Warum landet das Raumschiff von SpaceX nicht wie ein Flugzeug?

Ich verstehe die Argumentation hinter dem Design von Starship, um aufrecht zu landen. Es ist kein Fahrwerk erforderlich und die Wende wird voraussichtlich viel schneller sein. Aber ich fange an, diese Logik in Frage zu stellen.

Ich denke, das Kosten-Nutzen-Verhältnis einer aufrechten Landung ist für unbemannte Fahrzeuge wie den Booster akzeptabel. Meistens landet es gut, und wenn es ab und zu kratert, ist das in Ordnung. Aber für ein bemanntes Fahrzeug ist es viel zu riskant. Wenn diese Motoren nicht rechtzeitig anspringen, sind Sie und Ihre über 100 Mitreisenden tot.

Ist die Bearbeitungszeit so viel besser? Der Hauptunterschied ist, dass es horizontal ist, richtig? Sicherlich kann SpaceX einen schnellen und einfachen Weg finden, um Starship vertikal und in Position für den nächsten Start zu bringen.

Wird wirklich Gewicht eingespart? Wie viel mehr oder weniger wiegt das Fahrwerk im Vergleich zu Ausgleichsbehältern? Könnten Sie ein oder zwei Motoren entfernen, wenn Sie keine zum Landen benötigen? Wie viel könnten Sie an Kraftstoffgewicht einsparen?

Schlagen Sie vor, Flügel hinzuzufügen?
Die Masse an Flügeln und einem Fahrwerk ist einfach unüberschaubar, vermute ich. Ich würde vermuten, dass bemannte Landungen eine deutlich größere Treibstoffreserve mit sich führen werden als unbemannte.
Also im Grunde ein Space Shuttle?
Ja, im Grunde ein Space Shuttle, auf einem Booster.
Ich denke du hast dir gerade deine Frage selbst beantwortet.
Ihre Frage basiert auf der falschen Prämisse, dass eine horizontale Landung irgendwie wesentlich sicherer wäre. Dass dies keineswegs der Fall ist, zeigt das Beispiel des Space Shuttles. Ohne ausreichende Motorleistung und Treibstoff für einen Durchstart und starke Steuerflächen zur Korrektur von Situationen außerhalb des Nennwerts (Windscherung, asymmetrischer Schub aufgrund von Triebwerksausfällen, Probleme mit dem Energiemanagement) haben Sie immer nur eine Chance auf die Landung und wenn alles geht leicht schief, Krater wieder.
Soweit ich weiß, kann Starship (im Gegensatz zu Falcon 9) die Motoren weit genug drosseln, um zu schweben. Für zusätzliche Sicherheit bei bemannten Landungen könnte man also mehrere Triebwerke für die Landung anzünden und / oder früh genug damit beginnen, ein weiteres Triebwerk hochzufahren, wenn das erste nicht anzündet.
Weil Musk stark von den Covern der Science-Fiction-Bücher der 50er und 60er Jahre beeinflusst wurde?
@TooTea Wie zeigt das Space Shuttle - mit seiner perfekten Landungssicherheitsbilanz -, dass eine horizontale Landung nicht sicherer ist als eine vertikale?
@RussellBorogove Die Columbia-Crew könnte mit der Behauptung eines perfekten Landesicherheitsrekords nicht einverstanden sein.
@nohillside Sie haben nicht versucht zu landen.
Ich habe nie gesagt, dass es perfekt ist, ich habe gesagt, dass ich denke, dass es viel weniger Risiko gibt. Es gab andere nicht damit zusammenhängende Designprobleme, die zur Columbia-Katastrophe führten. Ich glaube nicht, dass irgendjemand ehrlich sagen kann, dass es riskanter ist, zu einer Landebahn zu gleiten und sich auf ein paar Landebeine zu verlassen, als sich darauf zu verlassen, dass mehrere Raketentriebwerke genau zum richtigen Zeitpunkt zünden, während man sich gleichzeitig darauf verlässt auf einem Kader von Navigationssensoren und Lageregelungshardware, um das Ganze aufrecht zu halten. Bitte!
Ich bin Ingenieur, aber sicherlich keiner mit Fachkenntnissen in Bezug auf Raumschiffe, einschließlich der Landung. Trotzdem muss ich sagen, dass ich unglaublich überrascht bin, von diesen wiederholten Fehlern zu erfahren. Ich hätte erwartet, dass die vertikale Landung des Raumschiffs weit weniger herausfordernd ist, als es anscheinend ist. Und ich finde die Diskussion im Zusammenhang mit der nicht vertikalen Landung aus den Gründen, die einige oben vorgeschlagen haben (einschließlich der Wahrscheinlichkeit, angemessen flaches Gelände auf Zielen außerhalb der Erde zu finden), völlig außerhalb der Basis. Ich verstehe immer noch nicht ganz, warum Maßnahmen wie das Verschieben von Ballast innerhalb des Schiffes dafür sorgen sollen
das Landeleitwerk im Vergleich zur Landespitze relativ schwer ist, werden nicht diskutiert. Ich würde erwarten, dass die weniger dichte Atmosphäre diesem Ansatz zugute kommt. Es kann sein, dass diese bereits berücksichtigt werden, aber ich würde mich freuen, wenn jemand neugierige Ingenieure wie mich aufklärt.
@BlainePeterson, das ist eine interessante Perspektive, und wenn Sie daran interessiert wären, sie als neuen Fragebeitrag zu formulieren, könnte sie weiter untersucht werden. Stack Exchange ist ziemlich starr in Bezug auf den Zweck von Frage- und Antwortposts und Kommentaren, daher lautete der Titel „Technische Herausforderungen für raumschiffähnliche Raketen, die Ballastverschiebung verwenden, um sicherzustellen, dass das Landeheck im Vergleich zur Spitze bei der Landung relativ schwer ist?“ Wir verwenden die "Technischen Herausforderungen an X?" Format anstelle von "Warum X nicht?" oder "Könnte X funktionieren?" Format, weil es eher faktenbasierte als meinungsbasierte Antworten gibt.
Flügel hinzufügen ≈ 10 % Gewicht, sind sie auf dem Mond unbrauchbar und auf dem Mars fast unbrauchbar. Effektiver für Aerobraking ohne Flügel und dann treibende vertikale Landung. Flugzeuge landen horizontal wegen schwacher Triebwerke.
Ich frage mich, wie Sie sich die erste Landung auf dem Mars vorstellen, bevor Infrastruktur wie Landebahnen gebaut wird.

Antworten (8)

Sie beschreiben im Grunde das Space Shuttle .

Das Space Shuttle war nicht einmal eine gute Lösung, als es entworfen wurde. Es hatte genau ein Ziel - wie ein Flugzeug für das Image der Luftwaffe auszusehen. Was die Technik angeht, hat sich der Big Dumb Booster bereits bewährt und ist das, was jede andere Lösung für den Weltraum verwendet hat. Aber um Geld von der Air Force zu bekommen, musste es wie ein Flugzeug aussehen. Die damalige Begründung war die Wiederverwendbarkeit – aber schon damals war dies aufgrund des Umfangs der Wiederverwendung und der Kosten für die Sanierung fraglich, und es war nie ein Problem, das tatsächlich gelöst werden konnte, weil das Design dies einfach nicht zuließ.

Ihr erstes Problem ist der Wiedereintritt. Flügel sind dafür wirklich schlecht, weil sie genau die Art von Form haben, die Sie nicht wollen, besonders um die Flügelwurzel herum. Die Vorderkante des Flügels ist auch ein sehr gefährdeter Punkt. Flügelförmige Hitzeschilde sind im Grunde nichts Gutes, und Columbia demonstrierte, was passiert, wenn man Pech hat. Wie viele Columbias verträgt Ihr Programm für geflügelte Raumschiffe?

Ihr zweites Problem ist die Landung. Das Space Shuttle war eigentlich ein Segelflugzeug – und wie Ihnen jeder Segelflieger bestätigen kann, ist die Landung stressig. Wenn der Pilot eines Motorflugzeugs beim Anflug falsch liegt, kann er die Triebwerke hochschieben und erneut herumfliegen. Wenn ein Segelflieger sich falsch annähert, geht etwas kaputt, und das sind oft die Insassen. Es gibt keine zweite Chance. Anstelle eines hochautomatisierten Systems aus Triebwerken und ausgeklügelten Steuerungssystemen haben Sie dies durch einen Piloten ersetzt, der es vermasseln kann und wird, ohne Backups oder irgendeine Möglichkeit, die Situation zu beheben. Süss.

Ah, werden Sie sagen, aber Segelflugzeuge stürzen nicht so oft ab. Erstens werden Sie wahrscheinlich nichts davon in den Nachrichten hören, es sei denn, jemand stirbt. Und zweitens haben Segelflugzeuge ein Gleitverhältnis von etwa 30:1, sind lächerlich wendig und landen mit etwa 40 Meilen pro Stunde (schnell, aber nicht zu viel) oder langsamer, wenn sie bei Gegenwind landen können. Das Shuttle hatte ein Gleitverhältnis von 4,5:1, war notorisch schwer zu kontrollieren (weil ein Flügel, der selbst einen teilweise akzeptablen Hitzeschild bildet, kein guter Flügel zum Fliegen ist) und landete mit über 200 Meilen pro Stunde. Als Referenz ist eine Gleitzahl von 4,5:1 wesentlich schlechter als bei jedem Drachenflieger – tatsächlich ist es ungefähr die gleiche Gleitzahl wie bei einem Fallschirm – und diese Landegeschwindigkeit ist schneller als eine F-16 aufsetzt. Dies ist kein glücklicher Ort, und es ist ein Beweis für die wahnsinnigen Fähigkeiten der Piloten (und eine gesunde Portion Glück!

Drittens brauchen Sie einen Ort, an dem Sie das verdammte Ding tatsächlich landen können. Der große Vorteil der vertikalen Landung besteht darin, dass Sie nur ein flaches Stück Boden in der Größe Ihrer Landeplätze benötigen. Das Shuttle brauchte eine 3-Meilen-Landebahn, um darauf zu landen. Das sind 3 Meilen von perfekt ebenem Boden, wobei das Shuttle zunächst mit 200 Meilen pro Stunde rollt, wenn es aufsetzt. Viel Glück damit auf dem Mars.

Und viertens braucht man eine Atmosphäre. Die Erde hat eine Atmosphäre, die dick genug ist, dass Flügel ziemlich gut funktionieren. Die Atmosphäre des Mars ist viel dünner, und Konstruktionen für Flugzeuge auf dem Mars ( nächste Woche soll ein Hubschrauber landen !) müssen dem ernsthaft Aufmerksamkeit schenken. Gleitverhältnisse und Geschwindigkeiten wären entsprechend schlechter – als wären sie nicht schon schlimm genug für das Shuttle auf der Erde. Und der Mond hat natürlich überhaupt keine Atmosphäre.

Wenn Sie wirklich, wirklich einen Flügel wollen, dann können Sie nach Rogallo zurückkehren's Arbeit statt. Beim Wiedereintritt wird ein normaler Hitzeschild verwendet, beim atmosphärischen Bremsen mit Drogue-Rutschen wird die Geschwindigkeit verringert, und dann wird ein flexibler Flügel eingesetzt. Seit der Erfindung des Stauluft-Parafoils ist es wahrscheinlich praktischer, stattdessen dieses zu verwenden. Es sieht vielleicht nicht so cool aus, aber man kann es trotzdem ganz normal fliegen - es ist absolut praktisch, ziemlich robust und einfach zu steuern. Es landet sogar langsam. Auf der anderen Seite müssen Sie jedoch eine zusätzliche Sache einsetzen, und jeder Fallschirmspringer kann Ihnen sagen, dass der Fallschirmeinsatz fehlschlägt, noch bevor Sie die zusätzlichen Möglichkeiten hinzufügen, dass etwas fehlschlagen kann, wenn Sie ihn mechanisch von einem Raumschiff aus einsetzen müssen. SpaceX hat dies in Betracht gezogen, aber ihre Einschätzung war, dass das Abfeuern der Raketen (von denen bekannt ist, dass sie funktionieren,

TLDR: Es liegt überhaupt nicht am Gewicht des Fahrwerks!

Das ist sachlich falsch "Es hatte genau ein Ziel - wie ein Flugzeug für das Image der Air Force auszusehen." -1 Es ist auch sachlich falsch, dass die X-37 "nicht dafür ausgelegt ist, mit den Flügeln zu landen". WTF? In diesem Absatz schweifen Sie in ein verrücktes Land ab.
X-37 scheint mit den Flügeln in youtube.com/watch?v=IoailiPGTZQ zu landen
Die X-37 hat Räder an ihrem einziehbaren Fahrwerk und wurde nach Missionen mehrmals auf Start- und Landebahnen geparkt fotografiert. Ich denke, es landet tatsächlich wie ein Flugzeug.
„Das ganze Programm ist immer noch sehr geheim“ – Das stimmt zwar, und es gibt viele Geheimnisse rund um das X-37-Programm, aber eines ist es nicht: unsichtbar. Sie können es buchstäblich mit eigenen Augen als Segelflugzeug landen sehen, zumindest wenn Sie an der Ostküste Floridas oder in Kalifornien leben, je nachdem, ob es auf der Shuttle Landing Facility des Kennedy Space Center oder auf der Vandenberg Air Force Base landet.
Mein Fehler - ich bin beim X-37 weit hinter der Kurve, und dieser letzte Absatz ist völlig falsch. Ich werde das löschen.
Segelflugzeuge landen nicht bei 60-70mph, es ist kmh. Großer Unterschied. Die meisten Segelflugzeuge haben ihre optimale Leistung bei etwa 100 km/h und eine Stallgeschwindigkeit weit unter 70 km/h.
@vsz Ich gestehe, ich bin ein Drachenflieger, kein Segelflugzeug, also habe ich nachgeschlagen. Laut Google beträgt die Stallgeschwindigkeit typischerweise 57 Knoten. Schien mir hoch, aber sie schienen immer schnell zu mir zu kommen. :) Mehr Suche sagt jedoch, dass der Google-Algorithmus damit gescheitert ist. Danke für die Korrektur - ich werde die Antwort aktualisieren.
"Gleitzahlen und Geschwindigkeiten wären entsprechend schlechter" - Gleitgeschwindigkeit ja, Gleitzahl nein. Das Gleitverhältnis ist gleich dem Auftriebs-/Widerstandsverhältnis, und sowohl der Auftrieb als auch der Luftwiderstand sind im gleichen Verhältnis proportional zur atmosphärischen Dichte, sodass das Gleitverhältnis tatsächlich nicht empfindlich auf die atmosphärische Dichte reagiert.
Der Zweck der Flügel des Shuttles bestand nicht darin, wie ein Flugzeug auszusehen, sondern dem Shuttle eine ausreichende Reichweitenfähigkeit zu verleihen, um von Vandenberg in eine polare Umlaufbahn zu starten, etwas Schändliches zu tun und nach einer einzigen Umlaufbahn wieder in Vandenberg zu landen.
„Anstelle eines hochautomatisierten Systems aus Triebwerken und ausgeklügelten Steuersystemen haben Sie dies durch einen Piloten ersetzt, der es vermasseln kann und wird, ohne Backups oder irgendeine Möglichkeit, die Situation zu beheben. Süß.“ – Buran demonstrierte 1988 eine vollständig autonome Landung, und sowohl die X-37 als auch die Dream Chaser haben jeweils mehrere vollständig autonome Landungen demonstriert, die X-37 sogar in operativen Missionen, nicht nur bei Tests und Demos.
Der Grund dafür, dass der Flügel "kein guter Flügel zum Fliegen" ist, hat nicht so viel damit zu tun, dass er einen Hitzeschild hat. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Flügel im Super- / Hyperschallflug funktionieren (sprich: überleben) muss. Auch die Concorde war kein effizientes Segelflugzeug.

Auf dem Mars gibt es nicht genug Luft. Sie würden absolut riesige Flügel brauchen. Auf dem Mond gibt es überhaupt keine Luft .

Sicherlich kann SpaceX einen schnellen und einfachen Weg finden, um Starship vertikal und in Position für den nächsten Start zu bringen.

Das Raumschiff ist strukturell nicht in der Lage, sich in einer horizontalen Position zu befinden. Es wird einfach zerknittern und/oder in zwei Hälften brechen.

Könnten Sie ein oder zwei Motoren entfernen, wenn Sie keine zum Landen benötigen?

Wenn man bedenkt, dass man nur einen Motor zum Landen braucht, aber 6 zum Starten, offensichtlich nicht.

SpaceX plant bereits verschiedene Starship-Varianten, zB Moon und Deep-Space. Ich denke nur an eine Variante, die auf der Erde landen müsste. Ich denke, sie werden Erd-, Mars-, Mond- und Weltraumvarianten brauchen.
Dasjenige, das vom Mars abhebt und auf der Erde landet, wird auf der Erde gebaut. Es muss also ein Modell geben, das sowohl auf dem Mars als auch auf der Erde landen kann.
@loweryjk: Keine dieser Varianten erfordert wesentliche Änderungen. Die Earth-to-Earth-Version wird die Vakuum-Raptors durch Sea-Level-Raptors ersetzen – alles, was benötigt wird, ist ein anderer Schubpuck. Bei der Deep-Space-Variante wird die Bergungshardware (Körperklappen und Landebeine) entfernt. Die "Moonship"-Variante entfernt die Körperklappen und fügt Landestrahlruder in den Nasenkegel ein – die Nasenkegel sind ohnehin anders konstruiert. Ihr vorgeschlagenes Design erfordert einen völlig anderen Körper, da Starship strukturell nicht in der Lage ist, sich in einer horizontalen Ausrichtung zu befinden. Es braucht einen Flügel, der wahrscheinlich …
… braucht einen Flügelholm, der durch die gesamte Karosserie geht – aber die Karosserie sind die Tanks und die Tanks sind die Karosserie, also muss der Flügelholm durch die Tanks gehen, oder Sie müssen die Tanks komplett neu konstruieren. Die Aerodynamik ist komplett anders. Sie müssen das Fahrwerk irgendwo unterbringen, Sie können es nicht in den Körper einbauen, weil das der Tank ist. Allein der zusätzliche Widerstand macht es unmöglich, den Orbit zu erreichen, und ich spreche nicht einmal von der enormen Gewichtszunahme.
Das. No-Go für den Mars. Alles, was mit Starship vor dem Mars passiert, ist Vorspiel. Starship ist im Kern ein Marsfahrzeug.
„Das Raumschiff ist strukturell nicht in der Lage, sich in einer horizontalen Position zu befinden. Es wird einfach zusammenbrechen und/oder in zwei Hälften zerbrechen.“ - Was ist mit dem Belly-Flop-Manöver? Oder meinst du die erhöhten Belastungen beim Landen mit Fahrwerk?
@WayneConrad Das Belly-Flop-Manöver wird durch den über die gesamte Oberfläche und die Flossen verteilten Luftdruck stetig unterstützt. Um sein gesamtes Gewicht auf dem Fahrwerk zu tragen (und was noch wichtiger ist, Stoß- und Lenklasten zu handhaben), würde eine völlig andere interne Struktur erforderlich sein, eine viel kompliziertere und schwerere Struktur. Und dann sind da noch die Flügel, die für eine Gleitlandung benötigt werden, die ihre Verankerungsstrukturen auch stärker belasten würden als die derzeitigen Stummelklappen.

Zusätzlich zu den anderen sehr gültigen Antworten sehen wir im Moment Starship alleine fliegen und können uns leicht vorstellen, Flügel hinzuzufügen, aber im Orbitalmodus wird es auf dem superschweren Booster gestapelt. Das Hinzufügen großer Flügel an der Spitze einer Rakete macht sie sehr instabil, ähnlich wie einen Pfeil rückwärts fliegen zu lassen , und müsste in einem seltsamen Winkel gestapelt werden, um den Flügelauftrieb während des Aufstiegs auf Null zu bringen.

Space Shuttle und Buran lösten diese Probleme, indem sie das Flügelelement an der Seite der Rakete stapelten, um den Auftriebs- und Luftwiderstand nahe am Massenmittelpunkt zu halten. Der X-37B startet in einer Verkleidung. Beide Lösungen hätten erhebliche Nebenwirkungen auf das beabsichtigte Raumschiffdesign, wenn sie integriert würden.

Es wäre theoretisch möglich, ein sehr schnell wirkendes Steuersystem zu verwenden, um die dynamische Instabilität zu handhaben, aber dies sieht sehr ähnlich aus wie die Probleme, die gelöst werden müssen, um in jedem Fall eine Motorlandung durchzuführen.

Es ist wichtig zu beachten, dass "große Flügel" dort waren, um eine militärische Spezifikation zu erfüllen, die für ein kommerzielles Shuttle nicht erforderlich ist, die Fähigkeit, eine große Entfernung von der Ebene seiner Umlaufbahn zu gleiten. Eine "moderne" Konfiguration ohne diese Anforderung (und Vermeidung eines großen Frachtraums innerhalb des Shuttles) würde nur geringfügig mehr "Flügel" benötigen, als das Raumschiff bereits hat. Die alten Shuttle-Orbiter haben die Fähigkeit, eine große Nutzlast aus dem Orbit zurückzubringen.
Weitere Beispiele: Das Dreamchaser-Raumschiff soll in einer Verkleidung ähnlich der X-37B starten. Die aerodynamischen Probleme sind ein Hauptproblem bei der Herstellung einer Version zum Tragen von Menschen, da das Abbrechen bei einer Verkleidung, die das Fahrzeug umschließt, problematisch ist. Die alte DynaSoar wäre ohne Verkleidung geflogen, erforderte aber das Hinzufügen riesiger Flossen an der Titan, auf der sie gestartet war.
Aus diesem Grund umschließt die Air Force ihr Shuttle mit einer Hülle (die es auch während des Aufstiegs schützt). Auch hier wurde das (primitivere) DynaSoar für militärische Zwecke entwickelt. Die X-15 zeigte, dass kleinere Flügel lebensfähig und sicher waren, wenn die Größe des Landebereichs ausreichend groß war . Moderne Computer- und GPS-Präzision machen "One-Shot"-Gleitflüge ziemlich sicher, vorausgesetzt, das Wetter spielt mit.

Flügel sind schwer. Überraschenderweise.

Wie Jörg betonte, gibt es auf dem Mond keine Luft und die Atmosphäre des Mars ist ziemlich dünn.

Tatsächlich ist die Nutzlast des Raumschiffs zum Mond überraschend gering, da es den gesamten Treibstoff transportieren muss, um vollständig treibend zu landen.

Schummeln durch Luftwiderstand ist wichtig.

Sie planen eine Mondvariante ohne Flügel oder die Fähigkeit, auf der Erde zu landen.
@loweryjk Ja, aber es hat keine Flügel. Es hat Klappen. :) Und du meinst auch kein Hitzeschild. Einverstanden.

Auf der Erde brauchen Sie nur eine geeignete Landebahn zu bauen. Schauen Sie sich das Fly Back Booster- Konzept aus den 1990er Jahren an. Segelfliegen kann die Sinkrate noch besser senken als Fallschirmspringen, und bei hohen Landegeschwindigkeiten wird nicht viel Flügel benötigt.

Man kann sich nur einen Zeitreisenden vorstellen, der in die 1970er Jahre zurückreist und von Braun trifft.

Wir haben vielleicht eine Vorstellung davon, wie die NASA SLS heute aussehen würde.

Aber man kann auch erwarten, dass SpaceX seine bahnbrechende Arbeit vorantreibt, und im Zeitalter fortschrittlicher Computer, die in Millisekunden reagieren, könnte der „HoverSlam“ noch ein akzeptables Sicherheitsniveau für den Personentransport erreichen.

Der letzte Absatz dieser Antwort berührt einen wichtigen Punkt, den ich in den anderen Antworten nicht sehe: Viele verrückte, gefährliche Technologien wurden im Laufe der Jahre sicher gemacht. Li-Ion-Akkus sind beispielsweise nur einen kleinen Reifenschaden oder eine Überhitzung davon entfernt, ein Inferno zu werden, aber die meisten Leute haben einen in der Tasche
@BThompson: In der Tat. Elon Musk hat gesagt, er will Hunderte von erfolgreichen Flügen ohne Besatzung, bevor er Leute darauf setzt. Das sind um Größenordnungen mehr Tests als bei jedem anderen Raumfahrzeug in der Geschichte, sondern sogar bei Flugzeugen und Autos. Das allererste Mal, dass ein Space Shuttle Orbiter mit einem externen Tank und SRBs verbunden und gestartet wurde, war der erste einsatzbereite Flug mit Besatzung. Es gab keinen einzigen Test- oder Demonstrationsflug des gesamten Stapels, nur einige Segelflugtests des Orbiters.
Wenn sie diese Hunderte von Flügen erreichen, wird dies erledigt. Aber ich denke, es besteht eine gute Möglichkeit, dieses Ziel nie zu erreichen.

Eine bessere Frage wäre vielleicht: Warum landen Flugzeuge nicht senkrecht und benötigen stattdessen eine lange Landebahn? Die Antwort ist, dass der Motor (oder genauer gesagt die Propeller- oder Lüfterstufe, die er antreibt) nicht genügend Schub hat, um die Schwerkraft zu überwinden, und das Flugzeug daher darauf angewiesen ist, dass Luft mit hoher Geschwindigkeit unter seinen (großen) Flügeln hindurchströmt, um den Auftrieb aufrechtzuerhalten.

Raketen haben einen enormen Schub, daher ist ein Mangel an Triebwerksschub absolut kein Problem. Die neun Triebwerke der Falcon 9 verfügen über ausreichend Schubkraft, um die Rakete mit voller Treibladung von der Startrampe zu heben und auf Tausende Kilometer pro Sekunde zu beschleunigen. Bei der Landung kommt nur ein einziger Motor zum Einsatz, der selbst bei starker Drosselung so viel Schub erzeugt, dass der Booster nicht schweben kann. Stattdessen muss der Motor sorgfältig gesteuert werden, um sicherzustellen, dass er auf 0 m/s abbremst, sobald er den Boden erreicht – und dann der Motor genau im richtigen Moment abgestellt wird. Ich verstehe, dass die Motoren auf Starship in der Lage sein werden, niedrig genug zu drosseln, um schweben zu können (tatsächlich wurde dies bereits mit dem ersten Starhopper-Prototypen demonstriert).

Unter Verwendung der Raketengleichung können wir die Gewichtsstrafe für eine Motorlandung berechnen. Wenn wir die Formel wie unten gezeigt umstellen, erhalten wir Folgendes

D v = erforderliche Geschwindigkeitsänderung (angenommen, „Flügel“-Klappen verlangsamen sie auf 50 m/s Fallgeschwindigkeit, 180 km/h, 113 mph)

v e = Abgasgeschwindigkeit (3200 m/s laut Raptor-Artikel auf Wikipedia)

M Ö M F = Massenverhältnis vor und nach der Verbrennung

M Ö M F = e D v / v e = e 50 / 3200 = 1.016

Das bedeutet, dass, wenn die Klappen Starship auf eine Fallgeschwindigkeit von 50 m/s verlangsamen, die Gewichtsstrafe für den Landetreibstoff, um die Geschwindigkeit von 50 m/s auf 0 m/s zu reduzieren, 1,6 % des gesamten Trockengewichts des Fahrzeugs beträgt.

Die Klappen groß genug zu machen, um als richtige Flügel zu fungieren, um eine sichere Landung zu ermöglichen, wäre eine massiv höhere Gewichtsstrafe.

Es sollte daran erinnert werden, dass die Ausgleichstanks größer sind als nur für die Landung erforderlich, da sie auch Treibmittel für Wiedereintrittsverbrennungen enthalten, die mehr erfordern D v (Änderung der Geschwindigkeit.)

Dies ist kein glücklicher Ort, und es ist ein Beweis für die wahnsinnigen Fähigkeiten der Piloten (und eine gesunde Portion Glück! ), dass keiner von ihnen bei der Landung verloren ging.

Die Tatsache, dass es bei der Landung des Shuttles zu keinen Zwischenfällen kam, ist ein Tribut an das Genie der Konstrukteure und das Können und die Ausbildung der Piloten.

Glück hatte damit nichts zu tun.

Aber für ein bemanntes Fahrzeug ist es viel zu riskant. Wenn diese Motoren nicht rechtzeitig anspringen, sind Sie und Ihre über 100 Mitreisenden tot.

Es gibt auch viele Möglichkeiten, mehr als 100 Passagiere bei einer horizontalen Landung im Flugzeugstil zu töten. Die richtige Antwort ist, sich die Zeit und Mühe zu nehmen, das System sicher und zuverlässig zu machen, was geschehen wird, nachdem sie das endgültige Design ausgewählt haben. Die Entwicklungsflüge, die gerade in Boca Chica stattfinden, finden gerade heraus, wie das System funktioniert – sobald sie so viel herausgefunden haben, können sie Zeit damit verbringen, es zu verfeinern und kugelsicher zu machen.

Wir haben Frankenrocket mit dem Shuttle gemacht und einige schmerzhafte Lektionen daraus gelernt. Wir müssen sie nicht noch einmal lernen.

Warum landet das Raumschiff von SpaceX nicht wie ein Flugzeug?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v