SpaceX: Verhalten der Raketen bei Problemen

Da schon häufiger über das Verhalten einer Falcon im Problemfall gesprochen wurde, dache ich mir, das ganze ist ein eigenes Thema würdig.

Grundfrage: Wie verhält sich die Falcon bei Problemen?

Meine Vermutung 1:

- Es gibt immer ein Primär-Ziel und ein Sekundär-Ziel. Das Sekundär-Ziel wird ignoriert, bis das Primär-Ziel erreicht wurde. Mal ein Beispiel an einer Falcon 9:

- Start und die ersten Minuten: Primär-Ziel: Die 2. Stufe auf Geschwindigkeit zu bringen. Sekundär-Ziel: Die Landung. Erst, wenn die 2. Stufe seine Soll-Geschwindigkeit erreicht hat, schaut die Falcon ob sie noch landen kann. Fällt ein Triebwerk aus, fliegt sie länger, braucht mehr Treibstoff. Die 2. Stufe erreicht dann einige Sekunden später ihre Geschwindigkeit, aber sie erreicht sie. Erst jetzt wird geschaut, ob eine Landung möglich ist oder nicht. Gleiches gilt dann für die zweite Stufe und das Deorbit.  Primärziel = Den Satelliten auf Kurs bringen, Sekundärziel = Deorbit. (Wobei leider das Deorbit derzeit noch stark vernachlässigt wird.)

Aber wie wird das mit der Falcon Heavy werden? Genau so? Also haben die Booster erst das Primärziel den Center-Core auf Geschwindigkeit zu bringen und die Landung ist das Sekundärziel? Was, wenn die Oberstufe auch noch landen könnte, aber der Computer sagt: Den Satelliten bringen wir niemals auf Kurs, er wird zu 100% verglühen", sollen dann die Booster zwischen den beiden Zielen wechseln? Denn wozu das Primär-Ziel bevorzugen, wenn es eh fehlschlägt?

Daher meine Vermutung für die Falcon Heavy:
Alle Schritte welche durchgeführt werden sollen, werden mit einem Scoring versehen. Der Computer rechnet für jeden Schritt die Wahrscheinlichkeiten aus und Multipliziert. Das beste Scoring gewinnt.

Beispiel:
- Linker Booster: 10 Punkte
- Rechter Booster: 10 Punkte
- Center Core: 11 Punkte (Ist teurer, daher 1 Punkt mehr)
- 2. Stufe 5 Punkte
- Fairing: 1 Punkt
- Satellit: 20 Punkte

Fall 1:
Ein Triebwerk im Center-Core fällt aus. Die beiden Booser müssen länger feuern.

Szenario 1:
- Booster feuern 10 Sekunden länger.
- Landung der Booster: Wahrscheinlichkeit nur noch 50%.
- Rest: Normal:
- Rechnung: Zwei mal 10 Punkte mal 50% = 10 Negativpunkte.

Szenario 2:
- Die Booster feuern 5 Sekunden länger. Dafür können sie zu 100% landen. Dafür brennt der Center-Core 15 Sekunden länger. Er wird zu 0% landen.
- Möglichkeit eines weiteren Fehlers im Centercore +1 Strafpunkt.
- Rechnung: 1x11 Punkte +1 = 12 Negativpunkte.

Szenario 3:
- Die Booster feuern 5 Sekunden länger, der Centercore 5 Sekunden, die 2. Stufe 10 Sekunden.
- Alle 3 Core landen zu 100%, die Oberstufe gar nicht. Auch die Fairings treffen dann die Hüpfburg nicht mehr.
- Möglichkeit eines weiteren Fehlers in der 2. Stufe: +1 Strafpunkt.
- Möglichkeit eines weiteren Fehlers im Centercore +1 Strafpunkt.
- Rechnung: 5 Punkte + 1 +1+1 Punkte = 8 Punkte.

Szenario 4:
- Alle feuern 5 Sekunden länger. Dafür können alle 3 Cores und die 2. Stufe landen, das Fairing kann geborgen werden, aber der Satellit kommt nur noch zu 50% im Ziel an.
- Möglichkeit eines weiteren Fehlers in der 2. Stufe: +1 Strafpunkt.
- Möglichkeit eines weiteren Fehlers im Centercore +1 Strafpunkt.
- Rechnung: 30 Punkte mal 50% = 17 Negativpunkte.

Begutachtung: Das beste ist es, die 8 Negativpunkte zu akzeptieren. Man verliert damit zwar die 2. Stufe und riskiert mehr bei Folgefehlern, aber dafür rettet man alle drei Cores. Auch wenn es gefährlich klingt, sollte es nach der Rechnung besser sein.

Was meint Ihr? Wird es ein Scoring geben? Wird die Gefahr von Folgefehlern mit in die Rechnung einfließen? Oder geht man immer vom Optimum aus? Oder wird man weiterhin mit Primär-Ziel und Sekundär-Ziel arbeiten, was hier ja Szenario-1 wäre, und somit 2 Punkte schlechter fahren?

Wichtig wird das ganze dann, wenn SpaceX die Internet-Satelliten starten wird. Bei 4000 Satelliten werden diese verdammt billig. Vielleicht bekommen sie dann nur noch 5 Punkte, was dann schnell dazu führt, daß die Rakete wichtiger wird als der Satellit. Lediglich das Fairing wäre dann auch mit verloren, da es nur Segeln kann und somit kaum ankommen wird.

Das ist derzeit für niemanden hier zu berechnen, da niemand die tatsächliche Wirtschaftlichkeitsberechnung von Space X kennt.

Im Regelfall kostet die Nutzlast ein Vielfaches des Trägers, also wird man die Nutzlast auch bei Verlust aller Cores in die umlaufbahn bringen.

Alles weitere ist reines raten und hängt davon ab welchen tatsächlichen Restwert ein gebrauchter Altcore hat.

Spekulationen hierrüber sind Glaubenssache und können von der Restwert ist höher als der Neuwert, da ja Flugerpropt bis hin zu weniger als 0 gehehn, weil durch die Wiederverwertung die Produktionslinie der F9 nicht ausgelastet ist und Kosten verursacht, die Aufarbeitung langfristig nicht so billig wird wie erhofft oder sich nach vielen Flügen herausstellt, das das Ausfallrisiko der Altstufen höher sein könnte als der von neuen.

Den Wert der Stufen kann man natürlich nicht berechnen, jedoch wäre es möglich ihn zu schätzen und anhand der Schätzung dann ein Scoring zu benennen. Wenn z.B. 10 Millionen Dollar = 1 Punkt wären, dann wäre das Scoring unabhängig von heutigen Schätzungen. Es würde sich sogar mit jedem Flug ändern, da jede Nutzlast anders teuer ist.

Heute würde die Nutzlast so viele Punkte bekommen, daß sie immer auf Platz 1 steht. Das ist außer Frage.

Eine Schätzung muss auf Fakten basieren, die 10 Millionen sind Geraten bzw eine Wunschwert, da darunter die Wiederverwertung nicht wirtschaftlich wird.
Es gibt aktuell zu viele Unbekannte.

Das ganze hat Ähnlichkeit mit der Formel mit der man exakt berechnen kann wie viele außerirdische Spezies es aktuell in der Galaxis gibt.

Das mit Abstand wichtigste Ziel jedes Starts ist es, die Nutzlast auf ihre Position zu bringen, so genau wie nur möglich. Denn genau dafür zahlt der Kunde. Dem Kunden ist es vollkommen egal, ob der Träger wiederverwendet werden kann oder nicht, den interessiert nur, das seine Nutzlast dort landet, wo er sie hin haben möchte und wo sie Geld verdient. Ob die Nutzlast teurer oder billiger als der Träger ist, spielt dafür keine Rolle. Wer bei SpaceX aktuell einen Start auf einer neuen Rakete bucht, zahlt die kompletten Kosten, egal ob die erste Stufe wieder landen kann oder nicht. Soweit ich weiß, gibt es von Seiten SpaceX keine anteilige Rückzahlung von Startkosten, wenn die erste Stufe wieder sicher landen konnte. Daher ist die Wiederverwendung dem Kunden vollkommen egal.

Der Kunde bezahlt SpaceX dafür, die Nutzlast in den gewünschten Orbit zu bringen. Das kann ein 1 Milliarde Dollar teurer Sat sein oder auch nur eine Kiste Orangen. Das darf für SpaceX keine Rolle spielen. Zuerst muss die Nutzlast richtig abgesetzt werden. Das ist das wichtigste! Erst danach kann SpaceX mit der Rakete machen, was sie wollen, das interessiert den Kunden dann nicht mehr. Irgendwelche Experimente wegen einer möglichen Wiederverwendung darf keinesfalls dazu führen, das die Nutzlast ihren Orbit nicht erreicht.

Dem Kunden ist es vollkommen egal, ob der Träger wiederverwendet werden kann oder nicht, den interessiert nur, das seine Nutzlast dort landet, wo er sie hin haben möchte und wo sie Geld verdient.

Indirekt interessiert es ihn natürlich schon, nämlich insofern er durch die Wiederverwendung weniger Geld an SpaceX zahlen muss . Und wenn die Rakete durch ihre per Wiederverwendung schon erwiesene Funktionsfähigkeit zuverlässiger ist, interessiert ihn das auch.

Aber Du hast natürlich recht, das sind für ihn nur kleine Nebenaspekte. Priorität Nummer 1 ist für den Kunden, dass seine Nutzlast in den gewünschten Orbit kommt.

Zitat von: MR am 09. Juni 2017, 01:31:58

Dem Kunden ist es vollkommen egal, ob der Träger wiederverwendet werden kann oder nicht, den interessiert nur, das seine Nutzlast dort landet, wo er sie hin haben möchte und wo sie Geld verdient.

Indirekt interessiert es ihn natürlich schon, nämlich insofern er durch die Wiederverwendung weniger Geld an SpaceX zahlen muss . Und wenn die Rakete durch ihre per Wiederverwendung schon erwiesene Funktionsfähigkeit zuverlässiger ist, interessiert ihn das auch.

Aber Du hast natürlich recht, das sind für ihn nur kleine Nebenaspekte. Priorität Nummer 1 ist für den Kunden, dass seine Nutzlast in den gewünschten Orbit kommt.

Den Kunden interessiert, daß seine Nutzlast mit einer nachgewiesenen Zuverlässigkeit im Zielorbit vom Träger abgeliefert wird. Nachgewiesene Zuverlässigkeit heißt dabei daß die Zuverlässigkeit für die x-te Wiederverwendung nachgewiesen ist, nicht daß die Stufe beim vorhergehenden Flug funktioniert hat.

Die Funktionsfähigkeit einer Stufe wird durch die Abnahme nachgewiesen, nicht durch vorhergehende Flüge. Dazu müsste die entsprechende Lebensdauer inkl. Wiederverwendung nachgewisen werden. Ich weiß nicht wieviele Tests unter realistischen Fluglasten eine Stufe bisher durchgehalten hat.

Für diese Leistung/Service bezahlt der Kunde. Wenn es günstiger wird wenn Stufen wiederverwendet werden, warum nicht, solange die Zuverlässigkeit nicht darunter leidet. Daß sie dabei ansteigt ist nicht automatisch gegeben und muss nachgewiesen werden. 
(ein Gebrauchtwagen ist billiger und zuverlässiger als neu, weil er schon 200 000 km Laufleistung nachgewiesen hat ?)

Manchem Kunden ist es nicht egal, ob der Träger wiederverwendbar ist oder nicht. Mancher Kunden-CEO schaut oder liest gerne Scifi, träumt vom bemannten Marsflug oder ferneren Zielen.

Und nun hat er die Chance etwas zu verändern (mit SpaceX fliegen) oder nicht (mit einer anderen Rakete fliegen).

Ich vermute sehr stark, dass das bei einigen Leuten im Management von Satellitenbetreibern der Fall ist (z.B. SES, BulgariaSat). Natürlich würden die das niemals öffentlich so sagen, das kommt bei Investoren, die nur aufs finanzielle schauen, vermutlich nicht so gut an. Allerdings gibt es auch erstaunlich viele Leute, die an riskante Investments glauben (siehe Tesla-Aktie).

Manche Leute ersehen die Veränderung, andere arbeiten bei Arianespace.

Aber so lange diese Leute in verantwortlicher Position eines kapitalistischen Unternehmens sind fallen solche Erwägungen Weg und es geht ums Geld, Effizienz und Sicherheit.

Aber zu Proton:
Auch Anbieter haben Marktmacht und können sie Angebote so formulieren wie sie wollen - so lange sie dann noch Kunden finden sie das mitmachen.

(Ist ein Flugzeug das seit drei Monaten tadellos fliegt unsicherer als eines auf dem Jungfernflug direkt nach dem Rollout?!)

(ein Gebrauchtwagen ist billiger und zuverlässiger als neu, weil er schon 200 000 km Laufleistung nachgewiesen hat ?)

nein das sicher nicht, aber schau mal in den Gebrauchtmarkt von Autos, z.B. Passat TDI mit 1,9L Maschine z.B. dieses Model
Und jetzt nimm zwei andere Auto vergleichbaren Types und Baujahren,

Du wirst sehen das es beim Passat da viele Angebote gibt mit über 300tkm Laufleistung, selbst mit 500tkm finden sich welche.
Das sagt natürlich nichts darüber aus ob ein Fahrzeug eines anderen Herstellers dies nicht auch erreichen kann, nur eines ist sicher, es gibt Fahrzeugtypen da findet du kein einziges Angebot mit 500tkm, weil die eben schon mit 150tkm am sterben sind.

Fliegen Booster viele male, sagt die auf jeden Fall auch etwas über die Qualität der gebrauchten wie der Neufahrzeuge aus.
Die Krux ist derzeit natürlich noch das hier SpaceX quasi gerade von Fahrzeug auf den Markt gebraucht hat das mehr als einmal verwendet wird,
auf dem Gebrauchtmarkt braucht man also nicht nicht nachschauen ob die Dinger was tauchen.

Zitat von: proton01 am 09. Juni 2017, 10:40:34

(ein Gebrauchtwagen ist billiger und zuverlässiger als neu, weil er schon 200 000 km Laufleistung nachgewiesen hat ?)

nein das sicher nicht, aber schau mal in den Gebrauchtmarkt von Autos, z.B. Passat TDI mit 1,9L Maschine z.B. dieses Model
Und jetzt nimm zwei andere Auto vergleichbaren Types und Baujahren,

Du wirst sehen das es beim Passat da viele Angebote gibt mit über 300tkm Laufleistung, selbst mit 500tkm finden sich welche.
Das sagt natürlich nichts darüber aus ob ein Fahrzeug eines anderen Herstellers dies nicht auch erreichen kann, nur eines ist sicher, es gibt Fahrzeugtypen da findet du kein einziges Angebot mit 500tkm, weil die eben schon mit 150tkm am sterben sind.

Fliegen Booster viele male, sagt die auf jeden Fall auch etwas über die Qualität der gebrauchten wie der Neufahrzeuge aus.
Die Krux ist derzeit natürlich noch das hier SpaceX quasi gerade von Fahrzeug auf den Markt gebraucht hat das mehr als einmal verwendet wird,
auf dem Gebrauchtmarkt braucht man also nicht nicht nachschauen ob die Dinger was tauchen.

Naja, zunächst war mein Vergleich eher scherzhaft als ernst gemeint. Aber dein Vergleich mit dem Automarkt macht es eigentlich recht deutlich:

Wenn ein bestimmter Typ auch mit sehr großer Laufleistung noch ver- und gekauft wird, dann zeigt dies die Qualität und Zuverlässigkeit. Wenn mann dann ein Exemplar mit mittlerer Laufleistung kauft kann man (im statistischen Mittel) davon ausgehen daß dies noch lange zuverlässig funktioniert, da schon oft demonstriert.

Für SpaceX würde das dann bedeuten:  Wenn eine größere Anzahl von Erststufen schon 10 und mehr erfolgreiche Flüge gezeigt haben, dann ist eine Erststufe mit 1-3 Flügen zuverlässiger als eine völlig neue, da quasi schon mal "Probe geflogen". Das meinte ich mit Zuverlässigkeit demonstrieren. Mit wenigen Flügen werden Fertigungsfehler entdeckt, bzw. gezeigt daß keine vorhanden sind. Die generelle Zuverlässigkeit für eine gewisse Anzahl von Flügen haben schon viele frühere Exemplarte gezeigt.

Aber soweit ist SpaceX derzeit noch nicht. Das kann wohl noch etwa 2 Jahre dauern. Derzeit ist es noch Spekulation daß eine geflogene Stufe zuverlässiger ist als eine neue.

ich habe Hochachtung vor dem ambitionierten Programm von SpaceX. Aber was für die Zukunft erhofft wird ist eben heute noch nicht vorhanden. Wenn die so weiter machen werde sie es aber in nicht allzuferner Zukunft erreichen können.

Hier möchte ich noch auf diese Seite Hinweisen mit dem Tollen Diagramm.

Hier möchte ich noch auf diese Seite Hinweisen mit dem Tollen Diagramm.

Genau so ist es. Frühe Fehler im Teil 1 der Badewannenkurve (wg. Fertigungsabweichungen u. Ä.) werden im Abnahmetest vor dem ersten Flug erkannt. Dann muss durch mehrere Flüge mit mehreren Exemplaren die Länge des Teils 2 der Kurve nachgewiesen werden. Dies kann entlang der operationellen Flüge erfolgen. Im Teil 3 der Kurve ist das Lebensende erreicht, dann treten Fehler aus Ermüdung auf.

Aber solange die Grenze zwischen Teil 2 und Teil 3 der Kurve nicht nachgewiesen ist bedeutet jede weitere Wiederverwendung ein erhöhtes Risiko. Man kann das aber auch per Bodentests machen.