Warum brauchen wir dedizierte Trägerraketen für Kleinsatelliten?

Die Wikipedia-Webseite zu Small-Lift-Trägerraketen enthält eine riesige Liste dedizierter Trägerraketen mit einer maximalen Nutzlastkapazität von 2.000 kg (4.400 lb) für kleine Satelliten, die entweder im Ruhestand, in Betrieb oder in der Entwicklung sind.

Soweit ich weiß, haben fast alle Raumfahrtagenturen damit begonnen, Satelliten mit dieser Art von Raketen zu starten. Zum Beispiel begann SpaceX seine Reise mit Falcon-1 (einer Trägerrakete für kleine Lasten) und nicht mit Falcon Heavy (einer Trägerrakete für schwere Lasten ). Natürlich haben sie aus jedem Start gelernt (sowohl Misserfolge als auch Erfolge) und anhand dieser Lektionen Trägerraketen für mittlere und schwere Lasten entwickelt . Es gibt einige neue Länder wie Spanien, Argentinien usw., die kleine Trägerraketen entwickeln.

Ich verstehe nicht, warum einige Länder mit sehr zuverlässigen Trägerraketen mit mittlerem und schwerem Hub wieder mit der Entwicklung von Trägerraketen mit kleinem Hub beginnen. Beispiele hierfür sind die Indian Space Research Organization (ISRO), die ihr Small Satellite Launch Vehicle (SSLV) entwickelt, obwohl sie über einsatzbereite Trägerraketen mit mittlerem Auftrieb verfügt. Darüber hinaus verfügen einige Länder zusätzlich zu sehr zuverlässigen Trägerraketen für mittlere und schwere Lasten über betriebsbereite Trägerraketen für kleine Lasten. Diese Liste umfasst die Vereinigten Staaten, Russland und China. Es gibt einige private Unternehmen wie Rocket Lab und Firefly, die entweder über voll funktionsfähige oder in der Entwicklung befindliche Trägerraketen für kleine Satelliten verfügen.

Warum wurden die Trägerraketen für kleine Lasten nicht vollständig durch die Trägerraketen für mittlere und schwere Lasten ersetzt?

Der Hauptgrund, der in vielen Quellen genannt wird, ist, dass kleine Satelliten (Cube-Sats, Nano-Sats usw.) mit Small-Lift-Trägerraketen eine erstklassige Fahrt erhalten, anstatt mit einer Trägerrakete mit mittlerem oder schwerem Hub huckepack zu fahren schwere Satelliten. Ich stimme zu, dass diese kleinen Satelliten manchmal den Primärsatelliten untergeordnet sind, wenn der Erfolg der Primärnutzlast aufgrund einer kleinen Fehlfunktion in der Trägerrakete behindert wird. Bei einer der CRS-Missionen wurden die sekundären Nutzlasten aufgrund eines Problems in der Trägerrakete auf einer niedrigeren Umlaufbahn als beabsichtigt belassen. Diese traten innerhalb von Tagen nach der Orbit-Injektion wieder in die Erdatmosphäre ein. Ja, in diesen Fällen scheint es besser zu sein, kleine Trägerraketen zu haben. Allerdings verwirrt mich folgende Frage.

Warum nicht eine Trägerrakete mit mittlerem Auftrieb verwenden, um nur kleine Satelliten als primäre Nutzlast zu starten?

Warum müssen wir eine neue dedizierte Trägerrakete für kleine Satelliten entwickeln, wenn vorhandene Trägerraketen sie in die Umlaufbahn befördern können? Laut dieser Antwort auf die Frage Warum baut SpaceX keine eigene Trägerrakete für Kleinsatelliten? ,

Sie haben bereits einen. Die Falcon 9. Anfang dieses Monats brachte eine einzelne Falcon 9 64 Smallsats in die Umlaufbahn . Es wurde von einer Mitfahrgesellschaft, Spaceflight , zu Preisen arrangiert, mit denen kleine Trägerraketen schwer konkurrieren könnten , beginnend bei 300.000 US-Dollar .

Selbst wenn es auf der Grundlage der Kosten wäre, können bestehende Trägerraketen es basierend auf dem obigen Beispiel leicht bewältigen. Wenn das gesamte System vollständig wiederverwendbar ist, wie das Starship und Super Heavy, dann reduzieren sich die Kosten dramatisch und sogar die Durchlaufzeit wird viel kürzer. Oder mit anderen Worten, die höhere Frequenz des Starts kann auch mit wenig bis gar keiner Renovierung problemlos gehandhabt werden.

Wenn verschiedene CubeSats unterschiedliche Umlaufbahnanforderungen erfordern, warum können wir dann nicht einfach die Starts von CubeSats mit denselben Anforderungen zusammenfassen? Oder mit anderen Worten, warum nicht statt 10 Starts mit kleinem Auftrieb in eine 400 km polare Umlaufbahn einen einzigen Start mit mittlerem Auftrieb in dieselbe Umlaufbahn?

Nicht nur diese Super-Heavy-Lift-Trägerraketen können kleine Satelliten starten, sondern auch sehr große. Ist das kein Bonus? Andererseits können Trägerraketen für kleine Satelliten nur kleine Satelliten und keine großen Satelliten starten.

Warum brauchen wir dedizierte Trägerraketen für Kleinsatelliten? Gibt es hier noch andere Variablen zu spielen? Haben diese Raketen einen Vorteil gegenüber mittelschweren und schweren Liftern?

Eine andere Analogie dazu ist: Verwenden wir kleine Flugzeuge wie Cessna für Flugreisen? Nein. Wir verwenden größere wie Boeing 747 usw. Die First-Class-Fahrt mit Cessna ist viel teurer als eine First-Class-Fahrt mit einem Airbus A380.

Wenn es dir nicht klar ist, lass es mich bitte in den Kommentaren wissen. Vielen Dank fürs Lesen.

„Nutzen wir kleine Flugzeuge wie Cessna für Flugreisen? Nein.“ Weltweit gibt es etwa vierzigtausend Cessna 172. Was genau glauben Sie, wofür sie alle verwendet werden?
@anaximander, ich meinte vergleichsweise. Ich weiß, dass sie benutzt werden. Ich habe es tatsächlich auf der Grundlage der Betriebskosten gemacht. Um beispielsweise 400 Passagiere von A nach B zu transportieren, verwenden wir eine 747 und nicht 100 Cessnas. Das war die Grundlage meiner Logik. Außerdem wurde die Art und Weise, wie ich es meinte, von denen verstanden, die diese Frage beantworteten, und ich erkannte, wo meine Logik falsch lief.
@Intellex, wenn Sie an "Massenstarts" denken, lautet die einfache Antwort, dass dies physisch nicht möglich ist. Die Rakete muss jedes einzelne Objekt auf diese Flugbahn bringen. Konzeptionell ist kein „Massenstart“ möglich. Ich denke, das fragst du?
Ihre Frage wäre wie: "100 verschiedene Leute wollen nach {Liste von genau 100 verschiedenen Städten weltweit einfügen}. Warum nicht nur ein Fahrzeug benutzen?" Es macht einfach keinen Sinn / es ist konzeptionell unmöglich. Raketen können nur zu einem der 1000 Billionen "Orte" fliegen, an denen Satelliten sein wollen.
Auch! Beachten Sie, dass es gemäß Ihrem Vorschlag völlig normal ist, eine Startrakete in dem außergewöhnlich ungewöhnlichen Fall zu "teilen", dass einige Gegenstände an "gleiche" oder sehr ähnliche "Orte" gehen.
@Fattie, WRT, dein erster Kommentar: Ja, du hast verstanden :) Im Februar 2017 gab es einen PSLV-Start, bei dem 104 Smallsat als sekundäre Nutzlast gestartet wurden. Ich dachte mir, warum es nicht möglich sein wird, noch mehr Kleinsatelliten als primäre Nutzlast in ähnliche Umlaufbahnen zu bringen. WRT Ihr 2. Kommentar: Ich dachte daran, die Starts von Satelliten auf die gleiche Umlaufbahn oder leicht ähnliche (gleiche Neigung, unterschiedliche Höhe) zu kombinieren, ohne viele kleine Raketenstarts. WRT Ihr 3. Kommentar: Yep! verstanden, nachdem ich die Antworten gelesen hatte. Zum Beispiel ist das Stapeln von Starlink anders als das Stapeln verschiedener Smallsats.
@Intellex - das regelt das! gut
Diese Frage ist meinungsbasiert. Ich meine, dass der Titel der Frage impliziert, dass wir solche Fahrzeuge brauchen. Das ist mir nicht klar, und der Markt scheint mit der Konsolidierung zu beginnen. Vector, einst sehr vielversprechend, ist bereits aus dem Geschäft, und weitere sollen bald folgen. (meine Meinung)
@EverydayAstronaut, ich denke, meine Frage basiert nicht auf Meinungen. Wenn Sie einen besseren Titel einrahmen könnten, können Sie ihn gerne bearbeiten. Ja. Dasselbe dachte ich auch. Wenn der Smallsat-Launch-Markt verschwindet und man nur noch eine kleine Lift-Trägerrakete hat, dann ist das Spiel vorbei. Aber wenn er eine mittelschwere oder schwere Trägerrakete verwendet hätte, wäre er zumindest gerettet, da er schwerere Nutzlasten platzieren könnte, was von den Smallat-Trägerraketen nicht bewältigt werden kann.
Wichtiger Faktor, der bisher gefehlt hat: Smallsats werden strengen Sicherheitsauflagen unterworfen, wenn sie sich die Trägerrakete teilen, z. @EverydayAstronaut Ich glaube nicht, dass dies auf Meinungen basiert, wenn es viele Artikel zu diesem Thema gibt ( z. B. diese mit 16 Zitaten).
@Christoph, danke. Das ist ein wirklich wertvoller Punkt.
@Intellex Ich verstehe Ihre Antwort auf meinen Kommentar nicht. Um zu betonen, was ich meine: Der Titel der Frage ist meinungsbasiert, weil er behauptet, dass es klar ist, dass solche Fahrzeuge benötigt werden. Es wird nicht das WENN diskutiert, sondern das WARUM, wobei ersteres derzeit noch sehr unklar ist. Ich werde den Titel nicht bearbeiten, da im Fragentext jede der einzelnen Fragen ebenfalls entsprechend geändert werden muss.
@Christoph Danke für das Paper, das Abstract liest sich sehr interessant. Es ändert jedoch nichts daran, dass der Titel dieser Frage mit einer impliziten Meinung einhergeht. Das Papier (ich habe bisher nur seine Zusammenfassung gelesen) geht nicht auf die Frage ein, ob solche Fahrzeuge benötigt werden, sondern gibt einen schönen Überblick über die Marktsituation.
@EverydayAstronaut, meine Frage bedeutet nicht, dass wir Trägerraketen mit kleinem Aufzug brauchen. Ich frage nur, warum wir sie brauchen, verwenden wir stattdessen mittelschwere und schwere Trägerraketen, da letztere dazu dienen, sowohl große als auch kleine Satelliten zu injizieren, während erstere dies nur für kleine Satelliten tun können. Ich habe nicht verstanden, warum ich so viel in SLLVs investieren sollte, wenn ich gute MLLVs und HLLVs habe. Hast du nun verstanden?

Antworten (4)

Warum wurden die Trägerraketen für kleine Lasten nicht vollständig durch die Trägerraketen für mittlere und schwere Lasten ersetzt?

Weil kleine Trägerraketen mehrere Dinge bieten können:

  1. Eine kleine Trägerrakete ist viel billiger als die Verwendung einer großen Trägerrakete, um einen einzelnen kleinen Satelliten zu starten.

  2. einen dedizierten Start, anstatt einen Start teilen zu müssen, der Ihre Auswahl an endgültigen Umlaufbahnen einschränkt

  3. Ein dedizierter Start bietet auch mehr Planungsflexibilität

Verwenden wir kleine Flugzeuge wie Cessna für Flugreisen? NEIN.

Ja, das sind wir, die ganze Zeit. Wir benutzen eine Boeing 747, um 400 Passagiere zum gleichen Ziel zu transportieren. Wir wechseln zu einer Fokker F-27, wenn wir nur 40 Passagiere für dieses Ziel haben, und zu einer Cessna, wenn wir 4 Passagiere haben.

Selbst wenn es auf der Grundlage der Kosten wäre, können bestehende Trägerraketen es basierend auf dem obigen Beispiel leicht bewältigen.

Sicher, ein gemeinsamer Start kann billiger sein als ein dedizierter Start. Aber die Kosten sind nicht der einzige wichtige Parameter. Ihre endgültige Umlaufbahn ist ebenfalls wichtig.

Ich möchte auch hinzufügen, dass einige der kleineren Trägerraketen umfunktionierte Interkontinentalraketen sind, was die Kosten noch weiter senkt.
Worauf basiert der erste Punkt? ("viel geringere Kosten als ein dedizierter Schwergutwerfer") Dies ist eine sehr weit gefasste Aussage, die meiner Meinung nach falsch ist und die dem letzten Absatz widerspricht.
"dediziert" -> ein Schwerlastwerfer, der verwendet wird, um einen Start für einen einzelnen kleinen Satelliten anstelle eines Mitfahrgelegenheitsstarts bereitzustellen
@Hobbes, Kleine Korrektur - Nur für kleine Satelliten bestimmt, nicht für einen einzelnen kleinen Satelliten. Kleine Satelliten sind die einzigen Insassen in der Rakete.
Das ist nicht das, was ich meinte.
Aber könnten Sie bitte klarstellen, warum man einen Heavy-Lift-Trägerraketen für einen einzelnen kleinen Satelliten verwendet (wie im vorherigen Kommentar erwähnt)?
Ich denke, es hilft auch, die Größe im Auge zu behalten. Ein F9 startet einen Schulbus. Ein CubeSat ist ungefähr 4 Zoll x 4 Zoll x 4,5 Zoll groß. Selbst wenn man nur annähernd einen F9 mit CubeSats füllen würde, würde man eine RIESIGE Anzahl davon benötigen. Aus diesem Grund hat das Unternehmen, das die F9-Mitfahrgelegenheit gemacht hat, beim Start Geld verloren und hat derzeit keine Pläne für eine weitere. Theoretisch wäre ein F9 voller CubeSats pro Sat billiger als jeder kleinere Launcher, aber das zu arrangieren ist im Grunde unmöglich. Viele der kleinen Raketenstarts sind immer noch Mitfahrgelegenheiten. PSLV für Indien und sogar Rocketlabs hatten einige davon.
Kleinere Raketen können auch von mehr Orten aus gestartet werden. Es gibt nur eine begrenzte Anzahl schwerer Trägerraketen auf der Welt. (und einige haben eine interessante Planung ... JAXA muss ihre Starts lange im Voraus planen, da dies Auswirkungen auf Fischereifahrzeuge in der Region hat)

Anscheinend ist es wie das Hüten von Katzen, viele Smallsats für einen speziellen großen Raketenstart aufzustellen. Verzögerungen bei einem der Smallsats verzögern den gesamten Start. Daher die jüngste Ankündigung von SpaceX, dass ihre geplanten Falcon 9-Starts für Kleinsatelliten planmäßig starten werden, unabhängig davon, ob alle Satelliten bereit sind.

https://spacenews.com/spacex-says-rideshare-missions-will-launch-on-time-even-if-partly-empty/

Müssen die Kunden zahlen, ob sie fahren oder nicht?
@jcrm Laut einem Freund von mir, der im Geschäft ist (er arbeitet bei der ESA auf dem Startgelände von Kourou), wenden alle Agenturen die gleiche Richtlinie an: Sie kaufen einen Platz auf einem gemeinsamen Trägerraketen. Wenn Ihr Satellit nicht rechtzeitig zur Installation im Launcher erscheint, erhalten Sie keine Rückerstattung. Manchmal können Sie Ihren Slot mit einem anderen Kunden tauschen, der für den nächsten Start geplant war, aber seinen eigenen Satelliten vorzeitig bereit hat.
Das scheint der Antwort zu widersprechen, die besagt, dass eine Verzögerung bei einem Smallsat den Gesamtstart von @Tonny verzögert
@JCRM Es kommt darauf an. Wenn dieser Sat extrem wichtig ist (z. B. für einen Schwarm unerlässlich und der Rest des Schwarms kleiner Sats befindet sich ebenfalls auf demselben Start), kann es möglich sein, den gesamten Start zu verzögern. Aber in den meisten Fällen haben auch andere Kunden Sats in diesem Start und bestehen normalerweise auf dem ursprünglichen Zeitplan. Es läuft alles auf die Bedeutung dieses verzögerten Satelliten im Vergleich zu allen anderen beim Start hinaus. Und in einigen Fällen ist eine Verzögerung einfach keine Option, wenn andere Satelliten bei diesem Start aufgrund von Umlaufbahnbeschränkungen restriktive Zeitlimits haben oder mit anderen Ereignissen nach einem festen Zeitplan verbunden sind.
nochmal @tonny, Die Antwort lautet "Verzögerungen bei einem der kleinen Sats verzögern den Gesamtstart" - Ihre Anekdote widerspricht dieser Antwort. Bezieht sich Ihr Freund vielleicht auf Mitfahrgelegenheiten mit einer Hauptnutzlast anstelle einer Nutzlast, die ausschließlich aus Mitfahrgelegenheiten besteht?
@JCRM Ich verstehe nicht wirklich das Problem, das Sie mit meinen Kommentaren zu haben scheinen? Meine Kommentare widersprechen nicht wirklich dem, was Ags1 gesagt hat. Ja, eine Verzögerung von einem verzögert den gesamten Start, wenn Sie dies zulassen. Space-X tut dies nicht (und die meisten Agenturen haben heutzutage ähnliche Richtlinien für Mitfahrgelegenheiten). Bei einem großen primären Start mit sekundären kleinen Starts führt normalerweise die Hauptlast. Bei einem Small-Sat-Start gibt es normalerweise eine Mindestanzahl von Slots, die gefüllt werden müssen, damit der Start wirtschaftlich sinnvoll ist. Wenn diese Zahl erreicht ist, ist der Start normalerweise wie geplant, auch wenn nicht alle Sats rechtzeitig auftauchen ...
@JCRM Fortsetzung... Wenn Sie einen neuen Termin festlegen möchten, betreten Sie das Gebiet der Hütekatzen. Jeder Stakeholder wird eine andere Meinung haben und besteht absolut darauf, dass seiner Präferenz gefolgt werden muss.
Sie werden starten, wenn nur 90 % aller Satelliten bereit sind, aber werden sie starten, wenn nur 20 % der Sats bereit sind?

Eine hier nicht erwähnte Variable ist das zunehmende ∆V von Ionentriebwerken auf Satelliten. Auf den Starling-Starts heben 60 Satelliten alle einfach ab und finden ihre eigene Umlaufbahn. Je besser der elektrische Antrieb wird, desto unwichtiger wird es, genau in die richtige Umlaufbahn zu heben.

Ergänzend zu anderen Antworten können Sie, wenn Sie eine kleine Trägerrakete haben, Ihren eigenen kleinen Satelliten in die Umlaufbahn bringen, ohne viele Informationen darüber mit dem großen Raketenbetreiber und / oder der Öffentlichkeit im Allgemeinen zu teilen.

Um versehentliche Kollisionen von Satelliten zu vermeiden, sollte es keine geheime Umlaufbahn geben, die anderen Betreibern unbekannt ist. Die Radarüberwachung von Umlaufbahnen würde sowieso geheime Umlaufbahnen bestimmen.
Umlaufbahnen sind nicht geheim, aber die Nutzlast kann es sein. Und wenn Sie die Rakete eines anderen benutzen, müssen Sie viel preisgeben.
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