Welche Schwierigkeiten werden bei der Modifikation der Falcon 9 FT auftreten, um bessere und einfachere Landungen der 1. Stufe einer GTO-Mission zu erzielen?

Welche Schwierigkeiten werden bei Modifikationen für die Falcon 9 FT-Rakete auftreten, um auf diese Weise glattere, bessere und einfachere Landungen der ersten Stufe einer GTO-Mission zu ermöglichen?

Zum Beispiel die Höhe oder den Durchmesser der Rakete ein wenig vergrößern, um etwas mehr Treibstoff zu haben, um 5 Sekunden länger oder sogar weniger als 5 Sekunden zu verbrennen, nur um eine bessere Chance auf erfolgreiche Landungen zu geben. Natürlich so modifizieren, dass der Luftdruck noch ok ist. Eine andere Option könnte eine bessere Motorleistung sein, also wie stark sollte die Leistung gesteigert werden, zum Beispiel der Schub, da der spezifische Impuls normalerweise schwer zu steigern ist. Dies könnte das Gewicht der Motoren erhöhen, aber das Motorgewicht ist im Vergleich zum gesamten Gewicht der betankten Rakete zu gering. So erhöhen Sie den Schub der Raketentriebwerke in dieser Masse, dass die neue Leistung der Rakete beim letzten Brennen vor der Landung 5 weitere Sekunden Schub gibt (5 Sekunden werden nur als Referenz genommen). Eine andere Option könnte ein Brennen mit 4 oder 5 Triebwerken sein, das kürzer ist als das Brennen mit 3 Triebwerken vor dem endgültigen Brennen mit 1 Triebwerk in der Mitte von Octaweb. Vielleicht wäre dies keine gute Wahl, aber ich nehme nur an, dass es eine Option sein könnte, die auf die gleiche Weise besser sein könnte, wie SpaceX für die GTO-Mission von einer Verbrennung mit einem Motor auf eine Verbrennung mit drei Motoren umgestellt hat. Welche Schwierigkeiten werden für diese Optionen, die ich als Beispiele genommen habe, oder sogar für andere Optionen, die als mögliche Varianten gelten könnten, auftreten? Diese Modifikationen oder Tests werden mit Kosten verbunden sein und die Kosten von Falcon 9 FT wahrscheinlich etwas erhöhen, aber die SpaceX-Preise sind immer noch die niedrigsten auf dem Markt und werden niedriger sein, wenn eine erste Stufe viel häufiger erfolgreich landet und leichter in Richtung Perfektion geht 100 % erfolgreiche Landungen. Vielleicht wäre dies keine gute Wahl, aber ich nehme nur an, dass es eine Option sein könnte, die auf die gleiche Weise besser sein könnte, wie SpaceX für die GTO-Mission von einer Verbrennung mit einem Motor auf eine Verbrennung mit drei Motoren umgestellt hat. Welche Schwierigkeiten werden für diese Optionen, die ich als Beispiele genommen habe, oder sogar für andere Optionen, die als mögliche Varianten gelten könnten, auftreten? Diese Modifikationen oder Tests werden mit Kosten verbunden sein und die Kosten von Falcon 9 FT wahrscheinlich etwas erhöhen, aber die SpaceX-Preise sind immer noch die niedrigsten auf dem Markt und werden niedriger sein, wenn eine erste Stufe viel häufiger erfolgreich landet und leichter in Richtung Perfektion geht 100 % erfolgreiche Landungen. Vielleicht wäre dies keine gute Wahl, aber ich nehme nur an, dass es eine Option sein könnte, die auf die gleiche Weise besser sein könnte, wie SpaceX für die GTO-Mission von einer Verbrennung mit einem Motor auf eine Verbrennung mit drei Motoren umgestellt hat. Welche Schwierigkeiten werden für diese Optionen, die ich als Beispiele genommen habe, oder sogar für andere Optionen, die als mögliche Varianten gelten könnten, auftreten? Diese Modifikationen oder Tests werden mit Kosten verbunden sein und die Kosten von Falcon 9 FT wahrscheinlich etwas erhöhen, aber die SpaceX-Preise sind immer noch die niedrigsten auf dem Markt und werden niedriger sein, wenn eine erste Stufe viel häufiger erfolgreich landet und leichter in Richtung Perfektion geht 100 % erfolgreiche Landungen. Welche Schwierigkeiten werden für diese Optionen, die ich als Beispiele genommen habe, oder sogar für andere Optionen, die als mögliche Varianten gelten könnten, auftreten? Diese Modifikationen oder Tests werden mit Kosten verbunden sein und die Kosten von Falcon 9 FT wahrscheinlich etwas erhöhen, aber die SpaceX-Preise sind immer noch die niedrigsten auf dem Markt und werden niedriger sein, wenn eine erste Stufe viel häufiger erfolgreich landet und leichter in Richtung Perfektion geht 100 % erfolgreiche Landungen. Welche Schwierigkeiten werden für diese Optionen, die ich als Beispiele genommen habe, oder sogar für andere Optionen, die als mögliche Varianten gelten könnten, auftreten? Diese Modifikationen oder Tests werden mit Kosten verbunden sein und die Kosten von Falcon 9 FT wahrscheinlich etwas erhöhen, aber die SpaceX-Preise sind immer noch die niedrigsten auf dem Markt und werden niedriger sein, wenn eine erste Stufe viel häufiger erfolgreich landet und leichter in Richtung Perfektion geht 100 % erfolgreiche Landungen.

All diese Beschreibung war als Idee oder mögliche Vorschläge gedacht.

Also, in einer einfachen Frage, was wären die Herausforderungen für das SpaceX-Team, um irgendwelche Modifikationen vorzunehmen, die mehr Sekunden geben, um die Motoren länger zu verbrennen und die Landung in der ersten Stufe einfacher und sicherer zu machen?

Antworten (3)

Wenn Sie darüber nachdenken, wenn es einfach wäre, würde SpaceX es tun. Immerhin ist eine gebrauchte erste Stufe potenziell 40 Millionen Dollar wert, also keine Kleinigkeit, um sich zu erholen oder eine Stufe zu verlieren.

Eine bessere Motorleistung würde helfen, aber natürlich wurde der Merlin-Motor während seiner gesamten Lebensdauer ständig verbessert.

Der Merlin 1A wurde auf dem Falcon 1 verwendet. Dieser wurde auf den letzten beiden Falcon 1-Flügen mit besserer Leistung zum Merlin 1B aufgerüstet. Der Merlin 1C startete die ersten fünf Falcon 9-Flüge, dann ging es weiter zum Merlin 1D für die restlichen Flüge mit Falcon 9 v1.1 und Full Thrust. Ohne den Namen zu ändern, haben sie den Merlin 1D von 85 % auf volle Schubkraft aufgerüstet, und es wird gemunkelt, dass noch eine weitere Schubsteigerung bevorsteht. Sie tun dies also im Grunde bereits in der realen Welt und haben dies die ganze Zeit getan.

In Bezug auf den Kraftstoff haben sie bereits die erste und zweite Stufe Falcon 1.0 auf 1.1 gestreckt. Dann streckten sie die zweite Stufe ein gutes Stück und die erste Stufe ein wenig in F9 Full Thrust (da SpaceX sich weigert, es 1.2 zu nennen). Darüber hinaus unterkühlen sie den Kraftstoff und das Oxidationsmittel, um die Dichte zu erhöhen und mehr in dieselben Tanks zu stopfen. Sie können den Umfang der Bühne nicht vergrößern, da sie befahrbar sein muss, und sie sind durch die Standardbrückenhöhen begrenzt. (Muss Hawthorne, CA -> McGregor, TX -> CCAFS, FL und möglicherweise in Zukunft Boca Chica, TX fahren).

Sie sind beim Dehnen der Länge der ersten Stufe viel stärker eingeschränkt, da sie sich den Biegegrenzen nähern. Wenn es zu lang ist, können Sie das Rohr verbiegen (schon mal mit einer Papierhandtuchrolle gemacht?), wenn es im Flug und unter Belastung ist.

Das einzige, was sie wirklich tun könnten, um zu helfen, ist ein Upgrade auf einen besseren Motor in der zweiten Stufe. Die Aufgabe der ersten Stufe besteht darin, die zweite Stufe hoch genug und schnell genug zu bringen, damit die zweite Stufe die Nutzlast dorthin bringen kann, wo sie hin muss.

Daher eine bessere zweite Stufe, vielleicht mit einem Raptor, der einen besseren Isp (Leistungsmaß) hat, da der Merlin 1D-Vac ein guter Motor ist, aber kein großartiger Leistungsträger der oberen Stufe. Aber das ist alles andere als ein billiger/einfacher Wechsel. Nicht nur von einem neuen Bühnendesign-Problem, sondern auch von einer Umstellung auf flüssiges Methan als Brennstoff, was neue Sachen am Startplatz, am TEL usw. bedeutet.

Eines der schönen Dinge an dem Ansatz von SpaceX ist, dass jeder jetzt für einen entbehrlichen Start bezahlt. Also verkaufen sie die erste Stufe zu einem Preis, von dem sie leben können. Dann erhalten sie ein kostenloses Experiment in Originalgröße, bei dem sie die Ideenvarianten ihrer Ingenieure ausprobieren können.

Wir haben dies gesehen, als sie von einem einmotorigen Landebrand zu einem drei-eins-Motorbrand und dann zu einem 1-3-1-Landebrand-Ansatz wechselten. Sie untersuchen die Ränder und sehen, was sie tun können, um herauszufinden, wo die Ränder sind, und wie nahe sie ihnen kommen können.

Zu diesem Zeitpunkt im Jahr haben sie möglicherweise noch 8 bis 13 Starts im Jahr 2016 übrig, von denen jeder versuchen wird, die Bühne zurückzugewinnen. Musk hat gesagt, er erwartet nur eine Wiederherstellungsrate von 70 %, wenn sie versuchen, diese Vorteile in ihrem Testprogramm zu finden. Dass sie 4 Erfolge hatten, war erstaunlich. Perfektion ist in Kürze, aber zuerst brauchen sie einige Experimente, um dorthin zu gelangen.

Darüber hinaus nähern sie sich den Grenzen dessen, was Sie über das US Interstate System bewegen können.
Ich habe mich nur für den Teil mit zunehmendem Durchmesser gewundert. Größer zu werden, könnte Probleme mit dem aerodynamischen Druck verursachen, aber größer werdender Durchmesser, sogar ein paar Zentimeter oder ein halber Meter, würde die Leistung erheblich steigern. Der Atlas V Booster 3,81 m, der Delta IV Booster 5 m oder der Shuttle-Kraftstofftank, alle werden auf dem Seeweg transportiert. Vielleicht könnte SpaceX das Gleiche tun. Ich weiß nicht, wie teuer der Landtransport ist. Egal wie viel es sein könnte, es wird die Kosten ein wenig erhöhen, aber sie werden trotzdem viel gewinnen, wenn sie erfolgreiche Landungen haben.
@MarkBoghdani Bedenken Sie - eine Bühne wird in der Nähe von LA in Hawthorne, CA, hergestellt. Es fährt dann per LKW zum Testen nach McGregor, TX. Es muss möglicherweise zum Werk zurückkehren, wenn Probleme gefunden werden. Ansonsten geht es per LKW nach Cape Canaveral, FL. Während LA und FL Häfen haben, wäre eine Durchquerung des Panamakanals erforderlich, und McGregor liegt nicht an einem Hafen. Sie bräuchten also ein neues Testgelände. Außerdem würden sie bei der Geschwindigkeit, mit der sie bauen, testen und starten, eine Flotte von Lastkähnen benötigen, um sie alle zu transportieren, viel langsamer als Lastwagen über längere Strecken.
Ja, durch den Panamakanal wurde auch der Shuttle-Kraftstofftank transportiert, aber ich sehe, dass dieser Testteil ein Problem darstellt. Auch bei der derzeitigen Geschwindigkeit, mit der sie bauen, verzögern sie einige Missionen. Der Transport auf dem Seeweg würde zu mehr Verzögerungen und längerer Zeit führen. Ich sehe also, dass am Meer vorerst keine Option ist.
Shuttle-ETs sind durch den Panamakanal gefahren? Ich dachte, sie gingen nur von Alabama nach Florida.
Ok, ich denke, einer hat es zumindest getan.
Ich glaube nicht, dass sie die 1. Stufe des Falcon gedehnt haben, als sie auf die FT-Variante umgerüstet haben. Sie haben das Verhältnis der Tankgrößen zwischen LOX und JP1 angepasst, weil sie die Dichte des JP1 nicht so stark kühlen und erhöhen konnten, ohne dass es anfing, viskoser zu werden. Auf der 2. Etappe haben sie nur den JP1-Tank und die Gesamtlänge verlängert, um dies zu berücksichtigen, aber auf der 1. Etappe war dies keine Option.

Wie geoffc in seiner Antwort erklärt hat, arbeitet SpaceX an neuen Modifikationen oder Lösungen, indem es die Grenzen dessen findet, was getan werden kann.

Theoretisch könnte eine weitere mögliche Option für GTO-Missionslandungen darin bestehen, den Feststoffraketen-Booster einzubeziehen und Falcon 9 FT überhaupt nicht zu modifizieren. Die Verwendung von zwei kleinen Feststoffraketen-Boostern nur in GTO-Missionen würde die Leistung von Falcon 9 FT verbessern und es ermöglichen, in der ersten Stufe mehr Treibstoff zu sparen, was die Chancen für erfolgreiche Landungen erheblich erhöht. Es wird die Kosten erhöhen, aber die Bereitstellung erfolgreicher Landungen und Wiederverwendbarkeit würde den Preis stark senken und die Kunden werden immer noch zufrieden sein. Zum Beispiel könnten zwei kleine solide Booster derselben Kategorie mit GEM-40, GEM-46 ( einer für 2,5 Millionen US -Dollar ) von Delta II für ähnliche Missionen wie die bisher durchgeführten eingesetzt werden. Für größere Nutzlasten würden solide Booster so stark wie GEM-60 von Delta IV oder AJ-60A helfenvon Atlas V. Daher sollte in Zukunft für einige Arten von Missionen, die Falcon 9 FT nicht durchführen konnte, nicht unbedingt Falcon Heavy (ihre schwerste Version) verwendet werden, sondern eine kleinere Version als diese und weniger kostspielig.

Ihr Merlin 1D FT ist ein großartiger Motor und sie haben großartige Arbeit geleistet. Das Projektieren und Produzieren eines soliden Boosters wäre für SpaceX nicht schwierig, da sie weitaus weniger kompliziert und billiger sind. Außerdem könnten sie sie sogar wiederverwendbar machen, da sie es mit Nutzlastverkleidungen versuchen, warum sie dies nicht sogar mit ihren festen Boostern tun können, wodurch die Kosten für ihre Verwendung gesenkt werden. Selbst wenn sie sie nicht wiederverwenden, ist der Preis noch in Ordnung. Bis sie ihren soliden Booster produzieren, müssen sie bei Aerojet Rocketdyne oder Orbital ATK kaufen. Es sieht schwierig aus, da diese Unternehmen Rivalen von SpaceX sind. Und SpaceX hat Ambitionen gezeigt, die alles auf originelle Weise selbst machen wollen. Aber könnte eine Option sein, indem man denkt, dass sie die Wiederverwendbarkeit aller ihrer ersten Stufen Wirklichkeit werden lassen würden.

Natürlich wird SpaceX vielleicht keine soliden Booster benötigen, sie werden nur Modifikationen, Verbesserungen oder Änderungsverfahren vornehmen, die sie für die erste Stufe von Falcon 9 FT befolgen. Sie haben mit ihren Landungen einen großen Erfolg erzielt und werden in ein paar Monaten wahrscheinlich eine 100% ige Erfolgsquote in Perfektion haben. Aber wenn man sich an die SES-9 GTO-Mission erinnert, die bisher die schwerste Nutzlast hatte, könnte SpaceX Missionen mit etwas schwereren oder viel schwereren Nutzlasten haben. Es würde einen Falcon Heavy brauchen, aber warum sollte man ihn verwenden, wenn ein kleinerer als er und mit mehr Fähigkeiten als Falcon 9 FT, eine Mittelklasse, diese Mission erfüllen könnte.

Ich betrachte diese als Option, weil sie ähnlich wie die Raketen der Delta IV-Familie funktionieren, oder als Projekt der Atlas V-Familie, wo sogar eine schwere HLV-Version mit drei RD-180-Raketenantriebsboostern geplant war. Auf diese Weise werden sie die Schwierigkeiten in GTO-Missionen lösen, ohne zu zwingen, alles in ihrer Rakete an die Grenzen zu bringen, und auch ihre Kunden müssen nicht mehr Geld für eine schwerere Rakete (Falcon Heavy) bezahlen, wenn eine andere Version kleiner und billiger könnte mach es.

Der wichtigste Grund ist es, in irgendeiner Art von Missionen keine solide Booster-Konfiguration als Ersatz für Falcon Heavy zu verwenden. Das Wichtigste ist, die 1. Stufe von einer GTO-Mission sicher zurückzubringen. Sie versuchen dies mit dem aktuellen Falcon 9 FT und erwarten im nächsten Jahr einen 100%igen Erfolg. Aber wenn sie weiterhin mit Problemen konfrontiert sind und es nicht zu 100% Erfolg schaffen, könnte der Kauf kleiner solider Booster (oder die Herstellung hängt davon ab, welche Option für sie besser ist) ihre Falcon 9 FT 1. Stufe retten. Der Gesamteinführungspreis einer wiederverwendeten Falcon 9 FT beträgt rund 43 Millionen . Einschließlich der soliden Booster werden die Kosten für eine neue GTO-Mission immer noch niedriger sein als der aktuelle Preis von 62 Millionen, also keine Probleme für die Kunden, sie werden trotzdem zufrieden sein. SpaceX wird einige Kosten haben, um den soliden Booster mit Falcon 9 FT anzupassen und Änderungen an der Startrampe vorzunehmen, aber es stehen noch zu viele GTO-Missionen bevor. Auf diese Weise werden diese Kosten kein Problem für ein Unternehmen wie SpaceX sein, es wird viel mehr Geld in den kommenden GTO-Missionen gewinnen. Was für sie wertvoll ist, ist, dass sie aus Tests und sanften Landungen von GTO-Missionen lernen konnten, bei denen wir hohe Geschwindigkeiten haben. Diese schwierigen Landungen würden ihnen mit nützlichen Daten für Marslandungen helfen, die ebenfalls schwierig sind und die auch ihr Ziel sind. So könnten sie die Möglichkeit haben, die erste Stufe von GTO-Missionen (die viele Missionen sind) zu studieren, indem sie sie wiederverwendbar machen. Bei 100 % Erfolg sinken die Kosten für die Wiederverwendbarkeit schneller, und auch am wichtigsten, nützliche Daten für schwierige Missionen auf dem Mars zu sammeln. SpaceX könnte weitere Upgrades in Falcon 9 FT vornehmen und im nächsten Jahr oder früher einen 100-prozentigen Erfolg ermöglichen. Wenn nicht, könnte dies vielleicht eine Option sein.

SpaceX mag keine soliden Booster, daher wäre dies ein unwahrscheinlicher Weg. Feststoffe sind auch schwerer zurückzugewinnen, daher ist die Wiederverwendung teurer als die erste Stufe F9. Wenn sie mehr Delta-V benötigen, scheint es viel wahrscheinlicher, alle schwereren Nutzlasten auf Falcon Heavy umzustellen, als eine dritte Variante zwischen F9 und FH einzuführen.
Haben Sie eine Ahnung, wie hoch der Preis für einen wiederverwendeten Falcon Heavy sein könnte? Wenn nicht, dann können wir nicht so sicher sein, ob es mehr oder weniger teuer ist. Vielleicht könnte es ihre Politik nicht nutzen, aber manchmal geht es nicht darum, was Sie wollen, sondern was Sie tun können und was im Moment erfolgreich oder rentabel sein könnte . Bis heute beträgt der Preis eines wiederverwendeten Falcon 9 42,8 Millionen US-Dollar. Ich kann nicht für andere Feststoffe sprechen, aber in der Antwort auf diese Frage: space.stackexchange.com/questions/13388/… ist jeweils 2,5 Millionen, und ich betrachte, dass GEM-60 (bessere Leistung) nicht weit von diesem Preis entfernt ist.
Für den Fall, dass die Verwendung eines wiederverwendbaren festen Boosters höhere Kosten für die Aufarbeitung hat als eine einfache einmalige Verwendung, dann lassen Sie einen kostengünstigen festen Booster für den einmaligen Gebrauch verwenden. Wenn sie solide Booster von Orbital ATK kaufen, belaufen sich die Gesamtkosten bei diesen Preisen auf 47,8 Millionen Dollar. Denken Sie daran, dass sie kaufen, wenn sie selbst produzieren, werden die Gesamtkosten sogar noch niedriger sein. Ich nehme an, dass, wenn sie fortgeschrittene, leistungsfähigere Booster bauen, die Kosten jeweils 5 Millionen betragen könnten, also insgesamt 52,8 Millionen. SpaceX beziffert den Preis von Falcon Heavy auf 90 Millionen Dollar (bis zu 8 t Nutzlast GTO).
Ich bin mir nicht sicher, ob ein wiederverwendeter Falcon Heavy weniger als 47,8 Millionen Dollar oder als 52,8 Millionen Dollar kosten wird, die ich angenommen hatte.
47 Millionen kostet eine neue Stufe. Eine wiederverwendete Stufe wäre viel billiger, im Grunde versuchen sie, die Wiederverwendungskosten auf die Kosten des Kraftstoffs zu senken. Denken Sie auch daran, dass sie diese Etappen unter anderem landen, um etwas über das Landen, Auftanken und Abheben vom Mars zu lernen, wo Sie flüssige Treibstoffe herstellen können, aber Feststoffe wären schwierig herzustellen.
42,8 Millionen sind die Gesamtkosten pro Flug für eine Falcon 9, die einen gebrauchten Booster der ersten Stufe hat. Hier der Link: spaceflightnow.com/2016/03/31/… . Natürlich wird die Verwendung von solidem Booster sie nicht davon abhalten, die 1. Stufe zu landen, um dies zu erreichen, schlage ich vor. Sie haben bewiesen, wie man landet, sie lernen, wo die Grenzen liegen, weil diese Rakete mit diesen Triebwerken sie kennen muss. Auf dem Mars werden sie keine Technologie des aktuellen Boosters verwenden, sie werden Methan/LOX-Motoren verwenden, die eine größere Leistung haben.
Ich sage, solide Booster würden ihnen die Möglichkeit geben, mehr Treibstoff zur Verfügung zu haben, um selbst bei Wiedereintritten mit hoher Geschwindigkeit eine weiche Landung durchzuführen. Da das aktuelle Falcon 9-Design diese Fähigkeiten in verfügbarer und verbrauchter Kraftstoffmasse hat. Mit Methanmotoren ist eine andere Geschichte, die einen besseren Isp haben. So können sie lernen, wie man bei hohen Geschwindigkeiten weich landet.
Wichtig ist, dass sie nicht all diese Arbeit zerstören konnten, weil sie nicht genug Treibstoff hat. Bei Mars-Missionen riskieren sie nicht, kleine Mengen Treibstoff für ihre Lander einzusetzen. Ich denke, sie werden sogar eine Reservekraftstoffmenge haben. Bevor sie den Raptor-Motor in Betrieb nehmen, könnten sie auf diese Weise üben
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Eine Sache, an der SpaceX arbeitet, die ich hier noch nicht erwähnt habe, sind die Landestreben. Nach ihrem letzten gescheiterten Versuch einer Lastkahnlandung gab es einige Kommentare darüber, dass bereits neue Landestreben in Arbeit seien, die den Aufprall der härteren Landung überstehen würden und auch früher ausfahrbar wären, um mehr Luftwiderstand für eine passive Geschwindigkeitsreduzierung bereitzustellen .

Welche Schwierigkeiten werden bei der Modifikation der Falcon 9 FT auftreten, um bessere und einfachere Landungen der 1. Stufe einer GTO-Mission zu erzielen?
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