Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Bevor wir uns hier weiter mit hinkenden Beispielen zuschütten: Ist einer von euch Hafenlogistiker? Ich bin keiner, aber zumindest weiß ich, dass die Preise rund um Schiffe allesamt happig sind, egal worum es geht. Wenn es SpaceX zu teuer ist, gibt es auch bestimmt irgendeine Behörde, die dem Hafen mal für seine Preisgestaltung genauer auf die Finger schauen wird.

Wiederverwertung der Oberstufe wird vorerst nicht kommen, da SpaceX sich auf die Marsrakete konzentriert (auch wenn Elon sie sehr gerne wiederverwendbar hätte):

Elon Musk ‏@elonmusk:
Really tempting to redesign upper stage for return too (Falcon Heavy has enough power), but prob best to stay focused on the Mars rocket

hm, interessante Aussage, ich würde das mal so interpretieren das sie mit BFR schon ziemlich weit sind und deswegen eine neue F9S2 keinen Sinn macht.

Musk (oder war es Shotwell?) hatte ja schon mal ähnliches gesagt. Sie könnten eine wiederverwendbare Oberstufe machen aber würden die Kapazitäten lieber für die Mars Architektur nutzen. Das sie jetzt besonders weit mit der Mars Rakete wären würde ich daraus jetzt nicht schließen.
Ich könnte mir aber vorstellen, dass sie die Raptor Oberstufe zumindest für eine zukünftige Weiterentwicklung zur Wiederverwendbarkeit vorsehen. Wenn man dann mal Kapazitäten frei hätte könnte man es angehen.

Das sie die Kapazitäten für MCT einsetzen wollen ist eh klar weil es das primäre Ziel der Firma ist, aber andererseits wohlen sie Geld verdienen.
Zunächst würde eine neue Oberstufe zwar Geld kosten aber auch ein sehr großen Effizienzsprung bedeuten was zusätzliche Aufträge genneriert bei kleineren Kosten.
Wenn man das nicht macht stellt sich die Frage ob man denkt das man das vielleicht nicht mehr braucht.
Vielleicht weis man schon das man mit MCT, z.B. von der NASA, Aufträge bekommt wenn SpaceX für kleines Geld 100t Nutzlast zum Mars bringen kann.
Das hiermit SLS beerdigt wird bleit solange verborgen bis MCT sichtbar funktioniert.
Sicher gibt es weitere Möglichkeiten für ein vorziehen, aber das muss irgendwie in zum wirtschaftlichen gedeihen passen und da fehlen Infos warum das passt.

Das sie die Kapazitäten für MCT einsetzen wollen ist eh klar weil es das primäre Ziel der Firma ist, aber andererseits wohlen sie Geld verdienen.
Zunächst würde eine neue Oberstufe zwar Geld kosten aber auch ein sehr großen Effizienzsprung bedeuten was zusätzliche Aufträge genneriert bei kleineren Kosten.
Wenn man das nicht macht stellt sich die Frage ob man denkt das man das vielleicht nicht mehr braucht.
Vielleicht weis man schon das man mit MCT, z.B. von der NASA, Aufträge bekommt wenn SpaceX für kleines Geld 100t Nutzlast zum Mars bringen kann.
Das hiermit SLS beerdigt wird bleit solange verborgen bis MCT sichtbar funktioniert.
Sicher gibt es weitere Möglichkeiten für ein vorziehen, aber das muss irgendwie in zum wirtschaftlichen gedeihen passen und da fehlen Infos warum das passt.

Eine wiederverwendbare Oberstufe... die bringt wirklich sicherlich kaum Geld. Der Aufwand ist unverhältnismäßig riesig.
Man bremst nicht mehr von suborbitaler, sondern von orbitaler Geschwindigkeit.
Man hat einen Wiedereintritt mit Hitzelasten wie bei einer Raumkapsel.
Man hat mehr Treibstoff in der Oberstufe und zwar ordentlich.
Mehr Treibstoff in der Oberstufe benötigt auch mehr Treibstoff in der Unterstufe.

Der Effizienzsprung könnte gleich null sein. Alles reine Spekulation.

Bevor man sich an die Oberstufe als wiederverwendbare Komponente wagt, sollte man erstmal beweisen, dass es sich bei der Unterstufe lohnt. Und bewiesen ist das noch lange nicht.

Das eigentliche Ziel der Wiederverwendbarkeit ist doch die Technik für den Marsflug reif zu bekommen, um auf der Oberfläche zu landen und wieder zu starten. Und das geht auch mit der Unterstufe.

...die bringt wirklich sicherlich kaum Geld....
...Der Aufwand ist unverhältnismäßig riesig. ...
...Der Effizienzsprung könnte gleich null sein. Alles reine Spekulation...
...bewiesen ist das noch lange nicht...

Interessant wie sich die Aussagen wie ein Ei dem anderen gleichen... wie damals vor etlichen Jahren, als es mal diese völlig durchgeknallte Firma in Kalifornien gab, die doch allen Ernstes behauptet hat, dass man eine landefähige Erststufe entwickeln und damit zurück zum Startplatz fliegen wolle...

Man bremst nicht mehr von suborbitaler, sondern von orbitaler Geschwindigkeit.
Man hat einen Wiedereintritt mit Hitzelasten wie bei einer Raumkapsel.

suborbital und orbital sind nicht wirklich metrische Einheiten.
Die Stufentrennung findet bei ca. 1900 m/s statt.
Die 2. Stufe beschleunigt dann weiter auf 7500 m/s.
Aberr man darf jetzt natürlich nicht sagen, daß sie 4 mal mehr Treibstoff braucht, nur weil sie 4 mal schneller wird. Sie wird ja auch leichter. Und Bremsen geht mit Hitzeschild auch ohne Treibstoff

Man hat mehr Treibstoff in der Oberstufe und zwar ordentlich.
Mehr Treibstoff in der Oberstufe benötigt auch mehr Treibstoff in der Unterstufe.

Das ist reine Mathematik. Aber es ist kein Nachteil.

Der Effizienzsprung könnte gleich null sein. Alles reine Spekulation.

Da wette ich dagegen. Nie und nimmer kann sich "wegwerfen" lohnen. Und wenn eine Rakete in der Entwicklung 10 mal so teuer ist und wenn sie 10 mal so groß wird, und wenn sie 10 mal so viel Treibstoff braucht, wenn sie 11 mal geflogen ist, hat sich das ganze gelohnt.

Bevor man sich an die Oberstufe als wiederverwendbare Komponente wagt, sollte man erstmal beweisen, dass es sich bei der Unterstufe lohnt. Und bewiesen ist das noch lange nicht.

SpaceX ist doch schon 5 mal gelandet. Ist das nicht Beweis genug? Sie werden doch eine Rakete noch ein zweites mal starten. Aber erstmal müssen sie die gelandeten Stufen untersuchen, Fehler finden, Fehler verbessern und dann eine verbesserte Stufe starten. Und das geht halt nicht mit einem Augenzwinkern, so ein Prozess dürfte geschätzt 6 bis 12 Monate dauern.

Nur weil die Nasa mit ihrem Shuttle gescheitert ist, heißt es doch noch lange nichts. Seit dem hat es noch nie wirklich jemand versucht. SpaceX wird es schaffen. Das haben sie schon gezeigt. Und der Rest kommt auch noch.

@GalacticTraveler:
   Danke !!!

@Kryo:
 F9:
  Eine neue Oberstufe bringt für GTO ein Gewinn von über 27% mehr Nutzlast,
  also mindestens 7000kg ohne Wiederverwendung der Oberstufe, oder vermutlich ca. 5500kg mit.
Für den Mars:
  Derzeit ca. 4000kg, mit neuer Oberstufe ca. 5400kg

Was es bringt hängt hängt dann natürlich vom Einsatzprofil ab, z.B. könnte eine Nutzlast mit neuer Oberstufe mit der F9 ins GTO gebracht werden können anstatt der FH.
Wenn das keinen Vorteil ist was dann?

Der Gewinn an Nutzlast lässt sich recht einfach berechnen,
das ist kein vielleicht ob das bringt, sondern eine Folge des höheren ISPs.
Das einzige was man diskutieren kann ist sind so Sachen wie die Trockenmasse, den Einfluss den der höhere Schub auf Gravitationsverlusten usw gibt.

Erstmal braucht man einen Deorbit, sprich, die Stufe muss schlieslich zurück in die Atmosphäre gebracht werden.
Bei LEO Missionen wird das auch jetzt schon gemacht.
Bei GEO Missionen wird es zur Zeit nicht gemacht, da man meist, den letzten Tropfen Treibstoff für die Nutzlast nutzt. Der nötige Kick im Apergäum wäre aber so gering, das dies das kleinste Problem wäre und man sich darum keine Sorgen machen braucht.

Ein Vorbremsen mit dem Treibwerk, wie es die Unterstufe macht, kostet Treibstoff. --> Der Treibstoff steht nicht für die Nutzlast zur Verfügung. --> Kleinere Nutzlast oder schlechterer Orbit, was vor allem bei GEO Missionen relevant wird.
Man kann dieses Vorbremsen durch einen Hitzeschild kompensieren, denn ich bezweifle, dass die Rakete es ohne aushalten würde, ungebremst richtig in die Atmosphäre einzutreten.

Hitzeschild, Gridfins, Landebeine, Kaltgastriebwerke, und was weiß ich noch, wiegen alle etwas. Bei der Oberstufe ist leider das Problem, das sämtliches Zusatzgewicht 1:1 von der Nutzlast abgezogen wird.
Bei LEO Missionen ist das wohl noch akzeptabel. da hier nicht die volle Leistung ausgereitzt zur Zeit.
Bei GEO Missionen wäre es aber ein Problem, da die Sateliten hier "nur" ca 5 Tonnen wiegen. Diese könnte man mit den Anbauten nur in deutlich schlechteren Bahnen absetzen, was für die Betreiber Millionen Verluste wären. -->Die sind also auf die Verlustoberstufe in dem Fall scharf.

Im Ergebnis würde sich die Wiederverwendbare Oberstufe zur Zeit wenn, nur bei den LEO Missionen lohnen. Bei GEO hätte man lieber noch mehr Leistung, als jetzt schon und will da keine weiteren Einschränkungen.
Man würde also etwas entwickeln, das nur in sagen wir der mal Hälfte der Missionen genutzt wird. Wenns drauf ankommt wären die Änderungen recht deutlich und würden so die Produktion zweier recht verschiedener Oberstufen bedeuten. Ich denke hier vor allem an den Hitzeschild und eine verstärkte Struktur bei einem wohl heftigeren Wiedereintritt mit Hitzeschild.

Nachtrag:
Nur um es klar zu stellen. Ich schließe die wiederverwendbare Oberstufe nicht aus. im Moment ist ihr Nutzen aber eher gering.
Mit einer Falcon Heavy drunter sähe die Geschichte natürlich nochmal komplet anders aus.
Methan ist auch ein Faktor der möglich ist. Persönlich sehe ich eine Methanoberstufe aber nicht auf einer Falcon 9. Höchstens im Zuge eine möglichst einheitliche Oberstufe zu behalten, wobei man für die Falcon Heavy die Oberstufe auf Methan geändert hat.

Grüße aus dem Schnee in der Klimakammer.

Zitat von: Kryo am 20. Juli 2016, 08:38:22

Man bremst nicht mehr von suborbitaler, sondern von orbitaler Geschwindigkeit.
Man hat einen Wiedereintritt mit Hitzelasten wie bei einer Raumkapsel.

suborbital und orbital sind nicht wirklich metrische Einheiten.
Die Stufentrennung findet bei ca. 1900 m/s statt.
Die 2. Stufe beschleunigt dann weiter auf 7500 m/s.
Aberr man darf jetzt natürlich nicht sagen, daß sie 4 mal mehr Treibstoff braucht, nur weil sie 4 mal schneller wird. Sie wird ja auch leichter. Und Bremsen geht mit Hitzeschild auch ohne Treibstoff

Das hab ich ja auch nicht gesagt. Ob ich es jetzt als suborbitale / orbitale Geschwindigkeit oder es in m/s ausdrücke, ist ja egal. In jedem Fall ist das Landen einer Oberstufe um ein vielfaches komplexer und aufwendiger als das Landen einer Unterstufe.

Zitat von: Kryo am 20. Juli 2016, 08:38:22

Man hat mehr Treibstoff in der Oberstufe und zwar ordentlich.
Mehr Treibstoff in der Oberstufe benötigt auch mehr Treibstoff in der Unterstufe.

Das ist reine Mathematik. Aber es ist kein Nachteil.

Doch es ist ein Nachteil. Wenn die Falcon Unterstufe nicht von Anfang an darauf ausgelegt wurde, kann man nicht einfach mal "mehr Treibstoff" einfüllen. Ändert man einfach das Stufenmassenverhältnis, bewegt man sich weg vom optimierten Stufenverhältnis und hat auf jeden Fall Performance-Verluste. Ist einfach so. Wie groß die sind müsste man natürlich für den Fall ausrechnen.

Zitat von: Kryo am 20. Juli 2016, 08:38:22

Der Effizienzsprung könnte gleich null sein. Alles reine Spekulation.

Da wette ich dagegen. Nie und nimmer kann sich "wegwerfen" lohnen. Und wenn eine Rakete in der Entwicklung 10 mal so teuer ist und wenn sie 10 mal so groß wird, und wenn sie 10 mal so viel Treibstoff braucht, wenn sie 11 mal geflogen ist, hat sich das ganze gelohnt.

Ja es ist eine Wette. Keiner weiß es. Vielleicht ist aber nach 4 Mal fliegen die Rakete am Ende und das Refurbishment muss wie beim SpaceShuttle extrem aufwendig durchgeführt werden. Es ist und bleibt noch eine Vorhersage, die keiner abschließend bewerten kann. Der richtige Weg ist doch, erst mal einige Zeit das Wiederverwenden der Unterstufe zu beobachten (als SpaceX) und dann zu entscheiden, ob man die Oberstufe auch wiederverwenden will. Man muss vernünftig vorgehen.Man sieht ja auch bei Tesla, wenn man das mal als vergleichbar, da Musk-Firma, heranziehen möchte, wie es schief gehen kann, wenn man "zu schnell" agiert.

Und zum Thema ob sich wegwerfen lohnt, da kann man bestimmt hunderte Beispiele aus der Wirtschaft finden, wo Wiederverwendbarkeit viel einfacher umzusetzen wäre. Warum setzt die Getränkeindustrie so stark auf Einwegflaschen? Hm, Mehrwegflaschen gab es doch schon lange vor der Erfindung der Einwegflasche. Man muss einfach den kompletten Kontext betrachten und nicht nur die Technologie an sich.

Es ist nun mal so, dass Wegwerfraketen State of the Art sind, und sich bisher auch ausgezahlt haben. Die letzten 50 Jahre haben sich Einwegraketen gelohnt. Punkt. Sonst hätte man sie wiederverwendet. Technologien schreiten voran und man könnte jetzt an dem Punkt sein, an dem es sich lohnt. Es könnte aber auch sein, dass es noch 20 Jahre dauert, bis es sich lohnt. SpaceX wird es beweisen können, oder es wird sich widerlegen. Dennoch, wenn das Ziel der MArs ist und nicht Wiederverwendbarkeit von ganzen Raketen, dann wäre es jetzt die falsche Entscheidung die Wiederverwendbarkeit der Oberstufe zu erzwingen.

Zitat von: Kryo am 20. Juli 2016, 08:38:22

Bevor man sich an die Oberstufe als wiederverwendbare Komponente wagt, sollte man erstmal beweisen, dass es sich bei der Unterstufe lohnt. Und bewiesen ist das noch lange nicht.

SpaceX ist doch schon 5 mal gelandet. Ist das nicht Beweis genug? Sie werden doch eine Rakete noch ein zweites mal starten. Aber erstmal müssen sie die gelandeten Stufen untersuchen, Fehler finden, Fehler verbessern und dann eine verbesserte Stufe starten. Und das geht halt nicht mit einem Augenzwinkern, so ein Prozess dürfte geschätzt 6 bis 12 Monate dauern.

5 mal, aber noch nie eine wiederverwendete. Hast du eine Bilanz gesehen? Was kostet ein Refurbishment? Was kostet das 2. Refurbishment? Was kostet das 3. Refurbishment? und das 10.? Solange es da keine Fakten gibt, gibt es keine Fakten. Punkt. Ohne Fakten, kann man nur spekulieren.

Nur weil die Nasa mit ihrem Shuttle gescheitert ist, heißt es doch noch lange nichts. Seit dem hat es noch nie wirklich jemand versucht. SpaceX wird es schaffen. Das haben sie schon gezeigt. Und der Rest kommt auch noch.

Genau. Nur weil die NASA es nicht geschafft hat, heißt es nicht, dass es sich nicht lohnt. Genauso heißt es aber auch nicht, dass es sich lohnt, weil sie 5 mal gelandet sind. Man muss einfach neutral bleiben, bei aller Begeisterung. Es ist noch nichts bewiesen. Deshalb muss man dem Beitrag von GalacticTraveler auch nicht antworten. Kein Mensch hat jemals bezweifelt, dass man eine erststufe landen kann. Ich kenne zumindest keinen. Man kann selbst jetzt aber noch nicht abschließend bewerten ob es günstiger ist. Ihr müsst euch einfach klar werden: SpaceX hat Wiederverwendbarkeit von Raketenstufen nicht entwickelt um den Satellitenmarkt zu revolutionieren. Das könnte ein toller Nebeneffekt sein. Entwickelt wurde es aber um auf dem Mars zu landen und zu starten. Um einen Satelliten XY in den GTO zu schießen könnte es aber auch in 100 Jahren noch so sein, dass eine Wegwerfrakete günstiger ist.

@Kryo:
 F9:
  Eine neue Oberstufe bringt für GTO ein Gewinn von über 27% mehr Nutzlast,
  also mindestens 7000kg ohne Wiederverwendung der Oberstufe, oder vermutlich ca. 5500kg mit.
Für den Mars:
  Derzeit ca. 4000kg, mit neuer Oberstufe ca. 5400kg

Was es bringt hängt hängt dann natürlich vom Einsatzprofil ab, z.B. könnte eine Nutzlast mit neuer Oberstufe mit der F9 ins GTO gebracht werden können anstatt der FH.
Wenn das keinen Vorteil ist was dann?

Der Gewinn an Nutzlast lässt sich recht einfach berechnen,
das ist kein vielleicht ob das bringt, sondern eine Folge des höheren ISPs.
Das einzige was man diskutieren kann ist sind so Sachen wie die Trockenmasse, den Einfluss den der höhere Schub auf Gravitationsverlusten usw gibt.

Ja eine neue Oberstufe bringt nutzlaststeigerung, aber nicht durch Wiederverwendbarkeit. Die Verluste durch Wiederverwendbarkeit, wie Schneefüchsin erklärt hat, könnten den Nutzen dennoch bei weitem übersteigen. Der höhere Isp von Methan ist erst mal nur im Prozentbereich und wie gesagt, eine Wegwerfstufe hat definitiv mehr Nutzlastkapazität damit. Eine wiederverwendbare Stufe jedoch nicht.

Es ist nun mal so, dass Wegwerfraketen State of the Art sind, und sich bisher auch ausgezahlt haben. Die letzten 50 Jahre haben sich Einwegraketen gelohnt. Punkt. Sonst hätte man sie wiederverwendet.

Das ist ja ein lustiges Argument Genauso hätte man vor 120 Jahren auch sagen können "Flugzeuge können nicht fliegen. Punkt. Sonst hätte man sie gebaut."
Abgesehen davon: Die Falcon 9 ist trotz Wiederverwendbarkeit aber ohne diese bisher zu nutzen jetzt schon günstiger als so ziemlich jeder vorhandene "State of the Art" (Wegwerf) Träger.

SpaceX hat Wiederverwendbarkeit von Raketenstufen nicht entwickelt um den Satellitenmarkt zu revolutionieren. Das könnte ein toller Nebeneffekt sein. Entwickelt wurde es aber um auf dem Mars zu landen und zu starten.

Nein, das ist nicht korrekt. SpaceX hat Wiederverwendbarkeit entwickelt, um den Zugang zum All generell deutlich günstiger zu machen.

Zitat von: Kryo am 21. Juli 2016, 08:57:37

Es ist nun mal so, dass Wegwerfraketen State of the Art sind, und sich bisher auch ausgezahlt haben. Die letzten 50 Jahre haben sich Einwegraketen gelohnt. Punkt. Sonst hätte man sie wiederverwendet.

Das ist ja ein lustiges Argument Genauso hätte man vor 120 Jahren auch sagen können "Flugzeuge können nicht fliegen. Punkt. Sonst hätte man sie gebaut."
Abgesehen davon: Die Falcon 9 ist trotz Wiederverwendbarkeit aber ohne diese bisher zu nutzen jetzt schon günstiger als so ziemlich jeder vorhandene "State of the Art" (Wegwerf) Träger.

Zitat von: Kryo am 21. Juli 2016, 08:57:37

SpaceX hat Wiederverwendbarkeit von Raketenstufen nicht entwickelt um den Satellitenmarkt zu revolutionieren. Das könnte ein toller Nebeneffekt sein. Entwickelt wurde es aber um auf dem Mars zu landen und zu starten.

Nein, das ist nicht korrekt. SpaceX hat Wiederverwendbarkeit entwickelt, um den Zugang zum All generell deutlich günstiger zu machen.

zu ersterem: Ja die Rakete ist saugünstig. Das liegt bisher aber nicht an der Wiederverwendbarkeit, sondern weil SpaceX bei der Herstellung sehr viel innovativ eingespart hat. State of the Art bedeutet, bisher war man sich sicher und es war auch so, dass Wegwerfraketen billiger sind. Deshalb baut man sie. Man weiß schon seit Beginn der Raumfahrt, dass man wiederverwendbare Systeme bauen kann und es wurde und wird auch seither ständig untersucht. Dein Vergleich hinkt hier also.

Das Verhältnis vom ISP wird etwa 380s/348s beitragen das wirkt um so stärker je höher das dV ist. Man kann den Gewinn an Nutzlast nehmen um damit mehr Nutzlast zu bekommen oder die Oberstufe fitt zur Wiederverwendung zu machen,
Bei Wiederverwendung wird man vermutlich etwa die selbe Nutzlast wie heute haben 1500kg sollten da vielleicht reichen.
Was ebenfalls eine Rolle spielt das die Oberstufe nur eine Triebwerk hat was sicher alleine 5000kg weniger ist.
Wenn SpaceX mit MCT durch ist kommt sowas vermutlich doch noch vor allem dann wenn der Wettbewerb erfolgreich das Model der Wiederverwendung der F9S1 kopiert.
Das wird vermutlich erst noch dem ersten wiederstart endschiden! also ab 2017+x.
Bis hier Konkurrenz liefern kann ist Space Milenweit vorraus.
Vielleicht war der Ausschlag da gerade nicht zu Investieren genau so ein Grund.

Das wird vermutlich erst noch dem ersten wiederstart endschiden! also ab 2017+x.

Ich vermute mal, was du meinst, ist, dass die Wiederverwendung der Oberstufe erst angegangen wird, wenn dieWiederverwendung der Unterstufe demonstriert wurde Genau das denke ich auch. Allerdings glaube ich nicht, dass 1 Start reicht, um es zu beweisen. Ich würde daher eher mal mit 3-10 Jahren rechnen, bis eine Rakete komplett wiederverwendet wird, (wenn es sich überhaupt lohnt).

Ich vermute mal, was du meinst, ist, dass die Wiederverwendung der Oberstufe erst angegangen wird, wenn dieWiederverwendung der Unterstufe demonstriert wurde Genau das denke ich auch. Allerdings glaube ich nicht, dass 1 Start reicht, um es zu beweisen. Ich würde daher eher mal mit 3-10 Jahren rechnen, bis eine Rakete komplett wiederverwendet wird, (wenn es sich überhaupt lohnt).

Nichts für Ungut, aber die selben Sätze haben wir hier schon so oft gehört, langsam wird es langweilig.
Ende des Jahres hat SpaceX eine Rakete gestartet welche schon vorher geflogen wurde und dann sucht ihr euch als neues Thema die BFR/MCT.
Das geht dann bis 2022.

Es ist nun mal so, dass Wegwerfraketen State of the Art sind, und sich bisher auch ausgezahlt haben. Die letzten 50 Jahre haben sich Einwegraketen gelohnt.

Von "ausgezahlt" und "gelohnt" kann nicht gesprochen werden, so lange der Steuerzahler ganz wesentlich an der Sache beteiligt ist. Damit gibt man nur zu verstehen, daß man mit den Subventionen auf ewige Zeit zufrieden ist und überhaupt kein Interesse an sich selbst tragenden wirtschaftlichen Lösungen hat. Das ist streng genommen  einfach asozial, "die Anderen zahlen es ja..."

@GalacticTraveler:
   Danke !!!

@Kryo:
 F9:
  Eine neue Oberstufe bringt für GTO ein Gewinn von über 27% mehr Nutzlast,
  also mindestens 7000kg ohne Wiederverwendung der Oberstufe, oder vermutlich ca. 5500kg mit.
Für den Mars:
  Derzeit ca. 4000kg, mit neuer Oberstufe ca. 5400kg

Was es bringt hängt hängt dann natürlich vom Einsatzprofil ab, z.B. könnte eine Nutzlast mit neuer Oberstufe mit der F9 ins GTO gebracht werden können anstatt der FH.
Wenn das keinen Vorteil ist was dann?

Der Gewinn an Nutzlast lässt sich recht einfach berechnen,
das ist kein vielleicht ob das bringt, sondern eine Folge des höheren ISPs.
Das einzige was man diskutieren kann ist sind so Sachen wie die Trockenmasse, den Einfluss den der höhere Schub auf Gravitationsverlusten usw gibt.

Ich finde es immer wieder beeindruckend, wie genau du dich in den Zahlen von Dingen von SPaceX auskennst, die noch nichtmal fertig entwickelt wurden.
Wieso sollen es denn mindestens 27% mehr sein?
Das Merlin 1D hat einen Isp von 348, das Entwicklungsziel von Raptor liegt wohl bei 368. Allerdings geht es bei diesen Zahlen wohl um das große Raptor, nicht das Oberstufentirebwerk. Außerdem ist nicht klar, ob sich das auf eine Vakuum-optimierte Düse bezieht oder für eine oberflächen-nahe optimierte Düse.
Nimmt man diese Zahlen, geht es um 5% mehr Isp, wobei ich eher davon ausgehe, dass sie  für die Oberstufe wohl einen höher Isp anvisieren. Konkrete Zahlen habe ich dazu aber nicht gefunden.

Außerdem kommt dazu, dass der Isp nicht 1 zu 1 in zusätzliche Payload-Kapazität geht, sondern ins dV. Bei höherer Payload muss man also auch die höheren Massen in der Raketengleichung betrachten und so weiter... Alles machbar, aber keineswegs "recht einfach zu berechnen". Denn dafür ist auch das Wissen über Strukturfaktoren und Leermasse der Oberstufe nötigt, das alles nicht exakt bekannt ist.

Dazu kommt, dass Methan eine deutlich geringere DIchte halt als RP-1, man also größere Tanks benötigt oder weniger Treibstoff-Masse befüllen kann. Wie es mit dem Oxidator-Verhältnis aussieht, weiß ich nicht, wird aber auch eine Rolle spielen. Das sind alles Dinge, die man als Außenstehender einfach nicht wissen kann, egal wie viel Reddit man liest, und daher finde ich es immer sehr interessant, wenn du mit den Zahlen herumjonglierst.

Und nach deinen Schätzungen benötigt man für eine Landung der Oberstufe gerade einmal 1500kg für Treibstoff, sämlicher Landeausstattung, sämtlicher Hitzeschutz, usw. ?

Ein weiteres großes Poblem dürfte außerdem sein, den Treibstoff bei GTO Missionen bis zur Landung verwendbar zu halten. Ich würde sogar vermuten, dass es sich lohnt, im Nutzlastadapter Superdracos zu haben und Kopfüber zu landen, als das S1-Landemaneuver zu übernehmen. Das dürfte auch für den Hitzeschutz besser sein, da die Düse wohl kaum einen GTO Wiedereintritt bestehen würde.


Und ehrlich gesagt halte ich es nicht für vernünftig, für jeden Start eine FH zu benötigen, nur um die Oberstufe zu landen. Das ist erstens sehr teuer, selbst wenn man die Unterstufe 10x verwenden kann und 2. auch eine extreme Umweltsauerei!

Und ich möche Kryo vor allem in einem Punkt recht geben: Es gibt verdammt viele Dinge in unserer Welt, die man ohne Probleme wiederverwendbar machen könnte, ein Wegwerf-Konzept aber günstiger ist. Man schaue einfach nur mal in seinen Gelben Sack, in eine beliebige Fabrik usw. Oder auch in Kliniken, wo fast alles auf Einweg ausgelegt ist, weil ein richtiges Spülen einfach viel zu teuer und aufwändig ist.

 

Zitat von: Kryo am 21. Juli 2016, 15:07:02

Ich vermute mal, was du meinst, ist, dass die Wiederverwendung der Oberstufe erst angegangen wird, wenn dieWiederverwendung der Unterstufe demonstriert wurde Genau das denke ich auch. Allerdings glaube ich nicht, dass 1 Start reicht, um es zu beweisen. Ich würde daher eher mal mit 3-10 Jahren rechnen, bis eine Rakete komplett wiederverwendet wird, (wenn es sich überhaupt lohnt).

Nichts für Ungut, aber die selben Sätze haben wir hier schon so oft gehört, langsam wird es langweilig.
Ende des Jahres hat SpaceX eine Rakete gestartet welche schon vorher geflogen wurde und dann sucht ihr euch als neues Thema die BFR/MCT.
Das geht dann bis 2022.

Nein. Gar nichts ist langweilig. Solange es keine Beweise in Form von einer Rechnung mit belegbaren Zahlen mit SpaceX als Quelle gibt, ist einfach nichts bewiesen. Ich bin nicht unbedingt skeptisch, dass es klappen wird. Nein, ich denke auch eher, dass es sich auf lange Frist auszahlen wird. Aber einige hier, tun so, als sei nun in Stein gemeißelt, dass es sich lohnt und das ist einfach nicht Fakt!

Solange es keine Beweise in Form von einer Rechnung mit belegbaren Zahlen mit SpaceX als Quelle gibt, ist einfach nichts bewiesen.

Ich bezweifle mal, daß irgendwann tatsächlich echte interne Daten dazu publiziert werden. Privatfirmen haben die Angewohnheit so etwas geheim zu halten, um z.B. dem Wettbewerb keine Nachhilfestunden zu geben. Würde dir denn als Beweis alternativ dazu reichen, wenn es in einigen Jahren SpaceX immer noch gut geht und die Wiederverwendung praktiziert wird?   

Würde dir denn als Beweis alternativ dazu reichen, wenn es in einigen Jahren SpaceX immer noch gut geht und die Wiederverwendung praktiziert wird?

Hallo,

ich habe zwar nicht mit diskutiert, aber das entspricht ungefähr dem Status, der die Rentabilität der Wiederverwertung beweisen sollte.

@stillesWasser:

Die Zahlen kommen aus folgenden Annahmen:
Raptor für eine Vakuum Stufe soll nach dann Werten die bis jetzt bekannt sind ein ISP von 380s haben, Merlin 1D(VL) 348s.
Ich hab mir einfach mal die Mühe gemacht die Raketengleichung so umzustellen das man sowas berechnen kann.
Hinzu kommt das man anhand der Werte die SpaceX in seinen Webcasts der Starts angibt, und anderer Teil bekannter Daten, wie z.B. einer Satellitenmasse mit der Zeit immer bessere genauere Annahmen zur Leermasse der Oberstufe machen kann.
Wenn du dir die Mühe machst kannst du die Berechnungen sicher nachvollziehen, nur einfach so zu tun als sauge ich mir das aus den Finger ist ziemlich billig.
Die 27% kommt zustande aus dem höheren ISP und dem dV das die Oberstufe für eine GTO Bahn beisteuern muss.
Aus den Bahndaten des Satelliten kann man das dV bei der Stufentrennung bis zur Aussetzung des Sats berechnen und mit allen andern öffentlich zu gängigen Angaben kann man auf eine maximale Leermasse der Oberstufe schließen.
Dann genügt ein Taschenrechner drei Stunden Zeit und man hat die Zahlen.

Nicht berücksichtigt ist dabei eine möglicher Weise höhere Trockenmasse (ein Minus) und kleinere Gravitationsverluste wegen höherem Schub (ein plus).
Es bleibt zwar eine Unsicherheit aber das sind dann wenige %.
Als EM damals gesagt hat das Upgrade auf die F9 v1.2 (=FT) würde 30% mehr Nutzlast bringen wurde seine Aussage an verschiedener Stelle in Zweifel gezogen, mein Kalkulationen bestätige mir das seine Aussage vermutlich stimmt und es ist dann ja auch so gekommen.
Übrigens wird der Tank für Methan nicht so viel größer werden, weil der Sauerstoff immer noch viel schwerer ist als der Methan in den Tanks.
Richtig übel würde sowas aber bei LH2/LOX.

Wie es mit dem Oxidator-Verhältnis aussieht, weiß ich nicht, wird aber auch eine Rolle spielen. Das sind alles Dinge, die man als Außenstehender einfach nicht wissen kann

In den Punkt kann ich aushelfen.
Methan (CH₄) hat eine Molare Masse von 16u.
Zum Verbrennen eines Methanmoleküls braucht man 4 Sauerstoffatome, mit jeweils 16u Molarer Masse.

Daraus folgt das man Methan zu Sauerstoff 1:4 rechnerisch verbrennen müsste.
Für eine saubere Verbrennung sollte man sogar etwas mehr Sauerstoff als nötig nehmen.

Dies ist aber nur bezüglich der Tanks relevant, sind diese für beide Treibstoffe aber gleich, spielt es keine Rolle mehr, da die Stützmasse sich aus beiden Stoffen zusammensetzt.

@Klakow:
Grundsätzlich hast du mit deinen 27% wohl recht. Ich habe es jetzt nicht nachgerechnet, aber das könnte aus meiner Erfahrung schon hinkommen.

  Eine neue Oberstufe bringt für GTO ein Gewinn von über 27% mehr Nutzlast,
  also mindestens 7000kg ohne Wiederverwendung der Oberstufe, oder vermutlich ca. 5500kg mit.

Demnach gehst du von einem Leistungsplus von 1500kg aus.
Für das Methan werden aber schon größere Tanks gebraucht und wiegt dieses Trockenmassenzuname sagen wir mal nur 100kg sind das schon fast 2% von deinem Gewinn. Wie viel das neue Tiebwerk im Vergleich zu Merlin wiegen wird ist auch noch eine Frage, die im Raum steht.
Daher sehe ich ein "mindestens" als mit vorsicht zu genießen.

Wir schweifen aber vom Thema ab.

Sollte eine Raptoroberstufe kommen bringt sie vor allem für die Falcon Heavy etwas.
Da die aktuelle Oberstufe für dei Falcon heavy mit einer potentiellen 50t Nutzlast etwas schwach ist würde man diese nächste Oberstufe wohl eh größer oder in 2 Größen gestallten. dies könnte sogar schon mit der aktuellen passieren, wenn die Falcon Heavy ausgelastet wird.
Dort kann es leicht passieren, das wir in Größengefilde der Nutzlast kommen, bei der der Verlust durch die Wiederverwendbarkeit akzeptabel wird.

Übriegens Musk hat ja die Landefähige Oberstufe selbst auch nur für die Heavy in Überlegung, da es sich seinen Worten nach, Massemäßig dort endlich lohnt.

Grüße aus dem Schnee

Ich denke mit der jetzigen Oberstufe wird es sich nicht lohnen, weil dann vermutlich viel zu wenig Nutzlast übrig bleibt.
Bei einer FH sieht das wirklich anders aus, vor allem dann wenn man ab 2018 mit FH Hilfe zum Mars will.
Da hilft ein Raptortriebwerk natürlich schon weil es eine viel schwerere Oberstufe leicht tragen kann.

Die schwerere Oberstufe ginge auch mit einem Merlintriebwerk, nur dann weicht man für die Falcon 9 zu stark vom Idealstuffenverhältnis ab.

Bei einem Marsflug wird mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit kein Reuse der Oberstufe gemacht, da sie ja mit Richtung Mars beschleunigt wird. Hier wäre ein deutlich stärkeres Bremsmanöver nötig, und kein Apergäumskick.

Grüße aus dem Schnee