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Wann wird das SX-HLS zum ersten Mal (bemannt/unbemannt) auf dem Mond landen und wieder starten?

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Human Landing System(HLS) - Starship

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Offline Springpunkt

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #500 am: 11. September 2026, 09:14:29 »
Zitat von: BildungsBurki am 10. September 2026, 22:31:31
Und für wie gravierend oder gelöst hältst du ein 50 m hohes Starship, das auf einer ggf. geneigten Mondoberfläche steht und mit seinen >100 t nicht (einseitig) einsinken darf?

Wir können zumindest abschätzen wie groß dieses Problem eigentlich ist. Der maximale Neigungswinkel bevor etwas umkippt ist:

(max. Neigungswinkel) = arctan(r/h)

Mit r dem Standflächenradius und h der Höhe des Schwerpunktes über der Standfläche (Herleitung der Formel weiter unten).
Damit kann jeder selbst herumspielen, aber hier mal ein paar Beispielrechnungen:
Starship hat an sich einen Radius von 4,5 m, Beine sind nicht genau spezifiziert, aber Falcon 9 hat immerhin einen Standflächenradius von 9 m, darum gehe ich 2 Szenarien durch: Kurze 4,5 m Beine, r = 9 m; Lange 8,5 m Beine, r = 13 m.
Der Schwerpunkt von Statship HLS ist auch nicht genau bekannt, darum auch hier 2 Szenarien: Niedriger Schwerpunkt (Schwere Triebwerke+Resttreibstoff+Beine) im unteren Drittel, also h = 18 m; hoher Schwerpunkt (schwere Crewkabine+Landetriebwerke) auf der Hälfte des Schiffs, also h = 26 m.

  • Szenario kurze Beine+hoher Schwerpunkt:      Maximaler Kippwinkel = 19,1°
  • Szenario kurze Beine+niedriger Schwerpunkt: Maximaler Kippwinkel = 26,6°
  • Szenario lange Beine+hoher Schwerpunkt:      Maximaler Kippwinkel = 26,6°
  • Szenario lange Beine+niedriger Schwerpunkt: Maximaler Kippwinkel = 35,8°

Also zwischen 19° und 36° schief stehen könnte es in meinen Szenarien rein rechnerisch, dazu kommen dann natürlich noch Einsinken der Füße oder Hanglage. Denen kann in begrenztem Maße aber mit selbst nivellierenden Beinen entgegengewirkt werden.
Kurze Herleitung:
Dreieck MSP, M Standflächenmitte, S Schwerpunkt, P Stützpunkt (=Spitze eines Standbeins). MS = Strecke Standflächenmitte-Schwerpunkt = Höhe h. MP = Radius Standfläche = r.
Kipppunkt ist erreicht wenn S senkrecht über P ist. Damit ist Winkel(SPM) ein rechter Winkel und Winkel(SMP) der gesuchte maximale Kippwinkel. Trigonometrie nachschauen welche Formel für diesen Winkel gilt: Tangens(SMP) = r/h, somit Winkel(SMP) = arctan(r/h)
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Offline CarloPO

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #501 am: 11. September 2026, 09:18:17 »
Danke Springpunkt für deine Berechnung.

Was mir nur sofort in den Kopf kam ist die geringere Schwerkraft auf dem Mond. Hat die geringere Schwerkraft keinen Einfluss auf den Maximalen Kippwinkel?

Entschuldigt falls dies eine doofe Frage ist und ich aktuell etwas komplett übersehen habe.

Viele Grüße

Carlo
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Offline thunder5

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #502 am: 11. September 2026, 10:10:42 »
Nein, es kippt nur etwas langsamer. Die Schwerkraft wirkt zum Gravitationsmittelpunkt.

Entscheidend ist lediglich ob die gedachte Linie vom Schiff-Schwerpunkt zum Gravitationsmittelpunkt ausser- oder innerhalb der Standfläche liegt: Ausserhalb kippt es, innerhalb steht es stabil.
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Der Horizont vieler Menschen ist ein Kreis mit Radius null - und das nennen sie ihren Standpunkt. (David Hilbert, deutscher Mathematiker 1862-1943)
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Online tomtom

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #503 am: 11. September 2026, 11:05:00 »
Es kommt aber wohl nicht nur auf Schwerpunkt und Neigungswinkel an, beim Landevorgang gibt es uU. eine horizontale Drift. Bei Apollo 15 war der Neigungswinkel 11 Grad (Apollo 11 war die beste Landung), zulässig waren 12-15 Grad, sonst wäre der Rückstart in den Orbit nicht möglich gewesen.
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Im Zweifel hilft die Such-Funktion:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=search
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Offline alepu

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #504 am: 11. September 2026, 12:36:10 »
Diese "horizontale Drift" war zumindest bei den ersten Apollo-Landungen und den letzten unbemannten Mond-Landung sicher ein ernsthaftes Problem.
Ich kann mir aber durchaus vorstellen, daß zumindest das Starship-HLS ohne diese Drift weitgehend senkrecht landet, so wie z.B. die F9-Erststufe.

Was dabei wohl immer wieder übersehen wird, ist die Tatsache, daß SX inzwischen in über 10 Jahren bisher 658 erfolgreiche Booster-Landungen durchgeführt hat. Damit hat SX sicher weltweit mit weitem Abstand die meiste Erfahrung mit der weichen Landung von Raketenstufen und der Konstruktion von Landebeinen.
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Offline Nitro

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #505 am: 11. September 2026, 13:42:07 »
Zitat von: alepu am 11. September 2026, 12:36:10
Ich kann mir aber durchaus vorstellen, daß zumindest das Starship-HLS ohne diese Drift weitgehend senkrecht landet, so wie z.B. die F9-Erststufe.

Was dabei wohl immer wieder übersehen wird, ist die Tatsache, daß SX inzwischen in über 10 Jahren bisher 658 erfolgreiche Booster-Landungen durchgeführt hat. Damit hat SX sicher weltweit mit weitem Abstand die meiste Erfahrung mit der weichen Landung von Raketenstufen und der Konstruktion von Landebeinen.

Nur gibt es dabei einen entscheidenden Knapppunkt: Diese 658 Booster-Landungen wurden auf einem Himmelskoerper mit 1 Bar Atmosphaere durchgefuehrt, dadurch abgebremst und dann mit Gridfins zum finalen Landepunkt geleitet.

Auf dem Mond gibt es keine nennenswerte Atmosphaere und alles was eine HLS an Delta-V im Mondorbit hatte, muss zwangslaeufig mit Triebwerken ausgeglichen werden. Diese Landeanflugbahn kann aus Energieeffizienzgruenden auf dem letzten Teil nahezu unmoeglich ohne laterale Komponente auskommen. Auch SpaceX muss sich den Gesetzen der Physik stellen.
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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.
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Offline alepu

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #506 am: 11. September 2026, 15:44:01 »
Einverstanden, für
"...der Landeanflug im letzten Teil..."

Trifft dies aber auch für die Landung selbst zu ?

Diese "1 Bar Atmosphäre" spielt für die allerletzte Phase der Landung kurz vor dem Aufsetzen dann wohl keine entscheidende Rolle mehr.

Landeanflug mittels Raptoren bis zum quasi Stillstand wenige Meter über dem angepeilten Landepunkt und dann senkrechtes Aufsetzen mittels weiter oben angeordneter Hilfstriebwerke.
Sie nehmen dabei vermutlich einen etwas erhöhten Treibstoffverbrauch gerne in Kauf, um eine "horizontale Drift" mit dem großen Risiko des Umkippens/Landebeinknickens beim Aufsetzen zu vermeiden.
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Offline Springpunkt

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #507 am: 11. September 2026, 17:13:22 »
Bei der Toleranz gegenüber seitlicher Bewegung spielt jetzt interessanterweise die schwächere Mondgravitation wie von Carlo angesprochen eine Rolle. Die Rückstellkraft die ein Objekt aufrecht hält solange sich dessen Schwerpunkt über dessen Stützfläche befindet hängt nämlich von der Gravitation ab. Bei einfachem Stehen ist die Größe dieser Kraft egal, aber sie wirkt eben auch seitlichen Kräften entgegen die das Objekt "umstubsen" könnten (Kann man sich leicht visualisieren: Beim Umkippen bleibt eine Kante am Boden während der Rest sich vom Boden heben muss, dieser Anhebung wirkt die Gravitation entgegen).

Umso länger die Beine, desto höher muss der Rest des Landers angehoben werden bevor er umkippt. Da braucht es jetzt etwas mehr als Trigonometrie um auszurechnen welche seitliche Geschwindigkeit ein Lander verkraften kann, aber ein einfaches Model führe ich unten weiter aus. Außerdem müssen die Beine selbst stabil genug sein um nicht einfach einzuknicken und wenn man ein mögliches Rutschen mit einbezieht wird es noch komplizierter, dass habe ich jetzt nicht berücksichtigt.

Bei meinen obigen Szenarien komme ich mit meinem einfachen Model auf folgende maximale seitliche Geschwindigkeiten:
  • Kurze Beine+Hoher Schwerpunkt:      2,35m/s
  • Kurze Beine+Niedriger Schwerpunkt: 2,94m/s
  • Lange Beine+Hoher Schwerpunkt:     3,53m/s
  • Lange Beine+Niedriger Schwerpunkt: 4,56m/s

Nicht besonders viel Toleranz, aber nach (kurzer) Recherche* zumindest vergleichbar mit Apollo (Rechnerisch 4,0m/s, für Mission zugelassen 1,22m/s).
*Quelle (Ab Seite 3 letzter Absatz, leider alles in Fuß statt Meter): https://apollojournals.org/alsj/tnD6850LMLandingGearSubsytem.pdf
Mathematik:
Hub des Schwerpunkts beim Kippen berechnen:
Vereinfachte Annahme: Distanz Schwerpunkt S zu Beinspitze P bleibt während des Kippens konstant. Strecke SP ist Hypotenuse des Dreiecks, also SP = Wurzel(h^2+r^2). Ursprünglich war der Schwerpunkt in Höhe h, jetzt in Höhe SP, wurde also um L = SP - h angehoben.

Annahme Hubkraft E(Hub) muss gleich seitlicher kinetischer Energie E(Kin) sein:
E(Hub) = m*g(Mond)*L
E(Kin) = 1/2*m*v^2
E(Hub) = E(Kin) Gleichsetzen: 1/2*m*v^2 = m*g(Mond)*L
m auf beiden Seiten rauskürzen, Mal 2 um die 1/2 loszuwerden, dann Wurzel ziehen: v = Wurzel(2*g(Mond)*L)
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Offline alepu

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #508 am: 11. September 2026, 18:33:57 »
Also idealerweise:

Möglichst lange Beine, die möglichst hoch ansetzten(!) und so breit wie möglich aufsetzen, möglichst tiefer Schwerpunkt, möglichst senkrechtes Landen ohne seitliche Komponente, möglichst sanftes Aufsetzen mit möglichst stabilen Beinen die sich aber trotzdem flexibel an unebenen Boden oder tiefem Grund anpassen können.
(was vergessen?)
Ach ja, möglichst große Treibstoffreserve für einen Notfallstart ( und mindestens zweitem Versuch)

Ganz schönr Katalog an Anforderungen.
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Offline Springpunkt

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #509 am: 11. September 2026, 18:52:53 »
Zumindest würde eine höhere Treibstoffreserve auch den Schwerpunkt tiefer legen, wäre damit also doppelt vorteilhaft. Und von der Umsetzung auch gar nicht wirklich komplexer, orbital tanken müssen sie sowieso, dann halt mit ein paar Tankerflügen mehr. Das ist wirklich ein Luxus einfach im Nachhinein die getankte Menge und damit das mögliche deltaV bzw. Nutzlast anpassen zu können.
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Offline alepu

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Re: Human Landing System(HLS) - Starship
« Antwort #510 am: 11. September 2026, 19:10:21 »
Exakt!

Schön wäre auch noch ein Rettungsschiff für möglicherweise gestrandete Lunarnauten  ;)
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