Warum hat SpaceX versucht, den Booster auf einem Lastkahn statt irgendwo an Land zu landen?

Ich verstehe die Vorteile der Wiederverwendbarkeit für den Raketenverstärker. Aber ich verstehe nicht, warum sie es auf einem Lastkahn landen. Ich habe unzählige Artikel darüber gelesen, aber keiner hat auch nur eine Antwort darauf angedeutet. Warum ist die Landung auf einem Lastkahn einer Startrampe oder einer anderen großen flachen Oberfläche vorzuziehen, die sich nicht mit den Wellen bewegt?

Land neigt dazu, mit Menschen und Gebäuden und Anwälten bedeckt zu sein.
Ich kenne die Raketenphysik oder das Design von SpaceX nicht, aber ich würde annehmen, dass die Rakete wahrscheinlich viele lokale Positionierungsgeräte benötigt, um auf einer Plattform landen zu können, die in präziser Konfiguration positioniert werden muss, wie das Autoland-System für Flugzeuge. Daher denken sie wahrscheinlich, dass es billiger ist, die Positionierungsausrüstungen in ein bewegliches Schiff einzubauen, als jedes Mal, wenn eine Start-/Landeplattform benötigt wird, zerlegen, bewegen, wieder zusammenbauen, neu vermessen und neu programmieren zu müssen. Und das Schiff kann es auch direkt zum nächsten Startort transportieren, was es viel flexibler macht.

Antworten (6)

Bearbeiten 25. Januar 2015: Geoffcc hat kürzlich einen Link zu Wörtern bereitgestellt, die direkt aus dem Maul des Pferdes stammen, Elon Musk. Laut Musk beträgt der Nutzlasttreffer für RTLS (Return To Launch Site) 30 % gegenüber einem Nutzlasttreffer von 15 % bei der Landung auf einer Meeresplattform im unteren Bereich. Musk sagte auch, dass Sicherheit ein Grund für eine Landeplattform im Ozean sei – „Was den Sicherheitsaspekt der Rückkehr zum Startplatz der ersten Stufe betrifft, ist dies ein Teil des Grundes, warum wir es zuerst im Ozean tun wollen, nur um sicherzugehen dass die Dinge gut werden. Für jeden Landeplatz, den wir haben würden, die Landeellipse, wäre die Art von Fehler, auf die die Bühne stoßen könnte, eine unbesiedelte Region. Also würden wir darauf abzielen, einen unbesiedelten Landeplatz mit einem Radius von a zu haben paar Meilen (die in Cape Canaveral und Vandenberg erreicht werden können)."

Es scheint also, dass sowohl die Sicherheit als auch Delta V Gründe für die Landung des Lastkahns sind

Bearbeiten beenden.

Um zur Startrampe zurückzukehren, müsste eine Booster-Stufe ihre Geschwindigkeit nach Osten beenden und dann nach Westen brennen. Diese zusätzlichen Delta-V-„Boost-Back“-Kosten belasten die Nutzlastmasse, wie andere gesagt haben.

Eine Infografik von Jon Ross aus einer NBC-Geschichte weist jedoch auf einen Boost-Rückbrand hin, um zum Lastkahn zu gelangen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich hatte mir eine nahezu parabolische Flugbahn für den Weg des Boosters vom Startplatz zum Lastkahn vorgestellt, aber die Grafik von Ross zeigt einen Schubrückbrand sowie einen Wiedereintrittsbrand und einen Landebrand. Ich war nicht in der Lage, tatsächliche Zahlen zu erhalten, aber die Delta-V-Einsparungen dieses Pfads scheinen nicht so groß zu sein.

Wenn diese Art der Schiffslandung außerdem erhebliche Delta-V-Einsparungen gegenüber RTLS bietet, warum verhandelt SpaceX dann immer noch mit der Luftwaffe über die Verwendung von SLC 13 für RTLS ?

Interessant, aber wie genau ist es? Könnte nur die Vermutung eines Künstlers sein ...
Der CRS-5-Start im Januar 2015 war ein Test. Das mag die ungewöhnliche Flugbahn mit teilweisem Boostback erklären, was ihnen die Möglichkeit gibt, das Boostback-Prinzip zu testen, ohne die Bühne in die Nähe des Kaps zu bringen. Der zusätzliche Nutzlasttreffer von 15 % für den Boostback macht es wahrscheinlich, dass in Zukunft gelegentlich Downrange-Landungen verwendet werden.
Na und, ein 30-prozentiger Massentreffer? Dann bau doch einfach eine 30% größere Rakete. Da es wiederverwendbar ist, spielt es keine Rolle, wie schwer es ist. Die Treibstoffkosten sind vernachlässigbar. Siehe Seeschifffahrt. Es gibt viele Schiffe, die älter sind als die meisten von uns, die dies lesen. Und der Ozean ist eine raue Umgebung.
@LocalFluff das ist kein linearer Effekt, um 30% mehr Treibmittel hinzuzufügen, müssen Sie weitere X% mehr Treibmittel hinzufügen, um es zu pushen. Und mehr, um das zu pushen.
@jkavalik Falcon 9 bringt ein Fünftel oder ein Zehntel der Masse in die Umlaufbahn von Saturn V. Wenn Saturn V wiederverwendbar wäre, wäre es sehr billig, damit CubeSats zu LEO zu starten. Die Masse des Launchers ist kein guter Indikator für die Startkosten. Nicht mehr. Das Paradigma ändert sich.
@LocalFluff Ich meinte etwas anderes - aufgrund der Raketengleichung, um die effektive Nutzlast um 30% größer zu machen, erhalten Sie am Ende eine viel größere Rakete als nur 30% (es sei denn, ich verstehe es falsch, was sicher möglich ist) - deshalb ist Falcon Heavy entwickelt werden.
Soweit ich weiß, haben sie drei Möglichkeiten: RTLS (am einfachsten, aber am teuersten), Landung auf einem Lastkahn mit Boost-Back-Burn (härter als RTLS, ermöglicht aber mehr Nutzlast / höhere Umlaufbahn) und Landung auf einem Lastkahn ohne Boost- Rückbrand (am härtesten, ermöglicht aber eine noch schwerere Nutzlast oder eine höhere Umlaufbahn). Zum Zeitpunkt des Schreibens erreichten sie 1 erfolgreiche RTLS, 1 erfolgreiche Landung auf See mit Boost-Back-Burn, 2 erfolgreiche Landungen auf See ohne Boost-Back-Burn und seitdem eine weitere fast erfolgreiche Landung auf See ohne Boost-Back-Burn.
@DaanWilmer Danke! Sehr interessant. Kannst du angeben woher du diese Info hast? Wenn ich diese Informationen in Zitate aufnehmen kann, würde dies meine Antwort erheblich verbessern. Oder wenn Sie diese Informationen zusammen mit Zitaten in einem Antwortformular angeben, würde ich sie positiv bewerten.
@LocalFluff Selbst wenn Sie die 30% größere (oder mehr) Rakete bauen, haben Sie immer noch den Kompromiss, die gesamte Masse von +30% zu verwenden, um zurückzugehen oder erneut auf einem Lastkahn zu landen und mehr Masse in die Umlaufbahn zu bringen als die kleinere Rakete.

Die meisten Menschen würden die Gefahr für Bevölkerung und Eigentum als Hauptgrund dafür nennen, sich von Land fernzuhalten. Immerhin setzt man eine Rakete auf einen Flammenschweif wie in einem Science-Fiction-Film aus den 50er Jahren. Aber die Wirtschaftlichkeit der Startphysik ist der überwältigende Faktor.

Die Frage des "Überfliegens besiedelter Gebiete" wird durch ihre Möglichkeiten, derzeit Küstengebiete zu starten, ziemlich gelöst. Zum Zeitpunkt des MECO (Main Engine Cut Off) der ersten Stufe und der Trennung befindet sich die 1. Stufe der Falcon deutlich nordöstlich von Canaveral, mit nichts als Wasser darunter.

Elon Musk hat versucht, zurück zur Startrampe zu fliegen, aber die Tyrannei der Raketengleichung macht den Preis, der für die Nutzlast verlangt wird, inakzeptabel. Selbst wenn einige der Booster-Kerne der Falcon Heavy es zurück an die Küste schaffen (und das bleibt abzuwarten), planen sie immer noch, den mittleren Kern auf einem Lastkahn zu landen.

"Aber die Wirtschaftlichkeit der Startphysik ist der überwältigende Faktor." Können Sie das erläutern? Willst du damit sagen, dass es einfacher ist, auf dem Wasser zu landen, weil dort bereits die Rakete ist?
@JustinY Die erste Stufe befindet sich erheblich unterhalb des Startplatzes und bewegt sich mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit. Es reicht aus, den gesamten Vorwärtsdrang töten zu müssen; Das zusätzliche Treibmittel, das erforderlich ist, um zum Startplatz zurückzukehren, bedeutet, dass viel weniger verfügbare Kapazität zum Starten der Nutzlast vorhanden ist. Es ist viel billiger, einen Landeplatz näher an der Bühne bereitzustellen, wenn Sie mit der Wiederherstellungsverbrennung beginnen.
"Aber die Wirtschaftlichkeit der Startphysik ist der überwältigende Faktor." Das war meiner Meinung nach, dass eine Kahnanlandung die Kosten für den Rückschub eliminiert. Jetzt bin ich mir nicht mehr so ​​sicher (siehe meine Antwort). Wenn Sie Ihre Aussage mit Zitaten belegen könnten, wäre ich Ihnen dankbar.
SpaceX plant immer noch, den Kern der ersten Stufe von F9 zu einem Landeplatz zurückzubringen, tatsächlich haben sie gerade zwei im Bau.
@JerardPuckett Ein weiterer Punkt ist, dass der Versuch, eine Aerobrake durchzuführen, sehr schwierig ist, da die Rakete tatsächlich eine übergroße Eierschale ist, die mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit rast. Aerobraking wird wahrscheinlich zu zerbrochenen Eiern führen.

Nachdem wir nun 4 Landeversuche gesehen haben, ist es an der Zeit, diese Frage erneut zu stellen. Wir haben gesehen, dass beide Optionen (Landung auf einem Lastkahn und an Land) genutzt wurden, wenn auch noch nicht erfolgreich für die Landung eines Lastkahns.

SpaceX will beide Optionen.

  • Sie ziehen es vor, die Bühne an Land zu landen, wenn das möglich ist. Dies kann nur geschehen, wenn genügend Spielraum vorhanden ist, um den zusätzlichen Kraftstoff zu berücksichtigen, der durch die Boostback-Verbrennung benötigt wird. Der Falcon 9 hat eine gewisse Flexibilität: Der Abschaltpunkt der ersten Stufe kann bei Geschwindigkeiten zwischen 6000-9000 km/h (1670-2500 m/s) liegen. Die gewählte Geschwindigkeit hängt von der Mission ab: Missionen in eine hochenergetische Umlaufbahn (GEO, schwere Nutzlasten) erfordern eine höhere Staging-Geschwindigkeit.
  • Am oberen Ende dieses Geschwindigkeitsbereichs ist nicht mehr genug Treibstoff für eine Rückkehr zum Startplatz übrig, also besteht die zweite Option darin, die Bühne auf dem Lastkahn zu landen.

Zitat von Elon Musk :

Schiffsanlandungen sind für Hochgeschwindigkeitsmissionen erforderlich.
Schiffsanlegestellen sind aus Gründen der Flexibilität oder zur Einsparung von Treibstoffkosten nicht erforderlich.
Nur physisch nicht möglich, zum Startplatz zurückzukehren,
wenn die Geschwindigkeit bei der Stufentrennung (höher als) ~ 6000 km / h beträgt. Bei einem Schiff muss die Quergeschwindigkeit nicht auf Null gesetzt werden, sodass bis zu ~ 9000 km / h erreicht werden können.

Sie nutzten auch die ersten beiden Schiffsanlegestellen, um den Landevorgang zu testen und Vertrauen aufzubauen, dass sie die Bühne genau landen können. Dies mag eine von Cape Canaveral auferlegte Anforderung gewesen sein, aber ich habe keine Beweise dafür gesehen.
Die erste Landung an Land (Falcon 9 Flight 20, Orbcomm-2) zeigte, dass SpaceX einen Sicherheitsspielraum für Landungen bieten kann: Nach dem Wiedereintrittsbrand befindet sich die Bühne auf einer Flugbahn zu einem Punkt direkt vor der Küste. Wenn der Landebrand fehlschlägt (der Motor startet nicht), wird die Bühne harmlos herunterspritzen.

Musk hatte am Sonntagabend eine Reihe von Tweets, die einige Zahlen mit Geschwindigkeit bei der Inszenierung enthielten, die die Rückkehr zum Startplatz einschränkt – wäre eine nette Ergänzung zu Ihrer Antwort. Leider scheint Twitter momentan down zu sein...
Der Einfachheit halber: 6000 km/h ~ 1670 m/s; 9000 km/h = 2500 m/s.

Da diese Frage nach dem Start von Jason-3 im Januar 2016 erneut aufgetaucht ist, lohnt es sich, diesen Nachrichtenartikel zu markieren, der genau sagt, warum in diesem Fall eine Barge-Landung ausgewählt wurde .

Es sagt aus

Koenigsmann sagte, dass SpaceX die Schiffslandung auf dieser Mission durchführt, weil es nicht rechtzeitig die Umweltgenehmigungen erhalten konnte, um eine Landung zurück in Vandenberg zu ermöglichen. „Wir könnten wieder an Land landen“, sagte er. „Wir haben genug Energie für diese Mission, um an Land zurückzukehren. Es ist nichts Technisches.“

Die Quelle des Zitats, Hans Koenigsmann, ist Vizepräsident der Missionssicherung bei SpaceX.

Wie ich sehe, scheint niemand den einfachsten Grund genannt zu haben, warum sie nicht an Land landen: Es gibt keine .

Sie starten östlich von Florida, und da draußen gibt es keine Inseln im Atlantik. Ohne eine größere Kursänderung von der ersten Stufe, die, wie andere Leute betonen, eine unerschwingliche Menge an Treibstoff verbrauchen würde, wird es im Grunde genommen in weiten Teilen des leeren Ozeans herunterkommen. Daher der Lastkahn.

Tatsächlich sagt Jerard: "Die erste Stufe befindet sich deutlich nordöstlich von Canaveral, darunter ist nichts als Wasser."

Der einzige Grund, warum SpaceX auf dem Lastkahn landet, besteht darin, der Bereichssicherheitsgemeinschaft (und sich selbst) zu demonstrieren, dass sie die erste Stufe sicher und zuverlässig landen können. Die Landung auf dem Lastkahn, auf dem SpaceX ihn positioniert, hat einen sehr geringen Antriebsvorteil gegenüber der Rückkehr zum Startplatz.

Ein gutes Video, das die Bestrebungen von SpaceX in diesem Bereich zeigt, wird in diesem Video gezeigt .

Das scheint unwahrscheinlich zu sein. Sie haben wiederholt erklärt, dass sie einen Nutzlasttreffer erleiden und Treibstoff für die Wiederherstellung der Stufe reservieren. So hoch wie 15-30%. In der Lage zu sein, auf einem Lastkahn in Reichweite zu landen, anstatt zu versuchen, eine Insel zu finden, die nur für eine Umlaufbahnneigung oder eine andere Landbasis geeignet wäre. Es scheint also, dass es einen großen Antriebsvorteil gibt, in Reichweite zu landen (auf einem Lastkahn oder Land) gegenüber der Rückkehr zum Startplatz.
Diese Zahl von 15-30 % bezieht sich auf den Flyback der ersten Stufe – nicht auf den Unterschied zwischen dem Flyback der ersten Stufe zu einem Lastkahn und dem Kap.
Der Unterschied zwischen einer Boostback-Verbrennung und einer Wiedereintrittsverbrennung zum Lastkahn unterscheidet sich nicht so sehr von den Verbrennungen, die erforderlich sind, um zum Kap zurückzukehren.
Die Zahl von 15-30 % sagt Ihnen, dass es erhebliche Kosten gibt. Boostback zum Umhang für einen Falcon Heavy-Mittelkern, der viel höher und viel schneller ist, ist definitiv eine größere Sache.
Es wäre eine große Sache, wenn der Lastkahn weit draußen im Atlantik viel weiter östlich positioniert wäre – aber das ist es nicht. Diese Boostback-Verbrennung beträgt 15-30%, weil sie die nordöstliche Komponente der Geschwindigkeit der ersten Stufe negiert. Der zusätzliche Impuls, der benötigt wird, um der Bühne genügend südwestliche Geschwindigkeit zu verleihen, um das Kap zu erreichen, ist im Vergleich dazu gering. Dies liegt daran, dass der Großteil des Aufstiegslofts während der ersten Phase auftritt. (Lofting ist der Unterschied in der Flugbahn eines Aufstiegs von einer idealen Schwerkraftkurve. Es wird verwendet, um schneller aus der dichten Atmosphäre herauszukommen.)
Und offensichtlich können sie das nicht.
@raptortech97 - noch.
Ich würde gerne einige Zahlen sehen, um Ihr Argument zu untermauern, dass RTLS nur geringe zusätzliche Treibstoffkosten gegenüber einer Lastkahnlandung verursacht.
@geoffc Der Weg zum Lastkahn scheint einen Boost-Rückbrand zu beinhalten, der nicht nur die Geschwindigkeit nach Osten tötet, sondern auch die Höhe erhöht und ihm eine kleine Geschwindigkeit nach Westen verleiht. Siehe meine Antwort. Ich gebe Eriks Antwort ein Plus 1.
@HopDavid Stimme dir nicht zu. Aber das Ausmaß dieser Verbrennung unterscheidet sich zwischen RTLS und Down-Range-Barge. Das ist hier die entscheidende Meinungsverschiedenheit, der Unterschied zwischen den beiden. Ich bestreite das "Es gibt sehr wenig Vortriebsvorteil". Es GIBT eindeutig einen Unterschied, vielleicht streiten wir uns nur über die Größenordnung von „wenig“.
Ich versuche schon seit einiger Zeit Zahlen zu bekommen. Siehe meine Frage space.stackexchange.com/questions/5186/… . Wenn Sie mir Nummern mit Zitaten geben könnten, wäre ich Ihnen dankbar. Soweit ich sehen kann, sind die meisten Antworten (einschließlich meiner) Spekulationen.
Die ursprüngliche Frage war, warum der Lastkahn statt Land. Wenn der Lastkahn die Anforderungen an die Requisiten minimieren sollte, wäre der Lastkahn viel weiter vom Startplatz entfernt und würde es der ersten Stufe ermöglichen, einer größtenteils nicht angetriebenen ballistischen Flugbahn mit einer gewissen Korrektur zu folgen. Allerdings nicht – es hat einen Boostback Burn. Denn letztendlich will SpaceX RTLS. Daher wollen sie eine vollständige, umgekehrte Boostback-Verbrennung testen – können dies aber aus Sicherheitsgründen nicht. Der Unterschied zwischen diesem teilweisen Umkehrbrand und einem Vollbrand ist im Verhältnis zum gesamten Prop-Budget der ersten Stufe gering.
@Hobbes Ich stimme zu, dass Erik seine Antwort durch Zitate und Zahlen verbessern könnte. Aber die gleiche Kritik gilt für die Antwort von Jerard Puckett. An diesem Punkt scheint es zwei Behauptungen zu geben: 1) Diese Lastkahnlandung führt zu geringfügigen dV-Einsparungen gegenüber RTLS. 2) Diese Lastkahnlandung führt zu erheblichen dV-Einsparungen gegenüber RTLS. Soweit ich sehen kann, sind beide Behauptungen gleichermaßen zitierlos.
@HopDavid - Ich stimme den numerischen Zitaten voll und ganz zu - ich habe keine (harte Daten sind spärlich). Aber die ursprüngliche Frage fragte nach Motivationen. SpaceX landet auf dem Lastkahn, weil sie sichere Landungen demonstrieren müssen – nicht wegen Leistung. Die gesamte Dokumentation von SpaceX für ihren wiederverwendbaren Booster enthält die Landung der ersten Stufe am Kap. Beispiel: youtube.com/watch?v=sSF81yjVbJE .
Dies ist ein interessantes Video des Nach-Sep-Flugs der ersten Stufe: youtu.be/_UFjK_CFKgA
@Erik: Ich würde denken, dass eine Lastkahnlandung der Landung auf einem Gelände, das nicht zwischen dem nächsten Ort, an dem die Rakete benötigt wird, und der nächsten Wasserstraße liegt, in jeder Hinsicht überlegen wäre. Besteht das Interesse an RTLS darin, Starts zu ermöglichen, die weit vom Wasser entfernt sind?
@geoffc Das muss inzwischen gelöst worden sein ....?
@SusanW Starlink ist das gute Gegenbeispiel. Sie haben im Wesentlichen das maximale Volumen in der Verkleidung und sind ziemlich dicht, also 15.000 Kilo. Sie haben keinen Spielraum, um zum Startplatz zurückzukehren. Sie verschieben das ASDS tatsächlich weiter nach unten, weil es so schwer ist.
Warum hat SpaceX versucht, den Booster auf einem Lastkahn statt irgendwo an Land zu landen?
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