Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Ich habe auch mal die Falcon 9 Performance gerechnet, hier meine persönliche Vorhersage:

Prognose ist nur als ungefähr zu verstehen, da es diverse Unklarheiten gibt.

Annahmen von Elon Statement vom Orbcommstart, 348s Vakuum-Isp vom MerlinVac, übliche Delta-Vs für Orbits, Massenverhältnis Oberstufe 20.

20 Tonnen LEO? Wow, das ist ja Ariane V Terrain. Kann das sein?

Die Falcon 1.1 wird auf SpaceX mit nur 13 Tonnen beworben. Kann mir kaum vorstellen, dass es eine Leistungssteigerung von ca. 50% gibt mit der Full Thrust?

Viele Grüße,

Klaus

Die NASA ELV Seite hatte die Falcon 9 v1.1 bereits mit 16 Tonnen LEO Nutzlast gelistet.

Die Nutzlastangaben auf der SpaceX-Seite sind nur Marketingzahlen, haben nichts mit der echten Rakete zu tun. Ein gut informierter reddit-Benutzer schreibt, dass die Zahlen wohl das Ziel der Marketingabteilung für eine gute Marktposition darstellen. Die Zahlen haben sich auch seit Jahren nicht geändert.

Ich halte die 18-20 Tonnen für realistisch, aber es gibt da derzeit keine Nutzlast für diese Größe.

Ich sehe hier 2 wichtige Dinge.
1. ISS Starts können alle mit Landlandung durchgeführt werden
2. ComSats bis ~3,2 Tonnen können in den Super GTO bei gleichzeitiger Seelandung geschossen werden. Der Super GTO (Apogäum 80.000 km) von Florida ist ungefähr äquivalent zu einem GTO von Ariane aus Kourou. Florida hat da einen Standortnachteil gegenüber Kourou

Und SpaceX macht derzeit vor allem ISS Starts und ComSat-Starts. Für schwere Comsats braucht es die Falcon Heavy oder der Orbit wird gesenkt oder keine Landung (unwahrscheinlich).

20 Tonnen LEO? Wow, das ist ja Ariane V Terrain. Kann das sein?

Kann gut sein, denn da ist der relativ niedrige ISP nicht so ein Problem wie bei GTO Missionen.

Die 13t Angabe von SpaceX war mit Wiederverwendung. Die NASA hatte in ihren Angaben schon knapp 17t. Da sind jetzt knapp 20t völlig plausibel.

Wir werden sehen, in welchen Orbit SpaceX jetzt demnächst SES-9 absetzt. 5,3t und Wiederverwendung, Landung wahrscheinlich auf ASDS. Dann werden wir wissen, wozu Falcon 9 FT fähig ist.

@Tobi
Macht es in der Raumfahrt wirklich einen Unterschied ob bemannt oder unbemannt wenn man die Sicherheit kalkuliert? Aus dem Bauch heraus würde ich das abstreiten da es hier ja immer auch um gigantische Summen geht. Aber ich weiß es nicht, nur ein "Bauchgefühl". Weißt du das als Fakt oder ist lediglich eine Annahme von dir?

Beim manrating geht es um formale Anforderungen der NASA, nicht um tatsächliche Sicherheit. Sonst wäre bestimmt die Atlas V manrated. Die NASA fordert für bemannte Flüge einen Sicherheitsfaktor von 1,4 für statische Bauteile, für unbemannte Flüge soll ca. 1,25 gelten. Das muß nicht durch Verstärkung von Bauteilen erreicht werden. Man kann das Flugprofil anders legen und die maximalen Belastungen begrenzen, auf Kosten der Kapazität des Trägers.

Aber etwas anders ist noch viel wichtiger und deshalb ist die Atlas V noch nicht manrated und muß für CST-100 erst umgerüstet werden. Das ist die Ausstattung des Trägers und der Triebwerke mit Sensoren. Die Notwendigkeit eines Abort durch das LAS muß durch Sensoren des Trägers rechtzeitig festgestellt werden, möglichst vor der Explosion.

Ich frag mich nur was da die Spitzen der Konkurrenz dazu sagen, mit jedem Upgrade wird die F9 besser und das hier auf einen Schlag gleich um 30%, das muss doch heftigst weh tun?
2016 könnte das gerade so weiter gehen:
- FH-flight,                                                 ==> Alle bekannten Nutzlasten können von der FH geflogen werden
- Starts mit wiederverwendeter Erststufe ==> Der Spielraum um günstiger als die Konkurrenz es kann wird uneinholbar
- FH-fliegt mit gebrauchten Boostern        ==> Das gleiche wie bei der F9
- Zweiter Startplatz am Cape bereit         ==> Schneller Startabwicklung
2017
- Startplatz in Texas wird bereit               ==> noch schnelle Startabwicklung wird möglich bei kleinem Vorteil weil der weiter Südlich liegt.

@MarsMCT

Vielen Dank

Rein strukturell ist das so als ob man die strukturellen Maßstäbe eines modernen Airbus (relativ filigran) an eine Ju 52 (sehr robust) stellt. Es geht also ins Leere diese Maßstäbe anzusetzen.

Ein moderner Airbus ist robust, sonst würde ihn niemand kaufen. Wenn die Tante Ju das Flugpensum eines modernen Airbus aushalten müsste, könnte sie wohl nicht mithalten.

Tut sie auch nicht, der Tante Ju in Frankfurt ist mit Holmbruch am Boden festgenagelt,  RTF noch offen 

Zitat von: MX87 am 28. Dezember 2015, 15:27:47

Rein strukturell ist das so als ob man die strukturellen Maßstäbe eines modernen Airbus (relativ filigran) an eine Ju 52 (sehr robust) stellt. Es geht also ins Leere diese Maßstäbe anzusetzen.

Ein moderner Airbus ist robust, sonst würde ihn niemand kaufen. Wenn die Tante Ju das Flugpensum eines modernen Airbus aushalten müsste, könnte sie wohl nicht mithalten.

Wobei man hier auch bedenken muss das im Gegensatz zu einem Verkehrsflugzeug man bei einer Rakete auch immer noch ein LAS hat.

Man muss auch noch berücksichtigen, dass die FH WESENTLICH mehr durch die wiederverwendbarkeit profitiert als die F9.
Werde das nachher noch mal überschlagen..

Die Zentralstufe braucht sehr viel Treibstoff für eine Seelandung. Der Nutzlasteinbruch gegenüber der Wegwerfversion dürfte prozentual deutlich größer sein als bei der F9. Natürlich wird prozentual am Wert der Rakete auch mehr geborgen. Das die FH immer weiter verschoben wird, spricht meiner Meinung nach dafür, dass SpaceX auch noch auf der Suche nach einem guten Konzept ist bzw. lange war.

Im Vergleich zur FH wurde und wird die F9 mit viel Energie vorangetrieben und immer weiter verbessert.

Wenn die Nutzlast der Heavy für die schwersten GTO Satelliten reicht, ist alles in Butter. Das wird sie mit Sicherheit.

@tobi:
Das was ich gelesen habe, ist das die Booster/F9S1 fast 100% identisch sind, dass das Upgrade von der F9 v1.1 auf v1.2 sinnvoll war leuchtet jedem ein, das wollte man dann sofort auch für die FH haben. Wirtschaftlich war es sinnvoller die FH zurückzuhalten, bis der Upgrade für die F9 fertig und getestet war, anstatt vorab eine FH auf Basis der F9 v1.1 zu testen.
Das ist für Leute wie mich erst mal etwas frustig, ich hasse es zu warten (um mal aus einem SF-Roman zu zitieren), aber besser.
Deine Aussage zum Masseverlust ist vermutlich falsch, außer man versucht wirklich die drei Startstufen zu Land zurück zu fliegen.
Das ist aber egal wenn die Alternative ein F9 Start ohne Wiederverwendung sein würde.
Normal wird für größere Nutzlasten wohl ein Rückflug der Booster sein, vielleicht sogar nacheinander falls die Statik der FH sowas zulässt.
Die Hauptstufe wird wohl fast immer nicht zurückfliegen, was eine Landung auf dem Drohnship oder auch Insel, oder anderes Festland bedeuten kann.
Das muss aber nicht mehr Verluste bedeuten.

Ich rechne eh nicht damit das die Version 1.2 die letzte sein wird, da wird man später sicher noch eine neue Oberstufe zumindest für die FH nachschieben.

Zitat von: MX87 am 28. Dezember 2015, 15:27:47

Rein strukturell ist das so als ob man die strukturellen Maßstäbe eines modernen Airbus (relativ filigran) an eine Ju 52 (sehr robust) stellt. Es geht also ins Leere diese Maßstäbe anzusetzen.

Ein moderner Airbus ist robust, sonst würde ihn niemand kaufen. Wenn die Tante Ju das Flugpensum eines modernen Airbus aushalten müsste, könnte sie wohl nicht mithalten.

Ich wollte dem Airbus seine Festigkeit nicht absprechen. Für das konstruierte Flugprofil ist ein Airbus robust, keine Frage. Allerdings hat ein Airbus sehr klar beschriebene Grenzen der Belastungen und ist auch auf diese hin konstruiert. Salopp gesagt: Einen Looping kann man damit nicht fliegen, aber dafür ist der Flieger natürlich auch nicht vorgesehen.
Bei Fliegern wie der Ju und der DC-3 gab es diese Erfahrung und Kenntnisse nicht, daher sind diese "robuster" gebaut mit einer Stabilität, welche die Anfoderungen nach heutigen Maßstäben übererfüllt. 
Beim Flugpensum weiß ich bei der Ju 52 keine Erfahrungswerte. Die DC-3 hält bzw. hielt ein Flugpensum eines modernen Airbus durchaus durch und das gerne mal über ein halbes Jahrhundert lang.

Oder ein praktischerer Vergleich der Entwicklung der Struktur: Die Boeing 367-80 (Vorläufer der 707) ist bei Flugtests eine Rolle geflogen. Das kann mit einem heutigen Muster (Boeing 737, 777 etc) sicherlich nicht mehr. Dieser frühe Jet war strukturell eben noch etwas rustikaler. Wohlgemerkt sehen beide Flieger augenscheinlich ziemlich ähnlich aus.

Darauf wollte ich mit meinem Vergleich hinaus.

Sorry das ist quatsch:
(Siehe Bild)


Da möchte ich nicht drin sitzen wenn der Flieger mal so gebogene Flügel hat,
es kann zwar sein das die Flugcomputer sowas nicht zulassen, aber den Flieger juckt das wahrscheinlich viel weniger als die Tante Ju.

Ich wollte dem Airbus seine Festigkeit nicht absprechen. Für das konstruierte Flugprofil ist ein Airbus robust, keine Frage. Allerdings hat ein Airbus sehr klar beschriebene Grenzen der Belastungen und ist auch auf diese hin konstruiert. Salopp gesagt: Einen Looping kann man damit nicht fliegen

Doch könnte man. Es ist nur die Software, die das im normalen Betrieb verhindert. Ein Airbus kann erstaunlich akrobatisch sein, wenn man ihn denn lässt.

...und eine Durchsatz des Piloten : da wir dem Sturm nicht ausweichen können und wir sicher sein wollen das Sie alle angeschnallt sind, fliegen wir in Kürze mal über Kopf...

Um mal wieder von der Fliegerei weg zu kommen. Man kann zusammenfassend sagen, dass man Strukturen so auslegen kann, dass sie gewisse Anforderungen und Belastungen erfüllen. Also auch solche wie sie beim Rückflug und Landung der F9 auftreten. 
Technisch gesehen kann man alles auf seine Anforderungen auslegen, man muss sie aber vorher kennen. Ob die Belastungen im Rahmen des vorraus gesagten sind/waren wird man bei SpaceX doch feststellen können.

Hier gibt es sehr schöne Visualisierungen der Flugrouten in Google Earth:
https://doflah.github.io/boostback/

Oben rechts kann man die Mission auswählen und sich dann die Flugroute von Booster, Zweiter Stufe, etc anschauen.

Ich frag mich nur was da die Spitzen der Konkurrenz dazu sagen, mit jedem Upgrade wird die F9 besser und das hier auf einen Schlag gleich um 30%, das muss doch heftigst weh tun?
2016 könnte das gerade so weiter gehen:
- FH-flight,                                                 ==> Alle bekannten Nutzlasten können von der FH geflogen werden
- Starts mit wiederverwendeter Erststufe ==> Der Spielraum um günstiger als die Konkurrenz es kann wird uneinholbar
- FH-fliegt mit gebrauchten Boostern        ==> Das gleiche wie bei der F9
- Zweiter Startplatz am Cape bereit         ==> Schneller Startabwicklung
2017
- Startplatz in Texas wird bereit               ==> noch schnelle Startabwicklung wird möglich bei kleinem Vorteil weil der weiter Südlich liegt.

Na, da bleibt noch so einiges abzuwarten. Wieviele Starts können wieviele Mitarbeiter in welcher Zeit abwickeln, bevor sich Flüchtigkeitsfehler zu Fehlstarts summieren? Welche Preise kann SpaceX verlangen, wenn man mit alten Stufen arbeitet? Wie ist die Fehlerquote von Recyclingstufen?

Und zuguterletzt gibt es so etwas wie einen "uneinholbaren Vorsprung" nicht in der Wirtschaft. Konkurrenz belebt das Geschäft, und wer sich abgehängt sieht, geht entweder unter oder muss kreativ werden. Es gibt mehr als einen "Platzhirschen", der sich zu lange auf seinem einmal erzielten Vorsprung ausgeruht hat.

Da sollte man sich eher die Frage stellen, wieso, abgesehen von Blue Origin, noch niemand massiv auf die Wiederverwendung gestürzt hat. Die Experten in Raumfahrtfirmen rund um die Welt müssten doch eigentlich inzwischen ihre Felle davon schwimmen sehen, nicht wahr? Gut, ULA arbeitet wohl an wiederverwendbaren Triebwerksblöcken, aber da weiß auch noch keiner so recht, was am Ende wirklich fliegen wird..

Die Frage der Wirtschaftlichkeit ist nach wie vor ungeklärt. An diesen Grashalm klammert man sich vielleicht noch. Im Geheimen werden jetzt sicherlich Konzepte entwickelt, ebenfalls wiederverwendbare Raketen einzusetzen.

@Ruhri:
Zunächst ist eine wiederverwendet Rakete keine Recyclingrakete, sondern die Rakete wird gewartet und danach wiederverwendet. Die Wartung muss natürlich qualitativ hochwertigen Standards wie in der Luftfahrt entsprechen, komischerweise gibt's da extrem wenige Fehler durch Schlamperei, bei der Werkstatt deines Vertrauens gibt's sicher viel mehr Fehler.
Der Lack mag teils ab sein, aber das ist vor allem unschön anzusehen.
Selbst die Sicherheit wird besser als bei Raketen zum einmalgebrauch sein,
eben weil sie dafür gemacht wurden.
Auch beim Thema uneinholbarer Vorsprung liegt du falsch, dazu brauchst du dir nur mal die Geschichte von G anzuschauen, da musste der Staat einschreiten um das zu beenden und das ist nur ein Beispiel.

Willst du hier Wortklauberei betreiben? Na, wenn es dir Spaß macht...

Fakt ist, dass Raumfahrt mit Atmosphärenfliegerei nicht wirklich gut zu vergleichen ist. Die Belastungen sind höher und die einzusetzenden Energiemengen ebenfalls. Flieger müssen gleichzeitig leicht und robust sein, und diese Diskrepanz ist bei Raketen grundsätzlich um einiges größer als bei Flugzeugen. Damit muss dann jede Firma umgehen, die eine Rakete entwerfen will, und bei einer wiederverwendbaren verschärft sich das Ganze noch einmal.

Beim Thema "uneinholbarer Vorsprung" liegt aber ganz sicher du falsch. Schau dir doch nur einmal die ganzen Unternehmen an, die einst den Markt beherrscht haben. Davon gibt es doch nun wirklich genug. Die Firma "G", wenn ich deine kryptische Äußerung korrekt interpretiere, ist kein brauchbares Beispiel, nur weil es bei ihr bislang nicht geschehen ist. Es ist doch jederzeit möglich, dass durch eigenes Missmanagement oder durch neue innovative Ideen der Mitbewerber ihre Bedeutung sinkt.

Genau das würde irgendwann auch SpaceX geschehen, und natürlich könnte eine zu große Marktbeherrschung wie oben von dir beschrieben zu staatlichen Interventionen führen.

Es ist nun einmal nichts statisch im Leben, es sieht höchstens für gewisse Zeiträume so aus.

Prof. Ulrich Walter:
Elon, lass die Finger davon! Die Mär vom cleveren Raketen-Recycling:
http://www.n24.de/n24/Kolumnen/Prof-Ulrich-Walter-Wissenschaft/d/7868618/die-maer-vom-cleveren-raketen-recycling.html

Ich geb das mal so weiter...