Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Ein möglicher Landeplatz Falcon 9 Erststufe am Cape ist wohl nördlich von SLC 39B, siehe hier:
http://masterplan.ksc.nasa.gov/Intro/Future%20Development%20Plan

Land Use Description - The ability to accommodate vertical landing capability will promote reusability of space flight hardware and significantly lower the price point for access to space.

Future Development - In anticipation of these advances, KSC has designated areas along it’s north eastern secure boundary as lands that could accommodate such activity. Due to the nature of these activities, QD arcs, landing hazard impact limit lines, other safety setback, and exposure limits requirements will be imposed for safe operations.

Aha nur wenige Kilometer von der SLC39B, wo die Milliardeninvestition SLS starten soll. Trotzdem scheint das hier ok zu sein, nur CNES in Französisch Guyana sieht mal wieder enorme Sicherheitsprobleme mit wiederzurückkommenden Stufen bei 300km Küste in einem quasi unbewohntem Département von Frankreich.

Hallo zusammen,
Ich hab das Ganze mal in Kerbal Space Program Simuliert und mit dem richtigen Timing der Stufentrennung klappt es auch  . Start , Stufentrennung und Rückflug der ersten Stufe zum Startplatz.
 
Hier gucken: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=11990.60

Gruß Patrick

Tadaa!!!
ws

Neues Grasshoppervideo, diesmal mit kleinen Grid-Fins!

Ich habe neulich hier noch spekuliert, dass F9R Fins wie bei einer modernen Bombe bekommt und voila, da sind sie! Diese Fins sind für Lenkung, wenn das Triebwerk nicht brennt. Mit diesen Fins kann man den Landplatz genau anfliegen!

Ob diese Fins bereits übermorgen beim Orbcommflug mit am Start sind?

Tadaa!!!


Neues Grasshoppervideo, diesmal mit kleinen Grid-Fins!

Ich habe neulich hier noch spekuliert, dass F9R Fins wie bei einer modernen Bombe bekommt und voila, da sind sie! Diese Fins sind für Lenkung, wenn das Triebwerk nicht brennt. Mit diesen Fins kann man den Landplatz genau anfliegen!

Ob diese Fins bereits übermorgen beim Orbcommflug mit am Start sind?

Spektakuläre Bilder. Ja mit diesen Grid-Fins ist klar, wie Präzisionssteuerung über das gesamte Flugprofil möglich ist. Nur mit den Kaltgasdüsen war das wohl nicht machbar. Das erklärt auch, warum man bisher nicht wirklich versucht hat, ein Ziel genau zu treffen. Ob man das wohl schon länger vorhatte oder erst nach dem ersten Flug wußte, daß sie nötig werden?

Interessant zu sehen, daß man die Finnen aus- und einklappen und auch drehen kann. Da müssen recht kräftige Gelenke und Aktuatoren in Aktion sein. Schön, daß man dafür eine extra Kameraposition spendiert und über die gesamte Flugdauer gezeigt hat.

Beim Orbcomm Flug? Schön wärs aber extrem unwahrscheinlich.

Schönes Video

Ich frage mich ob diese Leitwerke dann beim Start zusätzlich noch aerodynamisch verkleidet werden oder ob die so einfach nur angelegt bleiben? Denn die aerodynamischen Belastungen bei MaxQ sind da net zu unterschätzen, ausserdem wirken sich solche Teile negativ auf die Stabilität der Rakete im Aufstieg aus wenn sie relativ weit oben angebracht sind.

Verkleidungen der Leitwerke könnten dann am besten in dem Moment abgesprengt werden wenn die Stufe nach der Seperation um 180° gedreht wurde und die retrograde Zündung beginnt.

Moin,

ja, interessante Neuerung.

Diese Fins sind für Lenkung, wenn das Triebwerk nicht brennt. Mit diesen Fins kann man den Landplatz genau anfliegen!

Ich würde sagen: Mit diesen Fins kann man die Stufe innerhalb der dichteren Atmosphäre besser stabilisieren.

Beim Orbcomm Flug? Schön wärs aber extrem unwahrscheinlich.

Da dies der erste Test war, die Orbcomm-F9 aber schon sein Monaten fertig ist, definitiv: nein.
Siehe auch das Photo der Rakete im entspr. Thread vor dem ersten Startabbruch. Nix Fins.

Ich frage mich ob diese Leitwerke dann beim Start zusätzlich noch aerodynamisch verkleidet werden oder ob die so einfach nur angelegt bleiben? Denn die aerodynamischen Belastungen bei MaxQ sind da net zu unterschätzen, ausserdem wirken sich solche Teile negativ auf die Stabilität der Rakete im Aufstieg aus wenn sie relativ weit oben angebracht sind.

Das ist nicht nötig, siehe die bemannten Sojus-Starts. Dort gibt es solche unverkleideten Fins am Fairing. Werden erst zusammen mit dem Fairing abgesprengt, wenn die Rakete längst MaxQ passiert hat.

Gruß
roger50

Ein tolles Video von Grasshopper... aber am Ende hab ich geglaubt, ich hab was mit den Augen, denn plötzlich trabt gemächlich eine Longhorn-Herde am landenden Grasshopper vorbei... unbeeindruckt. Daß die armen Viecher von dem infernalischen Lärm nicht panisch werden, wundert mich...

Ein tolles Video von Grasshopper... aber am Ende hab ich geglaubt, ich hab was mit den Augen, denn plötzlich trabt gemächlich eine Longhorn-Herde am landenden Grasshopper vorbei... unbeeindruckt. Daß die armen Viecher von dem infernalischen Lärm nicht panisch werden, wundert mich...

Fiel mir auch auf. Die sind inzwischen dran gewöhnt. Auf dem ersten Video von Grasshopper sind sie noch gerannt.

Ich glaube, da täuscht die Perspektive. Ich gehe davon aus, dass die Kamera sehr weit vom Startplatz weg ist und stark reingezoomt und die Rinder daher näher an der Rakete scheinen, als sie tatsächlich sind.

Das ist übrigens eine HD Onboardkamera, ist die jetzt beim Orbcommflug auch dabei?

Ich hoffe, das sie dann einen robusteren Video-Übertragungsmodus verwenden. Auf das andauernde "awaiting vehicle downlink" und ein weiteres zerstörtes Video können wir gerne verzichten. (Auch wenn es natürlich interessant ist, zu sehen, wie die Information wiederhergestellt wird  ).

Ich hoffe, das sie dann einen robusteren Video-Übertragungsmodus verwenden. Auf das andauernde "awaiting vehicle downlink" und ein weiteres zerstörtes Video können wir gerne verzichten. (Auch wenn es natürlich interessant ist, zu sehen, wie die Information wiederhergestellt wird  ).

Man muß an die Umstände denken, unter denen das Video empfangen wurde. Die NASA wollte ein Spezialflugzeug schicken, das wurde aber wegen der Wetterbedingungen nicht gestartet. Es sollten Bergungsschiffe vor Ort sein, die auch Empfangsanlagen gehabt hätten. Aber selbst Schiffe sind wegen der Wetterbedingungen nicht in das Landegebiet gefahren. Empfangen hat man dann mit einer kurzfristig improvisierten Antenne aus einem Pizzateller durch die Fenster von Elon Musks Privatflugzeug. Eher ein Wunder, daß man überhaupt was empfangen hat. Die Telemetrie sogar brauchbar, nur den Videostrem sehr schlecht. Aber das alles wurde im CRS-3 Thread diskutiert.

Aber ein anderer Videomodus hätte auch geholfen, das stimmt.

Eben merke ich, dass wiedereinmal das Senden bei mir nicht funktioniert hat, da ich den Beitrag gesichert hatte, kann ich ihn nun nachreichen:

Hallo tobi, hallo roger50, 

Tadaa!!!          ... Rocket Cam and Wide Shot
Neues Grasshoppervideo, diesmal mit kleinen Grid-Fins! ...

Tadaa!!!
Dem kann ich mich nur anschließen!
1 Bild > 100 000 Worte!

... siehe die bemannten Sojus-Starts. Dort gibt es solche unverkleideten Fins am Fairing. Werden erst zusammen mit dem Fairing abgesprengt, wenn die Rakete längst MaxQ passiert hat. 

Das ist mir auch sofort in den Sinn gekommen, doch erscheinen mir die Fins der Sojus etwas robuster zu sein. Immerhin gehören sie zur Flug-Stabilisierung im Rettungsfall, sind zwar nicht drehbar und damit bahnlenkend, sondern nur ausklappbar und bahnstabilisierend, müssen aber das 20-fache g kurzzeitig mitmachen.

Gruß, HausD

Moin,

hier der Link zu einem Artikel über die Wirkung von Grid Fins bei milit. Missiles. Artikel ist in englisch:

http://www.aerospaceweb.org/question/weapons/q0261.shtml

Gruß
roger50

Also ist das wohl schon eine ältere und erprobte Technik?

Die interessante Frage ist natürlich, wieviel Cross-Range hier erzeugt werden kann, für jeden Kilometer, die die erste Stufe herunterfällt.

Die JDAM hat eine Reichweite von bis zu 28 km, was einer Gleitzahl von 2 entsprechen dürfte (bei Abwurfhöhe 14km). Die Flügel sind nur relativ klein und die Masse der Bombe dürfte auch noch relativ hoch sein. Bei der F9R ist die Stufe sehr sehr leicht, wenn fast kein Treibstoff mehr geladen ist, dafür sind die Flügel bei der F9R im Verhältnis zur Länge nochmal deutlich kleiner.

JDAM hat eine Zielgenauigkeit von realisierten 7 Meter, spezifiert sind 13 Meter (mittels GPS und Inertialnavigation) laut Wiki. Wenn SpaceX Funkfeuer einsetzt, dann sind ein Meter und weniger bestimmt machbar.

https://en.wikipedia.org/wiki/Joint_Direct_Attack_Munition

Ich schätze mal, das für jeden Kilometer, die die Stufe fällt der Landepunkt um ca. 50-100 Meter bewegt werden kann. Bei 50 km Fallhöhe in Atmosphäre, kann dann also der Landepunkt 2,5-5km bewegt werden, so genau müsste dann der Boostback sein.

N'abend,

Also ist das wohl schon eine ältere und erprobte Technik?

Kann man wohl so sagen. Bislang wurden solche Fins aber eigentlich nur zur Stabilisierung eingesetzt, und das AFAIK auch nur in der russischen Raumfahrt, seit den 60er-Jahren.

Die Fairings aller Sojus-Kapsel seit #1 besaßen diese Fins. Auch die Protons für die Zond/LK-1Missionen.

Die größten Grid Fins kamen wohl bei der N-1 Mondrakete zum Einsatz, waren jeweils mehrere Quadratmeter groß und waren beim Abheben schon ausgeklappt.



Gruß
roger50

@tobi:
Ich denke die Wirkung der Flossen wird oberhalb von 25km wohl kaum eine Rolle spielen, der Luftdruck sinkt um den Faktor 2 alle 5,5km Höhe, also schon in 22km Höhe nur noch der 16-Teil.

Andererseits gibt es "unten" die meisten Störeinflüsse, da ist es wichtig von Anfang an die Rakete stabil zu halten. Weiter oben wird die Effektivität durch die steigende Geschwindigkeit noch ein Weilchen gehalten. Bis dann halt nix mehr wirkt. Aber da ist, denke ich, das Gröbste getan für die Fins.
Die Effektivität bei einem Abstieg unterliegt m.E. wohl den gleichen Wirkmechanismen.

Oben in der Atmosphäre ist die Stufe aber auch viel schneller. Ich erinnere daran, dass Auftrieb und Luftwiderstand ungefähr proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit sind.

Das ist schon klar, aber man erinnere sich nur an den Absprung von Baumgartener, obwohl der sehr schnell wurde, war seine Lagekorrektur erstmal wohl ziemlich wirkungslos, wohl wegen dem sehr niedrigen Luftdruck.
Aber egal, zumindest unterhalb von 15km wird es sicher helfen.

Das ist schon klar, aber man erinnere sich nur an den Absprung von Baumgartener, obwohl der sehr schnell wurde, war seine Lagekorrektur erstmal wohl ziemlich wirkungslos, wohl wegen dem sehr niedrigen Luftdruck.
Aber egal, zumindest unterhalb von 15km wird es sicher helfen.

Ich kann mir ehrlich gesagt kaum vorstellen, wie man mit diesen kleinen Steuereinheiten größere Landepositions-Korrekturen fliegen will. Ich würde stark davon ausgehen dass das mehr oder weniger ausschließlich der Stabilisierung dienen soll.

Ich kann mir ehrlich gesagt kaum vorstellen, wie man mit diesen kleinen Steuereinheiten größere Landepositions-Korrekturen fliegen will. Ich würde stark davon ausgehen dass das mehr oder weniger ausschließlich der Stabilisierung dienen soll.

Ich gebe zu, die sehen klein aus. Aber wenn sie nur für die Stabilisierung wären, dann würden sie einfach ausklappen. Die gezeigten Eigenschaften mit drehen, ausklappen und einstellen des Winkels zu jedem Zeitpunkt sind eindeutig für Steuerung ausgelegt. Wobei es hauptsächlich nur nötig ist, die Stufe etwas gegen die Luftströmung anzustellen, die eigentliche Auslenkung aus der Bahn erfolgt dann durch die große Oberfläche der Stufe. Sie sind auch nicht wirklich klein. Aus den Dimensionen der Stufe hat jemand berechnet, sie sind immerhin ca. 1,5m lang.

Wie es in dem Artikel heißt, ist die Wirksamkeit der Grid Fins am größten bei mehrfacher Schallgeschwindigkeit, aber auch bei Unterschall wirken sie noch.

Zitat von: GalacticTraveler am 24. Juni 2014, 12:57:07

Ich kann mir ehrlich gesagt kaum vorstellen, wie man mit diesen kleinen Steuereinheiten größere Landepositions-Korrekturen fliegen will. Ich würde stark davon ausgehen dass das mehr oder weniger ausschließlich der Stabilisierung dienen soll.

Ich gebe zu, die sehen klein aus. Aber wenn sie nur für die Stabilisierung wären, dann würden sie einfach ausklappen. Die gezeigten Eigenschaften mit drehen, ausklappen und einstellen des Winkels zu jedem Zeitpunkt sind eindeutig für Steuerung ausgelegt. Wobei es hauptsächlich nur nötig ist, die Stufe etwas gegen die Luftströmung anzustellen, die eigentliche Auslenkung aus der Bahn erfolgt dann durch die große Oberfläche der Stufe. Sie sind auch nicht wirklich klein. Aus den Dimensionen der Stufe hat jemand berechnet, sie sind immerhin ca. 1,5m lang.

Wie es in dem Artikel heißt, ist die Wirksamkeit der Grid Fins am größten bei mehrfacher Schallgeschwindigkeit, aber auch bei Unterschall wirken sie noch.

Beim Anstellwinkel geht es meiner Meinung nach darum, ein potentielles Rollen der Stufe zu eliminieren.

Beim Anstellwinkel geht es meiner Meinung nach darum, ein potentielles Rollen der Stufe zu eliminieren.

Ja. Das bedeutet auch, man kann die Tanks für die Kaltgasdüsen wieder kleiner und leichter machen. Die müssen im Wesentlichen nur noch die Drehung in die Position für die erste Brennphase für den Rückflug erledigen.