Warum wurde ein Raketensystem wie Starship noch nie zuvor vorgeschlagen? Es scheint keine neuen Wissenschaften, Materialien oder Brennstoffe zu verwenden

Ich frage mich, warum niemand jemals ein Weltraumstartsystem wie Starship vorgeschlagen hat.

Was genau meinst du mit "wie Starship"? Systeme wie Starship wurden bereits früher vorgeschlagen, obwohl sie sich in den Details unterscheiden, und gehen auf Von Brauns Mars-Expeditionskonzepte Mitte der 1950er Jahre zurück. Starship ist in mehrfacher Hinsicht ehrgeizig, aber eher evolutionär als revolutionär.

Starship ist im Grunde ein großer, zweistufiger Trägerraketen für den Orbit mit vollständiger Wiederverwendbarkeit beider Stufen.

Sie ist etwa 60-70 % größer in der Startmasse als der größte erfolgreich geflogene Orbitalwerfer (Saturn V), aber es wurden ernsthaft viel, viel größere Raketen vorgeschlagen (z. B. Sea Dragon ).

Zweistufig in den Orbit mit vollständiger Wiederverwendbarkeit beider Stufen wurde ernsthaft für das US-Space-Shuttle-Programm in Betracht gezogen (wie in The Space Shuttle Decision beschrieben ), aber das Budget erlaubte nicht die Entwicklung eines vollständig wiederverwendbaren Boosters. Die vollständig wiederverwendbaren Shuttle-Konzepte stützten sich eher auf eine geflügelte, horizontale Landung als auf eine vertikale Antriebslandung, aber die Vor- und Nachteile der beiden Ansätze sind endlos umstritten. Die treibende vertikale Landung wurde in kleineren Maßstäben demonstriert und bewiesen (Surveyor, Apollo LM, mehrere Mars-Lander, DC-X , Falcon 9).

Große Methanraketentriebwerke und Vollstrom-Stufenverbrennungstriebwerke wurden zuvor noch nicht geflogen, aber für beide Konzepte wurde bereits Entwicklungsarbeit geleistet.

Im Grunde liegt es an der Ökonomie. Zwischen heute und dem Weltraumrennen bestand einfach keine Nachfrage nach einer großen Rakete.

Lassen Sie uns analysieren, was (meiner Meinung nach) das Starship-Konzept so besonders macht:

• Größe: Starship ist eine der größten (wenn nicht sogar die größte) Rakete, die je gebaut wurde.
• Wiederverwendbarkeit: Eines der zentralen Designziele von Starship ist es, vergleichbar mit Flugzeugen wiederverwendbar zu sein
• Budget: Günstig und einfach zu sein, ist der Kern der Starship-Philosophie („das Beste ist kein Teil“)
• Mars-Kompatibilität: Starship soll über ISRU auf dem Mars betankbar sein

Lassen Sie uns nun darüber nachdenken, warum niemand zuvor ernsthaft so etwas wie Starship vorgeschlagen hat (obwohl es Ausnahmen gibt, auf die ich später zurückkomme).

Größe: Eine größere Rakete ist effizienter, hauptsächlich aufgrund des Quadratwürfelgesetzes, das die Nichttreibstoffmasse in der Rakete verringert, je größer sie ist, und bestimmter Elemente, wie z. B. Avionik, deren Masse nicht wesentlich skaliert, wenn die Rakete größer wird. Große Raketen wurden schon früher vorgeschlagen und gebaut (Saturn V, N1, SLS), aber die Raketen wurden immer nach Bedarf gebaut. Der Saturn V und der N1 wurden für das Weltraumrennen gebaut und der SLS wird gebaut, weil die NASA schwerere Nutzlasten zum Mond schicken will. In der Vergangenheit scheiterten Vorschläge für große Raketen meist an der Frage „Aber warum brauchen wir eine große Rakete, wenn eine kleinere auch gut ausreicht?“ Erst in jüngster Zeit, mit wachsendem Interesse an der Erforschung des Weltraums und der Vision von Elon Musk, ist die bemannte Raumfahrt jenseits des Orbits wieder für ein breites Publikum attraktiv geworden, was den Bau größerer Raketen ermöglicht.

Wiederverwendbarkeit: Starship ist in dieser Hinsicht wohl nicht neu, weil es darauf abzielt, den Traum zu verwirklichen, für den das Shuttle-Programm entworfen, aber nie erreicht wurde: Das Raumschiff landet, die Astronauten steigen aus und geben der nächsten Crew High-Five, die an Bord geht, und dann nach schnellem Tanken heben sie wieder ab. Ursprünglich sollte das Space Shuttle genau das sein, ein Shuttle , aber aus Gründen, die außerhalb des Rahmens dieser Antwort liegen, ist es nie passiert. Starship versucht etwas Ähnliches, wobei Elons Ziel von mehreren Reflights an einem Tag sehr ehrgeizig ist. Wiederverwendbarkeit in einem Raketensystem ist jedoch nur dann wirklich sinnvoll, wenn genügend Nachfrage vorhanden ist, sodass die dafür erforderlichen finanziellen Investitionen im Vergleich zu Einwegraketen sinnvoll sind.

Budget: Eines der ikonischen Kennzeichen des Starship-Programms ist, dass es im Wesentlichen auf einem Feld zusammengeschweißt wird, während die meisten anderen Raumfahrzeughersteller in Reinräumen arbeiten, während sie Hasenanzüge tragen. Das ist meiner Meinung nach ein Vorteil, den kommerzielle Unternehmen gegenüber der staatlichen Entwicklung haben: Da SpaceX sich nicht vor Politikern und letztendlich Steuerzahlern rechtfertigen muss, können sie mit viel mehr davonkommen. Wenn eine NASA-Rakete explodiert, werden die Menschen es tunsich darüber beschweren, dass ihre Steuergelder "verschwendet" werden, aber wenn der Prototyp von SpaceX explodiert ... wen interessiert das? SpaceX muss nur seine begrenzten und handverlesenen Investoren besänftigen, was viel einfacher ist, als Steuergelder zu rechtfertigen. Dieser institutionelle Druck, es beim ersten Versuch richtig zu machen, führt zu einem vorsichtigen Ansatz, damit niemand schuld ist, wenn etwas schief geht. Warum haben wir das noch nie gesehen? Das liegt daran, dass erfolgreiche kommerzielle Trägerraketen (die keine Verteidigungsunternehmen sind) sehr neu sind.

Mars-Kompatibilität: Dies liegt meiner Meinung nach wiederum an der traditionell konservativen Natur der Weltraumforschung. Normalerweise werden die Dinge in Schritten erledigt. Zum Beispiel schicken wir zuerst einen Orbiter, dann einen Lander und schließlich einen Rover, um sicherzustellen, dass alles funktioniert. Der Bau von Starship mit Blick auf ISRU bedeutet, mehrere Schritte zu überspringen, und wiederum ist dies nicht etwas, das ein staatlich finanziertes Programm gegenüber einem Steuerzahler ohne Weiteres rechtfertigen könnte.

Nun zu den Ausnahmen und was bisher vorgeschlagen/getan wurde:

• Die ursprünglichen Ziele des Space-Shuttle-Programms sind den Zielen und Ansätzen des Starship-Programms bemerkenswert ähnlich
• Der Sea Dragon-Vorschlag aus den 1960er Jahren veranschaulicht die Merkmale "Budget" und "Größe" von Starship
• Viele andere vorgeschlagene sehr große Raumfahrzeuge wie Project Orion

Wie andere Antworten andeuten, ist der Grund wahrscheinlich nicht technischer, sondern wirtschaftlicher Natur. Vielleicht könnte diese Frage einige interessante Antworten auf dieser Schwesterseite erhalten . Ich denke, es ist ein gutes Beispiel für einen Unternehmer, der sich in einen Bereich wagt, der schon immer von Regierungen kontrolliert wurde, und Möglichkeiten zum „schnellen Scheitern“ und die Verfügbarkeit von Kapital nutzt, beides unbelastet von der Politik. In gewisser Weise ist dies eine agile Entwicklung im kosmischen Maßstab.

Der wichtigste Aspekt von Starship ist, dass es (sollte) wiederverwendbar sein. Während des größten Teils der Raketengeschichte war dies fast unmöglich*.

Warum?

Aus Mangel an ausreichend guten Computern. Sie müssten einen Piloten hineinsetzen und die ersten paar Landungen würden in RUD enden. Das Space Shuttle hat dies umgangen, indem es als Flugzeug gelandet ist.

Erst nachdem jemand gezeigt hat, dass es möglich ist, eine unbemannte Rakete zu landen (einige Zeit vor SpaceX), hat sich die Idee der wiederverwendbaren Rakete von einem Traum zu etwas entwickelt, das tatsächlich durchgeführt werden kann.

* Es gibt andere Möglichkeiten, um eine zumindest teilweise Wiederverwendbarkeit zu erreichen, die früher durchgeführt werden könnte (Fallschirm für Motor- und Lufterfassung), aber es gab keinen Markt dafür (wenn die Regierung unabhängig vom Preis für ein paar Raketen pro Jahr zahlt, Sie als der Lieferant will keine billigeren Raketen).

Ich habe darüber nachgedacht und diese Seite gesucht, um zu versuchen, eine Antwort zu finden. Ich glaube nicht, dass es wirklich technisch war, weil sowohl SpaceX als auch Blue Origin in der gleichen groben Zeit ähnliche Ergebnisse erzielt haben. Ich glaube nicht, dass es wirtschaftlich war, weil die Ressourcen für SpaceX und Blue Origin kleiner sind als das, was die NASA in solch einen Aufwand stecken könnte. Ich glaube auch nicht, dass es ein Marktproblem war, denn als SpaceX zum ersten Mal erfolgreich seine Falcon 9-Rakete landete, war es offensichtlich, dass dies eine neue Ära der Kostensenkung für die Raumfahrt in der Zukunft einläuten würde.

Ich denke, es lag an Milliardären.

Als Milliardäre konnten sich Musk und Bezos auf die Erfüllung der anstehenden Aufgabe konzentrieren. Sie waren auch neu in der Raketentechnik, ohne organisatorischen und kulturellen Ballast, der sie zurückhielt. Die NASA ist gelähmt, so etwas zu erreichen, weil keiner Person die Autorität gegeben wird, eine einzigartige Vision wie diese umzusetzen, trotz der offensichtlichen Vorteile. Jede Vision würde von Komitees und Machtblöcken verwässert, die Ressourcen verbrauchen würden. Außerdem denkt jeder neue POTUS, dass es gut und gut ist, alle 4 oder 8 Jahre die Missionen der NASA zu vermasseln.

Ich denke, die große Lektion, die hier berücksichtigt werden muss, ist, warum eine Organisation wie die NASA dies nicht tun könnte? Das sollten sie wirklich haben. Und sie hätten es wahrscheinlich mehr als 10 Jahre früher tun können, zumindest aus technologischer Sicht. Ich habe nichts gegen Milliardäre, aber wenn Regierungsorganisationen einige Dinge einfach nicht tun können, die wohlhabende Einzelpersonen tun können, ist das ein trauriger Zustand. FWIW, ich glaube nicht, dass eine wohlhabende Person im Jahr 1960 Menschen zum Mond hätte fliegen und zurückbringen können, also war die NASA früher in der Lage, diese Dinge zu tun, aber nicht mehr so ​​​​viel.