Shuttle 2.0 oder wie man es m.E. hätte machen sollen

Im Fred bzg. der Vor/Nachteile des Space Shuttle würde darum gebeten, neue Konzepte für ein Raumtransportersystem im Konzepte-Forum zu posten.

Dies möchte ich gerne anregen. Dabei bitte ich sowohl um Vorschläge für ein Shuttle 2.0 (Ende 90er), ein heutiges Space Shuttle 3.0 im Rahmen der heutigen Möglichkeiten (on steroids), als auch ein optimiertes System für die damalige Zeit.

Hierzuzunächst meine Vorschläge:

Avisierter Zeitraum Ende 70er, Anfang 80er.

Meines Erachtens wäre es ideal gewesen, das System zu teilen, d.h.

Erstens: ein unbemanntes Shuttle, welches dem jetzigen größtenteils entspricht. Etwas kleinere Flügel, da keine so große cross range von der Airforce benötigt würde (dazu in 2. mehr), keine Kabine, Auslegung einfachere Wartung, möglicherweise einfacheres TPS (so man das damals gesehen hätte und es technich möglich gewsen wäre), Nutzlast ca 40-50t. (Argument: SDI, Exploration, Space Station Freedom). Weitere Option für Mond/Mars, SDI: 100+ Tonnen 4 SRB, 4 SME, möglicherweise Verzicht auf Flügel.

Zweitens: ein bemanntes kleineres Shuttle, vergleichbar einem vergrößerten X-20X / Hermes, Gewicht 20-30t, gestartet auf Titan (vergleiche Titan 3L2/4), möglicherweise SRB als Booster,  kleine Kabine und Unterbringungsmöglichkeiten, 4-6 Astronauten, Nutzlastbucht für max. 5t (Satelitenreperatur, Konstruktion von Raumstationen, kleinere wiss. Nutzlasten, kleinere millitärische Nutzlasten), integrrierte Solarzellen für längere Aufenthalte, meinetwegen große Flügel zum Erreichen der cross range. Hiermit dürften die Forderungen der Airforce erfüllt sein und es könnte von Vandenberg gestartet werden.

Zur Begründung: Das Shuttle sollte komerziell arbeiten und die bisherige Startarchitektur ersetzen. Ein unbemanntes Shuttle, fast vergleichbar dem tatsächlichen, hätte dies zumindest teilweise erreichen können. Für komerzielle Starts hätte eine Mehrfachstartfähigkeit vorhanden sein sollen. Mit erhöhter Nutzlast wäre zugleich die Erfüllung der Forderungen aus dem damals aufkommenden SDI Programm möglich gewesen, ebenso der Aufbau von Raumstationen und sogar die Rückführung von Nutzlasten nach "Wiedereinladen". Ebenfalls hätte eine Perspektive für Moon, Mars and beyond bestanden. Für einige Missionen hätte man Doppelstarts bemannt/ unbemannt durchgeführt. Wenn man die SRB als Booster genutzt hätte, wäre eine weitere Erhöhung von Fertigungsraten und Synergieeffekte möglich gewesen. Gleichzeitig hätte man der Industrie ein Weiterlaufen der Titan Produktionslinie ermöglichen können. Das Argument "no bucks without Buck Rogers" hätte man mit dem verkleinerten Orbiter aus dem Weg räumen können, bei gleichzeitiger Betonung des kommerziellen Aspekts und hoher Startrate bei dem unbemannten System.

Einige weitere Fragen:
Wäre es eurer Meinung nach möglich, ein LAS in das Servicemodul am Heck des bemannten Orbiters zu integrieren?
Wäre es weiterhin möglich ein Marsraumschiff (nuklear-termisch, MOR mit Treibstoffdepot und Lander) mit 40-50t Nutzlastkapazität zusammenzubauen?

Das sind soweit ganz interessante Ideen, die man hätte verfolgen können.

Zur Trennung von bemannt/unbemannt hätte ich aber noch eine andere Idee. Es gab damals keinen konkreten Bedarf für ein HLV, 25t Nutzlast reichen also. Wenn man das Shuttle so baut, dass alle Strukturen (Triebwerke, Flügel usw) zusammengefasst werden, könnte man für unterschiedliche Einsätze unterschiedliche Missionsmodule einbauen, also z.B. eins, dass für Frachteinsätze gebaut ist oder eines, dass für bemannte Flüge gedacht ist.

Damit wäre auch ein LAS einfacher zu integrieren gewesen. Da man die Kabine nicht fest einbaut, kann man die leicht mit Triebwerken und Fallschirmen ausstatten. Wenn man von 30t Einbaukapazität ausgeht, hat man bei der vorhandenen  SpaceShuttle Kabine noch Kapazitäten für so etwas.

mfg websquid

Angenommen, man hätte das shuttle ungefähr so gebaut, wie es tatsächlich kam, aber statt einer Ladebucht die Kabine vergrößert (also den Raum, der in der Realität mit der Ladebucht belegt wurde, quasi als Raum für zusätzliche Passagiere und Geräte genutzt) wie viele Astronauten hätte das shuttle dann starten können? Ich meine, wenn man sich das Shuttle anschaut, belegt die Mannschaftssektion knapp die vordere Spitze, und dann folgt eine lange, große Ladebucht.

Ein "Personen Shuttle" (alla Hermes, Klipper, X-20) finde ich gut.

Zweifel habe ich an dem Bedarf schwere Nutzlast wieder auf die Erde runter zu bringen - und das ist meiner Meinung nach der einzige Vorteil den ein "Last Shuttle" gg. alternativen Cargo Konzpeten (z.b. Parom) hat.

Unbestreitbar: Man braucht eine gewisse "Download Fähigkeit" aber wirklich 20t+? Meiner Meinung nach würden 5-10t völlig ausreichen - und das könnte vielleicht auch ein "Personen Shuttle" leisten...

Ich habe meinen Beitrag absichtlich aus der Perspektive der frühen 80er Jahre geschrieben. Sowohl der Aufbau einer amerikanischen Raumstation als auch insbesondere SDI verlangten nach großen Nutzlasten (Wäre aber auch heute noch genial, wenn man eine Station aus 50t-Modulen aufbauen könnte). Was die cargo return Fähigkeit angeht, meine ich, dass ca 15t reichen würden und auch nur gegebenenfalls angewendet würden. 15t würde für die millitärischen Nutzlasten ausreichen (ca 13t unbetankt), für deren Wartung und gegebenenfalls Rückkehr der Shuttle eingeplant war, für Kommunikationsateliten sowieso (siehe STS 51A).

Was das LAS angeht, meine ich, dass man auf Fallschirme verzichten könnte. Je nach Flugphase könnte der Orbiter zum Startplatz nach Abwurf des Servicemoduls im Segelflug zurückkehren, einen Notlandeplatz nutzen oder beim Abbruch ganz am Anfang des Starts die Besatzung per Schledersitz retten, nachdem das LAS gezündet hat.

Meiner Meinung nach macht ein Shuttle nur Sinn wenn es horizontal startet, also quasi das Sängerkonzept, nur dass das ganze noch von einem Trägerflugzeug abgeworfen wird, damit nicht soviel Treibstoff für die Überwindung der ersten 15 km draufgeht. Ein LAS ist bei einem Luftstart auch nicht nötig. Billig wird so eine Entwicklung natürlich nicht.

Und Shuttles eignen sich meiner Meinung nach hauptsächlich für Personentransport in den LEO und wieder zurück zur Erde.

Unbestreitbar: Man braucht eine gewisse "Download Fähigkeit" aber wirklich 20t+? Meiner Meinung nach würden 5-10t völlig ausreichen - und das könnte vielleicht auch ein "Personen Shuttle" leisten...

Ja, ein "Personen Shuttle" mit einer kleinen Nutzlastbucht wäre sicherlich interessant. Hermes sollte doch in einer relativ späten Entwurfsphase eine Nutzlastbucht haben. Schade, das daraus nichts geworden ist...
Außerdem hat Lockhead Martin mal so ein Mini-Shuttle geplant. Es sollte auf einer Delta IV gestartet werden, wenn ich mich nicht irre.

Als Antwort auf den Shuttle C Faden habe ich mir eine weitere Alternative Überlegt, ebenfalls aus der 80er Jahre Perspektive.
Bei diesem Vorschlag handelt es sich um ein dreigeteiltes Konzept, welches ausschliesslich Shuttle-Hardware benutzt.

1. Das man-rated Shuttle:
Start wie das OTL (heutigen) Shuttle, aber geringere Masse, nur ca 30+t, 5 Personen, ca 5+t Nutzlast, Start mit 2 SME, 2 SRB auf dem Rücken vom Main tank, im Prinzip ein geschrumpftes Shuttle.

Hierzu auch eine Frage: Ich weiss, dass Hermes mit Schleudersitzen ausgestattet werden sollte. Bis zu welcher Startphase wären diese einsaetzbar und wären diese z.B. beim Challenger Start von Nutzen gewesen? (Vorausgesetzt, sie hätten überhaupt noch rechtzeitig gezündet werden können) Wie sieht es mit Kapseln a la B-1 (Ursprüngliche Planung) bzw
F-111 aus ?

2. Das Transport-Shuttle
Im Prinzip eine unbemannte Version des OTL Shuttle, Nutzlast ca 50t, 2 SRB, 3 SME.
Für den Lastentransport bzw. das Satellitengeschäft

3. Shuttle C
Bei Bedarf für Mars Missionen (Falls nicht EOR mit Modulen der 50t Klasse) und SDI. Nutzlast 100t++
2-3 SRB, 3-4 SME, keine Flügel, nicht wiederverwendbar.

Zur Kostenreduzierung eine weitere Frage: war der Keramikschutzschild eigentlich unbedingt für die Wiederverwendbarkeit notwendig, bzw. in allen Konzepten gepalnt ? Wäre  ein ablatives TPS denkbar, welches für jede Mission aussen "angebolzt" würde a la Zusatzpanzerung beim Spz Puma ? Wäre dies genau so gefährdet in der Startphase, oder Könnte eine solche "Zusatzpanzerung" Einschläge von Schaumstoff besser aushalten?

Gibt es weitere Möglichkeiten der Kostenreduktion? Schliesslich die Frage, ob ein solches System heute noch Zukunftsfähig wäre!

Deine Idee mit dem Hitzeschild geht in Richtung von SHEFEX. Simple Formen, leicht austauschbar. Damals hatte man die  Hoffnung, der Wartungsaufwand für einen Hitzeschild sei gering. Die hat sich als falsch herausgestellt, so dass man heute wohl eher ein Hitzeschild bauen würde, wie du es vorschlägst.

mfg websquid

Deine Idee mit dem Hitzeschild geht in Richtung von SHEFEX. Simple Formen, leicht austauschbar. Damals hatte man die  Hoffnung, der Wartungsaufwand für einen Hitzeschild sei gering. Die hat sich als falsch herausgestellt, so dass man heute wohl eher ein Hitzeschild bauen würde, wie du es vorschlägst.

mfg websquid

Wohlauf, freier Friesensohn !

Hierzu zwei Anmerkungen: SHEFEX ist weiterhin aus grds. wiederverwendbaren Keramikkacheln, lediglich die einzelnen Flächen sind einfacher gebaut und wären besser auszutauschen als hunderte Einzelstücke in aeodynamischer Form.

Meine Idee sieht eher eine außen angebrachte Schicht aus Verbundwerkstoff oder ähnlichem vor, welche in wenigen großen und aerodynamisch günstigen Teilen gebaut werden könnte und als ablativer Schild nach jeder Mission ausgetauscht werden müsste.

Die Frage bleibt aber, ob ein solcher Hitzeschild besser Einschläge von Eis und Schaumstoff vom ET aushzalten könnte. Die Hitzeschutzkacheln des Shuttle sind aufgrund ihrer Leichtbauweise besonders empfindlich, aber bei dem Columbia Unglück erfolgte der Einschlag am schlimmtsmöglichen Ort, an  an der Flügelvorderkante, die aus Karbonfaser besteht. Die Frage ist, ob eine Flügelkante auch mit einem Ablativen Schutzschild gebaut werden kann und wie stabil diese sein kann.

Weiterhin würde ich gerne Eurte Meinung zu Schleudersitzen als Rettungsmöglichkeit hören. Nachdem bei Hermes eine abtrennbare Kabine wieder verworfen wurde, sollte der Raumgleiter mit Schleudersitzen ausgestattet werden - könten diese auf der Startrampe bzw. nach Start aber vor dem Ausbrennen der SRB ausgelöst werden ?

Nicht zu vergessen, dass bei SHEFEX die Kacheln nicht nur einfach zugeschnitten werden können (bei bemannten Missionen notfalls im Flug), sie werden auch angeschraubt anstatt angeklebt. Bei den Space Shuttles hatte man dafür noch keine Lösung, denn die üblichen Metallschrauben würden die Hitze an die innere Hülle leiten. SHEFEX experimentiert dagegen mit Keramikschrauben.

Keramikschrauben

Intelligenter Ansatz!!
Könnte das der Durchbruch sein?

Zitat

Keramikschrauben

Intelligenter Ansatz!!
Könnte das der Durchbruch sein?

Hat was, aber ich hab da so meine Bedenken was die Scherfestigkeit an geht. Wobei in der Zugfestigkeit siehts bei Keramik auch nicht viel besser aus. Am Ende hat man vielleicht einen recht wartungsfreien Hitzeschild was die Kacheln angeht, aber muss nach jedem Flug die Schrauben wechseln. Auch doof.

Das muss natürlich erforscht werden - SHEFEX 2 steht jetzt kurz bevor. Der Wiedereintrittskörper bei SHEFEX 1 ist ja leider verloren gegangen, wenn ich mich recht entsinne. Die Frage nach der Haltbarkeit der Schrauben wäre dann vielleicht schon beantwortet worden.

aber muss nach jedem Flug die Schrauben wechseln.

Schrauben kosten fast nix.... Und alle Schrauben, wenn sie gleich groß sind, könnten in Serie gefertigt werden. Das drückt den Preis...

Einzelstücke sind immer teurer...

Der Wiedereintrittskörper bei SHEFEX 1 ist ja leider verloren gegangen, wenn ich mich recht entsinne. Die Frage nach der Haltbarkeit der Schrauben wäre dann vielleicht schon beantwortet worden.

Vielleicht heißt das 'Nein' zu den Schrauben?
Weiß man eigentlich, warum es verloren ging?

In der Raumfahrt kostet nichts nichts, auch nicht fast nichts. Selbst Schrauben sind ausgesprochen teuer und man darf das nicht mit denen aus dem Baumarkt verwechseln. Außerdem wäre hier der manuelle Wartungsaufwand enorm, was die Kosten treibt und was man vermeiden muss. Man braucht eine wartungsarme Technologie.

Laut diesem Bericht der DLR gab es ein Problem mit einem Drucksensor:

Bereits während der Echtzeit-Videoübertragung von Bord der Rakete wurde klar, dass das Bergungssystem - ein Fallschirm mit Schwimmkörper - zu früh ausgelöst wurde. Der Grund: Der Drucksensor löste das Fallschirmsystem in zu großer Höhe und bei zu hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch wurde dieser zerstört.

Ansonsten scheint man mit dem Experiment zufrieden (man hatte sogar mehr Telemetrie-Daten als erhofft) und möchte es wiederholen. Ob der Drucksensor vielleicht Hitzeschäden hatte auf Grund versagender Isolierung, wird allerdings nicht gesagt.

Natürlich gibt es Siliziumkarbid-Schrauben nicht im Baumarkt, sondern nur als sündhaft teure Spezialfertigungen der chemischen Industrie. Vielleicht wird sich das Prinzip auch nie durchsetzen. Erforschen sollte man es jedenfalls. Selbst graduelle Verbesserungen können helfen.

Siehe auch hier.

Außerdem wäre hier der manuelle Wartungsaufwand enorm, was die Kosten treibt und was man vermeiden muss. Man braucht eine wartungsarme Technologie.

Wartungsintensiv heißt jede Kachel manuell auf Schäden zu untersuchen, evt sogar röntgen, etc.
Wenn man einfach alles austauscht kommt das wohl billiger...

In der Raumfahrt kostet nichts nichts, auch nicht fast nichts.

Ja da hast du zwar recht, aber ich meinte verhältnismäßig....
Wenn man in allen Systemen die selben Schrauben mit der selben Größe nimmt, kommt es billiger aufgrund von Serienfretigung.

Wartungsintensiv heißt jede Kachel manuell auf Schäden zu untersuchen, evt sogar röntgen, etc.
Wenn man einfach alles austauscht kommt das wohl billiger...

Alle Kacheln auszutauschen ist also nicht wartungsintensiv? 

Kommt darauf an...

Kann mir vorstellen, dass man dann nicht Zeit und Geld mit Suchen verschwenden müsste, sondern nur neue anbringt...
Dadurch könnte man hohe Sicherheit bei wiederverwendbaren Raumfahrzeugen erreichen...

Na klar,ganz einfach. sonst noch einen Wunsch ?   

Beim alten Shuttel hat man ja nicht umsonst die kleinen Kacheln genommen, da auf grund der Flugeigenschaften der Rumpf sehr ungleichmäßig ist und so größere Kacheln keinen bzw. nicht genügend Halt finden.

Und wie gut soll ein Gewinde den halten, wenn man alle Nase lang Schrauben eindreht und sie wieder raus holt?
Noch dazu unter der Thermischen last beim Wiedereintritt.

Und wenn dir eine beim eindrehen oder ausdrehn abbricht? ups

Mfg Collins

Die Suche nach den defekten Kacheln könnt man dadurch vereinfachen das man knapp unter der Oberfläche der Kacheln einen sehr dünnen Wolframdraht 2x mäanderförmig  einfügt, einmal um 90° gedreht. Wenn man ihn dann überprüfen will braucht man nur schauen ob Strom durchfließt, dann ist er in Ordnung, oder keiner dann ist der Draht durch einen Riss oder Einschlag im Kachel unterbrochen. Dadurch könnt man sogar zu jedem Zeitpunkt des Fluges überprüfen ob das Hitzeschild in Ordnung ist oder nicht.

Das ist meiner Meinung nach zwar eine notwendige aber keine Hinreichende Bedingung für eine fehlerhafte Kachel.

Ist der Draht kaputt > Kachel kaputt. okay

Aber wenn die Kachel kaputt ist kann theoretisch der Draht trotzdem noch ganz sein...

Ich geh sogar eigentlich noch weiter. Der Draht kann kaputt sein aber die Kachel trotzdem noch okay. Wenn nunmal an genau der Stelle ein kleines Loch ist... 

Dazu das zusätzliche Gewicht bei Zehntausenden Kacheln... Nene...

Gruß, Klaus