Was sind die Herausforderungen bei der Wiederherstellung der zweiten Stufe von Falcon 9 auf diese Weise?

Die zweite Stufe der Falcon 9 wird derzeit bei jedem Flug entsorgt. Ich weiß, dass es einige Konzepte von SpaceX gegeben hat, um es wiederverwendbar zu machen, aber offensichtlich haben sie dies noch nicht getan. Nach meinem Verständnis ergibt sich die Schwierigkeit, diese Stufe zurückzubringen, aus den viel höheren Wiedereintrittsgeschwindigkeiten und der höheren Nutzlaststrafe für das Hinzufügen von Gewicht (und das Einsparen von zusätzlichem Kraftstoff). Davon abgesehen habe ich versucht, eine Idee zu finden, wie dies geschehen könnte:

Konzeptskizze

Grundsätzlich würde die Stufe beim Wiedereintritt zuerst ihre normale De-Orbit-Verbrennung durchführen und den Motor ausrichten. Es würde entweder durch ein regenerativ gekühltes Stück oder einen herkömmlichen Hitzeschild geschützt. Es könnte dann eine Reihe von Verbrennungen durchführen und ähnlich wie die erste Stufe mit Gitterflossen und Landebeinen landen.

Ich wollte ein paar Dinge wissen.

  1. Plant SpaceX immer noch, seine zweite Stufe zu bergen?
  2. Und wenn ja, was wären die technischen Herausforderungen dabei?
Dies würde der zweiten Stufe, dem Hitzeschild, den Landebeinen und den Treibstoffen, die für die Reihe von Bergungszündungen benötigt werden, viel Masse hinzufügen. Sie brauchen auch etwas, um die zusätzlichen Verbrennungen zu starten. Die zusätzliche Masse würde die Nutzlastmasse verringern. Möglicherweise benötigen Sie eine negative Nutzlastmasse aus Unobtanium.
Sie haben die Frage nicht beantwortet, aber sie haben Falcon 9 an seine Leistungsgrenze gebracht, und jetzt hat sich ihr Fokus auf die Raumschiffentwicklung verlagert, die vollständig wiederverwendbar wäre. Es wird ihr Arbeitstier sein, wenn auch nicht in absehbarer Zeit. Die Wiederherstellung der zweiten Stufe ist nicht der Aufmerksamkeit wert, da dies bedeuten würde, die Nutzlastmasse für zusätzliche Hardware zu opfern, was für die Mitfahrgelegenheiten für Smallsats von entscheidender Bedeutung ist. Andere Unternehmen wie RocketLab sind da, um einen dedizierten Start für kleinere Nutzlasten bereitzustellen.
Selbst wenn sie die Gewichts- und Treibstoffprobleme "lösen", bedenken Sie, dass die 2. Stufe ihre Arbeit nicht erledigt hat, bis es ein ReallyLongWay(TM) vom Startplatz ist. Die erste Stufe ist relativ nah, sodass OfCourseIStillLoveYou an einer angemessenen Stelle platziert werden kann.
@Carl Witthoft, indem er einmal herumgeht, wäre er wieder in der Nähe des Startplatzes.
Was für schöne Illustrationen!
Ich möchte nur weiter kommentieren, dass die Falcon 9 manchmal eine Mondnutzlast (wie TESS und Beresheet) startet. Das ist also Orbitalgeschwindigkeit + deltaV, um in die entsprechende Flugbahn zu gelangen (ca. 3 km / s). Das ist eine Menge Geschwindigkeit zum Aufheben! Das sind auf jeden Fall sehr schöne Bilder! Ich wünschte, ich könnte so zeichnen.
Tolle Frage! Ich habe ein paar Worte angepasst, um zu vermeiden, nach meinungsbasierten Antworten zu fragen, da jemand aus diesem Grund für die Schließung gestimmt hat.
SpaceX hat Pläne zurückgestellt, die obere Stufe wiederverwendbar zu machen, um das große Ding zu entwickeln.
@lijat Die Erde dreht sich während der ~ 90 Minuten, die eine Umlaufbahn dauert. Wenn sie also nach einer Umrundung auf der Startbreite ankommt, befindet sie sich etwa 22 Grad W. des Startplatzes. 22 Grad W. von Cape Kennedy ist Ocampo, Mexiko.
Schöne Zeichnungen! Sie haben den Gimbal des Motors und die Schubvektorzylinder vergessen. Dies ist wichtig für die Gier- und Nicksteuerung. Sie würden auch die Kaltgas-Triebwerke für die Rollkontrolle benötigen, da ein einziger Kardanmotor dafür nicht ausreicht, und auch für die Lagekontrolle in der superdünnen Atmosphäre in den höheren Lagen, in denen die zweite Stufe arbeiten muss. Wahrscheinlich Sie würde wesentlich mehr Treibstoff und Lachs für die Abstiegs- und Landeverbrennungen benötigen. Eine Schlüsselfrage ist, wie würden Sie einen Teil der Düse abwerfen und welche Risiken würden dadurch entstehen?

Antworten (2)

Es ist wahrscheinlich viel zu schwer.

Im Gegensatz zur ersten Stufe muss die zweite Stufe bis auf LEO/GTO-Orbitalgeschwindigkeit beschleunigen. Das bedeutet, dass all das zusätzliche Zeug für den Wiedereintritt und die Landung zuerst in die Umlaufbahn gebracht und dann wieder deorbitiert werden muss. Alles Folgende wirkt sich somit direkt (Gramm für Gramm) auf die Nutzlastkapazität aus:

  • Wärmeschutz, der den Eintritt aus der Umlaufbahn ermöglichen kann. Dies muss wahrscheinlich ein ablativer Hitzeschild sein, Sie müssten viele Treibmittel für die Kühlung verschwenden. ("Regenerativ" funktioniert nur, wenn das Zeug sowieso vom Motor verbrannt wird.)
  • Deorbit- und Landetreibstoffe
  • Lageregelungssystem für Atmosphärenflug (Gitterflossen inkl. Hydraulik)
  • Landebeine

Die Nutzlast für LEO beträgt etwa 15 Tonnen , wenn sie nicht flugfähig ist. Es ist jedermanns Vermutung, wie schwer all die oben genannten Sachen sein würden, aber es ist offensichtlich, dass es einen erheblichen Bruchteil der Kapazität ausmachen wird. Die Wiederverwendung der zweiten Stufe würde nur dann Sinn machen, wenn wirklich leichte Satelliten zu LEO geflogen werden. Dieses Problem kann jedoch bereits durch Mitfahrgelegenheiten oder die Verwendung eines kleineren Launchers gelöst werden.

Schließlich, selbst wenn Sie es schaffen würden, dies für LEO-Starts zum Laufen zu bringen, wäre es unmöglich, es für GTO-Nutzlasten zu verwenden, bei denen die aktuelle Kapazität knapp über 5 Tonnen liegt (und GEO-Satelliten im Allgemeinen eher am schweren Ende sind). Sie müssten also je nach Zielumlaufbahn zwei sehr unterschiedliche Designs der zweiten Stufe haben, was wahrscheinlich alle Arten von Prozessen verteuern würde.

Ja, das macht Sinn. Ich habe die Masse dieser Systeme nicht vollständig geschätzt, aber ich würde mir vorstellen, dass sie mindestens ein paar Tonnen betragen (allein die Landebeine des Boosters sind zwei Tonnen). Ich habe irgendwo gelesen, dass sie durch das Einsparen der zweiten Stufe nur eine Kostenreduzierung von etwa 30% erzielen würden. Es würde also keinen Sinn machen, mehr als 30% der Nutzlast durch zusätzliches Gewicht zu beeinträchtigen. Das bedeutet, dass das System höchstens 4,5 Tonnen schwer sein müsste, um kosteneffektiv zu sein. Selbst wenn Sie es darunter bekommen, könnten die Ingenieurstunden dafür wahrscheinlich anderswo besser genutzt werden.
@BenWoodman Richtig, siehe auch den neuen letzten Absatz.

Ich vermute, dass sie nicht daran interessiert sind, die zweite Stufe von Falcon 9 wiederherzustellen, weil sie sich hauptsächlich auf Starship/Superheavy konzentrieren. Dort ist die zweite Stufe: Raumschiff, von Anfang an für die Wiedereintrittslandung und Wiederverwendung ausgelegt.

Damit soll dieser Kommentar keine Antwort sein. Gerne löschen, wenn jemand eine besser recherchierte Antwort findet.
Musk hat das tatsächlich gesagt. Sie haben die Wiederherstellung der zweiten Stufe nicht aus den Augen verloren, aber ihre Ressourcen sind im Moment besser für die Raumschiffentwicklung ausgegeben.
Was sind die Herausforderungen bei der Wiederherstellung der zweiten Stufe von Falcon 9 auf diese Weise?
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