Falcon 9 / Dragon CRS3

Sie steigt zunächst noch ein Stück, einfach durch den Schwung und fliegt auch noch weiter weg vom Startplatz (ballistische Kurve), bevor sie zu sinken und langsamer zu werden beginnt.

Jetzt wird's schwierig, denn jetzt muß die Stufe zunächst die Sink- und Vorwärtsgeschwindigkeit auf Null bringen und dann in Gegenrichtung so stark beschleunigen, daß sie die dann  >60 km zum Startplatz zurückfliegen kann, ebenfalls auf einer ballistischen Flugbahn.

Nur eine Frage - wäre es nicht effizienter möglichst früh, also noch im aufsteigenden Ast der ballistischen Bahn den Rückfug einzuleiten?  Das würde doch zu einen Höhengewinn und dadurch wohl auch horizontalem Reichweitengewinn (bei gleichem Impuls) führen. Und die zu überwindende horizontale Rückflugdistanz wäre so ebenfalls geringer. Oder spricht etwas dagegen?

Danke für die Nennung des Begriffs (Slosh Baffles) 

Die Frage ist auch inwiefern für den Boost-Back Treibstoff aufgewendet werden muss. Bis zu einem gewissen Grad könnten die Beine als Leitflächen zur Steuerung helfen, aber dazu bin ich zu wenig im Thema Aerodynamik drin.

An sich dürfte der Boost-Back der nächste große kritische Punkt neben der weichen Landung werden. Eine Landung am Cape wäre ein gigantischer Meilenstein in der Nutzung von Raketen an sich. Ich hoffe es heißt bald "The Falcon has landed!" 

N'abend,

Nur eine Frage - wäre es nicht effizienter möglichst früh, also noch im aufsteigenden Ast der ballistischen Bahn den Rückfug einzuleiten?  Das würde doch zu einen Höhengewinn und dadurch wohl auch horizontalem Reichweitengewinn (bei gleichem Impuls) führen. Und die zu überwindende horizontale Rückflugdistanz wäre so ebenfalls geringer. Oder spricht etwas dagegen?

ich glaube, das kann man aus dem Stehgreif nicht beantworten, sondern müßte es dezidiert durchrechnen.

Einerseits ist es durchaus sinnvoll, den Rückflug früh und so 'hoch' wie möglich zu beginnen, andererseits müßte man dann mehr noch vorhandene 'Vorwärtsgeschwindigkeit' abbauen. Überläßt man dies dem Luftwiderstand, startet den Rückflug also später und tiefer, braucht man mehr delta-v für die erforderliche Gipfelhöhe des Rückflugs.... 

Hinzu kommt noch die Frage des Luftwiderstands. Nach dem Abtrennen der Oberstufe hat die Erststufe (ihre Spitze) einen Luftwiderstandsbeiwert wie eine Schrankwand. Ist ja nicht mehr aerodynamisch gestaltet. Deshalb darf man auch nicht in zu tiefe Schichten der Atmosphäre absinken, bevor man den Rückflug beginnt.

Ist also alles recht kompliziert und der optimale 'Umkehrpunkt' läßt sich ohne detaillierte Computersimulationen nicht definieren...

Ich glaube übrigens inzwischen nicht mehr, daß man bei CRS-3 bereits einen Back-Boost probieren wird. Nach dem, was man so liest, will man das Entfalten der Landebeine testen, sowie ein 'weiche' Landung auf dem Meer. Der ungefähre Landepunkt lät sich recht gut vorhersagen und die Beobachtungsflugzeuge (-Schiffe?) in Position bringen.
Wie ein Back-Boost funktioniert, weiß man noch nicht. Entsprechend unsicher ist auch der Landepunkt.

Es sei denn, man verläßt sich ausschließlich auf Datenübertragung von der Erststufe, um über Erfolg/Mißerfolg einer 'weichen' Landung zu urteilen.

Gruß
roger50

Gekürztes Zitat.

...
Die wenigen verfügbaren Zahlen schwanken, aber bei Stufentrennung befindet sich die erste Stufe in rund 60 km Höhe, ist ca. 50 km vom Startplatz entfernt und hat immer noch eine Geschwindigkeit von ~2 km/sec. Sie steigt zunächst noch ein Stück, einfach durch den Schwung und fliegt auch noch weiter weg vom Startplatz (ballistische Kurve), bevor sie zu sinken und langsamer zu werden beginnt.

Jetzt wird's schwierig, denn jetzt muß die Stufe zunächst die Sink- und Vorwärtsgeschwindigkeit auf Null bringen und dann in Gegenrichtung so stark beschleunigen, daß sie die dann  >60 km zum Startplatz zurückfliegen kann, ebenfalls auf einer ballistischen Flugbahn. So etwas wurde bisher noch nie probiert, ist aber absolut erforderlich für eine eventuelle Wiederverwendbarkeit.
...

Mit dieser Geschwindigkeit sollte die Stufe noch einige Zeit an Höhe gewinnen.
Am besten wäre es dann doch, nur die Vorwärtsgeschwindigkeit abzubremsen und den Höhengewinn noch mitzunehmen.
Je mehr Höhe ich dabei aufbaue, desto weniger Geschwindigkeit benötige ich anschließend um ballistisch nach Hause zu kommen.
Dadurch müsste sich dann auch der benötigte Treibstoff reduzieren.

Edit: Ups, da hatte wohl mehrere den gleichen Gedanken. 

Bis zu einem gewissen Grad könnten die Beine als Leitflächen zur Steuerung helfen, aber dazu bin ich zu wenig im Thema Aerodynamik drin.

Ich auch nicht, irgendwo gibt es da aber sicher bei der Form der Beine in eingeklappten Zustand ein Optimum, die könnten ja auch z.B. die Form einer niedrigen Rückenflosse haben. Dieses Optimum zu suchen, welches natürlich auch die Stabilitätät der Stufe berücksichtigen muß, stelle ich mir als Laie ziemlich schwierig vor.

Nur eine Frage - wäre es nicht effizienter möglichst früh, also noch im aufsteigenden Ast der ballistischen Bahn den Rückfug einzuleiten?  Das würde doch zu einen Höhengewinn und dadurch wohl auch horizontalem Reichweitengewinn (bei gleichem Impuls) führen. Und die zu überwindende horizontale Rückflugdistanz wäre so ebenfalls geringer. Oder spricht etwas dagegen?

Richtig. Es wird so früh wie möglich unmittelbar nach der Stufentrennung der Rückflug eingeleitet. Dafür feuern 3 Triebwerke, damit das Manöver nicht länger dauert als nötig. Dabei wird auch ausschließlich die horizontale Komponente geändert. Die Stufe steigt noch weiter. Genau wie du sagst, wird so Zeit gewonnen und die Geschwindigkeit kann geringer sein. Praktisch ungefähr 2km/s nach Stufentrennung und vielleicht ungefähr 1km/s in Gegenrichtung nach Boostback. Dadurch wird auch der Wiedereintritt langsamer und möglicherweise wird gar kein weiterer Bremsschub für den Wiedereintritt mehr benötigt. Nur für die eigentliche Landung feuert dann noch ein Triebwerk.

Edit: Ein bißchen ist das Spekulation, gesagt hat man bei SpaceX dazu auch nichts. Aber beim Cassiope-Flug wurde sehr schnell gefeuert.

SpaceX gibt aber keine Zahlen bekannt. Nur einmal hat Elon Musk gesagt, bei Stufentrennung ist die Geschwindigkeit Mach 6 also ca. 2km/s.

Wann eigentlich die Beine ausgefahren werden, ist auch Gegenstand heißer Diskussionen. Früh, noch im Quasi-Vakuum oder erst unmittelbar vor der Landung.

Ist also alles recht kompliziert und der optimale 'Umkehrpunkt' läßt sich ohne detaillierte Computersimulationen nicht definieren...

Ja, das ist wohl so, ich wollte nur die andere Dimension dieses Problems erwähnen.

Ich glaube übrigens inzwischen nicht mehr, daß man bei CRS-3 bereits einen Back-Boost probieren wird.

Dann würde aber der Flug keinen Fortschritt bezüglich Genehmigung für Landungen an Land bringen. Daran, daß die Stufe eine ballistische Flugbahn beherrscht, wird die Genehmigungsbehörde sicher nicht zweifeln

Gruß Kelvin

Doch natürlich wäre das auch ohne Boost Back ein Fortschritt in diese Richtung. Man muss doch auch beweisen, dass man mit den Landebeinen weich landen kann.
Ich glaube auch nicht, dass sie einen Boost Back versuchen werden, bzw. wird man das auch nicht offiziell erfahren.

Gruß,
KSC

Doch natürlich wäre das auch ohne Boost Back ein Fortschritt in diese Richtung. Man muss doch auch beweisen, dass man mit den Landebeinen weich landen kann.

Ok, ein Fortschritt wäre das natürlich schon. Ich meine das nur bezogen auf die "Treffgenauigkeit".

Ich glaube auch nicht, dass sie einen Boost Back versuchen werden, bzw. wird man das auch nicht offiziell erfahren.

Wenn die Landung von der Küste vorm Cape beobachtet wird, dann wissen wir, dass es einen Boost-Back gab und dieser erfolgreich war. Ansonsten findet die Landung weit hinter dem Horizont statt (Stufe zu weit weg). So hat es jemand bei NSF erklärt.

Jetzt brauchen wir nur Augen am Cape 

Doch natürlich wäre das auch ohne Boost Back ein Fortschritt in diese Richtung. Man muss doch auch beweisen, dass man mit den Landebeinen weich landen kann.

Jetzt kommen mir doch noch Bedenken: Ist es für die Genehmigungsbehörde eigentlich nicht zweitrangig, ob die Stufe am vorgesehenem Landeplatz umkippt? Öffentliche Sicherheit wäre dabei doch nicht gefährdet.

Wenn die Landung von der Küste vorm Cape beobachtet wird, dann wissen wir, dass es einen Boost-Back gab und dieser erfolgreich war. Ansonsten findet die Landung weit hinter dem Horizont statt (Stufe zu weit weg). So hat es jemand bei NSF erklärt.

Jetzt brauchen wir nur Augen am Cape 

Ich glaube das kann man nicht so pauschal sagen. Auch mit erfolgreichen Boost Back wird die Landung mindestens 50, eher mehr Kilometer von der Küste weg erfolgen. 50 Kilometer Bodensichtweite hat man am KSC eigentlich nie.
was man sehen könnte wäre die Triebwerkszündung, aber die Landung selber sicher nicht.

Gruß,
KSC

Öffentliche Sicherheit wäre dabei doch nicht gefährdet.

Ausser sie kippt auf Häuser oder Straßen.

Es gibt einen neuen Artikel bei NSF mit Informationen von SpaceX.

http://www.nasaspaceflight.com/2014/02/spacex-crs-3-landing-legs-plan-first-stage-recovery-ambitions/

Es wird keinen Boostback geben, nur eine Bremsung wie bei Cassiope. Die Beine werden erst bei der Landebremsung ausgefahren, ca. 10s vor der "Landung". Sie sehen für die Wasserlandung immer noch weniger als 50% Chance für eine Bergung.

Korrektur, nicht 10s vor der Landung, sondern ca. 10s nach Beginn der Landebremsung, das ist ja fast am Boden.

Frage ist, warum sie nicht bis in Landnähe zurückfliegen. Fehlende Erlaubnis?

Moin,

Frage ist, warum sie nicht bis in Landnähe zurückfliegen. Fehlende Erlaubnis?

Ich denke, dass der Treibstoffverbrauch dafür vor allem auf die Nutzlast anbord der Dragon gehen würde.

Moin,

Zitat von: Führerschein am 01. März 2014, 09:10:38

Frage ist, warum sie nicht bis in Landnähe zurückfliegen. Fehlende Erlaubnis?

Ich denke, dass der Treibstoffverbrauch dafür vor allem auf die Nutzlast anbord der Dragon gehen würde.

Dagegen steht die völlig eindeutige Aussage, daß sie zurückfliegen wollen, wenn sie die Erlaubnis bekommen. Und die Aussage, daß praktisch alle Nutzlasten auf dem Startmanifest die dafür nötigen Reserven lassen.

Zitat

Öffentliche Sicherheit wäre dabei doch nicht gefährdet.

Ausser sie kippt auf Häuser oder Straßen.

Der Satz unmittelbar davor lautete: "Ist es für die Genehmigungsbehörde eigentlich nicht zweitrangig, ob die Stufe am vorgesehenem Landeplatz umkippt?"

Am vorgesehenem Landeplatz dürften sich weder Häuser noch Straßen befinden. Das eine (wichtigere) Bedingung für die Genehmigung dürfte die Zielgenaugkeit sein. Die Frage ob die Stufe bei der Landung heil bleibt ist für die öffentliche Sicherheit eher zweitrangig.

Korrektur, nicht 10s vor der Landung, sondern ca. 10s nach Beginn der Landebremsung, das ist ja fast am Boden.

Vielleicht befürchten sie, daß voll ausgefahrene Landebeine beim Wassern beschädigt werden könnten.   

Zitat von: Führerschein am 01. März 2014, 09:10:38

Korrektur, nicht 10s vor der Landung, sondern ca. 10s nach Beginn der Landebremsung, das ist ja fast am Boden.

Vielleicht befürchten sie, daß voll ausgefahrene Landebeine beim Wassern beschädigt werden könnten.   

Die Frage ist wann die Landebremsung beginnt und in welcher Höhe. Zum vollen Ausfahren der Beine benötigt man vlt. 10-20 Sekunden. So lange dürfte die Landebremsung schon dauern. Vermutlich werden die Beine aber vorher schon teils ausgefahren um den Luftwiderstand zu erhöhen und den Fall der Stufe zu stabilisieren. Nicht vergessen: Das Spinning der Stufe wie bei Cassiope meinte SpaceX durch die Beine verhindern / stark abzuschwächen zu können.

Zitat von: Führerschein am 01. März 2014, 09:10:38

Korrektur, nicht 10s vor der Landung, sondern ca. 10s nach Beginn der Landebremsung, das ist ja fast am Boden.

Vielleicht befürchten sie, daß voll ausgefahrene Landebeine beim Wassern beschädigt werden könnten.   

Da spielt die Aerodynamik rein. Die Beine wirken wir "Federn" an einem Pfeil, aber am falschen Ende (quasi am Kopf). Sobald die ausgefahren werden, wandert der Druckpunkt der aerodynamischen Kräfte nach unten, sehr wahrscheinlich unter den Schwerpunkt. Im Abstieg wird die Rakete dadurch instabil (umgekehrt würden Leitflächen ab oberen Ende hier helfen zu stabilisieren). Daher sollte die Phase so kurz wie möglich sein, mit so wenig Geschwindigkeit wie möglich.

Ich denke, dass der Treibstoffverbrauch dafür vor allem auf die Nutzlast anbord der Dragon gehen würde.

Wenn dem so wäre, würde das ja für die Zukunft bedeuten, dass man bei Dragonflug X mit Nutzlast X keine Wiederverwendbarkeit haben könnte, aber bei Dragonflug Y mit Nutzklast Y schon.
Das dürfte so nicht laufen. Wenn die Wiederverwertbarkeit der ersten Stufe tatsächlich 30% Nutzlast kosten soll, würde das bei einer Falcon 9R mit Dragon (4,2t) immer noch 5 Tonnen Nutzlastkapazität ergeben. Soviel kann eine Dragon gar nicht aufnehmen....

Entscheidend wird sein, ob sie das Spinning, auch durch Ausfahren der Landebeine in den Griff bekommen.
Das Bergen der gewasserten Stufe ist übrigens nicht primär, man rechnet nur zu 30 bis 40% damit.

Das eine (wichtigere) Bedingung für die Genehmigung dürfte die Zielgenaugkeit sein. Die Frage ob die Stufe bei der Landung heil bleibt ist für die öffentliche Sicherheit eher zweitrangig.

Das sehe ich anders. Es wird nur dann eine Genehmigung geben, wenn SpaceX zeigen kann, dass man das Gerät in all  seinen Aspekten sicher beherrscht. Im sichern aufsetzen der Stufe sehe ich aber eigentlich keine Probleme (wenn man die Rotation in den Griff bekommt). Wichtigstes Kriterium ist natürlich trotzdem die Zielgenauigkeit.

Gruß,
KSC

Im sichern aufsetzen der Stufe sehe ich aber eigentlich keine Probleme (wenn man die Rotation in den Griff bekommt). Wichtigstes Kriterium ist natürlich trotzdem die Zielgenauigkeit.

Gruß,
KSC

Ich hoffe das. Die Rotation dürfte kein Problem sein, das ist beherrschbar mit mehreren Methoden, nachdem sie erstmal das Problem kenne. Die Landung ist etwas anderes.

Grasshopper hat Landungen mit Schub/Gewicht >1 gemacht. Eine reale Erststufe muß aber mit Schub/Gewicht >> 1 landen. Das wird noch eine Sache, die erst demonstriert werden muß.

Jemand bei NSF hat spekuliert, daß SpX-3 deshalb nicht zurückfliegt, damit noch viel Treibstoff bei der Wasserung an Bord ist als Ballast. Keine Ahnung, ob da was dran ist. Ich möchte endlich Falcon 9R, den Grasshopper Nachfolger fliegen und sicher landen sehen.

Grasshopper hat Landungen mit Schub/Gewicht >1 gemacht. Eine reale Erststufe muß aber mit Schub/Gewicht >> 1 landen. Das wird noch eine Sache, die erst demonstriert werden muß.

Ich möchte endlich Falcon 9R, den Grasshopper Nachfolger fliegen und sicher landen sehen.

In meinen Augen wird es das größte Problem sein, die Stufe weich zu landen. Das Merlin 1D kann nicht weit genug herunter geregelt werden, die Stufe ist (sofern man nicht einige Tonnen Treibstoff als Ballast in den Tanks behält) bei der Landung einfach zu leicht. Die finale Zündung muss genau getimt werden, abhängig von der Sink-Geschwindigkeit, der Höhe, des Gewichts usw., sonst hebt die Stufe entweder wieder ab oder schlägt hart auf.

Ich glaube an all die tollen Versprechen von SpaceX nicht. Eine derartige Wiederverwendung, wie sie SpaceX vorhat, wird nach meiner Meinung nach nie wirtschaftlich möglich sein. Berücksichtigt man alles, also auch die Nutzlasteinbußen und die Kosten für die Aufarbeitung der Stufe (besonders nach einer Wasserung), wird das teurer als eine normale Wegwerfrakete.

Na dann bleibt die Raumfahrt halt für alle Zeiten ein Wegwerfgeschäft.Weil sich´s in Mammon nicht rechnet.Ökologisch sinnvoll und so weitsichtig wie armselige Betriebswirte.