SpaceXs Dragon

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Wieviele Dragons können gleichzeitig an der ISS ankoppeln?

Meines Erachtens dürften dies nur Harmony Zenit und Nadir sein, da dies zwei ACBMs sind.

Die ISS hat wegen der nur 2 gleichzeitig Ankoppelbaren Sojus nur "Platz" für 6 Personen.

Wieviele Dragons können gleichzeitig an der ISS ankoppeln?

Es waren auch bereits 3 bemannte Sojus gleichzeitig an der ISS angedockt. Maximal wären derzeit sogar 4 möglich. Allerdings hätte man vielleicht Probleme mit dem Management von 4 gleichzeitigen Missionen am Boden.

Unbemannt wäre Platz für 2 Dragon an Harmony. Theoretisch könnte man vielleicht auch einen Kopplungsstutzen an Tranquility nutzen. Allerdings ginge eine Notevakuierung auf diese Weise nicht, da ja immer einer den Manipulatorarm steuern muss und man damit auch nicht gleichzeitig zwei Raumschiffe abkoppeln könnte.

Für die (bemannte) Dragon wird daher ein Kopplungsstutzen eingeplant (und entwickelt), der ein selbstständiges An- und Abkoppeln ermöglicht und dem internationalen Standard entspricht.

Dagegen kann man stellen, dass es heutzutage kein Problem mehr darstellen sollte, mit nur einem Mann Flight-Crew auszukommen - die Sojus schafft das in ihrer neuesten Konfiguration auch. Und wenn man die Dragon lediglich zu kurzfristigen Fährflügen würde einsetzen können, müsste man für die "Passagiere" auf der angeflogenen Raumstation Plätze in einem anderen rückkehrfähigen Raumfahrzeug vorhalten. Das hat es in der Planung und Erprobung zwar schon einmal gegeben, aber kommt dieses Konzept jetzt tatsächlich wieder?

Ein Mann Crew wird es so schnell nicht geben.
Das siehst du ja auch bei der Verkehrsfliegerrei. Obwohl du heute einen Flieger alleine Fliegen könntes, giebt es immer zwei ( Kapitän und Co-Pilot).

Mfg Collins

Das Argument erscheint mir nicht besonders stichhaltig zu sein. Meines Wissens gibt es kommerzielle Angebote für Flüge mit Hubschraubern oder einmotorigen Maschinen, die von nur einem Mann Besatzung durchgeführt werden. Die Zahl der "Passagiere" in einer Raumkapsel dürfte aber zumindest in derselben Größenordnung liegen. Da in einer Raumkapsel wohl in erster Linie Astronauten transportiert werden dürften, könnte der eine oder andere eine Zusatzausbildung haben, die ihn bis zu einem gewissen Grad befähigen würde, dem Piloten zur Hand zu gehen oder ihn zu ersetzen. Letztlich fliegt sowieso in erster Linie der Computer.

Aber eine Frage ist eigentlich immer noch unbeantwortet:

Die Wechsel mit Überschneidungen hat es bei allen Touristenflügen gegeben. Ein Raumschiff startet und koppelt an, nach 10 Tagen gehören z.B. 3 Mann zur neuen ISS-Besatzung, drei vorherige kehren dafür zurück. Pilot des neuen Raumschiffs und die Toristen wechseln in das alte Raumschiff und kehren mit der alten ISS-Teilcrew zurück. Das hat funktioniert und könnte weiter funktionieren. Im Augenblick (und vielleicht für immer) will die NASA aber keine Touristen auf der ISS.

Vielleicht gibt es dann wieder Kurzzeitmissionen mit überschaubarem Auftrag. Für ESA oder JAXA wäre das sicherlich interessant. Sonst hat man ja eher wenig Gelegenheit, das eigene Labor zu nutzen.

So, da sollen also der Pilot und die Touristen auf das alte Schiff wechseln und zurück fliegen. Dazu müsste aber die Dragon oder welches Raumschiff auch immer über die Fähigkeit verfügen, längere Zeit an einer Raumstation angekoppelt werden zu können. Alternativ müsste es ein eigenes Rettungsgerät geben, und darüber hatten wir ja vor geraumer Zeit bereits lebhafte Diskussionen geführt. Kurz zusammengefasst, ist es schlichtweg zu teuer, eine Kapsel ausschließlich für die hoffentlich niemals eintretende Möglichkeit einer Evakuierung vorzuhalten. Man müsste diese Rettungskapsel auf jeden Fall dazu verwenden, Personal oder Material nach oben und nach unten zu schaffen. In Planung scheint ein derartiges System allerdings nicht zu sein, oder?

Kurz zusammengefasst, ist es schlichtweg zu teuer, eine Kapsel ausschließlich für die hoffentlich niemals eintretende Möglichkeit einer Evakuierung vorzuhalten.

Hat die Obama-Administration aber vor 2 Jahren so als Plan für die Orion bekannt gegeben. Ob dies noch aktuell ist ...?

Natürlich kann diese Vorgehensweise nicht für die aktuelle Dragon verwendet werden. Aber warum sollte man das Raumschiff nicht weiterentwickeln (wenn es erstmal fliegt)?

Skeptiker trifft auf Optimist.

Ich habe mir mal ein paar Gedanken und Berechnungen zur Landefähigkeit mittels der SuperDraco Triebwerke gemacht.

Diese sind ausgelegt auf einen Maximalen Schub pro Triebwerk von 67kN und die Brenndauer sind 5 Sekunden.
Zusammen haben die acht SuperDracos einen Schub von 536kN

Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Draco_%28rocket_engine_family%29

Gewicht der Dragon beim Rückflug:

Trocken Gewicht 4.200 kg
Ladung beim Rückflug 3.000 kg
Gesammt 7.200 kg

http://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_Dragon

Auslösehöhe für Fallschirme 3000m

Terminal Velocity einer ist Kapsel 200 - 300 km/h
Quelle: http://www.lpi.usra.edu/education/explore/capsules/background/

Um die Ladung und gegebenenfalls die Astronauten nicht zu sehr zu beanspruchen laden wir mit Maximal 4g

So jetzt kommt ein wenig Physik:

g-Kraft (a)
1g = 9,81m/s²
4g = 39,42m/s²

Gewichtskraft der Kapsel:
N  = kg·m/s^2 = 7.200kg * 9,81m / s² = 70632N = 70,6kN

Geschwindigkeit der Kapsel (v):
250km/h = 69.44 m/s

Geschwindigkeit v und Verzögerung a bestimmen die Bremszeit t:
t = v / a = 69.44444 m/s / 39,42m/s² = 1,76s

Bremsweg (s) = Geschwindigkeit (v)/2 * Zeit (t)
s = 69.44444 m/s / 2 * 1,76s = 61,11m

Die Dragon könnte also bei einer Abbremsung mit 4g innerhalb von 1,76s und 61,11m Bremsstrecke landen!
Der Gewichtskraft der Kapsel von 70,6kN wirkt ein Maximaler Schub von 536kN entgegen. Man könnte also bis 7,6g bei vollem Schub erreichen.

Bitte mal meiner mit Physik Diplom Prüfen ob das alles stimmt. 

Ein wesentlicher Punkt dürfte aber sein, dass durch die quasi nicht vorhandenen Gleiteigenschaften das Zielgebiet aus dem Orbit heraus gut getroffen werden muss. Bei der letzten Dragon Wasserung mit Fallschirmen gab es wohl nur eine Abweichung von 1 Meile trotz Winddrift. Der Landeplatz muss also genau unterhalb des Orbits liegen (ähnlich wie beim Start) und das Bremsmanöver im Orbit muss genau zur Richtigen Zeit und Stärke erfolgen. Man ist da ja mit ca. 28.000 Kilometern pro Stunde unterwegs!

Hallo Chewie,

grundlegend ist das erstmal plausibel, aber in dem Rechenweg steckt ein Fehler. Du vermischst (reale) Beschleunigungen (=Änderung der Bewegung) mit der Belastung (umgangssprachlich mit "g" als Beschleunigung und Gewicht ausgedrückt). Das führt zu Verwechslungen und ist unscharf in der Interpretation.

Du schreibt von einer Verzögung mit 4g. Soll das die tatsächliche Änderung der Bewegung sein = mit 39,42m/s² wird die Kapsel langsamer? Oder soll das die "gefühlte Belastung/Gewicht" in der Kapsel sein? Beides führt zu unterschiedlichen Ergebnissen, da man die Gewichtskraft der Kapsel mit verrechnen muss.
Da du "terminal velocity" mit einbringst, also kein freier Fall mehr, sondern dynamischer Auftrieb, wird es noch mal schwieriger.

Besser wäre es direkt und nur mit den dynamischen Größen zu rechnen: Masse und Kräfte, ohne den Umweg über die Größe "g". Aus Masse und Kaft kannst du die gesamten Bewegungsgrößen (Beschleunigung --> Geschwindigkeit --> Position über der Zeit) konstruieren.

Sehr interessante Rechnung. Vielen Dank, Chewie!

Ein Einwand ist mir eingefallen: Die Superdraco Triebwerke zeigen ja nicht direkt Richtung Boden, sondern sind schräg an der Seite der Dragon angebracht. Den von dir berechneten Maximalschub von 536kN müsste man dann noch mit dem Kosinus des Winkel zwischen der Senkrechten und dem Schubvektor eines Triebwerks multiplizieren.
Ok, das war jetzt recht kompliziert, aber ich schätze auf 4g Verzögerung wird man weiterhin kommen.
Weiß jemand den genauen Winkel, mit dem die Triebwerke montiert sind?

@Schillrich: Die 4g hatte ich nur mit in die Berechnung mit rein genommen um die Maximale Belastung auf die Astronauten zu berücksichtigen. Die gefühlte Belastung wären dann, dass der Astronaut 3x soviel wiegt wie sein eigenes Gewicht.
Wie könnte man die Berechnung besser machen?

Ich nehme erst mal den dynamischen Auftrieb wieder aus der Rechnung : So lange sie fällt und die Kapsel "terminal velocity" hat, bedeutet das, dass sich Auftrieb und Gewichtskraft aufheben und sie nicht weiter beschleunigt. Sobald aber die Triebwerke zünden und hier sehr schnell die Fallgeschwindigkeit abbauen, geht auch der Auftrieb schnell verloren. Das heiß, für einen Überschlag wirkt die Gewichtskraft wieder voll.

Für den einfachen Fall hier (unveränderte Masse, konstante Beschleunigung), heißt das die Kapsel bei "gespürten" 4g mit dem Äquivalent von 3g die Bewegung ändert.


Direkt mit der Bewegungsgleichung für die Kapsel gerechnet:
ma = -mg + F --> Die Gewichtskraft mg zieht weiter nach unten, während die Schubkraft F nach oben drückt.

nach der realen Beschleunigung a umgestellt, ist das:
a = -g + F/m = 65m/s²

Hier sieht man auch in der Formel, -g mindert die real durch den Schub der Triebwerke F/m erzeugte Beschleunigung a

Bei 300km/h Fallgeschwindigkeit, brauchen die Triebwerke dann 1,29s, um sie auf Null zu bremsen.

Und um deine eigentliche Frage nach 4g Belastung auch mit den Formeln zu beantworten:

Man kann die Formel nach Schub/Gewicht umstellen, das sind die "gefühlten g":
F/m/g = 1 + a/g --> hier kommt genau dieses "plus 1g" oder "minus 1g", je nachdem wierum man herangeht.

Wenn Schub/Gewicht = 4 soll, dann ergibt sich aus der Formel dann für die reale Beschleunigung:
a = 4g - 1g = 3g = 29,4 m/s²

Um damit aus 300km/h abzubremsen, dauert es dann schon 2,83s. Das Ganze lässt sich dann mit etwas mehr als der Häfte des gesamten Draco-Schubs erreichen, also mit ca. 4 Triebwerken.

So ein Bremsmanöver "auf den letzten Pfiff" halte ich aber eher für unwahrscheinlich. Man wird vielleicht eher so bremsen, dass man in 100 Metern Höhe schon fast "steht" und dann mit kontinuierlicher Geschwindigkeit von vielleich 5 m/s bis kurz über den Boden gehen. In der letzten Phase müsste man nur noch mit etwas mehr als g bremsen. Der Treibstoffverbrauch wäre zwar höher, man hätte aber eine kleine "Sicherheitsmarge" zum Ausgleichen von Schwankungen z.B. in der Endgeschwindigkeit nach dem Fall sowie die Auswirkungen von Winden.

Das glaube ich auch. Mir war es wichtig aufzuzeigen das alles in einem Bereich liegt der durch die mitgeführten Treibstoffvorräte gedeckt sein sollte. Im Enddefekt ist die Schwierigkeit eine genaues Deorbit Manöver und die Korrekturen um den Landeplatz zu treffen.

In einem Werbevideo ist ja auch die Landung komplett ohne Fallschirm dargestellt. Ist das überhaupt  möglich ?

 Kann man dafür soviel Treibstoff mitnehmen ? Oder wieviel würde mann für so ein manöver brauchen ?

mfg thomas

Kann man dafür soviel Treibstoff mitnehmen ? Oder wieviel würde mann für so ein manöver brauchen ?

Die Antwort auf Deine Frage steht genau in den Beiträgen über Dir.

Gruß, Klaus

Zitat von: bfler am 01. Juni 2012, 16:34:50

Kann man dafür soviel Treibstoff mitnehmen ? Oder wieviel würde mann für so ein manöver brauchen ?

Die Antwort auf Deine Frage steht genau in den Beiträgen über Dir.

Gruß, Klaus

Wenn ich das alles richtig verstanden habe: Ohne Fallschirme hat die Dragon eine Fallgeschwindigkeit von ca. 300km/s, ihre terminale Fallgeschwindigkeit in dichter Atmosphäre. Da die sich in 1,9s mit den Triebwerken abbauen läßt, wird der Treibstoffbedarf nicht sehr groß sein, vielleicht sogar weniger als das Gewicht der eingesparten Fallschirme?

Bleibt noch die Frage, ob sich die Triebwerke genug drosseln lassen, um einen langsamen Sinkflug bzw. Schwebeflug auf der letzten Strecke zu realisieren. Man darf annehmen, sie können das. Die Schwebeflugphase bzw. die langsame letzte Sinkphase werden wohl mehr Treibstoff brauchen als der Bremsvorgang. Man muß sich da zwar 100%ig auf die Triebwerke verlassen, aber das muß man sowieso. Ohne sie kommt man nicht aus dem Orbit.

Ein wesentlicher Punkt dürfte aber sein, dass durch die quasi nicht vorhandenen Gleiteigenschaften das Zielgebiet aus dem Orbit heraus gut getroffen werden muss. Bei der letzten Dragon Wasserung mit Fallschirmen gab es wohl nur eine Abweichung von 1 Meile trotz Winddrift. Der Landeplatz muss also genau unterhalb des Orbits liegen (ähnlich wie beim Start) und das Bremsmanöver im Orbit muss genau zur Richtigen Zeit und Stärke erfolgen. Man ist da ja mit ca. 28.000 Kilometern pro Stunde unterwegs!

Das ist wohl der Knackpunkt. Mit den Triebwerken landen ist offenbar möglich. Bei der Wahl des Landepunktes ist man aber sehr unflexibel. Einen gewünschten Landepunkt ansteuern, setzt voraus, daß der sehr genau unter den Orbit liegt.

Der Zielpunkt wurde sehr genau getroffen, aber er war nicht frei wählbar, er mußte genau unter dem Orbit liegen

Dank an die Forummitglieder, die alles so dargestellt haben.

In einem Werbevideo ist ja auch die Landung komplett ohne Fallschirm dargestellt. Ist das überhaupt  möglich ?

 Kann man dafür soviel Treibstoff mitnehmen ? Oder wieviel würde mann für so ein manöver brauchen ?

mfg thomas

Man will den gleichen Treibstoff (und die selbe Triebwerke) verwenden, den man auch für einen Startabbruch verwenden würde. Bei der Sojus-Kapsel liefert die Rettungsrakete ein Delta-v von 50-150m/s.
Die Dragon-Landung wäre bei ca 90-120m/s anzusiedeln und damit in der gleichen Größenordnung.

SpaceX selbst gibt für einen Startabbruch per SuperDraco eine Brenndauer von 5s an, mit der Realbeschleunigung von Schillrich wären das 325m/s (erscheint mir ein bisschen viel).
Auf jeden Fall würde der LAS-Treibstoff auch für eine Landung locker reichen. Wenn man alles mal durchrechnet, sieht man, dass das ganze gar nichtmal so unrealistisch ist, wie es auf den ersten Blick scheint. Bleibt noch die Frage, ob man die Triebwerke zuverlässig genug machen kann.

Man will den gleichen Treibstoff (und die selbe Triebwerke) verwenden, den man auch für einen Startabbruch verwenden würde. Bei der Sojus-Kapsel liefert die Rettungsrakete ein Delta-v von 50-150m/s.
Die Dragon-Landung wäre bei ca 90-120m/s anzusiedeln und damit in der gleichen Größenordnung.

SpaceX selbst gibt für einen Startabbruch per SuperDraco eine Brenndauer von 5s an, mit der Realbeschleunigung von Schillrich wären das 325m/s (erscheint mir ein bisschen viel).
Auf jeden Fall würde der LAS-Treibstoff auch für eine Landung locker reichen. Wenn man alles mal durchrechnet, sieht man, dass das ganze gar nichtmal so unrealistisch ist, wie es auf den ersten Blick scheint. Bleibt noch die Frage, ob man die Triebwerke zuverlässig genug machen kann.

Die 5 Sekunden brennen sollen bei sehr frühem Startabbruch notfalls dafür sorgen, daß die Kapsel genug Höhe gewinnt, damit die Fallschirme wirksam werden können.

Der gleiche Treibstoff und die gleichen Triebwerke stehen auch für Orbitalmanöver zur Verfügung. Man kann also nicht einfach sagen, der Treibstoff kann für die Landung verwendet werden. Andererseits fallen die Fallschirme weg, die wiegen ja auch was, dafür kann man Treibstoff nehmen.

Die Triebwerke müssen funktionieren, ohne sie kommt man auch nicht aus dem Orbit zurück. Fallschirme können auch versagen. Wenn die Technik grundsätzlich zuverlässig ist, kommt das schon hin.

Edit: Startabbruch ohne Fallschirm hieße auch, daß in der Situation die Dragon auf ihren Düsen landen muß. Treibstoff dafür sollte kein Problem sein. Die Orbitalmanöver, besonders das Deorbit-Brennen verschlingen viel mehr.

Zitat von: GlassMoon am 01. Juni 2012, 18:41:47

[...]

Die 5 Sekunden brennen sollen bei sehr frühem Startabbruch notfalls dafür sorgen, daß die Kapsel genug Höhe gewinnt, damit die Fallschirme wirksam werden können.

Der gleiche Treibstoff und die gleichen Triebwerke stehen auch für Orbitalmanöver zur Verfügung. Man kann also nicht einfach sagen, der Treibstoff kann für die Landung verwendet werden. Andererseits fallen die Fallschirme weg, die wiegen ja auch was, dafür kann man Treibstoff nehmen.

Die Triebwerke müssen funktionieren, ohne sie kommt man auch nicht aus dem Orbit zurück. Fallschirme können auch versagen. Wenn die Technik grundsätzlich zuverlässig ist, kommt das schon hin.

Das mit dem Treibstoff stimmt zwar, aber mit der Falcon 9 v1.1 wird beim Treibstoff nichtmehr die Masse die Einschränkung sein, sondern eher das Volumen. So ein gepackter Fallschirm nimmt doch eine Menge platz ein.
(in diesem Link hier, sieht man angeblichlich das gepackte Fallschirmsystem eines Shuttle-SRBs http://nasatech.net/PRFacility/pages/PRFacility17.htm)

Was das mit den Orbitmanövern angeht: Ich dachte zuerst auch, dass die Super-Dracos auch die Orbitalmanöver übernehmen sollen. Anscheinend ist das aber doch nicht so und die Super-Dracos sollen zusätzlich zu den normalen Draco-Triebwerken verbaut werden, und nur diese 2 Aufgaben (LAS und Landung, vllt auch Deorbit-Burn, da der mit 9 Minuten doch recht lange ausfällt bei der Dragon) übernehmen.
Wenn man überlegt wirds ja auch klar.. Ein Triebwerk das von 400N bis 64kN effizient arbeiten kann und noch dazu in 100ms vollen Schub aufbauen kann, ist unrealistisch.

edit: Doch noch gefunden:

Da sieht man eindeutig, wie die 8 Super-Dracos zusätzlich zu den anderen angebracht werden sollen.
Ob es letztendlich genau in der Form angebracht wird ist fraglich, aber man sieht zumindest, wie es gedacht ist.

Was das mit den Orbitmanövern angeht: Ich dachte zuerst auch, dass die Super-Dracos auch die Orbitalmanöver übernehmen sollen. Anscheinend ist das aber doch nicht so und die Super-Dracos sollen zusätzlich zu den normalen Draco-Triebwerken verbaut werden, und nur diese 2 Aufgaben (LAS und Landung, vllt auch Deorbit-Burn, da der mit 9 Minuten doch recht lange ausfällt bei der Dragon) übernehmen.

Die Super-Dracos sollen zwar nicht für Orbitalmannöver verwendet werden - der für den Startabbruch reservierte Triebstoff könnte aber schon.

Was mir an diesem "kleinen Überschlag" gefällt: wie schnell man, abseits der Intuition, eine Idee quantitativ bewerten und dann einschätzen kann. "Aus dem Bauch heraus" würde man schnell sage: geht auf keinen Fall, denkt an den Treibstoff! Nach der kurzen Rechnung, die das Problem stark vereinfacht aber grundlegend richtig beschreibt, ist man schon eher geneigt, weiterzudenken und weiterzuforschen.
Man kann den Überschlag noch verbessern, wenn man generell konservativ hinein geht, also z.B. die "terminal velocity" am oberen gegeben Limit oder gar darüber schätzt, usw. ...

Sieht aus wie ne Nase, so ein Superdraco-Pack. Vielleicht hat Elon so viel Humor und lässt nen Schnurrbart drunter lackieren...

Hab übrigens gerade den Link hier gefunden: http://mars-one.com/
Auch ne interessante Überlegung...

edit: Doch noch gefunden:

Da sieht man eindeutig, wie die 8 Super-Dracos zusätzlich zu den anderen angebracht werden sollen.
Ob es letztendlich genau in der Form angebracht wird ist fraglich, aber man sieht zumindest, wie es gedacht ist.

Wie? gibts schon Dragons mit SuperDracos? Oder ist das einfach nur ein Mockup? Ich dachte die müssten noch gebaut werden...

Zitat von: GlassMoon am 01. Juni 2012, 19:36:58

edit: Doch noch gefunden:

Da sieht man eindeutig, wie die 8 Super-Dracos zusätzlich zu den anderen angebracht werden sollen.
Ob es letztendlich genau in der Form angebracht wird ist fraglich, aber man sieht zumindest, wie es gedacht ist.

Wie? gibts schon Dragons mit SuperDracos? Oder ist das einfach nur ein Mockup? Ich dachte die müssten noch gebaut werden...

Es ist das Mockup, wo auch das Bild gemacht wurde, wie die Astronauten drin platziert werden. Das Pic hier ist von der Space Tech Expo in LA.
http://www.spacetechexpo.com/gallery-2012