Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)

Mit der Gravitation? So läuft das leider nicht.

Was möglich wäre, ist wohl, immer wieder mit dem Hitzeschild an der Atmosphäre zu kratzen und mit jeder Runde etwas mehr Energie abzubauen.

Aber eben mit dem Hitzeschild.
Die ganze Idee des großen Hitzeschilds ist es doch, es zum Energieabbau zu nutzen. Mit Triebwerksleistung ist da nichts zu erreichen.

PS: ihr kennt noch das entry video beim Mars vom letzten Jahr?
Ab 2:20

https://www.youtube.com/watch?v=fulCbz3vDvo

Die BFR landet wie das Shuttle, nur im letzten Moment soll die Rakete gedreht werden um vertikal zu landen. Ausnahme wäre natürlich eine Landung auf dem Mond.

Dass duerfte bei den 3 Deltafluegeln nicht funktionieren. Außerdem sehe ich an der Front keinen Hitzeschild. Das kann so gar nicht funktionieren. Man wird von Anfang an mit dem A... voraus in die Atmosphäre eintreten.

Zitat von: Elon Musk

The plane thing is not a good idea in my view. [...] Every mode of transport has a design that is appropriate to it's medium.
If you are in space, wings are not really usefull. Cause there is no air. [...] Thats why when they went to the moon, they used propulsive landing.
[...]
 I think that [looking like a plane] appealed to Congress. "Looks like an airplane... coool. good one"

In der Tat ein gutes Zitat, war auch mein erster Gedanke als ich das Bild gesehen hatte.

Außerdem sehe ich an der Front keinen Hitzeschild.

Auf der gesamten Unterseite ist der Hitzeschild zu sehen (das dunklere Grau).

Dass duerfte bei den 3 Deltafluegeln nicht funktionieren. ... Das kann so gar nicht funktionieren.

Warum nicht? Der obere "Flügel" ist kein Delta-Wing sondern ein Seitenleitwerk. Es verfügt auch nicht über Scharniere oder einen Hitzeschutz wie die unteren "Flügel". Ist auch klar. Es befindet sich ja nicht in der heißen Zone beim Wiedereintritt.

Man wird von Anfang an mit dem A... voraus in die Atmosphäre eintreten.

Das würde bedeuten, dass praktisch die ganze Energie über die Triebwerke und nicht über den Hitzeschutz abgebaut werden muss. Wo kommt denn der Treibstoff dafür her?

Verwechselt das nicht mit dem F9 Booster. Der hat bei weitem keine Orbitalgeschwindigkeit und muss trotzdem Bremsen (via Triebwerke) um nicht zu verglühen. Das BFS hat aber ein vielfaches der Geschwindigkeit drauf als der F9 Booster, wenn es vom Mond oder vom Mars wieder an der Erde ankommt. Diese Energie muss abgebaut werden. Wie, wenn nicht über einen Hitzeschild? Bedenke: Doppelte Geschwindigkeit, vierfache Energie.


BTW: Musk hat bereits bei der zweiten BFR Präsentation eine Simulation des BFS beim Eintritt in die Mars- Atmosphäre gezeigt. Und es ist so wie tobi sagt: Bis kurz vor dem Aufsetzen steht die größtmögliche Fläche des Schiffs praktisch 90 Grad zur Flugrichtung und erst kurz vorm Aufsetzen wird das Schiff gedreht. Da sind schon 99%!!!! der Energie über den Schild abgebaut.

Hier nochmal zum nachsehen und hören (ab 2:15):

https://www.youtube.com/watch?v=fulCbz3vDvo

BTW: Auf die eingeblendeten Grafiken achten!


Mane

... mit Gravitationshilfe langsam in einen Erdorbit ...

Nochmal zu dem eingeworfenen Gedanken. Du scheinst "gravity assist" zu meinen. Das geht aber nicht "am Zielkörper" selbst, um den man ja einen geschlossenen Orbit anstrebt. Das geht nur auf hyperbolen, offenen Bahnen, die wieder in die Unendlichkeit gehen und so für einen dauerhaften Impulsaustausch sorgen. Sonst wäre das Münchhausen, der sich am eigenen Zopf aus dem Sumpf zieht ...

Ok, das graue ist der Hitzeschild. Jetzt wo Du es sagst, gibt es auch fuer mich keine 2-Meinungen. Man denkt halt beim Hitzeschild gerne an die Farbe schwarz. 

Das Mars Video mit der Eintrittssimulation habe ich gesehen. Stellt sich mir die Frage, ob man so auch in die Erdatmoshere eintreten kann. Da muss der Hitzeschild schon richtig was abkoennen, wenn der mit ner vollen Breitseite “konfrontiert” wird. Stichwort, Orbitalgeschwindigkeit.

Was die Deltawings angeht, die finde ich clever, weil mit Doppelfunktion. Steuerung und Integration der Landebeine. Aber, die Wings sind so weit vom Schwerpunkt der Rakete weg, dass ich mir nicht vorstellen kann, dass man damit gleiten kann. Es sei denn, vorne an der Spitze, das sind Canards.

Designtechnisch ist es fuer mich jetzt ein Desaster, aber so what, das Ding soll fliegen, keinen Schoenheitswettbewerb gewinnen.

Man sieht das schlecht, aber vorne sind wohl Canards. Ohne wäre der Druckpunkt viel zu weit hinten um die hohen Anstellwinkel für einen Shuttle-mässigen Wiedereintritt hinzubekommen.

Ich frage mich wie es mit der Präzision der Landung aussieht. In der Landeanimation vollführt das Schiff einige – nun ja wilde Manöver. Beim Umsetzen vom Shuttle Anflug zur senkrechten Landung steigt die Höhe kurzfristig von 5 auf 10km, um dann F9-Style auf einer Fläche von vielleicht 20x20m zu landen. Aber gut, bei der F9 dachte man ja auch zuerst das klappt nie...

Designtechnisch ist es fuer mich jetzt ein Desaster, aber so what, das Ding soll fliegen, keinen Schoenheitswettbewerb gewinnen.

Meinst du wirklich? Ich finde das Schiff mit den großen Flügeln jetzt deutlich schöner als vorher.

Ok, das graue ist der Hitzeschild. Jetzt wo Du es sagst, gibt es auch fuer mich keine 2-Meinungen.

Schonmal gut ;-)

Das Mars Video mit der Eintrittssimulation habe ich gesehen. Stellt sich mir die Frage, ob man so auch in die Erdatmoshere eintreten kann. Da muss der Hitzeschild schon richtig was abkoennen, wenn der mit ner vollen Breitseite “konfrontiert” wird. Stichwort, Orbitalgeschwindigkeit.

Ok, das bedeutet wir haben dich überzeugt, dass der Eintritt nicht mit dem Heck voraus stattfinden wird.

Was die Deltawings angeht, die finde ich clever, weil mit Doppelfunktion. Steuerung und Integration der Landebeine. Aber, die Wings sind so weit vom Schwerpunkt der Rakete weg, dass ich mir nicht vorstellen kann, dass man damit gleiten kann. Es sei denn, vorne an der Spitze, das sind Canards.

Jetzt müssen wir aufpassen, dass wir nicht zwei Dinge miteinander vermischen. Das eine ist die Phase bei der sich der Hitzeschild erwärmt und die meiste Bewegungsenergie abgebaut wird. Das andere ist die aerodynamische Gleitphase. Wer die Shuttle-Äre verfolgt hat weiß, dass zuerst die Hitzephase stattfindet und DANACH erst das aerodynamische Gleiten. Das BFS kann also mit nem fast 90 Grad Winkel auf die Atmosphere treffen und die Hitze auf die maximale Fläche verteilen. Wenn die Atmosphere dicht genug wird um gleiten zu können, richtet sich das Schiff mit der Nase nach vorne aus. Natürlich noch mit Anstellwinkel, aber nicht mehr 90 Grad zur Flugrichtung. Grundsätzlich wird das BFS sicherlich etwas gleiten können, aber bei weitem nicht so gut wie das Shuttle. Das muss auch gar nicht sein, denn es soll ja nicht wie ein Flugzeug auf ner Landebahn landen sondern auf dem Triebwerksstrahl.


Mane

Sicherlich wird man beim Anflug auf die Erde nicht mit den Triebwerken voraus anfliegen. Die Frage ist doch in welcher Phase des Anflugs man die Drehung vollzieht. Wenn ich mich recht erinnere hat man bei der Rückkehr der Apollokapseln vom Mond auch keinen direkten Eintritt gewählt. Man ist damals mit einem gewissen Winkel auf die Erdatmosphäre "geprallt" und ist dann wie ein flacher Stein der im flachen Winkel auf die Wasseroberfäche trifft mit einem Abbremseffekt etwas nach oben geschleudert worden. Erst mit dem zweiten Anflug auf die dichtere Atmosphäre ist dann der Landvorgang eingeleitet worden. Möglicherweise ist die Landtechnik auch bei der BFR anwendbar.

Einen klaren Vorteil hat es auf jeden Fall mit drei Beinen zu landen da man ja auf Mars und Mond nicht - wie auf der Erde - über eine ebene und glatte Landfläche verfügt und somit einen stabilen Stand gewährleistet. Bei vier Landebeinen wäre dieser nicht sicher.

Das BFS kann also mit nem fast 90 Grad Winkel auf die Atmosphere treffen und die Hitze auf die maximale Fläche verteilen.

Da müssen die Zylinderstruktur und die Flügel aber verdammt viel aushalten bzw. sehr stabil gebaut sein.
Ist das gewichtstechnisch überhaupt machbar?

Zitat von: m.hecht am 15. September 2018, 09:33:11

Das BFS kann also mit nem fast 90 Grad Winkel auf die Atmosphere treffen und die Hitze auf die maximale Fläche verteilen.

Da müssen die Zylinderstruktur und die Flügel aber verdammt viel aushalten bzw. sehr stabil gebaut sein.
Ist das gewichtstechnisch überhaupt machbar?

Das Shuttle konnte es auch. Die Flügel müssen außerdem sowieso stark sein, weil sie zumindestens das Gewicht der kompletten Rakete auf dem Mond oder Mars halten sollen. Also mindestens ein Drittel des Gesamtgewichts auf der Erde.

Zitat

... mit Gravitationshilfe langsam in einen Erdorbit ...

Nochmal zu dem eingeworfenen Gedanken. Du scheinst "gravity assist" zu meinen. Das geht aber nicht "am Zielkörper" selbst, um den man ja einen geschlossenen Orbit anstrebt. Das geht nur auf hyperbolen, offenen Bahnen, die wieder in die Unendlichkeit gehen und so für einen dauerhaften Impulsaustausch sorgen. Sonst wäre das Münchhausen, der sich am eigenen Zopf aus dem Sumpf zieht ...

Hallo Schillrich,

vielen Dank für die sehr hilfreiche Antwort. Diesen Aspekt hatte ich nicht auf dem Schirm. Wie gesagt "Chemiker und kein Raumfahrtingenieur". Und meine Karriere als Physiklehrer ging (zum Glück) auch nicht lang genug dafür.

Viele dankbare Grüße

Mario

Zitat von: m.hecht am 15. September 2018, 09:33:11

Das BFS kann also mit nem fast 90 Grad Winkel auf die Atmosphere treffen und die Hitze auf die maximale Fläche verteilen.

Da müssen die Zylinderstruktur und die Flügel aber verdammt viel aushalten bzw. sehr stabil gebaut sein.
Ist das gewichtstechnisch überhaupt machbar?

Wie tobi schon schreibt müssen die Wings so oder so das Gewicht des betankten Schiffs am Mars tragen können.

Hinzu kommt aber, dass die thermische Belastung beim Wiedereintritt VOR der aerodynamischen Belastung kommt. Das findet nicht Gleichzeitig statt.


Mane

Danke Mane.

Aber, gleiten ginge nur, wenn die Stummel vorne wirklich Canards sind, ansonsten ist das absolut unmoeglich. Jedes auf Aerodynamik ausgelegte Fluggeraet kann nur fliegen, wenn es aerodynamisch ausbalanciert ist. Mit den 3 Stummelschwaenzen alleine ist das gaenzlich ausgeschlossen. Ich wuerde auch nicht den Wiedereintritt Erde-Mars vergleichen wollen. Selbst wenn man in die Marsatmosphaere mit hoher Geschwindgeit eintritt, ist die Reibungswaerme marginal. Vermutlich wird man also den Mars komplett anders anfliegen, als die Erde. Die Art, wie das “Marsvideo” es zeigt, ergibt absolut Sinn. Damit die Rakete in der duennen Atmosphaere bremst, stellt man einen “Wandschrank in den Wind”. Das wird man auf der Erde so nicht tun koennen, weil die Hitzeentwicklung auf die Art zwar kurz, aber extrem anspruchsvoll auf die Gesamtkonstruktion waere. Nur so meine Meinung.

Das Gewicht der Rakete auf den Fins wuerde ich jetzt auch nicht ueberbewerten, das halten die aus. Clever halte ich die Art. Faehrt man da Zylinder aus, kann man auch auf ziemlich unebenem Terrain auf dem Mars landen. Die Nivellierung uebernehmen die Zylinder.

Die BFS wird voll betankt (+/-200t) ca. 1500t haben, oder 500t/pro Flosse. Bei 4m/s^2 also 2MN, man braucht da schon ein wenig Material, aber das hält sich mit Kohlefaserkunststoffen doch ziemlich in Grenzen.

Wobei die Zylinder auch erst einmal halt finden müssen. Sooo schnell werden die nicht ausfahren können um sofort bei der Landung ein schiefes bodenniveau ausgleichen zu können. Also muss die BFS auch erst einmal so, mit ihr ihrem sehr! hohen Schwerpunkt, zum stehen kommen.

@ Anflug Mars vs Anflug Erde:
Auch wenn es deutliche unterschiede geben wird ist die Herausforderung ähnlicher als MP hier beschreibt. Denn die umzusetzenden Energien selbst sind nahezu identisch. Und auch in der Erdatmosphäre wird man nicht all zu abrupt in die tieferen Schichten eintreten wollen. Also wird man wohl in den höheren Atmosphärenschichten recht ähnlich wie beim Mars bremsen (oder das angesprochene mehrfache abprallen an der Atmosphäre nutzen).

---
Auch ich als 'fanboy' bleib etwas skeptisch, was das Gewicht vs Stabilität der Flügel und die Landegenauigkeit des BFS bei Eintritt mit Orbitalgeschwindigkeit+ anbelangt.

Aber eines ist klar: auf jeden Fall bleibt es spannend.   

EDIT:
Und diese Maximalbelastung wird nur bei einem Start vom Mars auftreten.
Die wesentlich anspruchsvolleren Belastungen bei der Landung erfolgen eher mit 250t oder <100t pro Flosse.

Faehrt man da Zylinder aus, kann man auch auf ziemlich unebenem Terrain auf dem Mars landen. Die Nivellierung uebernehmen die Zylinder.

Wenn  da einfach nur Zylinder ausfahren würden, hätte man den hier schon den früher diskutierten Fall, daß die Hydraulik- / Pneumatikzylinder einer massiven Biegebeanspruchung ausgesetzt wären. Die bei einem solchen Bauteil zu vermeiden ist, wie Du dort fast richtig geschrieben hast. Ganz im Gegensatz zur den F9 Zylindern, die praktisch nur systemkonform auf Druck belastet werden.

Daher muß das anders gelöst werden, ich tippe auf nach unten offene hohe Kastenprofile, die ineinander verschachtelt sein werden und aus dem "Flügel" ausgefahren werden können. Das Ausfahrem besorgen dann vieleicht schon irgendwelche Zylinder, die werden dann aber von der Biegebelastung entkoppelt sein.

Vermutlich wird man also den Mars komplett anders anfliegen, als die Erde. Die Art, wie das “Marsvideo” es zeigt, ergibt absolut Sinn. Damit die Rakete in der duennen Atmosphaere bremst, stellt man einen “Wandschrank in den Wind”. Das wird man auf der Erde so nicht tun koennen, weil die Hitzeentwicklung auf die Art zwar kurz, aber extrem anspruchsvoll auf die Gesamtkonstruktion waere. Nur so meine Meinung.

Wie Sensei schon schrieb - die Dichte der Atmosphäre ist ja nur eine Funktion der Flughöhe über Grund, somit "hat" die Erde in irgendeiner Höhe ebenfalls eine "Marsatmosphärendichte". Und die Flughöhe bzw. der Eintauchwinkel ist ja steuerbar. Verkehrsflugzeuge fliegen ja auch nicht ohne Grund in der für sie jeweils "passenden" Höhe. 

Zitat von: MillenniumPilot am 15. September 2018, 11:37:17

Vermutlich wird man also den Mars komplett anders anfliegen, als die Erde. Die Art, wie das “Marsvideo” es zeigt, ergibt absolut Sinn. Damit die Rakete in der duennen Atmosphaere bremst, stellt man einen “Wandschrank in den Wind”. Das wird man auf der Erde so nicht tun koennen, weil die Hitzeentwicklung auf die Art zwar kurz, aber extrem anspruchsvoll auf die Gesamtkonstruktion waere. Nur so meine Meinung.

Wie Sensei schon schrieb - die Dichte der Atmosphäre ist ja nur eine Funktion der Flughöhe über Grund, somit "hat" die Erde in irgendeiner Höhe ebenfalls eine "Marsatmosphärendichte". Und die Flughöhe bzw. der Eintauchwinkel ist ja steuerbar. Verkehrsflugzeuge fliegen ja auch nicht ohne Grund in der für sie jeweils "passenden" Höhe. 

Sensei

Die Zylinder miteinander koppeln, dass die Rakete beim Aufsetzen nivelliert wird, kann jede Wald und Wiesenfirma mit Standardkomponenten realisieren. Das wird ueber Drucksensoren gesteuert. Wenn SpaceX bei irgendwas Probleme hat, dann sicher nicht in dieser Angelegenheit. Was die Traglast solcher Zylinder anbelangt, mache ich mir auch keine Sorgen. Ich kenne 1000to Pressen mit 1 oder 2  Zylindern, Durchmesserdurchmesser 500mm und die muessen das bis zu 1000 mal pro Tag abkoennen. 100to auf 3 kleineren Zylindern, moeglichst noch auf dem Mars sind jetzt auch kein Hexenwerk. Da sind die ausklappbaren Beine schon eher eine Herausforderung.

Die Marsatmosphaere betraegt 1 Prozent der Erdatmosphaere. Man kann also in die Atmosphaere in relativ niedriger Hoehe  relativ sanft eintauchen, ohne das Vehikel zu brutzeln. Ausserdem baut man laut Video Geschwindigkeit ab, indem man wieder Hoehe gewinnt. Ich nehme an, dass man dann die Geschwindigkeit mit den Triebwerken wie bei der Falcon 9 niedrig haelt.

Ich wundere mich noch etwas über die riesige Fensterfront.
Das wird so sicherlich nicht realisierbar sein.

Wenn man das Design mal mit modernen Deltaflüglern mit Canards vergleicht, z.B. Eurofighter, Rafale oder Su33. All diese Flugzeuge sind vom Schwerpunkt her extrem instabil ausgelegt und würden ohne Fybywire wohl kaum gerad in der Luft zu halten sein, bzw. könnten vielleicht sogar rückwärts fliegen" (wohl eher fallen). Aber das zeigt ganz gut wie sich ein so aerodynamisch kritisches Flugobjekt trotzdem sauber kontrollieren lässt. Instabilität mit passender Software machts möglich. Die Canards müssen natürlich genug Wiederstand/Auftriebsfläche bieten um da ausreichend gegendruck zu erzeugen.

Wenn man das Design mal mit modernen Deltaflüglern mit Canards vergleicht, z.B. Eurofighter, Rafale oder Su33. All diese Flugzeuge sind vom Schwerpunkt her extrem instabil ausgelegt und würden ohne Fybywire wohl kaum gerad in der Luft zu halten sein, bzw. könnten vielleicht sogar rückwärts fliegen" (wohl eher fallen). Aber das zeigt ganz gut wie sich ein so aerodynamisch kritisches Flugobjekt trotzdem sauber kontrollieren lässt. Instabilität mit passender Software machts möglich. Die Canards müssen natürlich genug Wiederstand/Auftriebsfläche bieten um da ausreichend gegendruck zu erzeugen.

Also SU33 und Co lassen sich allesamt noch gut fliegen. Die sind schon stabil. Die Fluegel sind relativ weit hinten, weil die Triebwerke hinten ziemlich schwer sind. Das kann man nicht mit der BFR vergleichen.

Was die Fenster anbelangt, warum nicht? Es gibt durchaus Glas, das bis 1500+ Grad absolut hitzebestaendig ist, bevor es in die Transition geht. Da die Scheibe ja auch nicht im “Wind” steht, duerfte das kein Problem darstellen.

Hier eine Interpretation des Designs von reddit:


https://www.reddit.com/r/spacex/comments/9frb7v/diagram_for_new_bfs_concept/

Die Flügel lassen sich je nach Flugphase in 3 Positionen klappen. Sehr interessant!

Das ergibt richtig Sinn! Sogar die Teleskopzylinder sind da.