Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Da gibt es wohl sehr viele Möglichkeiten. "Triebwerk ausgefallen" muß ja nicht bedeuten, daß es sich zerlegt hat. So etwas muß von Fall zu Fall entschieden werden.

Das stimmt, aber irgendetwas muss ja dran sein, denn andernfalls hätte es wohl weitergebrannt. Meinst du, dass man diesen Fehler im montierten Zustand suchen sollte?

In dem Fall wird es sicher zu teuer, wenn ich mir so die "gelandete Stufe" ohne funktionstüchtiges Bremstriebwerk vorstelle. 

Das klingt überzeugend! 

Also, solange nicht eine Triebwerksversion an den Start geht (so Merlin 1R oder 1S ), die sich soweit drosseln lässt, dass man mit zwei laufenden Triebwerken landen kann, bedeutet der Ausfall des zentralen Triebwerks gleichzeitig den Totalverlust der Stufe.

Auch wenn es sich zerlegt, dafür gibt es die Kevlar-Schürzen, mit denen die benachbarten Triebwerke geschützt werden sollen. Das hat ja schon einmal funktoniert. Egal, ob die Stufe danach noch einmal fliegen darf, wird großes Interesse bei SpaceX bestehen, sie zurückzufliegen für eine gründliche Überprüfung. Vorausgesetzt, der Treibstoff reicht dafür. Es kommt drauf an, wann es passiert. Nach ungefähr maxQ fangen sie sowieso an zu drosseln. Sie drosseln dann eben nicht und es wird nicht mehr Treibstoff verbraucht. Nur bei frühem Ausfall kostet es Treibstoff, den man für den Rückflug brauchen würde. Fragt sich nur, ob der Mann (von der AirForce) am roten Knopf das zuläßt.

Wie du schon sagtest: Die Kevlar-Schürzen sollen die benachbarten Triebwerke schützen. Beim letzten Mal hat das zufriedenstellend funktioniert - keine weiteres Aggregat hat ausgesetzt. Das ist aber keine Garantie für das nächste Mal, und es ist auch nicht gesagt, dass die Nachbarn völlig unbeschädigt geblieben sind.

Also noch einmal zu den Konsequenzen: Wenn die durch den Ausfall verursachte Drosselung zu hoch ist, man aber durch einen "Ex-und-hopp"-Flugmodus die Nutzlast noch in den richtigen Orbit bringen kann, dann wird man es doch wohl tun. Stimmst du zu?

Und nun zum anderen Fall: Der Triebwerksausfall erfolgte erst nach Drosselung, und die restlichen wurden wieder höher geregelt. Stufe landete sauber. Würdest du jetzt dafür plädieren, das ausgefallene Triebwerk zwecks genauer Untersuchung auszubauen? Oder was würdest du tun?

Also noch einmal zu den Konsequenzen: Wenn die durch den Ausfall verursachte Drosselung zu hoch ist, man aber durch einen "Ex-und-hopp"-Flugmodus die Nutzlast noch in den richtigen Orbit bringen kann, dann wird man es doch wohl tun. Stimmst du zu?

Ja, selbstverständlich. Ich habe oft genug argumentiert, man braucht den Treibstoff entweder, um bei Triebwerksausfall die Nutzlast trotzdem in den Zielorbit zu bringen, oder man benutzt ihn für den Rückflug, wenn nichts ausfällt.

Und nun zum anderen Fall: Der Triebwerksausfall erfolgte erst nach Drosselung, und die restlichen wurden wieder höher geregelt. Stufe landete sauber. Würdest du jetzt dafür plädieren, das ausgefallene Triebwerk zwecks genauer Untersuchung auszubauen? Oder was würdest du tun?

Ja selbstverständlich. Ich habe nie etwas anderes gesagt. Ich habe auch für den Fall, daß das Triebwerk erfolgreich gearbeitet hat, aber irgendwelche Anzeichen für irgendein Problem bestehen, das Triebwerk ggf. auszubauen und zu prüfen. Schließlich kann SpaceX das sehr schnell.

Dragon hat ca. 1,3t hypergolen Treibstoff. Damit ist Abbremsung und Landung mit SuperDraco abgedeckt, reichlich. Die Stufe wiegt weniger als ein Dragon. Also wird für Bremsung aus dem Orbit und Landung auch weniger Treibstoff gebraucht. Sogar deutlich weniger, weil die SuperDraco im Dragon ja nicht senkrecht nach unten feuern und es so hohe Verluste gibt. Also weniger als eine Tonne für Treibstoff. Geschwindigkeit weit unter Mach 1 durch Luftbremsung.

Die Stufe soll für die Landung aus Sicherheitsgründen vom Meer her kommen. Das tut sie nach 12 Stunden über dem Startplatz, weil sich die Erde einmal halb gedreht hat in der Zeit. Also kein Problem, am Startplatz runterzukommen nach einem halben Tag maximal, ohne zusätzlichen Treibstoffeinsatz.

Die Schwierigkeit bei der 2. Stufe liegt im Wiedereintritt eines zylindrischen Körpers und der Lagestabilisierung dabei. Besonderes Problem dabei, das schwere Triebwerk ist hinten und schiebt. Irgendwann, wenn die Stufe nicht mehr zu schnell ist, muß sie aus der Orientierung Spitze mit Hitzeschild zuerst in die Orientierung Triebwerke zuerst gedreht werden.

Weitere Schwierigkeit, das Merlin-Triebwerk hat viel zu viel Schub für die Landung. Man braucht also zusätzliche Triebwerke nur für die Landung, wohl zwei SuperDraco und einen extra Tank für den hypergolen Treibstoff. Wenn man einen Trick finden könnte, das Merlin genug zu drosseln, würde vieles einfacher, aber das wird wohl nicht klappen.



Wiedereintritt mit Kegel (Kapsel) ist "einfach" und vielfach erprobt. Zylinder wird schwieriger. Zum Glück ist PicaX extrem leicht und selbst ein sehr großer Hitzeschild bringt nicht zu viel Gewicht.

wie wäre es den mit drei oder vier ausschwenkbaren Bremsflossen am oberen Stufenende?
Ist natürlich klar, dass diese auch in der Lage sein müssen die Reibungshitze auszuhalten.

wie wäre es den mit drei oder vier ausschwenkbaren Bremsflossen am oberen Stufenende?
Ist natürlich klar, dass diese auch in der Lage sein müssen die Reibungshitze auszuhalten.

Ich könnte mir vorstellen, daß die Flossen beim Start am oberen Ende der Stufe versenkt wären und später in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit mehr oder weniger nach außen klappen würden. Das könnte das Temperaturproblem entschärfen und gleichzeitig die jeweils benötigte Steuerfläche in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit verfügbar machen. Das Konzept wäre ja nicht ganz neu und am Gewicht würde das nicht viel ändern: die mechanische Beanspruchung wäre dann im Gegensatz zu starren nicht versenkbaren Flossen über den ganzen Geschwindigkeitsbereich gleichmäßiger.

Zitat von: Kelvin am 12. März 2014, 13:11:08

Da gibt es wohl sehr viele Möglichkeiten. "Triebwerk ausgefallen" muß ja nicht bedeuten, daß es sich zerlegt hat. So etwas muß von Fall zu Fall entschieden werden.

Das stimmt, aber irgendetwas muss ja dran sein, denn andernfalls hätte es wohl weitergebrannt. Meinst du, dass man diesen Fehler im montierten Zustand suchen sollte?

So meinte ich das nicht. Ich meinte nur, daß man die Nachbartriebwerke dann nicht untersuchen muß, wenn es eine Störung bei einem Triebwerk gab, die andere Triebwerke nicht beschädigen konnte. Sofern das natürlich kein grundsätzliches Problem war.

Das Störung selbst muß immer untersucht werden. Ob im eingebauten oder ausgebauten Zustand hängt aber vermutlich vom konkreten Problem und der Konstruktion ab. Es wird vielleicht auch Komponenten geben, die man vielleicht auch im eingebauten Zustand wird wechseln können. Idealerweise die schon angesprochenen Teile mit geringerer Lebensdauer.

Das Konzept der vielen Triebwerke hat übrigens hier noch einen kleinen Nebenvorteil: Durch die relativ hohe Zahl der gefertigten und im Realbetrieb verwendeten Triebwerke wird man schneller die kritischen Punkte beim einzelnen Triebwerk finden und bereinigen können. Das führt zu einer schnelleren "Reifung" der Konstruktion. Das Problem, welches zu der berühmten "Anomalie" geführt hat, hätte man sonst vielleicht noch nicht entdecken und bereinigen können.

ich sehe vor allem zwei Ecken wo man ein genauen Blick drauf werfen muss:
1) die Turbopumpen
2) die Hauptbrennkammer

bei der Turbopumpe muss man schauen das die auch dann noch eine Zeitlang langsam weiter gedreht werden wenn das Triebwerk keinen Schub mehr liefert, das ist deswegen nötig damit die heiße Turbinenwelle sich nicht durch biegt. Das ist das gleiche was man bei Flugzeugen auch macht.
Wie das aber bei der Brennkammer ist bin ich überfragt, ich denke man wir zumindest solange kühlen müssen bis es nirgenswo noch Hotspots gibt welche Oberflächen schädigen können.

Hallo,

hier ein Video von einer Testzündung (Static Fire) der F9R:
wsF9R Static Fire

Cool! Es geht nun endlich los mit F9R! Hoffentlich werden die Flüge von F9R in kürzeren Intervallen und mit höheren "Sprüngen" stattfinden als mit Grasshopper.

Moin,

dieser Test ist schon einige Wochen her (Februar ?), sichtbar an der geringen Schwärzung des unteren Tankbereichs vor der Zündung. Man vergleiche mit dem Bild in Beitrag #964 hier im Thread.

Cool! Es geht nun endlich los mit F9R! Hoffentlich werden die Flüge von F9R in kürzeren Intervallen und mit höheren "Sprüngen" stattfinden als mit Grasshopper.

Höher als Grashopper-1 wird die 'F9R' in McGregor nicht fliegen, da dort wohl nur eine Maximalhöhe von rund 1000 m gestattet ist. Dafür zieht man dann irgendwann nach New Mexico um, in die Wüste, wo man auch höher aufsteigen darf.

Und das wird auch nötig sein, denn um das komplette Landeverfahren zu demonstrieren, muß man (aus meiner Sicht) wenigstens einmal folgende 'Mission' erfolgreich fliegen:

1) Start der F9R und Aufstieg auf mehrere Kilometer Höhe.
2) Ausschalten aller Triebwerke
3) Freifall der Stufe, bis normale Fallgeschwindigkeit (ca.240 km/h) erreicht ist
3) Zünden der Landetriebwerke und weiche Landung auf den Punkt

Während der steps 2-4 in diesem Scenario können dann die Landebeine ausgeklappt werden.

Gruß
roger50

1) Start der F9R und Aufstieg auf mehrere Kilometer Höhe.
2) Ausschalten aller Triebwerke
3) Freifall der Stufe, bis normale Fallgeschwindigkeit (ca.240 km/h) erreicht ist
4) Zünden der Landetriebwerke und weiche Landung auf den Punkt

Das wird nicht reichen. Die in meinen Augen kritischen Punkte bei der ersten Stufe sind der Wiedereintritt bzw die Stabilisierung des Wiedereintritts und das Wendemanöver der Stufe nach dem Wiedereintritt, um den Triebwerksblock in Flugrichtung zu bringen. Auch den Landeanflug mit einem viel zu schubstarken Triebwerk, das die Geschwindigkeit extrem genau in der Höhe auf 0 reduzieren muss, stelle ich mir nicht ganz einfach vor. Bei der zweiten Stufe potenzieren sich diese Probleme noch. Das kann man alles kaum richtig testen ohne eine echte Mission. Insgesamt ist das Thema so komplex, das ich massive Zweifel habe, ob selbst die Wiedervereinigung der ersten Stufe wirtschaftlich machbar ist, selbst wenn man die Stufe intakt runterbringt. Bei der zweiten Stufe klappt das dann garantiert nicht mehr, da sind einfach viel zu viele sich komplett widersprechende Anforderungen.

Moin,

mein Post war auch ausschließlich auf Tests mit "Grashopper-2", "F9R", oder wie das Ding jetzt immer heißt, bezogen. Damit kann man immerhin zeigen, daß man eine frei fallende Raketenstufe sauber landen kann.

Ansonsten gebe ich Dir weitgehend recht. Den kritischsten Teil der gesamten Mission hat SpX noch nicht einmal ansatzweise probiert: den Rückflug einer Stufe über 50-200 km unter wechselnden Luftdichteverhältnissen, verschiedenen Windstärken und Windrichtungen und sonstigen Wetterverhältnissen. Um dann eine Fläche von vielleicht 50x50 m zu treffen.

Lustig wird's dann ja erst recht bei der F9 Heavy, wenn 2 oder gar drei Erststufen gleichzeitig den Landeplatz anfliegen und sich um die freie Fläche streiten....

Gruß
roger50

Den kritischsten Teil der gesamten Mission hat SpX noch nicht einmal ansatzweise probiert: den Rückflug einer Stufe über 50-200 km unter wechselnden Luftdichteverhältnissen, verschiedenen Windstärken und Windrichtungen und sonstigen Wetterverhältnissen. Um dann eine Fläche von vielleicht 50x50 m zu treffen.

Wiedereintritt und Kontrolle hat man schon beim Cassiope-Flug demonstriert. Bis auf die Sache mit dem Spin auch erfolgreich. Landegenauigkeit ist richtig, das müssen sie noch beweisen. Es ist schwierig, aber mit der heutigen Elektronik nicht unlösbar. Ich weiß nicht, ob sie für die Präzision irgendwelche Einrichtungen wie Funkfeuer und Radar guidance brauchen, die sie über dem Meer nicht haben. Aber um das zu perfektionieren, haben sie die Falcon9-R.

Der größte Teil des Fluges ist in der Hochatmospäre, wo Wind weniger kritisch ist. Erst bei der Landung spielt es eine Rolle, aber die ist ja nur Minuten nach dem Start und das Wetter mußte schon beim Start passen, man wird also keine Extreme erwarten müssen.

Den einzigen wirklch kritischen Punkt sehe ich bei der eigentlichen Landung. Mit dem für diesen Zweck eindeutig überdimensionierten Triebwerk ist es schwierig und der alte Grasshopper kann das kaum annähernd demonstrieren

Lustig wird's dann ja erst recht bei der F9 Heavy, wenn 2 oder gar drei Erststufen gleichzeitig den Landeplatz anfliegen und sich um die freie Fläche streiten....

Gruß
roger50

Vor allem wirds spannend und spektakulär. Eine große zusätzliche Schwierigkeit ist es nicht. Ich denke auch, es werden bei der Heavy hauptsächlich die Booster sein

.

Wiedereintritt und Kontrolle hat man schon beim Cassiope-Flug demonstriert.

Das erscheint mir etwas übertrieben, da gleich von demonstrierter Kontrolle zu sprechen.

Es ist schwierig, aber mit der heutigen Elektronik nicht unlösbar.

Die Elektronik ist nicht der limitierende Faktor. Da wäre man schon in den 70-80ern so weit gewesen, oder wieviele Millionen Berechnungen pro Sekunde möchtest du denn durchführen? Die ingenieurstechnische Komplexität des Ganzen scheint mir viel eher die Krux zu sein.

Den einzigen wirklch kritischen Punkt sehe ich bei der eigentlichen Landung. Mit dem für diesen Zweck eindeutig überdimensionierten Triebwerk ist es schwierig und der alte Grasshopper kann das kaum annähernd demonstrieren

Weshalb ist ein einzelnes Merlin 1D Triebwerk für das Landen von ca. 15-30t Trockenmasse "eindeutig überdimensioniert"? Das sah schon beim alten Grasshopper nicht unbedingt überdimensioniert aus und es soll ja auch im späteren Normalbetrieb der Falcon 9R nur ein Merlin-Triebwerk zünden.

Zitat von: Führerschein am 31. März 2014, 08:50:00

Wiedereintritt und Kontrolle hat man schon beim Cassiope-Flug demonstriert.

Das erscheint mir etwas übertrieben, da gleich von demonstrierter Kontrolle zu sprechen.

Da sind wir offenbar unterschiedlicher Meinung.

Zitat

Den einzigen wirklch kritischen Punkt sehe ich bei der eigentlichen Landung. Mit dem für diesen Zweck eindeutig überdimensionierten Triebwerk ist es schwierig und der alte Grasshopper kann das kaum annähernd demonstrieren

Weshalb ist ein einzelnes Merlin 1D Triebwerk für das Landen von ca. 15-30t Trockenmasse "eindeutig überdimensioniert"? Das sah schon beim alten Grasshopper nicht unbedingt überdimensioniert aus und es soll ja auch im späteren Normalbetrieb der Falcon 9R nur ein Merlin-Triebwerk zünden.

Grasshopper war durch das Landegestell und noch mehr durch zusätzlichen Treibstoff sehr stark beschwert. Nur dadurch war es möglich, so zu fliegen, wie gezeigt. Die Falcon9 Stufe wiegt aber unter 20t, manche sagen 13. Dafür ist das Merlin-Triebwerk ziemlich massiv überdimensioniert.

Da sind wir offenbar unterschiedlicher Meinung.

Was ja nicht schlimm sein muss....

An 13t kann ich nur für die Stufenstruktur insgesamt glauben, nicht aber für das Gesamtsystem mit 9 Triebwerken.
Hmmm, also unter dem Link:
http://www.spaceflight101.com/falcon-9-v11.html
werden 18t Trockengewicht der ersten Sufe angegeben. Ich halte von derlei Zahlen aber nicht sehr viel.
Nur als Beispiel die Zahlen auf besagter Seite:
Gesamtmasse der Falcon 9v1.1: 506t

1. Stufe:
Trockenmasse: 18t
Gesamtmasse: 390t

2. Stufe:
Trockenmasse: 4,9t
Gesamtmasse: 75,7t

75,7t + 390t = 465,7t  + von mir aus 10t Nutzlast  = 475,7t --> Wo sind jetzt die restlichen 30t zum Startgewicht geblieben? Im Fairing?

Oder einmal anders:
Bei der Ariane 5 ECA  sollen es 88% Sprit und 12% Struktur sein. Wenn ich das auf eine Falcon 9v1.1 (ca. 506t Startmasse) umrechne, sind das dort immerhin 60t Struktur + Nutzlast und davon hat die erste Stufe sicherlich mehr als 70%.
Außerdem ist ein Merlin 1 C Triebwerk mit 420kN Schub auf Meereshöhe und sagen wir 80% Leistung nur noch im Stande 33t zu heben. Also für mich stimmt das alles....

Edit: Wenn man dann noch bedenkt, dass das einzelne Triebwerk kinetische Energie der Sinkflug-Phase abbauen muss, in der das Triebwerk noch nicht gezündet war, ist das doch noch plausibler.

Nein, Meinungsverschiedenheiten sind wirklich nicht schlimm.

Ich habe 13t nur erwähnt, weil von denen auch mal irgendwo die Rede war. Meist rechnet man mit 18t. Mit der Ariane muß sich Falcon wirklich nicht vergleichen. Die Feststoffbooster bringen viel strukturelles Gewicht.

Übrigens von Wikipedia zur ersten Stufe der Ariane:

Ihr Leergewicht beträgt dank extremer Aluminium-Leichtbauweise nur 12,5 Tonnen

Allerdings trägt die sich nicht einmal selber ohne Druck im Tank, laut Wikipedia. Falcon 9 trägt sich selber und die Oberstufe mit Nutzlast ohne Druck. Erst betankt braucht sie Druck zur Stabilisierung.

Das Triebwerk von Grasshopper ist ein Merlin 1D, kein C, auch wenn der Tank nur von der Falcon 9 1.0 ist. Schub 650kN. Selbst 30% gedrosselt ist das noch mehr als doppelt so viel, wie für Schwebeflug erforderlich wäre.

Ein intermittierender Betrieb ist ausgeschlossen? Merlin ist ja doch wiederzündbar....

Wie oft lässt es sich denn wiederzünden? Tatsächlich beliebig oft oder doch nur eine limitierte Anzahl von Malen?

Ein intermittierender Betrieb ist ausgeschlossen? Merlin ist ja doch wiederzündbar....

Ich denke, mit einem Triebwerk mit Turbopumpe kann man sowas nicht machen. Mit druckbetriebenen Triebwerken geht sowas.

Letztlich können wir diskutieren wie wir wollen. Man wird sehen wie der Grasshopper v1.1 sich bewähren wird. Die Berechnungen der SpaceX-Ings. werden schon einigermaßen stimmen.

Das Triebwerk von Grasshopper ist ein Merlin 1D, kein C.

Sorry, Folgefehler beim Nachgoogeln daher unvermeidlich....:-).

Das gleiche Problem besteht mit den Angaben auf folgender Seite:
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/iss/start_ariane5.shtml
Bei einer Startmasse von 777t und einer Treibstoffmasse von 681,18t stimmt bei einer Ariane 5 was nicht, wenn die große erste Stufe tatsächlich nur 12,5 Tonnen wiegt.
Sorry, ich komm nicht auf den Denkfehler.

Zitat von: Führerschein am 31. März 2014, 08:50:00

Wiedereintritt und Kontrolle hat man schon beim Cassiope-Flug demonstriert.

Das erscheint mir etwas übertrieben, da gleich von demonstrierter Kontrolle zu sprechen.

Im wesentlichen war es das. Zuvor wurde ja von nicht wenigen Behauptet es wäre nahezu unmöglich. SpaceX hat es aber weitgehend geschafft. Nicht perfekt und auch nicht 100% so wie es sein sollte, aber die Stufe ist bis zur Meeresoberfläche intakt geblieben. Dieser Erfolg war für einen ersten Versuch schon eine sehr positive Überraschung. Das allein war schon ein Meilenstein.

Man verfolgt halt einen Step by Step-Ansatz. Musk und Shotwell sagten ja selber, dass sie einige "rauchende Krater" im Testprogramm erwarten / einkalkulieren. Shotwell meinte sogar mal Musk wäre etwas sauer gewesen, dass es bei Grasshopper 1 nicht dazu kam, denn kein Crash heisst für ihn "Man hat es nicht bis ans Limit" getestet"

....denn kein Crash heisst für ihn "Man hat es nicht bis ans Limit" getestet"

Das ist für mich das Zeichen, daß er noch genug Knete hat   

Zitat von McFire

Zitat
    ....denn kein Crash heisst für ihn "Man hat es nicht bis ans Limit" getestet"

Das ist für mich das Zeichen, daß er noch genug Knete hat   

...oder einen an der Klatsche... 

Nein jetzt mal ernsthaft!
Zitat von Führerschein:

Zitat von: McFire am Heute um 12:43:59

    Ein intermittierender Betrieb ist ausgeschlossen? Merlin ist ja doch wiederzündbar....


Ich denke, mit einem Triebwerk mit Turbopumpe kann man sowas nicht machen. Mit druckbetriebenen Triebwerken geht sowas.

Ist zwar nicht wirklich umweltfreundlich, aber könnte man die Turbopumpe nicht auf voller Drehzahl weiterlaufen lassen und Kerosin und LOX statt in die Brennkammer, getrennt in die Atmosphäre blasen?
(Der ganz grobe "quick and DIRTY"-Ansatz) 

LG Rücksturz

Oder das Mischungsverhältnis soweit ändern dass das Triebwerk zwar noch Arbeitet, aber kaum noch Schub erzeugt.
Falls das mit einem hohen Sauerstoffüberschuss geht (Korrosion?) , dürfte das Triebwerk das bisschen Kerosin immer noch verbrennen, aber der Schub müsste stark zurückgehen und für die Umwelt sollte das eher unproblematisch sein.
Ich gehe aber eh davon aus das es nach dem erfolgreichen Abschluss der Entwicklung des Raptor Triebwerks, es ein Merlin 2.0 geben wird.
Ob das damit besser wird, weiß ich aber auch nicht.