Warum hat die NASA das Prinzip Space-Shuttle aufgegeben?

Zitat

+ Reperaturmissionen im All dank Roboterarm

Wenn ich mich richtig erinnere, war doch der Widerstand sehr groß, als man Hubble repariern wollte (oder irre ich mich da?)

Bei der Mission nach dem Columbia-Unglück, weil man seit dem keine Missionen mehr durchführen wollte, die nicht die ISS als Ziel hatten, und von der man die Besatzung in einem Notfall hätte "in Ruhe" abholen können. Für die letzte Hubble-Mission brauchte man zwei faktisch zwei Shuttles, die Endeavour stand mit gestartetem Countdown auf der Rampe.

Stimmt, und als Vorteil ist das einfach nicht genug. Das Shuttle war der größte anzunehmende Schaden für die bemannte Raumfahrt. Ungeheuere Kosten und geringer Nutzen weil geringe Nutzlast. Als Ingenieur bin ich absolut für die Kapsellösung. Man macht Dinge so gut wie nötig, nicht so gut wie möglich, alte Ingenieursweisheit.

Stimmt. So gut wie nötig ist sinnvoller, als so gut wie möglich.
Das sehe ich prinzipiell auch so.

Aber zurück zu meiner ursprünglichen Frage!
Wir vergleichen die Entwicklung einer Kapsel aus dem Jahr 2010 + folgende mit der Entwicklung eines Shuttles aus den 1970er.

In den 1970er waren die Kostenstrukturen andere, als heute, d.h. die Prioritäten wurden anders gesetzt, als das heute der Fall ist. Davon abgesehen, dass sich die NASA damals mehr oder weniger selbst belogen hat, was die Wiederaufbereitungskosten eines Shuttles anging, so hat man heute sehr viel mehr Erfahrung darin, welche Prozesse beim Shuttle die hohen Kosten verursacht haben. Man würde ein Shuttle heute nach anderen Gesichtspunkten entwickeln und damit auch mit den Folgekosten ganz anders umgehen.

Ich verstehe, dass eine Kapsel technisch gesehen absolut ausreicht, um sieben Astronauten zur ISS oder in den LEO zu bringen und technisch gesehen auch über den Leo hinaus.
Die Frage, die ich mir nun stelle ist aber: Kostet eine Einmalkapsel tatsächlich so viel weniger, als ein modernes, geometrisch sinnvoll dimensioniertes Shuttle, dass praktisch beliebig wiederverwendbar wäre. Bitte denkt daran, dass ein Shuttle der zweiten Generation möglicherweise nur noch den Namen mit der ersten Generation gemeinsam hätte. Je nach Konzept könnte ein neues Shuttle in vielen Punkten sehr viel einfacher konstruiert sein, als das alte (z.B. keine eigenen Main Engines, leichtere Materialien, moderneres Schutzschild, etc.) Ein erheblicher Teil der Kosten wird gar nicht durch die eigentliche Entwicklung und den Bau verursacht, sondern versickert in Bürokratie. Die NASA ist nunmal eine stattliche Behörde und damit an bestimmte Prozesse gebunden, die z.B. private Unternehmen nicht berücksichtigen müssen.

Man würde ein Shuttle heute nach anderen Gesichtspunkten entwickeln und damit auch mit den Folgekosten ganz anders umgehen.

Was aber erst noch zu konkretisieren wäre. Damals hatte man die Vorstellung, es so wie in der Luftfahrt machen zu können, aber die Raumfahrt war doch etwas komplizierter.
Heute wird wieder dieser Vergleich mit der Luftfahrt bemüht, warum dass so sein soll, bleibt mir aber unklar.

"praktisch beliebig wiederverwendbar" ist auch so eine Annahme. Gibt es heute wiederverwendbare Kapsel - ich glaube nein.

Heute wird wieder dieser Vergleich mit der Luftfahrt bemüht, warum dass so sein soll, bleibt mir aber unklar.

Luft und Raumfahrt sind einfach zwei grundverschiedene Bereiche, was leider viele Leute bis heute nicht realisieren wollen.  Die Luftfahrt schaffte es innerhalb knapp eines halben Jahrhunderts massentauglich zu werden und es wurde wie du schon gesagt hast angenommen bei der Raumfahrt würde es genauso "leicht" geschehen.

Die Realität hat aber gezeigt, daß es leider nicht so einfach ist. Alleine dem "Gravitationloch Erde" zu entkommen ist bis heute eine gewaltige Herausforderung.

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Die Frage, die ich mir nun stelle ist aber: Kostet eine Einmalkapsel tatsächlich so viel weniger, als ein modernes, geometrisch sinnvoll dimensioniertes Shuttle, dass praktisch beliebig wiederverwendbar wäre. Bitte denkt daran, dass ein Shuttle der zweiten Generation möglicherweise nur noch den Namen mit der ersten Generation gemeinsam hätte.
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Ich pflege in einem solchen Fall imemr zu sagen: Der Versuch, die Sinnhaftigkeit eines wiederverwendbaren Systems zu beweisen, ist durchaus statthaft. 

Die Frage ist aber: Was soll mit der Widerverwendbarkeit erreicht werden?

Mir ist klar, dass ein "echtes Raumschiff" wie so ein Space Shuttle cooler aussieht als eine Kapsel. Letztlich muss aber alles bezahlt werden, und wenn eine Wegwerflösung billiger als eine wiederverwendbare ist, dann ist das eben so. Warum soll man mehr Geld ausgeben als unbedingt nötig? Mit demselben Etat kann man nun einmal mit der billigeren Lösung mehr erreichen als mit der teureren.

Natürlich hatten die Space Shuttles bis zum LEO mehr Fähigkeiten als alle Kapseln, die es gegeben hat oder die geplant werden. Aber auch da stellt sich die Kosten-/Nutzen-Frage: Wieviel kostet es und was bringt es?

Und das bringt mich zurück zu meiner anfänglichen Bemerkung: Der Versuch ist durchaus statthaft...

Der Versuch, die Sinnhaftigkeit eines wiederverwendbaren Systems zu beweisen, ist durchaus statthaft. 

Hat der Versuch jetzt mit dem Shuttle bereits stattgefunden? Ist ein weitere Versuch sinnvoll?

Hat überhaupt eine Kosten/Nutzen-Untersuchung stattgefunden oder nicht doch eher die schlichte Entscheidung, dass man sich das Shuttle nicht mehr leisten will.

Heißt der neue Ansatz nicht vielmehr "klein und vielfältig"? Aber ist er auch erfolgversprechend?

Hat der Versuch jetzt mit dem Shuttle bereits stattgefunden? Ist ein weitere Versuch sinnvoll?

Das kann man so sehen. Meine Bemerkung bezieht sich aber durchaus auf die Gegenwart. Wer glaubt, mit der heutigen Erfahrung ein wiederverwendbares System entwickeln zu können, dass mit vergleichbaren Wegwerfsystemen technologisch und finanziell mithalten kann, soll das gerne versuchen.

Hat überhaupt eine Kosten/Nutzen-Untersuchung stattgefunden oder nicht doch eher die schlichte Entscheidung, dass man sich das Shuttle nicht mehr leisten will.

Das dürfte eine Frage an die NASA-Kenner sein. Die weitgehende Aufgabe des Shuttle-Konzepts könnte natürlich eher eine emotionale sein. Die Kosten waren leider nun einmal Fakt.

Heißt der neue Ansatz nicht vielmehr "klein und vielfältig"? Aber ist er auch erfolgversprechend?

Das wird man sehen.

Was ist denn mit DreamChaser? Ist das nicht ein Beispiel für ein solches kleines Shuttle mit neuer Technologie? Das hat doch sicher mal jemand durchgerechnet

Was ist denn mit DreamChaser? Ist das nicht ein Beispiel für ein solches kleines Shuttle mit neuer Technologie? Das hat doch sicher mal jemand durchgerechnet

Der DreamChaser hat allerdings keine Nutzlastbucht und verfügt damit nicht über wesentliche Fähigkieten, über die das Shuttle verfügte. Eigentlich sehe ich beim DreamChaser keine nennenswerten Vorteile gegenüber einer Kapsel.

Eigentlich sehe ich beim DreamChaser keine nennenswerten Vorteile gegenüber einer Kapsel.

Ich schon.

- Geringere g-Belastungen beim Wiedereintritt (entlastet Material und Crew)
- dank Präzisionslandung sind keine Bergungsmannschaften (oder gar Schiffe) erforderlich

Gruß, Klaus

Zitat von: spacer am 13. April 2012, 15:34:10

Eigentlich sehe ich beim DreamChaser keine nennenswerten Vorteile gegenüber einer Kapsel.

Ich schon.

- Geringere g-Belastungen beim Wiedereintritt (entlastet Material und Crew)
- dank Präzisionslandung sind keine Bergungsmannschaften (oder gar Schiffe) erforderlich

Gruß, Klaus

Da hast du natürlich recht.

Ich halte jedoch die Nutzlastbucht, die im Orbit als Arbeitsplattform zur Verfügung stand und den Rücktransport großer Nutzlasten ermöglichte, für den wesentlichen Vorteil des Shuttles.

Außerdem ist eine Präzisionslandung an Land prinzipiell auch mit einer Kapsel möglich, die Shezhou kommt dem wohl schon realtiv nah.

Zitat von: Elatan am 13. April 2012, 00:08:57

Was ist denn mit DreamChaser? Ist das nicht ein Beispiel für ein solches kleines Shuttle mit neuer Technologie? Das hat doch sicher mal jemand durchgerechnet

Der DreamChaser hat allerdings keine Nutzlastbucht und verfügt damit nicht über wesentliche Fähigkieten, über die das Shuttle verfügte. Eigentlich sehe ich beim DreamChaser keine nennenswerten Vorteile gegenüber einer Kapsel.

Vor allem geht beim DreamChaser jedesmal die Trägerrate verloren, was völlig anderes wie das was man beim Shuttle probiert hat.

Ava

Also man will doch mit der CST-100 auf Land landen. Also von großen Bergungsmannschaften kann wohl kaum eine Rede sein und die G-Belastungen sollten auch nominal nicht die 4-5G überschreiten.

Btw. Will man die CST-100 nicht genauso wie Dream Chaser wiederverwendbar gestalten?

Gruß Ian

Außerdem ist eine Präzisionslandung an Land prinzipiell auch mit einer Kapsel möglich, die Shezhou kommt dem wohl schon realtiv nah.

Das Landegebiet einer Kapsel muss aber trotzdem relativ weitläufig sein. Was passiert, wenn der sehr schmale grad des Auftriebsbereiches verlassen wird, zeigt uns die Sojus immer mal wieder. Und dann gehts gleich mal mehrere Hundert Kilometer daneben. Da ist ein Lifting Body Konzept etwas gutmütiger in dem Bereich, indem es Auftrieb erzeugt.

Gruß, Klaus

Das Landegebiet einer Kapsel muss aber trotzdem relativ weitläufig sein. Was passiert, wenn der sehr schmale grad des Auftriebsbereiches verlassen wird, zeigt uns die Sojus immer mal wieder. Und dann gehts gleich mal mehrere Hundert Kilometer daneben. Da ist ein Lifting Body Konzept etwas gutmütiger in dem Bereich, indem es Auftrieb erzeugt.

Gruß, Klaus

Sind da die Wüsten Nevadas nicht groß genug für? Mal ernsthaft 2 Revovery Crews an 2 Orten vs. 2 Revocery Crews am KSC und Edwards (man müsste ja auch wie beim Shuttle ein Wetter delay miteinberechnen). Ich sehe da keinen Unterschied.

Gruß Ian

Btw. Will man die CST-100 nicht genauso wie Dream Chaser wiederverwendbar gestalten?

Ja, gleiches gilt für die Orion und die Dragon. Wiederverwendbarkeit (des Raumschiffs) ist also keineswegs von geflügelten Flugkörpern abhängig.

Beim Dream Chaser kann ja wohl kaum noch von Flügeln die Rede sein. Immerhin spart man sich auch das Gewicht / Volumen für einen Fallschirm. Also da ist Pattsituation.



Gruß, Klaus

Das Landegebiet einer Kapsel muss aber trotzdem relativ weitläufig sein. Was passiert, wenn der sehr schmale grad des Auftriebsbereiches verlassen wird, zeigt uns die Sojus immer mal wieder. Und dann gehts gleich mal mehrere Hundert Kilometer daneben. ...

Die letzten Werte für die Treffergenauigkeit der Sojus TMA... liegen innerhalb von 15 km. Der Horizontbereich liegt bei rd. 11 km. Dort ist eine Mannschaft vorzuhalten. Wird noch eine Erdumdrehung, aus welchen Gründen auch immer, zugelegt, ist das zweite Gebiet und die dort hinzubringende oder vorgehaltene Mannschaft dran. Wird ballistisch gelandet, weil es "klemmt" wie bei der Koreanerin, fällt die Kapsel rd. 400 km eher zu Boden, dann kommt wieder die Fallschirmlandung mit deren Genauigkeit. Der Landekreis wird dabei relativ groß, doch auch hier gibt es nur eine Haupt- und eine Ersatz-Bergungs-Mannschaft.
Die heutigen Landungen von Kapseln mit oder ohne angedeutete Flügel sind absolut nicht mehr mit den allerersten, mehr glücklichen Landungen der Korabl oder Wostok / Woschod "Kugeln" zu vergleichen.
Auch die Chinesen haben nach ihren Angaben 7 Jahre gebraucht, um die "nur nachgebaute" Rückkehrkapsel wie gewünscht landen zu lassen. Ein "Shuttle" oder "Shuttle-chen" haben sie von vorn herein sein lassen, warum wohl?
Gruß HausD
@klausd - Wie sieht das Rettungssystem zum Dream Chaser aus

Beim Dream Chaser kann ja wohl kaum noch von Flügeln die Rede sein. Immerhin spart man sich auch das Gewicht / Volumen für einen Fallschirm. Also da ist Pattsituation.

Das liegt eben daran das man versucht 2 technisch / physikalisch sehr unterschiedliche Anforderungen unter einen Hut zu bringen.

Für den Flug in der Atmosphäre braucht man eben Flügelfläche (soviel um auf eine halbwegs tolerierbare Flächenbelastung herunterzukommen) und bestimmte Profile.

Während des Wiedereintritts allerdings bedeutet das viel zusätzliche Angriffsfläche und Wärmeentwicklung, und ein hohes Zusatzgewicht da man mehr Fläche gegen die Hitze schützen muss. Hier wäre eine Kapsel ideal.

Aus diesem Grund sehen viele Entwürfe maximal einen Lifting-Body oder sehr kleine Flügel als Kompromiss vor.

Das Space Shuttle hatte auch nur so große Flügel weil das Militär seine Anforderungen durchgedrückt hat. Man wollte starten, schnell einen Spionagesatellit aussetzen (oder selbst Fotos machen) und einen Umlauf später schon wieder landen. Da sich die Erde während dieser Zeit aber unter dem Shuttle weitergedreht hat musste man diese Strecke im aerodynamischen Flug zurücklegen können um wieder am Startort zu landen, Stichwort: Querreichweite.

Ich sehe 2 Probleme:
1. Das Shuttlekonzept ist wegen der Komplexität zu teuer
2. Das System Nasa ist zu bürokratisch

so zu 1.
Man erhoffte sich erhebliche Kosteneinsparungen durch das Space-Shuttle. Einerseits wie schon erwähnt wurden durch immer stärkeren Sicherheitsvorschriften die Kosten höher.
Andererseits denke ich aber auch, war rein kostentechnisch von der NASA erhofft, viel mehr "große" Satelliten in die Erdumlaufbahn zu schicken. Vielleicht wollte man so reine Flüge im Sinne der Forschung subventionieren?
Und hier bildete sich Starke Konkurrenz, wie die Titan 4 oder die Delta-Raketenfamilie.
Mich persönlich wundert es, wieso man nicht das ein oder andere Modul für die ISS nicht mit einer Delta oder Atlas hochgeschickt hat, vermutlich weil man beim Shuttle die Möglichkeit hatte, Personal zum Installieren der neuen Module gleich dabei zu haben.

Zu 2.)
Die NASA ist eine Behörde
Für die Mondlandung mit quasi unerschöpflichen Budget im Wettlauf gegen die UDSSR der richtige Verein. In den aktuellen Zeiten (und vor allem in der westlichen Welt) aber absolut nicht mehr Kosteneffizient. SpaceX stellt ein gutes Konzept zu wettbewerbsfähigen Preisen gerade auf die Beine.

Kurz zu Missionen zum Mars oder noch weiter.
Man hat gesehen, dass das Constellation-Programm wegen zu hoher Kosten eingestampft wurde. Ich glaube erst, dass ein Mensch auf dem Mars landet, wenn ich es sehe.
Sollte ich mich täuschen, wird meiner Meinung nach ein Flug zum Mars nur über einen Zwischenstop bei einer Raumstation möglich sein.
Man könnte ja theoretisch Flug-, Lande- und Rückkehrmodul separat ins Weltall schicken. Hier lässt sich eine Schwerlastrakete günstig nutzen. Die Crew schickt man dann mit einen Dragon-Raumschiff einfach zur Mars-Fähre.
Weiter denke ich, dass die Nasa sich absichern wird. Vielleicht wird ein Marsflug sogar so aussehen, dass die Rückkehrkapsel bereits auf dem Mars oder eine Umlaufbahn startbereit wartet. 

Die letzten Werte für die Treffergenauigkeit der Sojus TMA... liegen innerhalb von 15 km. Der Horizontbereich liegt bei rd. 11 km.

Das gilt aber nur wenn der aerodynamische Wiedereintritt klappt. Es kam und wird immer mal wieder ein ballistischer vorkommen. Und dann sind Deine 15km um mehrere Größenordnungen nicht mehr zu halten. Von 8g Bremsverzögerung ganz zu schweigen...

@klausd - Wie sieht das Rettungssystem zum Dream Chaser aus

Soweit ich weiß, ist es im Dream Chaser integriert, wie auch bei dem Entwurf von SpaceX/Boeing. Wird also mit in den Orbit genommen und kann, im Gegensatz zur Sojus/Apollo, auch im späteren Verlauf des Starts (2. Stufe usw) noch zur Rettung eingesetzt werden. Die Treibstoffe können, falls das Rettungssystem nicht benötigt wird, für normale Orbitmanöver eingesetzt werden.

Gruß, Klaus

Hallo klausd,

...Das gilt aber nur wenn der aerodynamische Wiedereintritt klappt. Es kam und wird immer mal wieder ein ballistischer vorkommen. Und dann sind Deine 15km um mehrere Größenordnungen nicht mehr zu halten. Von 8g Bremsverzögerung ganz zu schweigen...

a- der aerodynamische Eintritt ist der Normalfall - dazu 15km Streukreis (es sind nicht Meine 15 km!) Beim Besuch der Landung wirst du in etwa 25 km Entfernung "gestartet".
b- aber Du schreibst, als würden umgekehrt 90% der russischen SA ballistisch landen. Hast du dazu wirklich so hohe Werte, und was zählst du da alles mit?
Gruß, HausD

Zu 2.)
Die NASA ist eine Behörde
Für die Mondlandung mit quasi unerschöpflichen Budget im Wettlauf gegen die UDSSR der richtige Verein. In den aktuellen Zeiten (und vor allem in der westlichen Welt) aber absolut nicht mehr Kosteneffizient. SpaceX stellt ein gutes Konzept zu wettbewerbsfähigen Preisen gerade auf die Beine.

Du bist also ein erklärter Anhänger von SpaceX, Burntime?

Das Problem ist aber, dass sich dieses Konzept zu einem überwiegenden Teil aus US-STeuermitteln finanziert, die von der Behörde NASA verwaltet und zugeteilt werden.

Kurz zu Missionen zum Mars oder noch weiter.
Man hat gesehen, dass das Constellation-Programm wegen zu hoher Kosten eingestampft wurde. Ich glaube erst, dass ein Mensch auf dem Mars landet, wenn ich es sehe.
Sollte ich mich täuschen, wird meiner Meinung nach ein Flug zum Mars nur über einen Zwischenstop bei einer Raumstation möglich sein.
Man könnte ja theoretisch Flug-, Lande- und Rückkehrmodul separat ins Weltall schicken. Hier lässt sich eine Schwerlastrakete günstig nutzen. Die Crew schickt man dann mit einen Dragon-Raumschiff einfach zur Mars-Fähre.
Weiter denke ich, dass die Nasa sich absichern wird. Vielleicht wird ein Marsflug sogar so aussehen, dass die Rückkehrkapsel bereits auf dem Mars oder eine Umlaufbahn startbereit wartet.

Wieso sollten die Astronauten mit der Dragon fliegen? Sie könnten schließlich auch Dreamchaser, CST-100 oder Orion nehmen. Mit letzterer könnte man vermutlich sogar zum Mars fliegen, selbstverständlich nur unter Verwendung mindestens eines weiteren Wohnmoduls. Man könnte dann bei der Rückkehr vom Mars ohne Einbremsen in eine Umlaufbahn den Wiedereintritt beginnen.

Hallo kann mir mal einer helfen?
Eine aerodynamische Abbremsung (aerodynamischen Wiedereintritt) kann ich mir gut vorstellen.
Was bedeutet aber "ballistischer Eintritt"?
Eine Rakete die es nicht in den Orbit schafft fliegt ballistisch, ebenso eine Kugel aus einer Schusswaffe (jeweils näherungsweise).
Aber habe ich beim Wiedereintritt nicht immer eine aerodynamische Komponente?

Vielleicht kann mich jemand aufklären oder wenn es die Antwort schon gibt, bitte verlinken (damit ich nicht dumm sterben muss).

b- aber Du schreibst, als würden umgekehrt 90% der russischen SA ballistisch landen.

Das hab ich nicht geschrieben. Die Landepräzision spielt eben eine Rolle bei der Auswahl eines geeigneten Landegebietes, der eben auch im Falle eines ballistischen Eintritts an jener Stelle möglichst nicht die Rocky Mountains zu bieten hat. Deswegen muss man diesen Fall, der durchaus vorkommt, berücksichtigen.

Ich verdrehe mal die Fragestellung: Welchen Vorteil hat eigentlich die Kapsel gegenüber einem Lifting Body? Einfacher... Robuster... Bewährter... billiger (wäre noch zu beweisen). Klingt mir nicht nach Argumenten, die man nicht noch durch längeren Praxiseinsatz wiederlegen könnte.

Was bedeutet aber "ballistischer Eintritt"?

Auch eine Kapsel erzeugt wie ein Flugzeug Auftrieb. Zieht man das Flugzeug zu stark hoch, reißt die Strömung ab, ein stall. Bei einer Kapsel ist der Spielraum bezüglich des Anstellwinkel wo Auftrieb erzeugt wird und wo die Strömung abreißt sehr klein. Kleinste Fehler reichen, dass die Kapsel dann nach Sir Isaak Newton runterklatscht. Also die Kapsel "gleitet" dann nicht mehr auf der Luft, sondern fällt wie ein Stein nach unten. Dadurch bremst die Kapsel Ihre 28.000 km/h auf einer kürzeren Strecke ab. Also mehr Bremsverzögerung und andere Landestelle auf der Erdoberfläche.

Gruß, Klaus