Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Zum Thema, ob diese Landetechnolgie für die F9 nicht etwas zu spät kommt: einerseits schließe ich mich allen Stimmen an, die sagen, daß der Kuchen nicht so heiß und nicht in den Mengen gegessen wird, wie er gabacken wird.

Zusätzlich wäre das (EDIT: = HIAD / IRVE)  aber doch eine ganz universell verwendbare  und wertvolle Technik, wenn sie den eines Tages tatsächlich nutzbar wäre. Und es liegt ja ganz auf der Linie von SpaceX, die kommerziellen Flüge quasi "kostenlos" zum erforschen weiterer Möglichkeiten zu nutzen. Wo sonst gibt es heute diese enge Kooperation zwischen "Geldgeber" und Entwicklungteams, die das während des normalen Flugbetriebes ermöglicht?

Hallo

auch hier gibts vielleicht zwei passende Suchbegriffe: NASA HIAD (hypersonic inflatable aerodynamic decelerator) oder IRVE (inflatable reentry vehicle experiment)
Da die Oberstufen ja meistens zur Müllvermeidung zurückgeholt werden bieten sie sich ja zum experimentieren an.
Oder hab ich das mit dem Spaceballon jetzt doch missverstanden?

Dazu hatte ich 2011 mal etwas geschrieben: https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/08082011120416.shtml

Ich habe gerade im Internet gesucht, ob die NASA bereits einen aufblasbaren Hitzeschild getestet hat. Gefunden habe ich IRVE-3. Eine Höhenrakete brachte IRVE-3 in eine Höhe von 463,5 Kilometer. Die Eintrittsgeschwindigkeit in die Erdatmosphäre lag bei ca. der 10fachen Schallgeschwindigkeit, also > 12.000 km/h.

Von 3,44 km/s (10 x Schall) bis >=7,9 km/s ist es allerdings noch ein weiter Weg. Bei der Rückkehr aus einer flachen Erdumlaufbahn wird, im Vergleich zu IRVE-3, eine ca. 5,3 fache Energie pro Masseeinheit frei. Die Geschwindigkeit schlägt nun einmal quadratisch zu Buche.

Von 3,44 km/s (10 x Schall) bis >=7,9 km/s ist es allerdings noch ein weiter Weg. Bei der Rückkehr aus einer flachen Erdumlaufbahn wird, im Vergleich zu IRVE-3, eine ca. 5,3 fache Energie pro Masseeinheit frei. Die Geschwindigkeit schlägt nun einmal quadratisch zu Buche.

Bei den 3,44 km/s handelte es sich aber vermutlich um einen annähernd senkrechten Eintritt, wenn ich das richtig verstehe. Es gibt vielleicht eine Chance, wenn sich das Objekt wie ein fliegender Kieselstein auf der Wasseroberfläche verhält - "andätschen", abprallen, abkühlen, wieder absinken usw. Mit sinkender Geschwindigkeit dann die (aufblasbare) Geometrie langsam so verändern, daß man das Spiel möglichst lange betreiben kann.. 

Ja, das glaube ich auch. Um einen Wiedereintritt zu überleben wird wohl die Bremsphase in der Erdatmosphäre verlängert werden müssen. So etwa wie beim Space Shuttle. Die zurückkehrende Stufe muss dann aber aktiv gesteuert werden.

Das wird spannend!

Ich persönliche glaube an etwas ganz anderes. Und zwar an die Falcon Heavy. Wenn ich einen Standard-Satelliten mit der Falcon Heavy starte, dann habe ich viele, viele Reserven. Daher glaube ich da dran, daß SpaceX (entgegen aller Ankündigungen) eine neue Oberstufe bauen wird.

So wie die BFR schon einmal verkleinert wurde, ist meine Vermutung, daß SpaceX die BFR nochmal verkleinert als neue 2. Stufe für die Falcon Heavy baut. Um zu lernen wie es besser geht. Ggf. nicht als Mini-BFR sondern als "normale" Rakete.

Das wird dann die "Falcon Heavy Extra Long" werden. Sie wird nicht viel mehr Power haben als eine Falcon 9, aber alle Bauteile werden wieder landen. 2 Cores am Land, ein Core auf dem Meer, das Fairing auf dem Meer und die 2. Stufe nach 1,5 Stunden und einer Erdumrundung. Ggf. wird das Fairing auch BFR-Mäßig sein.

(Das Ganze ist natürlich nur meine Vermutung.)

Ich persönliche glaube an etwas ganz anderes. Und zwar an die Falcon Heavy. Wenn ich einen Standard-Satelliten mit der Falcon Heavy starte, dann habe ich viele, viele Reserven. Daher glaube ich da dran, daß SpaceX (entgegen aller Ankündigungen) eine neue Oberstufe bauen wird.[...]

Ich bezweifle das. Die Oberstufe ist gar nicht so klein, die Oberstufe der Delta 4 Heavy wiegt befuellt gerade mal ca. 22t - ein Viertel der Falcon 9 Oberstufe! Ich glaube wir werden eher sehen dass der Centercore der F9H entweder seeehr heiße Wiedereintritte hinlegt oder eben weggeworfen wird. Mit Block 5 ist der ganze Haufen ja wieder ein gutes Stueck leistungsfaehiger geworden.

Ich freue mich aber wieder auf spannende Videos - hoffentlich gibt's mal was zu sehen. Die Videoausbeute bei den Fairings ist ja eher mau. (Ich hab' dieses Jahr nicht einen regulaeren F9-Start angeschaut, nichtmal in Stueckchen aus der Dose).

BTW: hier hatte jemand eine Mini-BFS als Oberstufe für die Falcon 9 durchgerechnet:

http://toughsf.blogspot.com/2017/10/spacex-sfr-small-falcon-rocket.html

Natürlich ist das eine Milchmädchenrechnung, mit großen Unsicherheiten behaftet und wird so ziemlich sicher nicht umgesetzt.
Aber eine voll wiederverwendbare F9 Rakete hat wohl auch noch zu BFS Zeiten seinen Reiz.

Natürlich hat so eine Rakete auch irgenwann seinen Reiz. Wenn durch BFR (volle Wiederverwendung) die Transportkosten weiter sinken können sie durch massgeschneiderte Lösungen in Bezug auf die Größe weiter sinken da man nun weiter beim Treibstoff sparen kann.

Nein, kann man nicht. 

Selbst wenn die 5 Mio pro Flug mal zutreffen machen die Treibstoffkosten immer noch nur 10-15% davon aus


und: Vollständiger Wiederverwendung geht bis an die Grenzen des Machbaren. Da kommt es besonders stark auf die Economy of Scales an, die einem große Raketen ermöglichen.
Was unter dem Strich dabei raus kommt ist noch nicht ausgemacht. Das müssen wir sehen.

Nahaufnahme vom "Oktagrabber/Roomba":


https://twitter.com/WeReportSpace/status/987734054534598656

Mir scheint es so als hätten sie von einem hydraulischen Kolbensystem auf ein Spindelsystem umgestellt.
Da war eine lange Pause zwischen den Einsätzen. Ich bin überrascht.


https://twitter.com/NASASpaceflight/status/987739146092449792

Ein Spindelsystem macht ja auch Sinn - es gibt nicht so schnell nach, wenn es justiert wurde. Verliert ein Hydrauliksystem seinen Druck gibt es schnell nach. Gerade auch bei großer Hitze ist ja Hydraulik ebenfalls anfällig. Klasse, dass Roomba jetzt einen erfolgreichen Einsatz hatte - der Anfang seines Einsatz mit Brand war ja kein guter Start

Ich habe mal die 1. Starts und die 2. Starts in eine Grafik gelegt. Man sieht deutlich, wie die "Baurate" (Blaue Linie) seit Ende letztem Jahr stabil bei 12 bis 13 Stufen liegt, also ca. 1 Stufe alle 4 Wochen.  Sie sinkt sogar ganz leicht seit Jahresanfang.

Während die hohe Startgeschwindigkeit der Wiederverwendbarkeit geschuldet ist. Die Rote Linie zeigt die Zweit-Starts (komuliert) an.

BTW: Mit TESS gab es zum ersten mal 22 Starts innerhalb von 365 Tagen.


https://www.dropbox.com/s/23vg0vwppxneo9a/Starts%20365%20Tage.JPG?dl=0

Die 1.Stufe der Falcon 9 kostet etwa 29 Millionen Dollar ---> gut, wenn sie wiederverwendet werden kann.
Die Nutzlastverkleidung (Fairing) kostet etwa 5,5 Millionen Dollar ---> Bergungsversuche laufen.
Die Oberstufe kostet etwa 9,5 Millionen Dollar ---> wäre nicht schlecht, wenn man die auch wiederverwenden könnte.
Das würde auch weiteren Weltraumschrott vermeiden.

Warum also hat man das noch nicht gemacht?
Das Problem ist die hohe Geschwindigkeit der Oberstufe, die man möglichst sanft auf Null abbremsen muss.

Wenn eine 1.Stufe aus dem niedrigen Erdorbit (LEO) zurückkehrt, hat sie eine Geschwindigkeit von ca. 5000 km/h.
Dafür reichen 3 kurze Triebwerksschübe und Gridfins.

Aus einem geostationären Transfer Orbit (GTO) kommt die 1.Stufe schon mit 9000 km/h zurück.
Das wird schon ganz schön heiß und die Belastungen werden größer.

Die Oberstufe kommt aber aus dem LEO schon mit 27000 km/h zurück.
Aus einem GEO kommt die Oberstufe sogar mit 36000 km/h rein.
Soviel kann man nicht mit Triebwerken abbremsen - selbst mit vollen Tanks würde der Treibstoff dafür nicht reichen.
 
Vor einigen Tagen hat Elon Musk dennoch getwittert, dass man versuchen will, eine Oberstufe zu landen.
Dabei muss man mit der Atmosphäre bremsen und will verschiedene Methoden probieren.
Was genau hat er geschrieben und welche Möglichkeiten gibt es dafür?

Hier ein interessantes Video dazu:


https://www.youtube.com/watch?v=6kY2SvyDcbg

Das Video ist in englisch, weil sich keiner bemüht, so etwas zu synchronisieren.
Aber es ist gut illustriert und relativ leicht verständlich.

Die 1.Stufe der Falcon 9 kostet etwa 29 Millionen Dollar ---> gut, wenn sie wiederverwendet werden kann.
Die Nutzlastverkleidung (Fairing) kostet etwa 5,5 Millionen Dollar ---> Bergungsversuche laufen.
Die Oberstufe kostet etwa 9,5 Millionen Dollar ---> wäre nicht schlecht, wenn man die auch wiederverwenden könnte.

Danke -eumel- für die Zahlen. Eine F9 kostet also 45 Millionen Dollar - wenn alles neu gebaut wird.
Ein F9-Start kostet 60 Millionen Dollar?

Das Video ist ganz gut gemacht, finde ich. Ich mußte aber herzlich lachen über einen Begriff, den er verwendet hat. Er sagte und hatte auch schriftlich "deplorable" für den Hitzeschild. Das heißt bedauerlich oder kläglich. Er meinte bestimmt eigentlich deployable, also ausfahrbar.

Woher hat der die Zahlen für die Kosten der einzelnen Komponenten?

Woher hat der die Zahlen für die Kosten der einzelnen Komponenten?

Es gibt keine präzisen Aussagen dazu. Aber ungefähre Angaben in Relation der einzelnen Komponenten von Elon Musk, Gwynne Shotwell und anderen Topleuten von SpaceX. Die Angaben stimmen gut mit anderen Schätzungen überein. Nur die 2. Stufe ist vielleicht etwas teuer im Vergleich zu anderen Kalkulationen. Die ist wohl kaum teurer als die Nutzlastverkleidung. Vielleicht hat er sich nicht getraut, das so direkt zu sagen. Knapp 6 Millionen für die Nutzlastverkleidung und ca. als 7 Millionen für die 2. Stufe klingt merkwürdig. Aber so ist es wohl.

Der F9 Preis ist im Wegwerfmodus deutlich mehr als 60 Millionen, die 60 Millionen gelten nur wenn die erste Stufe geborgen werden kann. Daher würde ich auch die Produktionskosten höher ansetzen.

Der F9 Preis ist im Wegwerfmodus deutlich mehr als 60 Millionen, die 60 Millionen gelten nur wenn die erste Stufe geborgen werden kann. Daher würde ich auch die Produktionskosten höher ansetzen.

Es gibt keinen separaten Wegwerfpreis für die Falcon 9. Das waren immer die ca. 63 Millionen und daran haben sie gut verdient. Die Preise für FH waren immer etwas unklar, da war Wiederverwendung drin, anders waren die Preise nicht erklärbar. Allerdings könnten die Kosten je Booster durch die Aufwertung für Wiederverwendbarkeit gestiegen sein. Mit Block 5 wären die Gewinne bei 63 Millionen Startpreis wohl nicht mehr so hoch.

Hier werden die Kosten der "Expendable" Version auf ~100 Mio. geschätzt.
Interessant ist der Vergleich mit anderen Trägern. Auch $/kg 


Quelle:
https://www.reddit.com/r/space/comments/753q6s/economic_comparison_of_american_orbital_launch/

Danke erst mal für die Angaben...

Jetzt komme ich etwas ins Grübeln, bin ja im SpaceX-Bereich nicht so firm...
Wenn die F9 45 Millionen kostet, ein Start 63 Millionen - bleiben also noch rund 20 Millionen für Zusammenbau, Sat-Integration, Startvorbereitung und -Durchführung.
Da ist aber nicht viel für einen Gewinn drin...
Oder mache ich einen Denkfehler?

Zitat von: tobi am 23. April 2018, 11:23:16

Der F9 Preis ist im Wegwerfmodus deutlich mehr als 60 Millionen, die 60 Millionen gelten nur wenn die erste Stufe geborgen werden kann. Daher würde ich auch die Produktionskosten höher ansetzen.

Es gibt keinen separaten Wegwerfpreis für die Falcon 9. Das waren immer die ca. 63 Millionen und daran haben sie gut verdient. Die Preise für FH waren immer etwas unklar, da war Wiederverwendung drin, anders waren die Preise nicht erklärbar. Allerdings könnten die Kosten je Booster durch die Aufwertung für Wiederverwendbarkeit gestiegen sein. Mit Block 5 wären die Gewinne bei 63 Millionen Startpreis wohl nicht mehr so hoch.

Es sind mehrere Kunden von FH auf F9 Wegwerf gewechselt. Die haben da sicher keinen Flug für 62 Millionen bekommen. Das wäre unfair gegenüber den anderen Kunden. Außerdem wer braucht noch die FH, wenn es die F9 im Wegwerfmodus für 60 Millionen geben würde?

Sie bekommen eine Transportleistung. Wie die Preisliste sich entwickelt, werden wir sehen. Wenn Block 5 fliegt, werden sie F9 als Wegwerfrakete für 63 Millionen nicht mehr anbieten. Als Wiederverwendbar für weniger als das, aber zur Zeit noch nicht viel weniger.