Warum werden Raumsonden nicht schubweise gestartet?

Die Kosteneinsparungen durch die Massenproduktion sind nicht linear. In einigen Bereichen werden Sie Einsparungen sehen, in anderen jedoch keine.

• Raumsonden und sogar kommerzielle Satelliten (die bis zu einem gewissen Grad standardisiert sind) werden von Hand gebaut. Wenn Sie also 2 (oder 20) bauen, steigen die Arbeitskosten mehr oder weniger linear. Erst wenn Sie viel größere Stückzahlen (Tausende) bauen, wird es interessant, in Produktionswerkzeuge zu investieren, um sie gegen niedrigere Arbeitskosten einzutauschen.

• Dasselbe gilt für die Komponenten, die Sie verwenden werden. 100 Sonden sind nicht annähernd die Größenordnung, die Sie benötigen, um von der Massenproduktion zu profitieren.

• Die Leistungsfähigkeit steigt nicht linear mit der Größe. Wenn Sie die Wahl zwischen 1 großen Sonde und 100 kleinen Sonden haben, kann die große Sonde viel fortschrittlichere wissenschaftliche Instrumente enthalten als 100 kleine. Missionen auf äußeren Planeten benötigen ein RTG, und diese sind so selten, dass der Bau von 100 davon im Moment nicht machbar ist. Eine kleine Sonde kann zB nicht direkt vom Mars zur Erde senden, sie hat nicht das Sendeleistungsbudget.

• Es gibt Fälle, in denen Sie mehrere Messungen an verschiedenen Orten durchführen möchten. Praktischerweise wird ein umlaufendes Raumschiff schließlich jeden Ort auf dem Planeten besuchen (abhängig von der gewählten Umlaufbahn). Die NASA plant mehrere Missionen , die zusätzlich zum Hauptraumfahrzeug einige CubeSats enthalten werden, um Messungen an mehreren Orten gleichzeitig durchzuführen . Das Hauptschiff fungiert als Relais.

• Weltraumstarts sind schwierig. Für Missionen zu äußeren Planeten liegen die aktuellen Sonden nahe der Startgewichtsgrenze der Raketen, die wir haben. Das Senden von 100 Voyagern hätte also 100 Starts erfordert. Das Senden von 100 Raumfahrzeugen in einem Start hätte bedeutet, CubeSats zu bauen – etwas, das erst seit kurzem überhaupt möglich ist.

Ich denke, dass ein Unternehmen, wenn es all seine Ressourcen darauf verwendet, ein innovatives neues Produkt zu entwickeln, nicht nur eines entwickeln möchte. Sie werden viele erstellen wollen - weil jede Einheit, die sie produzieren, die Gesamtkosten pro Einheit senken wird.

Derzeit werden Weltraumsonden im Allgemeinen von Raumfahrtagenturen und/oder Universitäten entworfen und gebaut, nicht von kommerziellen Unternehmen. Sie kümmern sich nicht um Massenproduktion.

Eine Charge von Sonden, die alle zum selben Ziel gehen, wäre im Moment nicht wirtschaftlich. Jede Sonde würde ihren eigenen Antrieb, Kommunikation (es sei denn, es gibt einen "Elternteil" mit einer Langstreckenantenne), Führung und andere Elektronik benötigen. Dies würde Gewicht hinzufügen.

Auch für allgemeine Beobachtungen kann eine einzige Sonde einfach alle Messungen/Bilder aufnehmen und zurücksenden.

Einige Gruppen haben sich jedoch einen Schwarm von Mikrosonden angesehen. Es könnte sinnvoll sein, sie mit einem Lander zu ihrem Ziel zu fliegen und sie dann beispielsweise zur Erkundung auf der Oberfläche freizulassen. Ein weiteres Beispiel, das gegeben wurde, sind Sonden mit mehreren Eingängen, um Jupiters Atmosphäre zu untersuchen ...

Ich denke, das allgemeine Prinzip, an das Sie denken, ist nur teilweise gültig. So fasse ich es zusammen:

Ohne Fabrik ist keine Massenproduktion möglich. Fabriken können Milliarden kosten. Aber wir verwenden das Design von Sonden wieder, insbesondere die frühen Sonden in unserer Geschichte.

Forschung, Design und Entwicklung haben ihre eigenen Kosten. Ich denke also, es gibt einen gültigen Teil Ihres Prinzips, der besagt, warum eine neue Sonde entwerfen? Wir könnten einfach mehrere Kopien erstellen und sie überall hin schicken, wo sie hin müssen.

Nun, das gilt für frühe Raumsonden. Eine Sonde, die an Jupiter vorbeifliegen soll, würde die gleichen Daten von Saturn, Uranus und Neptun sammeln.

Und so wurde es anfangs tatsächlich gemacht. Voyager 1 & 2 waren praktisch identisch, und ich bin mir ziemlich sicher, dass das auch für Pioneer 10 & 11 und die Mariner Probes gilt. Außerdem waren viele der wirklich frühen Sonden zum Mond, Mars und zur Venus Kopien voneinander. Die Ranger-Serie zum Beispiel geht bis mindestens Ranger 8.

Das bedeutet nicht , dass wir sie in Massenproduktion herstellen. 8 Ranger-Sonden sind keine Rechtfertigung dafür, Milliarden für eine Fabrik auszugeben, wenn sie nur von Hand zusammengebaut werden können.

Aber irgendwann kommt der Punkt , an dem dieselbe Sonde einfach keine neuen Daten mehr sammelt, weil wir es bereits getan haben! Zeit, eine neue Sonde zu entwerfen, die neue Daten sammelt.

Sie wundern sich vielleicht auch über Welten, die noch nicht besucht wurden oder kürzlich besucht wurden, die völlig neue Sonden verwenden. Warum New Horizons bauen, um zu Pluto zu fliegen, wenn wir zum Beispiel einfach das Voyager-Design wiederverwenden können? Warum Geld für Neuentwicklungen ausgeben (und neue Fehler riskieren), wenn wir bereits ein gültiges Design haben, das sich bewährt hat? Das Problem hierbei ist, dass das Startbudget nicht für eine 720-kg-Sonde (die Masse der Voyager) vorgesehen war. Stattdessen wollten wir eine 480 kg schwere Sonde (die Masse von New Horizons), damit wir sie wirklich schnell in Plutos Entfernung schleudern konnten. Außerdem ist das Entwerfen einer neuen Raumsonde heutzutage nicht mehr so ​​​​schwer wie früher (zum Glück).

Abgesehen von den Argumenten über die Effizienz sind Sonden speziell entworfene Objekte mit vielen Diskussionen über die jeweiligen Nutzlasten.

Mit einem Serienstartszenario können Sie Ihr Verständnis des Objekts aus frühen Sonden in das Design der späteren Sonden einfließen lassen. Bei einem Massenstartszenario müssen Sie sich mit Ihrem aktuellen Wissen über das Ziel für alle Nutzlasten entscheiden. Es wäre, als würde man "20 Fragen" spielen, aber Sie müssen alle Ihre Fragen zu Beginn des Spiels einreichen, anstatt sie im Laufe der Zeit zu entwickeln.

Gemäß der Raketengleichung benötigen Sie Kraftstoff im Verhältnis zu Ihrer Nutzlastmasse und exponentiell in Bezug auf die Massenabgasgeschwindigkeit. In der Tat sind die Wartungskosten bei Stapelstarts geringer, aber Sie müssen mehr Treibstoff verbrauchen, was seine eigenen Konsequenzen für die Startvorbereitung hat. Außerdem sind die heutigen Trägerraketen nicht dafür ausgelegt, in willkürlichen Konfigurationen verkettet zu werden, dh Sie können nicht fünf obere Stufen über dreißig Kernstufen stapeln.

Beim Start mehrerer Satelliten ergeben sich deutliche Kosteneinsparungen. Ein Unternehmen, mit dem ich vertraut bin, hat viele Kommunikationssatelliten gestartet. Die Verwendung eines gemeinsamen Designs sparte Engineering-Kosten, etwas Arbeit (die Dinge wurden mit der Zeit schneller und weniger Ausfallzeiten für Experten), Software und sogar Tests (einige Satelliten wurden intensiver getestet, wodurch die Kosten gesenkt wurden). Sie haben völlig Recht, mehr Sonden wären weniger teuer. Es gibt jedoch einige Nachteile.

1. Der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn aus einer neuen Sonde sinkt mit der Zahl der Raumfahrzeuge. Zum Beispiel hat MRO eine Kamera, die die gesamte Oberfläche des Mars mit ziemlich hoher Auflösung fotografiert hat. Im Moment kann es nur Bilder von der Oberfläche machen, um zu sehen, wie sich die Dinge verändern. Ihr praktischer wissenschaftlicher Wert ist dramatisch gesunken.
2. Die Kommunikation mit der Satellitengruppe wird schwierig. Einer der schwierigsten Aspekte bei der Verwaltung vieler Weltraummissionen ist, wenn sie sich alle gleichzeitig im selben Teil des Himmels befinden. Dies verringert die Verfügbarkeit von Kommunikationsfenstern, was es insgesamt schwieriger macht, von diesen Sonden zu hören. So viele an einem Standort wären sehr schwierig.
3. So viele Missionen auf einmal würden das effektive Budget der NASA stark reduzieren, was es schwierig machen würde, in Zukunft neue Missionen zu starten. Dies würde zu weniger Wissenschaft führen, da ständig neue bessere Instrumente verfügbar sind.

Das Erstellen eines Duplikats eines Instruments kann nützlich sein. Zum Beispiel sind die beiden Voyager-Sonden Klone, ebenso wie die beiden Viking-Lander. Dieses Maß an Redundanz kann hilfreich sein und kostet nicht wesentlich mehr.

Es könnte Sie interessieren, dass es eine Mission in der Planung gibt, die Ihrer sehr ähnlich klingt. Es handelt sich um die von Planetary Resources geplanten Expeditionssatelliten, um Satelliten für den Abbau von Mineralien zu identifizieren. Es wird im Wesentlichen einen doppelten Satelliten nehmen und ihn zu vielen verschiedenen potenziellen Zielen senden. Dies ist absolut sinnvoll, um kostengünstige Kopien von Sonden zu verwenden, um viele Ziele im Sonnensystem zu untersuchen und so viel wie möglich zu lernen.