Neutron (Rocket Lab) - Entwicklung, Bau und Tests

Im Freiflug gibt es keinen Gravitationsverlust. Der entsteht, wenn der Schubvektor gegen den Gravitationsvektor arbeitet.

Oder hast du das anders gemeint?

Gemeint ist, dass die Oberstufe langsamer wird, während sie sich vor der Zündung von der Erststufe entfernt. Ist ja noch nicht auf einem stabilen Orbit, sondern im Steigflug. Deswegen setzt Starship ja auf den Hotstaging-Ring, damit die 2. Stufe sofort zünden kann und sich sozusagen auch noch von der Erststufe="Booster" "abstoßen" kann, was diese wiederum bremst und die Rückkehr erleichtert.

Wie das bei Neutron funktioniert habe ich auch nicht gefunden.
Die Triebwerke der Oberstufe sind zwar verhältnismäßig klein und schwach, da sie ja durch die aufgeführten Gründe keine große Masse bewegen müssen. Da reicht evtl. ein sehr kurzer Abstand zur Erststufe. Eventuell reicht im Bereich von Restatmosphäre sogar die geringe Bremswirkung des riesigen "Nilpferdmauls" des Fairings, um die Erststufe zurückfallen zu lassen. Und/oder das Triebwerk läuft  anfangs gedrosselt. Eine Art eingebauter Hotstaging Ring wäre auch denkbar. Sicher wird das noch nach den ersten Versuchstarts optimiert/weiterentwickelt.

Das ist kein Gravitationsverlust. Im aufsteigenden Freiflug wird einfach kinetische in potentielle Energie umgesetzt (und kann ebenso zurückgewonnen werden). Da gelten nur die Impuls- und Energieerhaltung in einem geschlossenen System. Gravitationsverlust ist, wenn der Antrieb arbeitet und die Rakete auf dem Antrieb klettert.

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_loss

... und sich sozusagen auch noch von der Erststufe="Booster" "abstoßen" kann, was diese wiederum bremst und die Rückkehr erleichtert.
...

Der Punkt stimmt so aber nicht. Eine Oberstufe stößt sich nur an ihrem eigenen, ausgestoßenen Treibstoff ab. Dass der Strahl dann ggf. auf etwas anderes trifft, ist für die Rakete/Stufe nicht relevant. Davon spürt sie nichts. Eine Rakete stößt sich auch nicht am Boden ab, nicht an der Luft.

Das ist kein Gravitationsverlust. Im aufsteigenden Freiflug wird einfach kinetische in potentielle Energie umgesetzt (und kann ebenso zurückgewonnen werden). Da gelten nur die Impuls- und Energieerhaltung in einem geschlossenen System. Gravitationsverlust ist, wenn der Antrieb arbeitet und die Rakete auf dem Antrieb klettert.

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_loss

Definitionsgemäß nicht, und das habe ich auch nicht behauptet, sondern nur erklärt, was gemeint war.
De facto kommt es aber auf das selbe hinaus. Jede Sekunde, die zwischen Stufentrennung und Triebwerkszündung vergeht, kostet 9,81 m/s (Gravitation), und das muss dann wieder reingeholt werden mit zusätzlichem Treibstoff (Verlust).

Zitat von: Gecko am 04. April 2025, 09:47:27

... und sich sozusagen auch noch von der Erststufe="Booster" "abstoßen" kann, was diese wiederum bremst und die Rückkehr erleichtert.
...

Der Punkt stimmt so aber nicht. Eine Oberstufe stößt sich nur an ihrem eigenen, ausgestoßenen Treibstoff ab. Dass der Strahl dann ggf. auf etwas anderes trifft, ist für die Rakete/Stufe nicht relevant. Davon spürt sie nichts. Eine Rakete stößt sich auch nicht am Boden ab, nicht an der Luft.

Das gilt im luftleeren Raum.
Aber in dem Moment, in dem die Oberstufe direkt auf dem Hotstaging Ring zündet, entsteht dazwischen hoher Abgas-Druck (deswegen ja auch die seitlichen Auslasslöcher), und dieser Druck schiebt beide auseinander - bremst Erststufe und beschleunigt Zweitstufe. Gering, aber messbar, und jedes Prozent zählt.

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... Jede Sekunde, die zwischen Stufentrennung und Triebwerkszündung vergeht, kostet 9,81 m/s (Gravitation), und das muss dann wieder reingeholt werden mit zusätzlichem Treibstoff (Verlust).

Es kostet nichts. Es gilt Impulserhaltung im freien Flug/freien Fall. Es werden nur potentielle und kinetische Energie getauscht. Ein auf einer Ellipse frei fliegender Satellit verliert und gewinnt auch keine Energie, keinen Impuls. Verluste treten nur auf, wenn tatsächliche Arbeit geleistet wird, also Energie (durch laufende Triebwerke) ins System gebracht wird und ein Teil davon vergeudet wird.

Da muss ein Gedankenfehler vorliegen. Wenn es "nichts kostest", wenn zwischen Stufentrennung und Start der Triebwerke Zeit vergeht, warum ist dann "hot staging" so wichtig? Dann könnte man doch auch die Oberstufe mal eine halbe Stunde antriebslos fliegen/fallen lassen, ordentlich durchchecken und dann irgendwann starten. Es ist aber doch klar, dass sie dann längst auf dem Weg zum Erdboden ist und dass das dann nicht mehr aufzuhalten ist.
Jede Sekunde zwischen Stufentrennung und Triebwerksstart wird die Oberstufe wieder weiter zur Erde gezogen/gebremst, und je länger, desto mehr Energie braucht man dann, um das wieder abzufangen und die gegensätzliche Richtung weiterzuverfolgen.
Natürlich wird weder Impuls noch Energie "vernichtet", das ist eine physikalische Binsenweiskeit. Aber darum geht es doch auch nicht. Die Stufe solll in den Orbit, nicht mit erhaltener Energie und Impuls auf der Erde zerschellen.

Da muss ein Gedankenfehler vorliegen. Wenn es "nichts kostest", wenn zwischen Stufentrennung und Start der Triebwerke Zeit vergeht, warum ist dann "hot staging" so wichtig? Dann könnte man doch auch die Oberstufe mal eine halbe Stunde antriebslos fliegen/fallen lassen, ordentlich durchchecken und dann irgendwann starten. Es ist aber doch klar, dass sie dann längst auf dem Weg zum Erdboden ist und dass das dann nicht mehr aufzuhalten ist.

Das ist ein "Zeitproblem", kein "Energieproblem". Oberstufen müssen ihr dV geliefert haben, bevor man wieder in der Atmosphäre ankommt.

Jede Sekunde zwischen Stufentrennung und Triebwerksstart wird die Oberstufe wieder weiter zur Erde gezogen/gebremst, und je länger, desto mehr Energie braucht man dann, um das wieder abzufangen und die gegensätzliche Richtung weiterzuverfolgen.
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Das sind dann "Umlenkverluste" (ich muss steuern und ggf. den Schub in die "falsche Richtung" auslenken), keine Gravitationsverluste!

Und es gibt doch auch zig Beispiele, wo es stundenlange Coasting-Phasen gibt. Dort wird nichts "verschwendet", es hängt vom konkreten Flugprofil und Zielorbit ab. Wenn man nur eine flachen Orbit anfliegt, muss man eben zügig "Weiterzünden", da die Atmosphäre sehr nahe unter einem ist. Wenn ich einen hohen Orbit, mit langer Umlaufzeit, anfliege ... dann nicht, da habe ich Zeit. GEO-Satelliten fliegen viele Stunden im GTO, bis so "oben" ihren letzten Kick in den Zielorbit bekommen. Hier wäre es unsinnig irgendetwas vorher zu zünden.

Ihr redet aneinander vorbei!
Und das Problem liegt wohl an der Wortwahl. (Was ist z.B. ein "flacher Orbit" gemeint ist sicher ein "niedriger" aber je größer ein Kreis, desto flacher ist ein Kreisbogen).
Am energiesparensten ist es sicher möglichst schnell, also ständig angetrieben aus der dichten Atmosphäre heraus und in einen stabilen Orbit zu kommen, also erstmal senkrecht hoch, aber da dabei der Gravitationsverlust eben am größten ist, auch so früh wie möglich in Richtung Kreisbahn/Orbit einschwenken. Wenn dann ein stabiler Orbit erreicht ist, treten keine "Gravitationsverluste" mehr auf (obwohl natürlich die Gravitation immer noch auf die Rakete einwirkt und sie eben in die Kreisbahn zwingt!), höchstens noch "Reibungsverluste"und deshalb ist dann ein mehr oder weniger langer antriebsloser Flug möglich.

Natürlich verliert eine aufsteigende Rakete im antriebslosen Flug an Geschwindigkeit und gewinnt in der Abstiegsphase (solange nicht durch Atmosphäre gebremst) und dies alles durch Energie - Umwandlung

Wegen der Begrifflichkeiten: Der Oberbegriff ist "Aufstiegsverluste".

Ihr redet aneinander vorbei!
Und das Problem liegt wohl an der Wortwahl.
Natürlich verliert eine aufsteigende Rakete im antriebslosen Flug an Geschwindigkeit und gewinnt in der Abstiegsphase (solange nicht durch Atmosphäre gebremst) und dies alles durch Energie - Umwandlung

Sag ich ja; offenbar schaffe ich es nicht, das Missverständnis aufzulösen. Wir reden hier von Hotstaging bei Neutron (und Starship), da ist "stundenlanges Coasting" überhaupt keine Option - das gilt eher beim Aussetzen der Nutzlast/Satelliten.
Die "Umlenkverluste" entstehen durch Gravitaton, die die Stufe "umlenkt". Es sind Verluste, die durch Gravitation erzeugt werden. In der Umlaufbahn wenig, da muss man "nur" die Bahn korrigieren ährend die Stufe um die Erde fällt. In der Aufstiegsphase massiv, da die Umlenkung runter Richtung Erde geht und man dem um so stärker entgegenarbeiten muss, je länger man der Gavitation Zeit lässt, die Richtung von "nach oben" zu "nach unten" zu ändern.
Ob das dann "Gravitationsverlust", "zusätzlicher Energieaufwand durch gravitationserzeugte Bahnänderung", "Aufstiegsverlust" oder sonstwie genannt wird ist reine Semantik; worauf es ankommt ist, dass jede Sekunde zwischen Stufentrennung und Zündung während des Aufstiegs zum Orbit zusätzlichen Treibstoff kostet, und genau das verhindert Hotstaging.
Wenn es nur darum ging, Verwendung falscher Begriffe vorzuführen, auch gut, das ist nur sehr umständlich. Zumal ich ja "Gravitationsverlust" nicht ins Rennen gebracht hatte, sondern nur erläutern wollte, was damit gemeint war...
So, muss weg; und noch deutlicher kann ich es auch nicht erklären. Denke auch, dass alle Mitlesenden verstanden haben, was ich sagen wollte.

Jetzt wird es langsam klarer, obwohl unglücklicherweise mit "Umlenkverluste" wieder ein neuer, etwas schwammiger Begriff eingeführt wurde.
"Aufstiegsverluste" ist da schon etwas klarer, bedarf aber auch der genaueren Erklärung: es setzen sich diese Verluste nämlich hauptsächlich aus den "Gravitationsverlusten" den "Reibungsverlusten" und"Steuerverlusten" zusammen.

Oha.. sorry, dass ich da für so eine Diskussion gesorgt habe. Aber wie @Gecko schon schrieb wurde dieser Begriff "Gravitationsverlust" verwendet (bei Senkrechtstarter? hier in Forum?) um den Vorteil der heißen Stufentrennung zu beschreiben - durch diese würden nämlich die "Gravitationsverluste" minimiert. Offenbar ist der richtige Terminus "Aufstiegsverluste"

Jedenfalls wissen wir alle zusammen nicht, wie die Stufentrennung bei der Neutron exakt von statten gehen wird insbesondere unter dem Gesichtspunkt, das die Oberstufe möglichst rasch aus der 1. Stufe rausflutschen soll um die Aufstiegsverlust minimal zu halten - oder hat da wer schon was in Erfahrung bringen können?

Wenn das so formuliert wird, finde ich diese Formulierung unglücklich. Ich denke im Studium wäre ich damit "angeeckt" ...
Bei Verlusten geht immer um "Arbeit verrichten". Die Rakete verrichtet nur Arbeit, wenn ihre Triebwerke laufen. Im Freiflug passiert das gerade nicht.

Wenn das so formuliert wird, finde ich diese Formulierung unglücklich. Ich denke im Studium wäre ich damit "angeeckt" ...
Bei Verlusten geht immer um "Arbeit verrichten". Die Rakete verrichtet nur Arbeit, wenn ihre Triebwerke laufen. Im Freiflug passiert das gerade nicht.

Aber verstehe ich dich dann richtig, dass es keinen Unterschied macht ob die zweite Stufe sofort nach Stufentrennung zündet oder erst 10 Sekunden später? Oder störst du dich nur am Begriff "Verlust"?

Grundsätzlich ja. Freiflug ist ja nur ein Tausch zwischen kinetischer und potentieller Energie. Auf dem absteigenden Ast holt man sich die Geschwindigkeit ja zurück. So fliegen Satelliten auf Ellipsen um die Erde, ohne "etwas zu verlieren".

Aber, es geht ja darum für die Raketen mit dem aufsteigenden Ast einen Zielorbit zu erreichen. Die Oberstufe muss es in der Zeit bis zur "Spitze" schaffen ihre gesamte Arbeit zu verrichten, um oben in den Zielorbit einzufliegen. Oberstufen haben meist relativ wenig Schub und lange Brennzeiten. Da können 10 Sekunden bei Einflug in den LEO ggf. schon "kritisch" werden. Bei der Centaur-Obertufe ist es dann z.T. so, dass sie die Version mit 2 Triebwerken einsetzen (quasi doppelter Schub, halbe Brenndauer), wenn ein niedriger Orbit mit hoher Nutzlast angeflogen werden soll. In hohe Orbits und Fluchtbahnen reicht meist die Version mit einem Triebwerk. Da hat die Centaur genug Zeit ihre Arbeit zu verrichten.

Aber verstehe ich dich dann richtig, dass es keinen Unterschied macht ob die zweite Stufe sofort nach Stufentrennung zündet oder erst 10 Sekunden später?

Grundsätzlich ja. Freiflug ist ja nur ein Tausch zwischen kinetischer und potentieller Energie. Auf dem absteigenden Ast holt man sich die Geschwindigkeit ja zurück.

Die tangentiale Geschwindigkeitskomponenten wird aufgrund der kleinen Reibungsverluste in der dünnen Hochatmosphäre sich nicht viel verringern. Aber die radiale Komponente die für das erreichen der Orbithöhe schon benötigt wird, nimmt ja mit g ab - das kann doch nicht bedeutungslos sein   
Bei der Stufentrennung sind die meisten (bzw. alle mir bekannten) Raketen ja noch deutlich von einem stabilen Orbit entfernt. Entweder erhöht die 2. Stufe dies radiale Geschwindigkeitskomponente dann wieder oder man erreicht später die Höhen bei denen dann die atmosphärische Reibung dann praktisch schon 0 ist. Beides kostet zusätzliche Energie - umso weniger je kürzer diese Freiflugphase während der Stufentrennung ist.

Im Grunde genommen ist die Sache doch ganz einfach.
1) Bei der Stufentrennung befindet sich die Rakete eben noch nicht in einem stabilen Orbit, also fällt sie im Freiflug auf einer Parabel wieder zurück zur Erde.
2) Bei der Stufentrennung befindet sich die Rakete auch noch innerhalb relativ dichter Atmosphäre, wird also im antriebslosen Flug stärker abgebremst, ganz einfach weil sie länger in dieser Höhe verbleibt.
Daraus folgt ganz logisch, daß man diesen Freiflug so kurz wie möglich zu halten hat, ja nach Möglichkeit ganz vermeidet.

Der Witz z.B. beim Starship ist jetzt aber ein ganz anderer:
Im Freiflug befindet sich auch der Flüssigtreibstoff in Schwerelosigkeit und schwappt möglicherweise unkontrolliert herum, was die Versorgung der Triebwerke stören kann. (So geschehen bei den ersten Starshipflügen!). Erst als dies zu Problemen führte, wurde das Hot-Staging beim Starship eingeführt, was, quasi nebenbei, auch noch andere Vorteile hat (z.B. Leistungssteigerung durch Vermeidung der "Aufstiegsverluste" (s.o.) ), allerdings die Stufentrennung auch kompliziert, bzw. zusätzliche Schutzmaßnahmen für die Spitze der 1. Stufe erfordert, falls diese wiederverwendet werden soll.