Was ist das Schwierigste daran, Raumfahrzeuge (meistens) wiederverwendbar zu machen?

Warum sind nicht mehr Teile von Raumfahrzeugen allgemein wiederverwendbar?

Wenn ich mir die Sojus-Pläne anschaue, scheinen die drei Teile in Bezug auf die Überlebensfähigkeit nicht allzu unterschiedlich zu sein. Das Orbitalmodul ähnelt Voskhod, das für den Wiedereintritt gedacht war. Das Service-Modul scheint dem Descent-Modul in seiner Form ziemlich ähnlich zu sein. Ich verstehe, dass die zerbrechlichen Solarmodule dem Wiedereintritt nicht standhalten würden, ebenso wenig wie die meisten externen Teile, aber eine Beschichtung aus Ablator und einem Fallschirm würde es nicht ermöglichen, die meisten Systeme für die Renovierung wiederherzustellen, selbst wenn die Strukturelemente aus der Form gebogen sind und verbrannt?

Was ist der schwierigste Teil, ein Modul (teilweise) wiederverwendbar zu machen? Was ist so teuer, dass es billiger ist, es in der Atmosphäre zu verbrennen?

Vielleicht, weil die Kosten für Design und Tests die Herstellungskosten überwiegen und die Starthäufigkeit aufgrund komplexer Vorgänge und geringer Nachfrage so gering war, dass sich der Aufwand und die erhöhten Designkosten nicht gelohnt haben. Ein relativ hohes Ausfallrisiko hätte auch gegen eine Wiederverwendbarkeit sprechen können. 1,5 % Startfehler bedeuteten, dass jedes Mal 25 % der Space-Shuttle-Flotte zerstört wurden.
@LocalFluff: Ich habe nicht verstanden, dass "1,5% Startfehler bedeuteten, dass jedes Mal 25% der Space-Shuttle-Flotte zerstört wurden". Würden Sie bitte näher darauf eingehen?
@EmilioMBumachar 2 von 133 Shuttle-Missionen sind fehlgeschlagen. Es waren jeweils 4 Shuttles unterwegs. Nach dem ersten Ausfall wurde ein neues gebaut und aus der 3 wurde wieder eine 4. Der Punkt ist, dass die zukünftige Gesamtkapazität des gesamten Betriebs durch jeden Ausfall für wiederverwendbare Materialien stark reduziert, aber nicht durch den Verlust von Verbrauchsmaterialien beeinträchtigt wird. Ein Shuttle hat im Durchschnitt mehr als 25 Starts durchgeführt, ein verlorener Start bedeutet bis zu 25 verlorene Starts. Der Launch ist vielleicht billiger, aber nicht unbedingt das Fahrzeug.
@LocalFluff: Die Shuttles sind jedoch wirklich ein schlechtes Beispiel, da ihre Wiederherstellung nicht Geld spart, sondern Geld verschlingt. Enorme Mengen an Eigengewicht ließen die Startkosten in die Höhe schnellen, und die Komplexität erforderte äußerst aufwändige Sicherheitstests. Nutzlasten in den Orbit sollten wirklich in einer Verkleidung und nicht in einem Laderaum reisen.
Inwiefern war das Mitnahmeproblem ein Problem? Sie bauten die Flügel nur einmal für jedes Shuttle. Es spielt keine Rolle, wie viel sie wiegen, solange sie fliegen und landen können und der Treibstoff billig ist. Das war nicht das Problem mit dem Shuttle. Es ist Produktentwicklung. Man scheitert beim ersten Mal und lernt viel über Technologie und Betrieb und Wirtschaft und Politik und über sich selbst und kommt beim zweiten Mal zurück, um es richtig zu machen. Ich denke, es wird innerhalb eines Jahres oder so passieren.
@LocalFluff: Es bedeutet einen riesigen Kraftstofftank und zwei riesige SRBs. Kraftstoff, Größe, mechanische Komplexität (Haltbarkeit), Nutzlastanteil, Kilogramm pro Dollar. Das Anheben des riesigen Frachtraums, der großen Flügel, ihrer jeweiligen Hitzeschilde – das alles kostet ein Vermögen sowohl an Geld als auch an Treibstoff, beim Bau des Tanks, um diesen Treibstoff aufzunehmen, und beim Bau (und mehr Eigengewicht!) des Ganzen Halten Sie einen so massiven Panzer.
Nicht zu hart aufzusetzen kann ziemlich schwierig sein. Selbst wenn Sie Ihr Bestes versuchen, scheitert es manchmal.
Ich würde vermuten, dass der wichtigste Grund dafür, Raumfahrzeuge nicht wiederverwendbar zu machen, die Rate der technologischen Veralterung ist. Wenn Sie (zum Beispiel) eine Earth Obs-Mission wollen und sie 5 Jahre dauern soll, dann haben wir zu dem Zeitpunkt, zu dem sie zurückgegeben wird, bessere Kameras, bessere Computer, bessere Einstellungssysteme zum Zeigen usw.
@ThePlanMan: Der Weg dahin macht es modular genug, um inkrementelle Upgrades zu ermöglichen. Außerdem, schau dir Sojus an.
@SF Sojus ist eine Trägerrakete. Seine Anforderungen sind immer noch ziemlich festgelegt; Masse in die Umlaufbahn bringen. Raumfahrzeuge hingegen müssen immer komplexere Aufgaben erledigen. Modularität ist nur dann sinnvoll, wenn nicht alle/die meisten Technologien veraltet sind – das ist sie mit ziemlicher Sicherheit. Es gibt eine große Sammlung von Arbeiten zur Wiederverwendung / Wiederverwendung von Raumfahrzeugen (während sie sich noch im Orbit befinden) - der Vorteil dahinter ist, dass Sie die Kosten für den Neustart bezahlen müssen.
@ThePlanMan: Ich meinte das Sojus-Raumschiff , nicht die Sojus-Rakete .

Antworten (4)

Das Schwierigste daran, ein Raumschiff wiederverwendbar zu machen, besteht darin, es billiger zu machen, es wiederzuverwenden, als es verbrennen zu lassen. Jedes zusätzliche Gramm Gewicht verteuert den Start, und ein wiederverwendbares Raumschiff wird erheblich schwerer sein als ein Einweg-Raumschiff.

Zusätzlich zu den Startkosten müssen Sie die Kosten für die Überholung und Neuzertifizierung eines Raumfahrzeugs berücksichtigen, nachdem es die Strapazen des Starts, der Raumfahrt, des Wiedereintritts und der Bergung durchlaufen hat. Sie können das Raumschiff nicht einfach nehmen, es abbürsten, wieder mit Hydrazin füllen und es wieder auf eine Rakete stecken, Sie müssen alle Systeme an Bord testen und reparieren. Das Shuttle-Programm hat gezeigt, dass diese Kosten jedes Mal höher sein können als der vollständige Austausch des Raumfahrzeugs.

Beachten Sie, dass die neueren Raumfahrzeugdesigns für wiederverwendbare Raumfahrzeuge gedacht sind, wobei die aus dem STS-Programm gewonnenen Erkenntnisse und neue Technologien und Materialien verwendet werden, um es kostengünstig zu machen.

Aber wie kommt die Masse der Rakete an sich in die Gleichung, wenn sie wiederverwendbar ist? Die Kraftstoffkosten liegen heute unter etwa 2 %. Falcon9 v1.1, die Version, die SpaceX tatsächlich zu landen versucht hat, ist 50 % schwerer als v1.0 auf der Startrampe. Was macht das, wenn seine Wiederverwendbarkeit gelingt? Masse zum Orbit ist etwas anderes als Masse zurück zur Erde. Die wiederverwendbare Masse ist im Vergleich zur Masse der verbrauchten Geräte nahezu irrelevant.
Das alles scheint ein widersprüchlicher @LocalFluff zu sein, ich habe Probleme beim Analysieren.
Nun, das Chartern eines ganzen wiederverwendbaren Jumbojets für eine Reise, selbst für einen einzelnen Passagier, ist billiger als der Kauf einer Cessna für den einmaligen Gebrauch. Es spielt keine Rolle, wie groß das Schiff ist, wenn es in den Hafen zurückkehrt. Ich verstehe nicht, wie wichtig die Masse für die Kosten von wiederverwendbaren Fahrzeugen ist.
Ein massiveres Raumschiff bedeutet eine größere Rakete oder weniger Nutzlast für die gleiche Umlaufbahn, also ist es ein Preis. Außerdem könnten Sie eine gebrauchte Cessna für viel weniger kaufen, als einen Jet zu chartern, glauben Sie mir, ich bin ein Pilot ;)
Es sind nur Kraftstoffkosten, wenn es wiederverwendbar ist. Die Aufarbeitungskosten sind kaum proportional zur Größe des Fahrzeugs. Ich sehe nicht, wie groß (Masse) ein Problem für wiederverwendbare Raumfahrzeuge ist. Der Bau eines wiederverwendbaren Raumfahrzeugs ist wie der Bau eines Hauses. Große Häuser sind nicht weniger rentabel als kleine Häuser.
Nur wenn die Rakete wiederverwendbar ist, geht es um die Herstellung eines wiederverwendbaren Raumfahrzeugs.
Stündliche Kosten für die Anmietung eines Boeing 747 Jumbo Jet - 19794 $ bit.ly/1Qm8D3N . Preisspanne einer Cessna 150 - $ 15000 - 50000 bit.ly/1Qm8JIF . Es hängt wirklich davon ab, wie lange Sie fliegen möchten und wie gut Sie Ihren Preis aushandeln können
@CyanAngel Kann ich eine betriebsbereite Cessna für 50.000 $ KAUFEN? Oh, dann könnte die Wiederverwendbarkeit für das Flugzeuggeschäft Geschichte sein! Einfach mit dem Fallschirm abspringen und das Flugzeug abstürzen und brennen lassen, den Ärger am Flughafen überspringen :-)
@LocalFluff oder 15.000, wenn du wirklich sparen willst :P
@LocalFluff: Skaleneffekte. Sie könnten ein Leben lang Cessnas kaufen, um mit dem Fallschirm abzuspringen und sie nach jedem Flug zu entsorgen, für die Kosten eines JumboJets und des Flughafens, um es zu unterstützen. Stellen Sie sich nun vor, Ihr Jumbo Jet kann nur vier Passagiere und vielleicht 2 Tonnen Nutzlast aufnehmen. Mit den Wegwerf-Cessnas wärst du noch besser dran.
@GdD Du liegst falsch. Wiederverwendbare Raketen sind von Natur aus viel billiger, einfach weil sie mehrfach verwendet werden können. 75 % der Kosten der Rakete entfallen auf die Booster, die Treibstoffkosten machen weniger als 1 % der Gesamtkosten aus. Es spielt keine Rolle, wie viel schwerer Ihre Rakete sein wird, wenn Sie den Booster wiederverwenden können (auch nach Wartung und Test), wird es sich immer noch lohnen.
Die Frage bezieht sich nicht auf wiederverwendbare Raketen @ventsyv, sondern auf das Raumschiff auf der Rakete. Ich habe keine Aussage über wiederverwendbare Raketen gemacht.

Die Wiederherstellung des physischen Materials ist einfach genug, aber es wieder zum Fliegen zu bringen, ist schwieriger.

Der Preis für den Ausfall eines Raumfahrzeugs ist spektakulär. Dies gilt in doppelter Hinsicht für bemannte Missionen. Die geforderte Zuverlässigkeit der Teile skaliert in Naturalien. Es ist viel einfacher, hochzuverlässige Teile zu entwickeln, die einmal funktionieren, als Teile herzustellen, die immer wieder die gleiche Zuverlässigkeit erreichen. Es gibt viele unelastische Verformungen und irreversible Veränderungen, die in der Hardware im Flug auftreten, besonders wenn Sie mit Ideen wie einer Fallschirm-unterstützten Landung spielen! Der Aufbau, um diese elastisch und umkehrbar zu machen, erhöht das Gewicht und erhöht die Kosten. Außerdem muss man sie so bauen, dass sie nachprüfbar sind, was nicht immer einfach ist.

Im Allgemeinen führen anspruchsvolle Gewichts- oder Formanforderungen zu hochgradig kundenspezifischen Lösungen. Ein näheres Beispiel ist der Handymarkt. Früher waren Batterien austauschbar, wenn also eine aufgebraucht war (durch zu viele Starts ... ich meine Telefonanrufe), konnte man sie austauschen. Heutzutage, da die Telefone dünner und die Batterieanforderungen höher geworden sind, sehen Sie Batterien, die in das Gehäuse geklebt sind. Das ist für das Geschäft mit Ersatzakkus miserabel, aber es schneidet den Bruchteil eines Millimeters von den Abmessungen des Telefons ab!

Jetzt ist ein Mobiltelefon ein Massengerät. Erweitern Sie diesen Effekt entsprechend für ein Fahrzeug, das mit einem kleinen Markt in den Weltraum rasen muss.

Ich vermute, es ist hauptsächlich ein Problem von Gewicht und Luftwiderstand. Wenn Sie alle 3 Module einer Sojus landen wollten, hätten Sie das 3-fache Gewicht des Abstiegsmoduls, aber die Hitzeschildfläche bliebe gleich. Der ballistische Koeffizient würde also sinken und Ihre Geschwindigkeit beim Wiedereintritt wäre höher. Dies bedeutet, dass Sie einen schwereren Hitzeschild benötigen.
Sie benötigen auch größere Fallschirme, um die erhöhte Masse zu landen. Die Extramasse an Fallschirmen und Hitzeschild muss gestartet werden etc. und man hat eine Gewichtsspirale an den Händen.

In diesem speziellen Fall stellte ich mir vor, dass sich Sojus vor dem Wiedereintritt immer noch in drei Teile aufspaltete; Unbemannte Module können viel höherer Beschleunigung, Hitze und Stößen standhalten als menschliche Körper, sodass weniger "gründliche" Überlebensfunktionen erforderlich wären. Das Wiedereintrittsmodul würde genauso wieder eintreten, wie es normalerweise tut. Die anderen beiden Module hätten keine Ersatzfallschirme, keine Landemaschinen, möglicherweise kleinere Fallschirme, weniger gründliche Hitzeabschirmung. Sie könnten sogar einige "Knautschzonen" haben, die beim Aufprall zerstört werden, aber die teuersten und komplexesten Systeme - Elektronik, Motoren - wären wiederherstellbar,
Das verdoppelt, wenn nicht verdreifacht das Massenbudget für Wiedereintrittssysteme immer noch mindestens. Die Sojus-Wiedereintrittskapsel ist der kleinste Teil des Schiffes, wiegt aber mehr als das Doppelte des Orbitalmoduls und etwa so viel wie das Service-/Antriebsmodul. Die Gesamtmasse des Sojus-Raumfahrzeugs beträgt etwa 7 Tonnen; Sie würden weitere anderthalb Tonnen oder so hinzufügen.

Es gab heute früher eine ähnliche Frage in Bezug auf Raketen. Grundsätzlich ist bei Weltraumsystemen Risikoaversion eine sehr große Sache, daher gibt es eine Tendenz, Systeme wiederzuverwenden, die sich als funktionierend erwiesen haben, also gibt es Wiederverwendbarkeit in diesem Sinne.

Der eigentliche Grund ist jedoch, dass es für Unternehmen keinen Anreiz gibt, solche Systeme zu entwickeln. Das sind staatlich finanzierte Verträge, sie sind in der Regel kostenpflichtig (Kosten plus garantierter Gewinn), sodass Sie am Ende maßgeschneiderte Einzelfahrzeuge erhalten.

Das Space Shuttle war wiederverwendbar, aber nur nach einem umfassenden Umbau nach jedem Flug.

Was ist das Schwierigste daran, Raumfahrzeuge (meistens) wiederverwendbar zu machen?
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