Wiederverwendbarkeit der zweiten Stufe

Hallo,

in dem allgemeinen Thread zum Thema Wiederverwendbarkeit ist auf der ersten Seite ein Video verlinkt, in dem die zweite Stufe auf der Erde landet.(Ab ca 1:15)

Zuerst dreht sich die Stufe retrograde und zündet das Triebwerk für ein Reentry. Die nächste Szene zeigt wie die Stufe wieder vorwärts in die Atmosphäre eintaucht mit einer Art Hitzeschutzschild nach vorn. In der nächsten Szene ist die Stufe um 180 Grad gedreht und landet mit dem Triebwerk nach unten.

Nun meine Frage: Wie kann sich die Stufe nach dem Eintauchen in die Atmosphäre bei vermutlich immer noch hohen Geschwindigkeit einfach so um 180 Grad in der Luft umdrehen?

Die Stufe hat keine aerodynamischen Steuerflächen. Wo muss der Schwerpunkt sich befinden für diese zwei Phasen (Reentry und Umdrehen für Landung)?

Muss zugeben, dass ich das in KSP noch nicht erfolgreich nachbauen konnte 

Hier noch mal das Video:

https://www.youtube.com/watch?v=pYUv7SLvo6g

Zuerst dreht sich die Stufe retrograde und zündet das Triebwerk für ein Reentry. Die nächste Szene zeigt wie die Stufe wieder vorwärts in die Atmosphäre eintaucht mit einer Art Hitzeschutzschild nach vorn. In der nächsten Szene ist die Stufe um 180 Grad gedreht und landet mit dem Triebwerk nach unten.

Nun meine Frage: Wie kann sich die Stufe nach dem Eintauchen in die Atmosphäre bei vermutlich immer noch hohen Geschwindigkeit einfach so um 180 Grad in der Luft umdrehen?

Die Stufe hat keine aerodynamischen Steuerflächen. Wo muss der Schwerpunkt sich befinden für diese zwei Phasen (Reentry und Umdrehen für Landung)?

Das war eine frühe Version, die sicher nicht alle Details korrekt enthielt.

Den Reentry burn machen, dann umdrehen, um Nase voraus einzutreten ist absolut machbar. Das ist noch im Vakuum. Steuerflächen werden gebraucht, um die Stufe Nase voraus stabil zu halten. Auch ITS hat sie, wie von Elon Musk bestätigt.

Dieser Teil ist Spekuation, aber es geht wohl kaum anders: Dann wird ein Wiedereintritt mit steigendem Anstellwinkel geflogen, bis für die Landung bei sehr geringer Geschwindigkeit die Stufe gefeuert wird. Ähnlich wie IXV.

Dieses Video ist schon sehr alt. Man muss das gezeigte eher als "das ist die Idee" anstelle von "genau so haben wir es vor" verstehen. Auch die Erststufe hat in diesem Video beispielsweise keine Gridfins.

Trotz alledem finde ich es schon erstaunlich, mit welcher Beharrlichkeit Musk hier seine Vision vorantreibt. Obwohl das Video wie gesagt schon alt ist enthält es bereits alle relevanten Eckpfeiler der Wiederverwendung.

Mane

Ich stelle mir schwirig vor die Oberstufe mit Kopf vorran in die Atmosphäre eintauchen zu lassen. Der Schwerpunkt liegt ja auf der anderen Seite - beim Triebwerk

Man hat ja noch Treibstoff in der Stufe für die Landung, mit dem kann man den Schwerpunkt weit genug vorne halten während des Wiedreintritts. Ausserdem wird man wie in dem alten Video zu sehen die Düsenverlängerung entweder einziehen oder abwerfen was den Schwerpunkt auch noch etwas nach vorne bringt.

Fragt sich ob sie den Dragonhitzeschild samt Landebeinen und den Superdracos nehmen und dann entsprechend auf der Hitzeschildseite landen oder doch mit dem Merlin (ohne Düsenverlängerung) oder anderen Triebwerken auf der Seite des Haupttriebwerks wie im Video. Und ob die Stufe auch aerodynamische Steuerflächen bekommt.

Zitat

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%.

https://twitter.com/elonmusk/status/850453029987917824

Nutzlastverkleidung soll dieses Jahr wiederverwendbar sein, die zweite Stufe Ende 2018.

Die Wiederverwendung der zweiten Stufe soll wohl doch jetzt kommen.

Und ich dachte F9 Block 5 sei die finale Version. Falsch gedacht!

Naja, kann ja die finale version der ersten Stufe sein. Von der Oberstufe sollte es doch sowieso noch eine Raptor Version geben oder?

Naja, kann ja die finale version der ersten Stufe sein. Von der Oberstufe sollte es doch sowieso noch eine Raptor Version geben oder?

Was ist mit der Zertifizierung der Oberstufe für bemannte Flüge?

Meiner Meinung nach kann das nur gehen, wenn es zwei verschiedene Oberstufe gibt. Die normale Block 5 Oberstufe, die auch für bemannte Starts zertifiziert ist und die neue wiederverwendbare Oberstufe.

...und die neue wiederverwendbare Oberstufe.

Die man später ebenfalls zertifizieren könnte nachdem sie ausgereift und mehrfach geflogen ist.

EM hat sich zur Wiederverwendung der gesamten Rakete geäußert. Neben der ersten und zweiten Stufe soll auch das Fairing wiederverwendet werden. Die Wieder verwendung der zweiten Stufe soll bis zum Ende nächsten Jahres realisiert werden.

https://spaceflightnow.com/2017/04/11/musk-wants-to-make-falcon-9-rocket-fully-reusable/

Der Bernd saß mal wieder am Taschenrechner:

https://www.bernd-leitenberger.de/blog/2017/04/12/wenn-ein-vorhaben-zum-dogma-wird/#more-12486


Ich muss allerdings zugeben dass ich nicht bei jeder Rechnung mitkam. [EDIT: Wertung entfernt]
Mag mir jemand mitteilen, wie teuer jetzt laut BL die 2. Stufe der F9 ist UND wie viel er meint dass man durch wiederverwendung davon einsparen kann?

Aber ich muss sagen ich freue mich immer noch auch mal die Sichtweise eines SpX Kritikers zu lesen.

Da die zweite Stufe für den Eintritt in die Erdatmosphäre und die Landung angepasst werden muss kan Dir die Kosten eventuell EM sagen. Die Bergungskosten kann man meiner Meinung nach vernachlässigen, weil die Stufe wahrscheinlich nach einer Erdumkreisung auf dem Cape landen wird . Die Einsparung wird sich nach der Anzahl der möglichen Wiederverwendungen ergeben. Da es genaue Zahlen über die Einsparungen jetzt noch nicht einmal für die erste Stufe gibt müssen wir mit Berechnungen für die Zweitstufe sicherlich mindestens bis zum Ende des nächsten Jahres warten.

Für offizielle Zahlen - klar. Wenn es die den überhaupt einmal geben wird.

Aber spekulieren kann man ja schon jetzt.
Und der Bernd Leitenberger hat in seinem Blog ja anscheinend irgendwelche konkreten Preise ausgerechnet/überschlagen. Aber ich bin irgendwie zu doof diese Werte herauszulesen :/

Da die zweite Stufe für den Eintritt in die Erdatmosphäre und die Landung angepasst werden muss kan Dir die Kosten eventuell EM sagen. Die Bergungskosten kann man meiner Meinung nach vernachlässigen, weil die Stufe wahrscheinlich nach einer Erdumkreisung auf dem Cape landen wird . Die Einsparung wird sich nach der Anzahl der möglichen Wiederverwendungen ergeben. Da es genaue Zahlen über die Einsparungen jetzt noch nicht einmal für die erste Stufe gibt müssen wir mit Berechnungen für die Zweitstufe sicherlich mindestens bis zum Ende des nächsten Jahres warten.

Nein wird sie vermutlich nicht, weil sie für eine Landung am Cape über bewohntes Gebiet fliegen muss. Außerdem dreht sich die Erde unter dem Orbit weiter, das geht nicht so einfach.

Ich vermute eine Landung auf dem Wasser, vielleicht vor Kalifornien wie die Dragon-Kapsel. Ich tippe auf Hitzeschild + steuerbare Fallschirme + Hüpfburg aber das ist reine Spekulation von mir.

Für offizielle Zahlen - klar. Wenn es die den überhaupt einmal geben wird.

Aber spekulieren kann man ja schon jetzt.
Und der Bernd Leitenberger hat in seinem Blog ja anscheinend irgendwelche konkreten Preise ausgerechnet/überschlagen. Aber ich bin irgendwie zu doof diese Werte herauszulesen :/

Ich lese 20% der Herstellungskosten raus. Ich denke er kommt drauf, weil die Fairing mit 5-6 Millionen angegeben ist und die Erststufe mit 70% der Herstellungskosten, dann muss die zweite Stufe dann der Rest sein also 20 %. Das wären wenn man die Herstellungskosten von 50,24 Millionen aus dem Blog nimmt rund 10 Millionen Dollar.

Nein wird sie vermutlich nicht, weil sie für eine Landung am Cape über bewohntes Gebiet fliegen muss. Außerdem dreht sich die Erde unter dem Orbit weiter, das geht nicht so einfach.

Ist von mir natürlich auch nur Spekulation, aber da die zweite Stufe ja aus der Erdumlaufbahn zurückkehrt dürfte die Entfernung zum Festland schon so weit sein dass eine Rückholung sehr auswändig wäre. Möglich wäre natürlich eine Landung vor oder an der Westküste. Leider bin ich nicht in der Lage solch eine Rückflugbahn zu berechnen . Vielleicht kann da Jemand helfen?

Danke.

Ich war mir dessen nicht sicher weil er ja die 6 Mio Fairingskosten mit 10% der Gesamtkosten annimmt, sich dann aber anscheinend wirklich auf die 60Mio Gesamtkosten bezieht und nicht auf die Herstellungskosten.

Und weiterhin geht er von 50% kosten für das Wiederaufbereiten der 2. Stufe aus (selben Wert den er für die 1. Stufe annimmt - und vermischt hier wohl den Testflug mit voraussichtlich langfristigen Einsparungen)

Zitat von: tobi am 13. April 2017, 09:27:46

Nein wird sie vermutlich nicht, weil sie für eine Landung am Cape über bewohntes Gebiet fliegen muss. Außerdem dreht sich die Erde unter dem Orbit weiter, das geht nicht so einfach.

Ist von mir natürlich auch nur Spekulation, aber da die zweite Stufe ja aus der Erdumlaufbahn zurückkehrt dürfte die Entfernung zum Festland schon so weit sein dass eine Rückholung sehr auswändig wäre. Möglich wäre natürlich eine Landung vor oder an der Westküste. Leider bin ich nicht in der Lage solch eine Rückflugbahn zu berechnen . Vielleicht kann da Jemand helfen?

Umlaufzeit für eine GTO Bahn ist rund zehn Stunden.
Absolut gesehen kommt die Stufe natürlich (etwas vor dem) Perigäum runter - also einige km vor dem ehemaligen Startpunkt (wenn die Erde sich nicht wegdrehen würde)

Abgesehen von einigen Sticheleien, vor allem am Anfang ist der Artikel gar nicht schlecht.

Er geht davon aus, das die Nutzlast um mindestens 2,2t abnimmt. Die Argumentation dafür ist auch ganz in Ordnung. Er geht auch davon aus, das sie wie in dem alten Video per Triebwerk landen wollen, ob dies noch der Fall ist, ist die große Frage.

Er geht auch davon aus, das die Wiederverwendung vor allem bei FH, LEO und SSO Flügen gemacht wird, da es bei GTO zu sehr die Nutzlast einschränkt.

Leicht OT: Er stellt die Frage, warum das Fairing der Falcon 9 teurer ist, als das der Ariane 5, obwohl kleiner. Durchaus berechtigte Frage, auch wenn der Unterschied bei den Fairings überschaubar ist.

Grüße aus dem Schnee

Das mit der zwei Tonnen Nutzlasteinbuße könnte schon hinkommen bei der F9. Aber den ganzen LEO-Flügen ist die F9 bei weitem nicht am Limit, da ist Platz für die Wiederverwendung.

Die Triebwerkslandung halte ich persönlich nicht mehr für aktuell bei der Oberstufe, ich tippe auf steuerbaren Fallschirm + Hüpfburg wie bei der Nutzlastverkleidung.

Man darf nicht vergessen, dass das ursprüngliche Video von 2011 ist und sich seitdem viel geändert hat.

Wobei noch dazu kommt dass der Nutzlastverlust durch Wiederverwendung bei der S2 stark vom Zielorbit abhängt.
Zum LEO werden es wesentlich weniger als 2.2 t sein.

Die 2,2 Tonnen setzen sich zusammen aus Zusatzgeräte wie Beine und Hitzeschild, Treibstoff für Deorbit und Landung selbst, kein Reentryburn.

Diesen Punkten nach dürfte der Unterschied nur Deorbitburn liegen, also eher unbedeutend.

Grüße aus dem Schnee

  Stimmt, der Großteil der Bewegungsenergie soll ja (nach diesem Video) über ein Hitzeschild abgebaut werden. Mea culpa!

Hat es nicht kürzlich erst hoch offiziell geheissen, Artikel von BL sollen auch ausschliesslich dort kommentiert werden?

Hat es nicht kürzlich erst hoch offiziell geheissen, Artikel von BL sollen auch ausschliesslich dort kommentiert werden?

Bitte ja. Ich schätze hier im Forum sehr das immer sehr sachlich und konstruktiv diskutiert wird. 

Hier:

[...]
Bitte Blog-Artikel von Bernd Leitenberger auf dessen Seite diskutieren. Nicht hier - BL möchte das so.   Pirx