Warum sind Starship-Landungen so schwierig, wenn SpaceX so viele Booster gelandet hat?

Laut Wikipedia hat SpaceX in 79 von 90 Fällen erfolgreich Booster gelandet. Doch Raumschiffe scheinen bei der Landung zuverlässig zu explodieren.

Was ist so unterschiedlich an den beiden, dass Raumschiffe so viel schwieriger zu landen sind? Liegt es an den vielen Motoren? Oder nur, dass es ein größerer Maßstab ist? Es scheint, als ob die Raumschiffe versuchen, etwas zu erreichen, was sie bereits viele Male erfolgreich getan haben.

Sie testen sehr, sehr früh im Reifelebenszyklus des Fahrzeugs. Diese Booster fielen einige Male aus, bevor sie anfingen zu arbeiten.
@ChrisB.Behrens Fair, aber (soweit ich weiß) waren die Booster die ersten, die so gelandet wurden. Wird das Wissen / die Erfahrung von den Boostern aus irgendeinem Grund nicht auf Raumschiffe übertragen?
Ja, ich denke das passt zu 100%. Aber sie kämpfen mit Dingen wie Treibgasschwappen nach diesem verrückten Relight-Flip und anderen Dingen, die für das neue Fahrzeug und das neue Flugprofil spezifisch sind.
Wenn sie das Pad verfehlten oder überschwebten oder so etwas, wäre das ein Kopfkratzer. Aber ich denke, all diese Probleme, auf die sie gestoßen sind, sind neue Probleme.
Hmm, gute Entscheidung, der Belly Flop und der "Relight Flip" sind unterschiedlich, nicht wahr ... Ich denke, die allgemeine Idee schien ähnlich genug zu sein, dass ich verwirrt war, warum sie jetzt so viele Fehler zu haben scheinen ... aber das ist sinnvoller. Danke für die Klarstellung, zögern Sie nicht, das zu beantworten!
Die Landeversuche von Falcon 9 schlugen sechsmal fehl, bis der siebte erfolgreich war. Die nächsten 2 scheiterten wieder. (Um fair zu sein, es gibt dort ein paar Ozeanwasserungen, die möglicherweise zu einer Landung geführt haben oder auch nicht.) Starship hatte jetzt 5 erfolgreiche Landungen in 9 Flügen und nur 3–4 Fehlschläge (je nachdem, ob Sie zählen Die Explosion von SN11 als Landungsfehler oder nicht – beachten Sie, dass es auch ein paar Falcon 9 gibt, die nicht gelandet sind, weil sie versagt haben, bevor sie landen konnten, z. B. CRS-7 und Amos-6).
Vergessen Sie nicht, dass SpaceX hier auch neue Engines usw. verwendet und viele Probleme damit hatte ...
Ich denke, dieses Video sollte Ihnen einen Einblick geben, wie die Forschung und Entwicklung und die Tests von Falcon 9 verlaufen sind.
Falscher Standpunkt. Die ersten 19 Falcon9 konnten nicht landen. Starship schaffte es (für ein paar Minuten) auf dem dritten Flug zu landen, der eine Wiederzündung des Triebwerks erforderte. Vierter Versuch fehlgeschlagen, fünfter erfolgreich. Das ist VIEL besser als der Rekord von Falcon9, nicht schlechter.

Antworten (2)

Es gibt ein paar Gründe:

Das offensichtlichste, aber leichter zu überwindende Problem ist, dass das Raumschiff neu ist. Sie hatten nicht die Zeit, alles zu perfektionieren. Beispielsweise verwenden die Raptor-Motoren zwei separate Turbopumpen, eine für flüssigen Sauerstoff und eine für Methan. Dies verbessert die Effizienz, macht die Motoren jedoch wesentlich komplexer. Der Raptor ist der erste Motor seiner Art, der jemals geflogen ist, daher ist seine aktuelle Erfolgsbilanz überraschend gut, wenn man bedenkt, was er alles leisten muss.

Das wichtigste und schwierigste Problem ist die Art und Weise, wie Starship landet. Im Gegensatz zur Falcon 9, bei der die Motoren zuerst herunterfallen, fällt das Raumschiff auf die Seite, um den Luftwiderstand zu maximieren. Dies verbessert zwar die Effizienz, da die Rakete nicht so schnell fliegt und einen sichereren Wiedereintritt ermöglicht, verursacht jedoch ein Problem, da die Triebwerke seitwärts zeigen. Während eine Falcon 9 nur einen Motor zur richtigen Zeit anzünden muss, muss ein Raumschiff drei Motoren anzünden, sie kardanisch aufhängen, um sie vertikal umzudrehen, dann zwei abschalten und landen. Es ist viel schwieriger und komplizierter. In Kombination mit der Tatsache, wie ungetestet die Rakete ist, ist es ein Wunder, dass SN10 tatsächlich gelandet ist, ohne sofort zu explodieren.

Was ich wirklich erstaunlich finde, ist, dass es sich lohnt, es bis kurz vor der Landung auf der Seite einzubringen. Es macht Sinn, es auf der Seite durchs Feuer zu bringen (und ich habe es viele Male in KSP gemacht), aber ich bin erstaunt, dass der Unterschied in der Endgeschwindigkeit ausreicht, um es die Spiele wert zu machen, die sie spielen.
@LorenPechtel Es geht nicht nur um die Landegeschwindigkeit. Viel wichtiger ist, wie die Rakete in die Atmosphäre gelangt. Falcon hat suborbitale Geschwindigkeit und verwendet Motoren, um langsamer zu werden. Das Raumschiff wird mit nahezu orbitaler Geschwindigkeit in die Atmosphäre eintreten, und es wäre sehr gut, keinen Treibstoff zum Verlangsamen zu verwenden. Aus diesem Grund möchten Sie mehr Luftwiderstand und hitzebeständige Kacheln haben (Motoren würden dieser Hitzemenge nicht standhalten).
Jemand anderes (dem ich vertraue) hat diese Berechnung durchgeführt, also überprüfen Sie mich noch einmal, aber ich habe gehört, dass das Bewegen des Wendepunkts nur einen Kilometer höher 4-5 Tonnen zusätzliches Treibmittel erfordern würde. Es geht darum, die Fähigkeiten zu maximieren und viel Platz für Dinge wie Lebenserhaltung im Massenbudget zu lassen.
@Saiboogu Es verschiebt nicht nur den Wendepunkt, es verbrennt auch die Motoren den ganzen zusätzlichen Kilometer nach unten. Das Brennen der stark kardanisch aufgehängten Raptors leitet den Flip ein und beendet ihn.
@Volvox Wie gesagt, ich habe überhaupt kein Problem damit, es seitlich durch den Wiedereintritt einzubringen. Ich bezweifle nur den Wert, bis zur letzten Sekunde auf den Flip zu warten.
@LorenPechtel Siehe die beiden Kommentare direkt über deinem letzten Kommentar. Je länger Sie den Luftwiderstand erhöhen, desto weniger Zeit haben Ihre Motoren, um Treibstoff zu verbrennen, um Sie zu verlangsamen. Sie könnten umkippen, sobald die Rakete in die Atmosphäre eintritt und nicht mehr „brennt“, aber dann müssten sie die Raketen viel länger abfeuern, was mehr Treibstoff bedeutet, was weniger Platz für Nahrung oder Lebenserhaltungssysteme bedeutet .
@LorenPechtel Der Kompromiss des früheren Umklappens wäre IMHO nicht sehr nützlich: Während ein früheres Umklappen mehr Zeit für korrigierende Umschläge / Anpassungen lassen würde, möchten sie wahrscheinlich nicht, dass sich die Passagiere mit dem ständigen Hin- und Herschwingen wie bei diesen Fahrten befassen in Themenparks ... würden sie wahrscheinlich krank werden ... und weniger Annehmlichkeiten an Bord haben, um damit fertig zu werden, weil sie mehr Treibstoff benötigen.
@dotancohen Ich glaube nicht, dass die Annahme den ganzen zusätzlichen Kilometer über brannte, nur dass die verkürzte Zeit in einem Profil mit hohem Luftwiderstand zu einer geringeren aerodynamischen Verzögerung führen würde, sodass der Landebrand eine höhere Grundgeschwindigkeit hätte. Ich glaube nicht, dass irgendwelche Annahmen über zusätzliche Kraftstoffkosten für das Anzünden für den Flip, das Abschalten und das erneute Anzünden getroffen wurden - es macht die Gleichung nur noch schlimmer.

Die Erfahrung, einen Booster für SpaceX zu landen, ist tatsächlich relevanter direkt für den Super Heavy Booster, der noch fliegen muss. (BN1 wurde als Pfadfinder gebaut und dann zerlegt. BN2 befindet sich ab April 2021 im Bau).

Falcon 9 landet seine erste Stufe, die analog zu Super Heavy ist. Es landet jedoch nicht auf seiner Oberstufe, die Starship ähnlicher ist.

Die Landeanflüge sind unterschiedlich. Es ist erwähnenswert, dass sie SN10 gelandet haben, obwohl ein Raptor unterdurchschnittlich war, was zu einer unsanften Landung führte, die nach der Landung eine Explosion verursachte. Beim dritten Versuch so nah dran zu sein, zeigt, dass die Erfahrung mit Falcon 9 in der Vergangenheit sehr deutlich viele Risiken gelöst hat.

Die Motoren sind sehr unterschiedlich und starten unterschiedlich. (Beginnt: TEA-TEB hypergolisches 'Feuerzeugbenzin' für Merlin und Zünder für Raptor). Es verwendet auch eine völlig neue Art von Design mit zwei Turbopumpen, was die Komplexität erhöht, aber die Effizienz erhöht. Der Raptor-Motor ist in seiner Konstruktionsdauer noch sehr jung. Ab April 2021 haben wir Seriennummern von bis zu 66 gesehen, was bedeutet, dass sie eine große Anzahl davon gebaut haben (für Raketenmotoren ... In der Autowelt wäre dies 1 Stunde Leistung einer Fabrik). An der SN54-Markierung (die auf dem Raumschiff SN15 montiert ist) hat es bereits eine größere Revisionsänderung gegeben (wie auf Tank Watcher-Fotos zu sehen).

Das Landeprofil der beiden Fahrzeuge unterscheidet sich von Starship, das mutmaßlich aus Orbitalgeschwindigkeiten wieder eintritt und mehr Geschwindigkeit verbrennen muss, sodass die aerodynamische Reibung verwendet wird, um die Geschwindigkeit stärker zu reduzieren als bei einer Falcon 9-Erststufe. Wenn Sie sich jedoch eine Falcon 9 ansehen, wenn sie die Geschwindigkeits- / Höhenzahlen in der Live-Übertragung anzeigen (wie bei der letzten NRO-Mission, bei der sie aus Geheimhaltungsgründen nicht die Oberstufe zeigen durften), ist es ziemlich erstaunlich, wie viel Geschwindigkeit verloren geht nur durch aerodynamische Reibung. Meine Erinnerung war, dass fast 1500-2000 km / h nur durch Reibung verloren gingen, bevor das Landebrennen die Endgeschwindigkeit abschrubbte.

Dies bedeutet, dass der Flip benötigt wird. Das bedeutet, dass Ausgleichsbehälter erforderlich sind, um ein Schwappen des Kraftstoffs und das Ansaugen von Blasen zu vermeiden.

Das bedeutet, ein neues Motordesign wiederzubeleben, während er auf der Seite liegt, im Gegensatz zum üblichen aufrechten Motor. (Was interessant ist, da sie horizontale Teststände verwenden und oft befürchtet wird, dass die vertikale Nutzung unterschiedlich sein könnte).

All diese Dinge sind neu, und sie kamen bei den ersten 4 Landeversuchen sehr, sehr nahe.

Jedes Mal, wenn sie scheitern, lernen sie etwas Neues, und da die Fahrzeuge billig genug sind und schnell genug gebaut werden, lohnt es sich, sie auszuprobieren, sobald sie dazu in der Lage sind.

AFAIK SN10 ist nicht richtig gelandet. Der Triebwerksschub war niedriger als er sollte, daher war die Landegeschwindigkeit viel höher als für eine ordnungsgemäße Landung erforderlich. Es stürzte also ab, aber ohne Explosion (Kraftstoffleck wurde durch diesen Absturz verursacht).
@Volvox Das ist richtig. Ich habe eine Änderung für diese Antwort eingereicht, um diesen Fehler und einige andere Probleme zu beheben, aber sie wurde noch nicht genehmigt oder abgelehnt.
@Volvox Jede Landung, von der Sie schreiend weglaufen können, bevor das Fahrzeug explodiert, ist eine gute Landung.
Ausgleichsbehälter werden für den Gewichtsausgleich beim Wiedereintritt benötigt, nicht um ein Schwappen des Kraftstoffs zu vermeiden. Obwohl es wichtig ist, dass das Schwappen kontrolliert wird, um die Aufnahme von Blasen zu vermeiden, gilt dies für beide Tanks
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