine Argumente vorzubringen.
Etwas weniger Emotionalität (Worte wie Unsinn, erschreckend,was hier alles gepostet wird) hilft, eine sachliche Diskussion voranzubringen.