Wiederverwendbarkeit des Fairings

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lngo

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Wiederverwendbarkeit des Fairings
« am: 01. April 2017, 19:09:38 »
Dieser Beitrag soll dazu dienen, Informationen zur Wiederverwendbarkeit des Fairings der F9 zu sammeln und zu diskutieren.

SpaceX hat es geschafft, auch das Composite Fairing (13.1m/43 ft hoch, 5.2m/17.1 ft Durchmesser) am Stück runterzubringen, "Cherry on the Cake" für den ersten erfolgreichen Wiederflug einer Erststufe bei SES-10.

Die beiden Fairinghälften sind jeweils mit einem eigenen Thruster-System für die Lageregeln beim Wiedereintritt in die Atmospäre (vermutlich Stickstoff-Kaltgasdüsen) und einem steuerbaren Fallschirm ausgestattet. Das macht die Fairinghälften zu einem eigenen, kleinen Raumschiff.

E: Oh, actually, one little bit of breaking news which .. The fairing, the big nose cone - the top of the rocket, that actually successfully landed as well. (Audience: Wow, laughter, applause) That was definitely the cherry on the cake. So we actually have a parachute that - the fairing has it's own thruster control system and a steerable parachute. So it's its own little space craft. So the thrusters maintain its orientation as it comes in, as it reenters, and then we thow out the parachute and the parachute steers it to a particular location, and I was just shown a picture of an intact fairing floating in the ocean, (Audience: with the SES logo on it, M: It's the wrong half.. E:It's the half without the M:it's got a US flag on it.) But, yeah, that's really exciting - cause that fairing over 5m diameter, it just - you can fit a bus inside that fairing, and it costs 6 million dollars to make that fairing, and at one point we were debating, should we recover it or not, and I was like, "Guys, imagine you had 6 million dollars in cash in a pallet flying through the air, and it was going to smash into the ocean - would you try to recover that? Yes, yes you would. So, rather than have it smash into tiny pieces, it looks that's looking quite promising. Yeah, so maybe what we'll have is i kinda like a bouncy castle for it to land on, and then aim to reuse the fairing as well. And then the only thing left is the upper stage, which - we didn't originally intend for Falcon 9 to have reusable upper stage, but: it might be fun to kinda like a hail mary and, yeah - what's the worst thing that could happen, it blows up, it blows alrady away ( M:Elon, we need to discuss this...(Laughter) ) Yes.
[...]
we're not re-using the whole thing, but - with the fairing, assuming fairing reuse works out, and we amorsize the cost of reuse of the booster, we really looking at 3/4 of the rocket cost dropping by an order of magnitude, maybe more.

Elon Musk stellt sich eine Art Hüpfburg im Ozean vor, auf dem die Fairingshälften landen.

Musk envisions deploying a kind of “bouncy castle” for the fairing to land on so it can be recovered intact and reused.

tobi

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #1 am: 01. April 2017, 20:33:08 »
Hüpfburg ist nicht nur manrated sondern auch childrated, was kann da noch schiefgehen?  ;)

Nee jetzt mal ernsthaft. Ich finde die Idee gut, besser als die Helikopteridee. Die Hüpfburg ( ich tippe auf eine ca. 40mx40m aufblasbare Fläche mit leichten Seitenwänden) kann kompakt in einem Boot mitgenommen werden, dann vor Ort mit nem Kompressor aufgepumpt werden.

Jetzt stellt sich die Frage: hält sie auch die Position wie das ASDS (dafür bräuchte sie einen Antrieb) oder gibts Kommunikation zwischen Nutzlastverkleidung und Hüpfburg?

Nach der Landung gibt es das nächste Frage: zieht das Schiff die Hüpfburg in den Hafen oder hat das Schiff einen Kran und hebt die Nutzlastverkleidung auf eine Schiffsfläche und man lässt die Luft wieder aus der Hüpfburg raus?

Und für zwei Hälften der Nutzlastverkleidungen braucht es natürlich auch 2 Hüpfburgen.

Und weil es zwei Hüpfburgen braucht, tippe ich mal auf ein Schiff mit Kran, dass die Nutzlastverkleidungen auf eine Schiffsfläche hebt, wo sie sicher verzurrt werden. Das ist auch sicherer für den Rücktransport.

-----

Der Einsatz ist ein größeres gechartertes Schiff mit einer Ladefläche und die zwei Hüpfburgen, die Kaltgasdüsen an der Nutzlastverkleidung und der steuerbare Fallschirm. Bis eventuell auf den Fallschirm ist theoretisch alles wiederverwendbar.

Die Fixkosten sind also vor allem das Chartern des größeren Bootes + Personal, da tippe ich mal auf < 1 Million Euro pro Startkampagne.

Die zwei Nutzlastverkleidungshälften kosten laut Musk zusammen 6 Millionen Dollar in der Herstellung (preislich vergleichbar mit Ariane 5 Nutzlastverkleidung).

Mein Fazit: das lohnt sich. 8)

Offline Hugo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #2 am: 02. April 2017, 00:22:55 »
Wie stehen die Chancen, daß das Fairing bis an Land segeln kann?

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #3 am: 02. April 2017, 03:08:14 »
Gute Frage, ich habe nur die Angabe von SpaceX in einem Video gefunden, dass ca. bei 10x Schallgeschwindigkeiten das Fairing gelöst wird. Bei der Stufentrennung sind sie ca. bei 6x-7x Schallgeschwindigkeit. Das Fairing wurde genau eine Minute nach der Stufentrennung abgetrennt: http://www.spacex.com/sites/spacex/files/finalses10presskit.pdf

Ich kenne mich mit Orbitalmathematik nicht wirklich aus, aber vermute dass das Fairing nicht mehr als doppelt soweit wie die Erststufe kommt.

Die Karte hier verzeichnet alle möglichen SpaceX Standorte, links öffnen und zu "F9-033 SES-10 ASDS position" scrollen. Daran ist erkennbar, dass da nirgendswo in der Nähe Land ist - in Flugrichtung erst ca. 8x-9x weiter die Kapverdische Inseln und dann Afrika...

SpaceX Fairing Testing:

McPhönix

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #4 am: 02. April 2017, 09:19:57 »
10 x mehr als die Schallgeschwindigkeit ist zwar ein beeindruckendes Wort, aber wie relevant ist ab 80 km Höhe noch die "Schall"geschwindigkeit als Maß ? Ok, als PR-Info ists freilich toll.
Ist nicht viel entscheidender, welchen Druck in kg die Beschleunigung ausübt, auch wenn es "nur" noch ein Triebwerk ist ? Dieser Druck "von unten" ist doch (plus Vibrationen) der die Trennung evtl. stören könnte oder?

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Online RonB

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #5 am: 02. April 2017, 10:46:39 »
Die entscheidende Frage scheint doch zu sein mit welchem Gleitverhältnis die Fairinghälften gesteuert werden können. Wenn man z.B. einen Vortrieb wie bei einem Gleitschirm erreichen könnte ist auch eine etwas weiter entfernte Landfläche erreichbar. Die Nutzung von aufblasbaren Landflächen deutet allerdings darauf hin, dass ein Rückflug auf das amerikanische Festland nicht möglich ist. Es ist auf jeden Fall eine weitere interessante Aufgabe, die SpaceX hier löst.
Es recht zu machen Jedermann ist eine Kunst die keiner kann.

Offline rok

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #6 am: 02. April 2017, 10:52:03 »
Ich spekuliere mal ein bisschen über die von E.M. so genannte "Hüpfburg".

1. Diese Plattform dürfte mit Sicherheit über einen eigenen Antrieb und eine entsprechende Navigationsausrüstung verfügen, denn bei einer passiven Konstruktion ist die Gefahr groß, dass in den Sekunden vor der Landung eine Bö die Landeplattform plötzlich in irgendeine Richtung versetzt. Die Motoren müssten zumindest in der Lage sein, diese Mini-ASDS für einige Minuten gegen den Wind zu halten. Klakow hat das Problem im SES-10-Thread beschrieben.

2. Der Begriff Hüpfburg, statt Luftmatratze weist m.E. darauf, dass es sich eher um das Einfangen, als um eine Landung mit der Relativgeschwindigkeit "Null" handelt. Die Fairinghälften kommen also von hinten mit einer ausreichend hohen Gescheindigkeit in die offene Seite reingerauscht, bremsen stark ab, plumpsen auf den Boden und die Restgeschwindigkeit wird durch eine Auffangkonstruktion vorne und an den Seiten gestoppt.

3. Wie man diese Teile allerdings dann zurück transportiert ist schon sehr fraglich. Für eine lange Tour über das offene Meer sind sie vermutlich viel zu windanfällig und die Ladung ist nicht ausreichend geschützt. Vielleicht schafft man es ja, die Fairings in der Nähe des Kurses des ASDS zu fliegen, wo sie an Bord genommen werden könnten.

Auf jeden Fall mal wieder eine interessante Innovation, die wir hoffentlich dieses Jahr auch live sehen können. Irgendwann braucht man mehrere Monitore, um die ganzen gleichzeitige Vorgänge zu verfolgen.  ;)

Robert

edit: Hüpfburgen funktionieren auch an Land.  ;)

Schneefüchsin

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #7 am: 03. April 2017, 12:25:21 »
Warum muss die "Hüpfburg" eigentlich im Wasser sein? Ich kann mir gut vorstellen, dass sie auch an Deck eines Schiffs gut untergebracht werden kann.

Für die Besatzung besteht eigentlich keine Gefahr. Die Teile kommen nicht übermäßig schnell runter und sitzt auch nicht zu schwer, damit wäre selbst bei einer Kollision mit dem Schiff nur Material Kaput, solange nicht gerade jemand dazwischen gerät.
Sollte aus irgendeinem Grund der Gleitschirm nicht öffnen kämen die Hälfte noch nicht mal bis zum Schiff, also von dort auch keine Gefahr.

Grüße aus dem Schnee
Warum muss die "Hüpfburg" eigentlich im Wasser sein? Ich kann mir gut vorstellen, dass sie auch an Deck eines Schiffs gut untergebracht werden kann.

Für die Besatzung besteht eigentlich keine Gefahr. Die Teile kommen nicht übermäßig schnell runter und sitzt auch nicht zu schwer, damit wäre selbst bei einer Kollision mit dem Schiff nur Material Kaput, solange nicht gerade jemand dazwischen gerät.
Sollte aus irgendeinem Grund der Gleitschirm nicht öffnen kämen die Hälfte noch nicht mal bis zum Schiff, also von dort auch keine Gefahr.

Grüße aus dem Schnee

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Offline Duncan Idaho

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #8 am: 03. April 2017, 15:28:53 »
Go Searcher ist wieder im Hafen.

Und wie immer lauern schon Bilderjäger.
Ich denke mal das dürfte die Fairing sein bzw. Teile davon.


https://imgur.com/gallery/qa2rB
Credit: SteveMarr
#I NEVER WANT TO HOLD/SCRUB AGAIN. \\//_

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Offline Nitro

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #9 am: 03. April 2017, 15:48:13 »
Ich denke mal das dürfte die Fairing sein bzw. Teile davon.

Jepp, ziemlich eindeutig das Fairing und es sieht nicht sonderlich heile aus.  :-\
Bevor man einen Beitrag letztendlich abschickt sollte man ihn sich noch ein letztes Mal durchlesen und sich dabei überlegen ob man ihn genau in diesem Wortlaut auch Abends seinem Partner und/oder Kindern ohne Bedenken vorlesen würde.

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #10 am: 03. April 2017, 15:55:38 »
10 x mehr als die Schallgeschwindigkeit ist zwar ein beeindruckendes Wort, aber wie relevant ist ab 80 km Höhe noch die "Schall"geschwindigkeit als Maß ? Ok, als PR-Info ists freilich toll.
Ist nicht viel entscheidender, welchen Druck in kg die Beschleunigung ausübt, auch wenn es "nur" noch ein Triebwerk ist ? Dieser Druck "von unten" ist doch (plus Vibrationen) der die Trennung evtl. stören könnte oder?

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist ausschließlich von der Temperaturabhängig (und nicht vom Druck). Beides zusammen ergibt die Temperaturbelastung im Mach-kegel. Insofern nicht komplett uninteressant.

Ich denke mal das dürfte die Fairing sein bzw. Teile davon.

Jepp, ziemlich eindeutig das Fairing und es sieht nicht sonderlich heile aus.  :-\

Hmm, stimme zu. Offenbar war es der Wiedereintritt, der geklappt hat. Nicht das Schwimmen im Wasser oder die Bergung.

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Offline Sensei

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #11 am: 03. April 2017, 17:20:49 »
Aber das ist nicht tragisch. Es war eh nur ein zusätzlicher Test und es war an sich klar dass es mit reinem 'ins wasser platzschen' lassen nicht getan sein wird.

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #12 am: 03. April 2017, 17:31:11 »
Ich frage mich, ob grosse Airbags am Fairing selbst viel Gewicht kosten werden? Aufblasen kann man ja mit dem Stickstoffsystem, da bleibt sicher immer was übrig (um Impulse geben zu können, braucht es recht viel Druck - Aufblasen dagegen geht mit fast  Atmosphäre) - und die Airbags wiegen ja nicht soo viel.

Und zurück wird vollkommen autonom mittels dem steuerbaren Fallschirm gesteuert. Wie bei SkySails. Wiederverwendbar und CO2 neutral.  8)

McPhönix

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #13 am: 03. April 2017, 18:10:30 »
10 x mehr als die Schallgeschwindigkeit ist zwar ein beeindruckendes Wort, aber wie relevant ist ab 80 km Höhe noch die "Schall"geschwindigkeit als Maß ? Ok, als PR-Info ists freilich toll.
Ist nicht viel entscheidender, welchen Druck in kg die Beschleunigung ausübt, auch wenn es "nur" noch ein Triebwerk ist ? Dieser Druck "von unten" ist doch (plus Vibrationen) der die Trennung evtl. stören könnte oder?

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist ausschließlich von der Temperaturabhängig (und nicht vom Druck). Beides zusammen ergibt die Temperaturbelastung im Mach-kegel. Insofern nicht komplett uninteressant.

Ich muß doch nochmal nachfragen. Also auch in 80 km Höhe gibts noch soviel Luft, daß man Mach-Kegel usw. als mechanisch wirksame Faktoren in die Rechnung einbeziehen muß.? Bzw. dann wohl eher das Verschwinden des Mach-Kegels.?

Statt Druck von unten hätte ich besser Schubkraft schreiben sollen, um das besser zu trennen.  :-[

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #14 am: 03. April 2017, 19:55:00 »
Es gibt Luft, also gibt es einen Mach-Kegel. Wir befinden uns in 80km Höhe in der Mesophäre (oder Wiki).
Druck ca. 1 Pa, Temperatur ca. -90ºC / 183K.

Der dynamische Druck in 80km Höhe ist wohl offenbar schon vernachlässigbar, daher kann und wird ja dann auch das Fairing abgeworfen.
   
Ich kenne mich mit Aerodynamik bei Hypervelocity nicht aus, aber mal angenommen die Formel für Staudruck gilt bei Mach 10. Dann haben wir bei 80km und einer Stirnfläche des Fairings von 21.2m²:
   p = 1/2 * rhoLuft * v²
   T = T0 * (p/p0)(x-1)/x)
   rhoLuft = p * M / (R * T) = 1 * 28.96 / (8.3145 * 183) = 0.019 g/m³ = 1.9*10-5 kg/m³
   v = 10*Ma
   Ma = sqrt(1.402 * 8.3145 * 183 / 0.02896) = 271.4 m/s
   vMa10 = 2714 m/s
   vSES-10 = 2535 m/s (SES-10: youtube.com/watch?v=xfNO571C7Ko&t=22m42s)
   pMa10   = 70 Pa   ==> F ≈ 1483 N
   pSES-10 = 61 Pa   ==> F ≈ 1294 N
   TMa10   = 618K ≈ 346ºC
   TSES-10 = 594K ≈ 322ºC

McPhönix

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #15 am: 03. April 2017, 22:14:55 »
Ja man sieht doch immer wieder, daß eine Menge mehr berechnet werden muß, als man sich so vorstellt...
Danke für die Rechnerei :)

Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #16 am: 04. April 2017, 07:52:30 »
Die Fairings der Chinesen welche ohne Landehilfsmittel auf Land aufgeschlagen sind waren in einem Besseren Zustand wie das was hier unter der Plane hervorschaut, es sieht nach Totalschaden aus.
Dabei soll es doch weich und im Wasser gelandet sein.
Stellt sich die Frage ob die Zerstörungen im Flug (Schallmauer, Trudeln, Ruck beim öffnen des Fallschirms) oder bei der Wasserung erfolgt sind.

NotTheAndroidYouSearching

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #17 am: 04. April 2017, 10:21:14 »
Also Wasser ist bei einer gewissen Geschwindigkeit alles andere als weich.

Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #18 am: 04. April 2017, 11:10:16 »
Die Fallgeschwindigkeit sollte selbst ohne Fallschirm sehr gering sein.
Mich hat gewundert das man überhaupt einen Schirm benötigt. 
Die Fläche ist im Verhältnis zum Gewicht sehr niedrig.
Ich dachte die Fairings könnten wie ein Flugzeug Wassern.

*

Online RonB

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #19 am: 04. April 2017, 11:16:39 »
Der Schirm wird sicherlich nur zur Steuerung und zur Stabilisierung des Fairings benötigt. Ich denke, dass die Beschädigungen bei der Bergung entstanden sind.
Es recht zu machen Jedermann ist eine Kunst die keiner kann.

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #20 am: 04. April 2017, 19:40:18 »
Das nasaspaceflight Forum oder reddit gibt leider auch nicht viel Infos her. Vielleicht wird morgen ja was angekündigt.

lngo

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #21 am: 08. April 2017, 05:19:17 »
Zitat von: ElonMusk
@chairheadMD @cheron Fairing is ~$5M, but that should be reusable this year. Am fairly confident we can reuse upper stage too by late next year to get to 100%.

Großartigkeit, es bleibt spannend.

Offline rok

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #22 am: 08. April 2017, 11:10:01 »
Moin,

ich hab mir die Bilder von Steve Marr (s.o.) nochmal angesehen, bspw. hier:

https://images.raumfahrer.net/up056838.jpg

Es sieht tatsächlich so aus, als wäre die Fairing-Hälfte in mehrere große Stücke zerbrochen (das Zeugs unter der grauen Plane ist der Brems- oder Steuerschirm). Es gibt dafür eigentlich nur zwei Erklärungen:

Entweder ist es bei der Bergung zerbrochen. Das wäre eigentlich eine Schande, andererseits ist die "Go Searcher" kein Selbstlader, hat also keinen Kran o.ä. an Bord, sondern das Teil/die Teile wurden über die Heckkante auf die Ladefläche gezerrt (da ist auch noch frischer weißer Farbabrieb) und dabei können bei Seegang und anhängemdem Schirm schon erhebliche Kräfte auftreten.

Die zweite Möglichkeit ist, dass das Teil beim Eintauchen ins Wasser untergeschnitten hat und gleichzeitig vom Schirm weiter in Flugrichtung gerissen wurde und dabei schon stark angebrochen wurde und die Bergung dann den Rest "erledigt" hat.

Wenn aber alle Teile geborgen werden konnten, verfügt man jetzt sicherlich über große Mengen an Daten -auch Videos- die während des Fluges und der Landung gespeichert wurden.

Es wird also deutlich bessere Aussichten für den nächsten Versuch geben.

Robert

edit: Der weiße Container mit der Antennenkuppel hat normalerweise auf einem Offshore-Versorger nichts verloren, ist vermutlich für die Bahnverfolgung an Bord genommen worden. Und nachdem die Teile an Bord waren, bekam man die Tür nicht mehr zu.  :D

Offline R2-D2

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #23 am: 08. April 2017, 12:27:07 »
Moin,

ich hab mir die Bilder von Steve Marr (s.o.) nochmal angesehen, bspw. hier:

https://images.raumfahrer.net/up056838.jpg

Es sieht tatsächlich so aus ...
Wahnsinn, welche Schlussfolgerungen Du aus diesem doch recht wenig-sagenden Bild alle ziehen kannst...  :o
Es gibt aber sicher noch mind. 5 andere Fehlerursachen - nur ohne bessere Bilder oder Infos ist das alles Kaffeesatzleserei.

tobi

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Re: Wiederverwendbarkeit des Fairings
« Antwort #24 am: 13. April 2017, 20:47:55 »
Bei NSF wurde dieses Video gepostet:
https://vimeo.com/133990314

Man sieht einen Mann, der mit Fallschirm auf einer aufblasbaren Fläche im Meer landet.

Jetzt nur noch im Geiste den Mann durch Nutzlastverkleidung (oder Oberstufe?) ersetzen und die aufblasbare Plattform etwas größer denken.