Crew Dragon: Könnte der Start eines Fluchtschubs die Nutzlastkapazität bestimmen?

Die Superdracos in Dragons Start-Flucht-System produzieren alle$\color{black}{\texttt{71.2 kN}}$(16.000 lbf) Schub. Es gibt acht Superdracos, die einen kombinierten Schub von ergeben$\color{black}{\texttt{570 kN}}$(128.000 Pfund).

Geht man von einer Trockenmasse von$\color{black}{\texttt{9,570 kg}}$(21.100 lbm) für Dragon, eine leere Masse von$\color{black}{\texttt{400 kg (880 lbm)}}$für den Nutzlaststamm eine Nutzlast von max$\color{black}{\texttt{5,900 kg}}$(13.000 lbm) und eine kombinierte MMH/NTO-Kraftstoffkapazität von$\color{black}{\texttt{2000 kg}}$, erhalten Sie eine Gesamtmasse von$\color{black}{\texttt{17,870 kg}}$(39.400 Pfund).

Betrachten Sie nun den anspruchsvollsten Startfluchtfall: mit Falcon bei einer Spitzenbeschleunigung von 3 g und laufenden Motoren. Sie würden mindestens ein Haar über 3 g benötigen, um davonzurasen, oder?

Nun, wenn Sie den Gesamtschub des Superdracos durch die Gesamtmasse des voll beladenen Drachen teilen, erhalten Sie ...

Und das lässt mich fragen: Setzt Launch Escape eine Obergrenze für die Nutzlastkapazität fest, die eine Falcon + Crew Dragon-Baugruppe zur ISS transportieren kann?

Ich hatte mir immer vorgestellt, dass die Kapazität vollständig von den Orbit-Spezifikationen und der Treibstoffkapazität der Stufe 1/2 bestimmt wird, sodass Sie, wenn Ihre Umlaufbahn weniger anspruchsvoll war (z. B. direkt nach Osten in geringe Höhe starten), mit weniger Treibstoff starten und den Drachen vollstopfen könnten Kofferraum mit der Kraftstoffmasse, die Sie nicht geladen haben ...

Aber jetzt scheint das überhaupt nicht der Fall zu sein ... Denn selbst wenn Sie mit 10.000 kg weniger Treibstoff in Stufe 1/2 starten würden, könnten Sie immer noch nicht mehr als 5.900 ish kg tragen und gleichzeitig die Besatzung sicherstellen kann bei der Startflucht positiv von einer versagenden Rakete wegbeschleunigen.

Kann jemand bestätigen, ob dies wahr ist - dass Sie, selbst wenn Sie mehr Last in den Orbit heben könnten, gezwungen sein könnten, dies nicht zu tun, um Ihre Startfluchtanforderungen zu erfüllen?

BEARBEITEN

3,25 g sind nur eine Untergrenze für die Schubbeschleunigung, die Sie von einem Drachen + Kofferraum + maximaler Nutzlast + maximalem Kraftstoff erhalten würden.

Als Obergrenze könnten Sie eine superleichte Last nahe 0 kg annehmen. Und in diesem extremen Fall würde Ihr Superdracos Ihnen ~50 m/s2 oder nur etwa 5 g Beschleunigung einbringen.

Und wenn sich Ihre Treibstoffladung 0 kg nähert - am Ende Ihrer Startflucht - würde sich Ihre Schubbeschleunigung ~ 60 m / s2 oder 6 g nähern.

Die Startbeschleunigung von Dragon würde also in den Bereich [3,25, 6] g fallen – wenn Sie jedoch die Last maximieren, werden Sie wahrscheinlich auf das untere Ende dieses Bereichs fallen und wenn Ihre Nutzlast über ~ 5900 kg liegt , dann fallen Sie unter Ihr Minimum von 3,25 g und riskieren, nicht genug Beschleunigung zu haben, um im schlimmsten Fall positiv von einer versagenden Rakete wegzurasen.

BEARBEITEN 2

Ich habe die Neigung der Superdracos ignoriert, von der ich glaube, dass sie 15 Grad zur Vertikalen beträgt. Dies würde ihren kombinierten Schub etwas verringern:$570 \texttt{ kN} * \texttt{cos}(15 \texttt{ deg}) = 550 \texttt{ kN}$.

Dies würde für einen voll beladenen Drachen eine Schubbeschleunigung von 3,15 g ergeben, wenn ich mich an meine Massenzahlen halte.

Aber dieser Artikel von @BrendanLuke in den Kommentaren (danke!) zitiert den NASA-Administrator, der sagt, dass 3,5 g die maximale Schubbeschleunigung während der Fluchtversuche beim Start waren (was meiner Meinung nach für das Worst-Case-Szenario durchgeführt wurde, bei dem die Rakete ~ 3 gs fährt?) .

Dies würde einen leichteren Drachen + Kofferraum + Nutzlast + Treibstoff bedeuten. Die tatsächliche Masse müsste näher bei (3,15 g) / (3,5 g) = 0,9 x meiner Masseschätzung liegen, oder ~ 16.070 kg statt 17.870 kg – etwa 10 % leichter. Die leichtere Masse würde wahrscheinlich von einer leichteren Dragon-Kapsel oder von einer leichteren Nutzlast stammen, da der Kofferraum bereits superleichte 400 kg ist und meine Schätzung der Treibstoffmasse auf halbem Weg zwischen den leichtesten und höchsten Zahlen liegt, die ich gesehen habe (1350 kg und 2.500 kg, wenn ich mich recht erinnere)?

Und Ihre Spitzenbeschleunigung mit schrägen Triebwerken und leichterer Masse würde dann 5,5 g statt 5 g ohne Nutzlast betragen und sich 7 g nähern, wenn sich die Kraftstofftanks leeren.

Dies würde die Fluchtschubbeschleunigung beim Start in den Bereich von [3,5, 7] g bringen. Aber der Hauptpunkt bleibt: dass Beschleunigungen über 3,5 g nur bei einer Nutzlastmasse unter 5.900 kg möglich sind (jetzt vielleicht weniger wie oben erwähnt), also selbst wenn der Falcon-Werfer mehr Nutzlastmasse unterstützen könnte, würden Sie es nicht tragen können ohne die Fluchtfähigkeit der Astronauten im schlimmsten Fall zu gefährden.