Human Landing System(HLS) - Starship

Zum Meta-Thema:
Ich glaube es ist verständlich, dass es gerade hoch her geht.
In diesem Kulminationspunkt der Entscheidung prallen diametrale Erwartungen auf einander:
- die einen sehen das vorläufige Ende der bemannten Raumfahrt heranbrechen
- die anderen begreifen es als das Ausbrechen aus der Wiege der Menschheit. Einen Aufbruch in eine multiplanetare Zukunft.
(und alles dazwischen)

Zum Thema:

Man muss sich auch vergegenwärtigen, was hier für technische Kompetenzen, von der NASA und von SpaceX, zusammen kommen!

Die Landung auf dem Mond z.b. hat zwar ganz eigene Herausforderungen.
ABER: Man landet hier mit wesentlich größeren Margen. Man kann sich Zeit nehmen. Man landet wegen der geringen Schwerkraft sehr langsam und kann gegensteuern und Fehler beheben.
Man ist redundant unterwegs (z.b. bei den Triebwerken). Man muss gegen keine Atmosphäre und keinen Wind ankämpfen. Man ist hoverfähig und muss keinen Suicide-Burn absolvieren. Man hat keine Aufheizung an der Atmosphäre, die einen die Aluminiumgridfins wegschmelzen können. Man hat Piloten an Bord die zur Not eingreifen können (vgl. zu Landungen auf dem Mars).

Was hat man nicht schon alles geschafft: 7-Minutes of Terror am Mars, Landungen auf Kometen, Landungen durch die Wolken des Titan, hochriskannte vertikale Hochgeschwindigkeitslandungen auf kleinen, in den Wellen tanzenden Bargen.

Und vor allem! : 6 bemannte Landungen ohne echte Computer, mit sehr engen Sicherheitsmargen und kaum Redundanz, in Blechdosen ohne Sitze, ohne hochgenaue 3D Karten der Landestelle und OHNE vorher auch nur zu wissen wie der Boden beschaffen ist!

Da werden diese beiden Unternehmen es doch wohl theoretisch schaffen können, einen Stahlzylinder langsam vertikal runter und wieder hochschweben zu können!

(Puh, sind doch wieder ein paar mehr Ausrufezeichen gewesen.)

Zitat von: Duncan Idaho am 17. April 2021, 18:04:55

Golem Artikel mit Dank an Frank.
https://www.golem.de/news/spacex-nasa-trifft-mutige-entscheidung-in-der-mondlanderfrage-2104-155809.html?utm_medium=social&utm_campaign=twitterfeed&utm_source=twitter.com

Ich finde eine sehr gute Zusammenfassung.

... besonders der Schlußsatz ist treffend und eine deutliche "Ansage" der NASA:

"Die Nasa hat mit der Wahl von SpaceX und der Begründung dieser Wahl ein unerwartetes und sehr deutliches Zeichen gegen die Machenschaften von Firmen gesetzt, die kein von staatlichen Zahlungen unabhängiges Engagenment zeigen und sich von ihm am liebsten schon für ein erfolgreiches Kick-off-Meeting bezahlen lassen wollen."

Naja, es ist durchaus üblich, daß ein erfolgreiches kick-off Meeting, bei dem der Auftragnehmer die ersten Schritte im Detail erläutert und der Auftraggeber sie zur Durchführung genehmigt (sonst wäre das kick-off nicht erlogreich), eine erste Abschagszahlung auslösen kann, um zum Beispiel erste Rohteile oder Materialien zu bestellen. Dadurch wird das Gesamtprojekt ja nicht teurer, sondern es fließt nur schon etwas Geld des Gesamtbudgets. Ansonsten müsste der Auftragnehmer ja alles selbst vorfinanzieren, was nicht immer möglich ist. Dafür erhält der Auftraggeber ein Zugriffsrecht auf die damit bestellten Teile.  (beim Hausbau zahlt der Bauherr ja auch schon 30% nach Beginn der Erdarbeiten, zu dem Zeitpunkt ist auch quasi keine Leistung erbracht außer das man anfängt).
Bei der NASA ist dies wohl in der Auzsschreibung nicht erlaubt, und dann hätte Blue Origin sich auch daran halten sollen. Allerdings steht in der Bewertung ja auch daß die NASA diesen Verstoß nicht als Grund für die Nicht-Wahl von Blue Origin angesehen hat, man hätte im Falle einer vorgesehenen Auftragsvergabe an Blue Origin diesen Punkt von Blue Origin im Angebot korrigieren lassen.

...
Und vor allem! : 6 bemannte Landungen ohne echte Computer, mit sehr engen Sicherheitsmargen und kaum Redundanz, in Blechdosen ohne Sitze, ohne hochgenaue 3D Karten der Landestelle und OHNE vorher auch nur zu wissen wie der Boden beschaffen ist!....

Mit Piloten, die ihre Büchsen fliegen konnten. Mit Augen im Kopf. Und mit einer unbemannten Surveyor-Vorhut, die nicht im Mondboden eingesunken ist.

Gruß   Pirx

Genau meine Meinung @Sensei!

Und theoretisch schaffen sie es 100%ig! Die frage ist eher, ob sie es auch praktisch schaffen! Aber auch das werden sie wohl noch hin kriegen. 

Es ist eh ein Wunder, daß sie es vor über 50 Jahren geschafft haben und das gleich mehrmals hintereinander! Da wäre es für mich schon eher eine Überraschung, wenn es jetzt nicht klappen sollte!

Auch von mir ein dickes 'like' an @sven 

Was ziemlich sicher ist das niemand sagen kann wann der Erstflug sein wird, aber ein kleiner Hinweis, wenn es 2024 nicht klappt, kann man fast zu jedem anderem Datum starten, den zum Mond gibt es keine 26 Monate Distanz zum nächsten Startfenster.

Die bisher mit Abstand beste Analyse der Auswahl welche mir bisher untergekommen ist:
So aufgeführt wirken die Argumente gegen die anderen beiden Mitbewerber, nicht aus der Geldnot sondern aus der Notwendigkeit der vorgelegten Vorschläge, noch einmal eindrücklicher.


Why NASA Chose Starship - Human Landing System - Neopork

PS: Sein Vorgängervideo von vor zwei Tagen lohnt sich auch noch. Dabei macht er sich Gedanken wie man Artemis nachhaltiger gestalten kann - Inklusive Kosten-Nutzen Analyse. Insbesondere geht es hier darum, wie das Geldgrab SLS/Orion mittelfristig aus das Programm heraus bekommt.
A.) verbesserte CrewDragon auf FH nimmt fast 1:1 den Platz der Orion ein
B.) Lunar Starship fliegt mit der Crew von LEO zu LEO. Muss dafür unterwegs (z.b. im GTO) noch einem Starship Tanker aufgetankt werden.

Nicht allen Aussagen aus diesem über 1h Video würde ich vollständig zustimmen. Aber es werden schon viele richtige Überlegungen angestellt und gezeigt, wohin sich Artemis entwickeln könnte:

https://www.youtube.com/watch?v=e9ZKo8h5Ddw&t=2840s&ab_channel=Apogee

Gute Videos, danke für den Link!

Als ich zum ersten mal von der Entscheidung der NASA hörte, auf das Spaceship und SpaceX zu setzen, musste ich an die R-7 denken.

Koroljow ist es damals gelungen, clever wie er war, den Militärs eine Rakete aus den Rippen zu leiern, die für militärische Zwecke eigentlich gar nicht geeignet war. Und damit eine technische Basistechnologie zu schaffen, die das sowjetische und später sogar das internationale Raumfahrtprogramm im übertragenen und im wörtlichen Sinne über Jahrzehnte zu tragen imstande war. Entscheidend war dabei seine Fähigkeit, ein Team talentierter Leute zusammenzuschweissen und zu motivieren und in die richtige Richtung zu lenken. Das war sicher eine Singularität in der ingenieurtechnischen Geschichte.

Und etwas ähnliches scheint heute bei SpaceX zu passieren. Wenn es gelingt, den mutigen Plan eines Starship zu realisieren, dann könnte diese Technologie die Raumfahrt für Jahrzehnte tragen und weit voran bringen. Und die NASA könnte auch endlich den günstigen und leistungsfähigen Träger bekommen, den sie eigentlich schon in den 70ern mit dem STS angestrebt hatten. Und wenn die Teilnahme am Artemis-Programm dabei hilft, das Starship zu einem Erfolg zu machen, dann finde ich das nur super. Wer nichts riskiert, der trinkt auch keinen Champagner.

/errsu

Irgendwie kann ich die Kritikpunkte nicht so wirklich nachvollziehen.

Das jede Rakete die noch nicht gerade in der Garage steht, eine gewisse Möglichkeit hat nichts zu werden, meinetwegen, aber das trifft ja auf alle anderen auch zu. Aber ansonsten gibt es doch nicht allzu viel was man da anführen könnte.

Die Landungen, die gerade beim Spaceship schief laufen braucht man in der Form für die Mission überhaupt nicht. Man hat Probleme mit den Raptoren, aber einige arbeiten ja scheinbar genau wie Sie sollen. Das jetzt als Ausschlußkritierium wäre schon sehr spekulativ. Wenn die NASA demnach nicht gerade Zweifel hat ob die Hülle die Anforderungen übersteht, gibt es da wenig zu anzumerken.

Da könnte man vielleicht eher noch Zweifel an der Super Heavy haben, andererseits wird da jeder Entscheider die Erfahrung von SpaceX berücksichtigen und da haben Sie halt viel vorzuweisen.

Würde es jetzt um eine Mars Mission gehen, würde ich auch sagen "Da muss noch vieles geklärt werden", aber hier sind zumindest bisher keine Punkte erkennbar warum das SpaceX nicht ordentlich umsetzen könnte.

Die Landungen, die gerade beim Spaceship schief laufen braucht man in der Form für die Mission überhaupt nicht.

Naja, doch, quasi schon.

Theoretisch könnte man das LSS mit Einweg Starship-Tankern betanken. Aber das ist unrealistisch.

Realistisch betrachtet braucht es die (schnelle) Wiederverwendung für diese Mission. Und für eine schnelle Wiederverwendung (4-6 Tankerflüge + den LSS Start innerhalb einiger Tage) muss die Landung der Tanker gut gelingen.

Außerdem kann man zurecht noch etwas Skeptisch gegenüber dem Hitzeschutzsystem sein. Könnten alle wichtigen Flächen gut genug durch den Hitzeschutz(kacheln) abgedeckt werden oder gibt es kritische Hotspots? Wie ist es mit den Flügelkannten und den Übergängen der Flügel zum Rumpf? Fallen die Hitzeschutzkacheln selbst auch nicht ab oder zerbrechen?

Ich verstehe eure Bedenken, aber der Lander soll ja nicht schon morgen fliegen!
Wenn wir uns anschauen was SX innerhalb von 2 Jahren zu entwickeln im stande ist, habe ich da wirklich keine allzu großen Bedenken.
Natürlich wird es Probleme beim Wiedereintritt aus dem Orbit geben und sogar EM rechnet mit mehreren RUDs.
Und natürlich wäre es schön, wenn sie das 4-6 malige Betanken mit 1-2 Tankern hinkriegen, aber auch mit 5 Tankern + 5 SH ist es zu machen und die könnten dann auch von mehreren Plätzen/Inseln aus, rasch hintereinander und vor dem Lander starten, ist alles nur eine sache der organisation und des timings.
1 Orbital-Startplatz in BC ist in bau, 1 Orbital-Startplatz in Florida und 2 Start-Inseln werden bald folgen.
Die Raptor-Produktion werden sie bis dahin sicher bedeutend hochfahren und mindestens eine zweite Starship-Produktionsanlage (Florida?) sehe ich bis dahin auch.
SX kauft auch massiv Land zwischen Brownsville und BC und wer weiß wo sonst noch überall.

Wie gesagt: theoretisch möglich.
Aber ich glaub nicht daran, das space X für diesen Auftrag ~ 10 tanker wegwerfen verbrauchen wird.

^ und ich glaube so ist so, das man versuchen wird mit mehreren Tankern erst einen im LEO verbleibenden Tanker voll machen wird und dann mit diesem vollen Tanker mit ein Mal und einem andocken das LSS füllen wird.

Wie gesagt: theoretisch möglich.
Aber ich glaub nicht daran, das space X für diesen Auftrag ~ 10 tanker wegwerfen wird.

Wenn man sich die Handlungsweise von Space X in der Vergangenheit anschaut könnte ich mir gut vorstellen, dass es am Anfang genau dazu kommen könnte. Man kann auch relativ schnell Tanker bauen und das HLS wie erforderlich betanken. Anschließend testet man auf dem Rückweg ob sie zurück kommen können oder ob es noch Probleme gibt. So wie anfangs die Tests mit der F9 Erststufe, wo anfangs viel schief ging. EM hat ja mal gesagt, dass im Grunde die StarShips günstig sein sollen. Selbst wenn so ein Tanker 10 Mio $ kostet, wären die Verluste noch überschaubar. Letztlich werden wir in zwei Jahren mehr wissen wohin die Reise geht. Ich meine wer hätte schon vor 2 oder gar vor 10 Jahren gedacht dass Space X Heute so weit ist. Ich jedenfalls nicht.

Sehe ich auch so. Gerade die Tanker werden wohl nicht die teuerste Version vom Starship sein. Solange es dann noch mit dem Atmosphären-Eintritt und der Landung hapern sollte, wären die am besten dafür geeignet, das ganze notfalls auf Wegwerf-Basis im Produktionsbetrieb zu testen, so wie 2015/2016 mit der F9.

Genau so wird es auch meiner meinung nach laufen.
Sie werden ja wohl auch schon mit den ersten sicher in den Orbit fliegenden Starships Starlinks transportieren, auch wenn sie da voraussichtlich noch an der Landung feilen werden.

Auf Wiederverwertbare Tanker wird man nicht warten.

Wenn die Starship Prototypen so billig sind wie die Hardcorefans schätzen  (Shätzungen bis runter zu 20 Millionen wurden hier abgegeben) dann geht das auch ohne Reuse.
Ich schätze einen Tanker Prototyp eher mit 100 Millionen. ein  Prototyp-Demo-LSS wird vermutlich nicht manratet, ohne Lebenserhaltun, ohne Rettungssystem sein und wird erst mal nur eine Mondumrundung machen und in der Erdatmosphäre verglühen oder im Mondorbit stranden, dafür sollte das Geld ausreichen.
Die ersten Starship werden noch viel zu schewr sein also gehe ich mal von 8 bis 10 Tankern zum füllen von einem Prototyp-Demo-LSS aus.


Edit tomtom: wir haben die Kraft und Zeit, die Abkürzung für Starship auszuschreiben.

Auf Wiederverwertbare Tanker wird man nicht warten.

Wenn die Starship Prototypen so billig sind wie die Hardcorefans schätzen  (Shätzungen bis runter zu 20 Millionen wurden hier abgegeben) dann geht das auch ohne Reuse.
Ich schätze einen Tanker Prototyp eher mit 100 Millionen. ein  Prototyp-Demo-LSS wird vermutlich nicht manratet, ohne Lebenserhaltun, ohne Rettungssystem sein und wird erst mal nur eine Mondumrundung machen und in der Erdatmosphäre verglühen oder im Mondorbit stranden, dafür sollte das Geld ausreichen.
Die ersten Starship werden noch viel zu schewr sein also gehe ich mal von 8 bis 10 Tankern zum füllen von einem Prototyp-Demo-LSS aus.

Da fangen die Probleme schon an. Die Raptor-Triebwerke des Starship arbeiten mit Flüssigmethan / LOX. Das sind keine lagerfähigen Treibstoffe. Wie hält man die Treibstoffe über einen Zeitraum von mehreren Wochen flüssig, ohne dass die Wärmeisolation zu schwer wird? Mit vakuumisolierten Tanks wäre das kein Problem, aber die sprengen jedes Gewichtsbudget. Man muss das Starship stückweise auftanken und gleichzeitig verhindern, dass der bereits an Bord befindliche Treibstoff verdampft. Natürlich kann man die Verdampfungsverluste für die Lageregelung und die Stromerzeugung verwenden, aber irgendwann wird es knapp.
Da kommt gleich das nächste Problem, wie startet man 8 – 10 Tanker in einem Zeitraum von vielleicht 3 Wochen? Dürfte schwierig werden!
Dann ist da noch das Betanken im Orbit. Wie transferiert man mehrere 100 Tonnen Flüssigtreibstoff in der Schwerelosigkeit zwischen 2 Raumschiffen? Die einigen Erfahrungen gibt es bisher mit Progress-Tankern, die aber nur einige 100 kg lagerfähige Treibstoffe an eine Raumstation übertragen können.
Je länger ich darüber nachdenke, umso mehr festigt sich meine persönliche Meinung: Das wird nichts! Da sind so viele offene Punkte, das mir schwindlig wird…

@MR, wie man LCH4 und LOX lagert, unter Druck. Und immer schön drehen den Tank.
Umtanken? So wie man die Treibstoffe auch an den Boden bei einer F9 bekommt.

Wir sprechen dann in einem Jahr noch mal drüber.

Vielleicht sehen wir in ein paar Jahren eine kleine Verflüssigungsanlage am Starship um die Verluste beim Lagern im All auf nahezu 0 zu drücken.

Lagern von verflüssigten Gasen in Tanks im All sollte nicht das Problem sein. Man muss ja nur die Strahlung der Sonne abschirmen, da reicht theoretisch eine dünne, metallisierte Folie, die den Tank abschattet, oder übersehe ich da was entscheidendes?

Hallo,

das Lagern der flüssigen eiskalten Treibstoffe im Starship im All sollte kein Problem sein. Da Starship ja praktisch nur aus "Tank" besteht ist es im Weltraum ein vakuumisolierter reflektierender Aufbewahrungsbehälter. Besser geht für LOX und flüssiges Methan eigentlich nicht.

Gruß

Mario

GANZ so einfach ist es auch nicht.
Aussenwand= Tankwand. Das ist alles andere als eine Vakuumisulierung.

Aber zum einen: Nase/Heck zur Sonne und schon liegen die Tanks alle im Schatten.
Zum anderen: verdampft da in 2 Wochen 10 % des Treibstoffs? Wayne!
Ob wir fünf oder sechs Tanker hoch schicken ist dann auch egal.
Wichtig ist da eigentlich nur die Zeit zwischen Letztbetankung umpumpen zum LSS.

Btw: zugesicherte Standzeit im Lunaren Orbit: 100 Tage. Dazu noch eine Woche (in der Sonne!) auf der Mondoberfläche.
Und das wohl mit Treibstoff in den Haupttanks.

EDIT: OH, wo packt denn der alpaca oder der Blue moon lander ihren nicht-lagerfähigen Treibstoff während der geforderten 90 Tage im Mondorbit hin?! Blue Moon sogar mir LOX/LH
?

Doppelstandarts sind wirklich anstrengend :/

OH, die machen es sich einfach! Sie haben so viel Geld verlangt, daß sie gar nicht erst ausgewählt wurden, also brauchen sie sich auch nicht mit diesem Problem herumschlagen!   

GANZ so einfach ist es auch nicht.
Aussenwand= Tankwand. Das ist alles andere als eine Vakuumisulierung.

Jein, genau genommen ist im Weltraum ja alles "vakuumisoliert", und Wärme wird nur über Strahlung transportiert. Deswegen ist oft ja das größere Problem, überschüssige Wärme loszuwerden, anstatt dass es zu kalt wird (deswegen riesige Radiatoren an der ISS). Das bedeutet, dass Wärme nur über direkte Sonnenstrahlung, indirekte Strahlung von der Mondoberfläche und aus dem Wohnbereich in die Tanks kommen kann (letzteres ist wahrscheinlich das kleinste Problem und sollte sich mit entsprechender Isolierung verringern lassen).

Unter anderem Deswegen gibts ja die weiße Lackierung, damit möglichst viel Licht reflektiert statt absorbiert wird. Müsste man mal grob durchrechnen, wieviel Wärme da schlimmstenfalls aufgenommen wird und wieviel Treibstoff das wirklich verdampft pro Monat. Nach meinem Bauchgefühl dürfte es wahrscheinlich nur ein sehr kleiner Teil sein, weil aufgrund der Größe hier das Oberfläche-Volumenverhältnis günstiger ist als bei anderen Raumschiffen und selbst bei kleinen Sonden, welche nur einen begrenzten kryogenen Stickstoff oder Heliumvorrat zur Kühlung haben, dieser oft jahrelang hält.

Zustimmung.
Nur versteht man unter Vakuumisulierung im allgemeinen eine doppelwandisulierung mit spiegelnder Innenfläche.