Warum sollte SpaceX keine Fallschirme für den endgültigen Abstieg der ersten Stufe verwenden?

Es gibt viele Schlüsselpunkte dafür, wahrscheinlich reicht keiner allein aus, um den Fallschirmansatz aufzugeben (außer Wirtschaftlichkeit, die für sich genommen gut genug sind), aber zusammen ergeben sie ein überzeugendes Argument dagegen;

• Abstiegskontrolle: Wie bereits erwähnt, besteht bei der Verwendung eines Fallschirmsystems eine erhebliche Führungsunsicherheit. Ein Teil davon kommt vom Wetter in der unteren Atmosphäre und ein Teil von der Geometrie der Booster-Stufe und wo die Kräfte während des Abstiegs darauf einwirken. Wetterunsicherheiten bedeuten, dass Sie eine breite und lange Best-Effort-Landeellipse haben, auf der die Stufe abgerufen werden könnte, und bei etwas ungünstigem Wetter werden Ihre Startmöglichkeiten weiter eingeschränkt. Dies könnte für die bemannten Raumfahrtbemühungen der NASA entschuldbar sein (ich persönlich teile diese Meinung nicht, STS könnte aufgrund all der ihm auferlegten Sicherheitsbeschränkungen kaum starten, und solche Parameter scheinen die Russen nicht so sehr vom Start abzuhalten). . Das andere Problem ist, dass Sie es können.

• Strukturelle Stabilität : Die Geometrie der Bühne, ein langer Zylinder mit niedrigem Schwerpunkt und nahe an den Motoren mit nur einem bestimmten Prozentsatz an verbleibenden Treibmitteln, bedeutet, dass Fallschirme während des Abstiegs Kraft auf die Bühne am gegenüberliegenden Ende ausüben Rate wird reduziert. Das ist nicht optimal. Das Auslösen von Fallschirmen ist auch im Hinblick auf die erreichbaren maximalen G-Kräfte selbst während des stufenweisen Fallschirmeinsatzes ziemlich heftig. Dies könnte erhebliche seitliche Kräfte in die Bühne einbringen, wenn die Fallschirme eingesetzt werden, während die Längsachse der Bühne nicht mit ihrem Geschwindigkeitsvektor ausgerichtet ist. Raketenstufen sind nicht so konstruiert, dass sie viel seitlicher Kraft standhalten, damit sie leicht bleiben können, und die meisten Kräfte, die mit ihrem Start und während der Bereitstellung verbunden sind, wirken entlang ihrer Längsachse, nicht seitlich.

• Systemkomplexität und -zuverlässigkeit : Das Hinzufügen eines zusätzlichen, komplexen Systems aus Pilot-, Drogue- und Hauptrutschen erhöht die Gesamtkomplexität des bereits komplexen Systems und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass etwas schief geht. Die Zuverlässigkeit von Fallschirm-Abstiegssystemen und ihr endgültiges Design und Reffprofil ist ebenfalls schwer festzustellen, ohne zuerst einen großen Teil der Flughardware zu opfern. Dies ist ein eher zaghafter Prozess mit vielen Unsicherheiten, und es sei denn, Sie haben langjährige Tests und Entwicklungen hinter sich (wie zum Beispiel Orion der NASA, das fast 60 Jahre lang im Apollo-Programm vertreten ist) und können Ihr Fahrzeug so konstruieren, dass es strukturellen Belastungen standhält , ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass Sie es für ein völlig anderes System richtig machen, bevor Ihr Budget aufgebraucht ist.

• Gewicht (argumentativ): Abhängig von Fallschirmen würde nicht viel Gewicht sparen, wenn überhaupt. Es ist ein komplexes System mit vielen Komponenten, darunter (aber nicht beschränkt auf) eine Fallschirmverkleidung, die ihn während des Aufstiegs, der Etappe und des Hyperschallteils des Abstiegs schützen würde, Verkabelung für Piloten-, Schurken- und Hauptschirme und ein System zum Schneiden der Leinen bei Bedarf. Vordächer selbst und viele zusätzliche Sensoren und Aktoren, die dazu benötigt werden. Die Stufe würde auch strukturelle Verstärkungen erfordern, um Fallschirmbefestigungspunkte bereitzustellen und Kräften standzuhalten, die sie in das Abstiegsprofil einbringen würden. Die Verwendung von Fallschirmen beseitigt auch nicht die De-Orbit-, De-Spin- / Stage-Rotation und die abschließenden Landungsdämpfungs-Retrofires. Ein solches System könnte auch zusätzliche aufblasbare Airbags erfordern, um die mit der Landung verbundenen Kräfte abzufedern.

• Fertigungsvolumen: SpaceX ist bestrebt, den Preis für den Start ins All zu senken, wo immer dies möglich ist. Die Serialisierung von Fertigungsprozessen bei gleichzeitiger Flexibilität und einfacher Implementierung zukünftiger Verbesserungen (häufig durch die Einführung innovativer Fertigungstechniken wie der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck), ist der Schlüssel, um die nicht-betrieblichen Kosten niedrig zu halten. Während sie ihren Kunden also eine Option anbieten – fliegen Sie mit entbehrlicher, leistungsfähigerer Hardware und zahlen Sie mehr, oder fliegen Sie mit wiederverwendbarer, etwas weniger leistungsfähiger Hardware und zahlen Sie weniger – tun sie dies, oder besser gesagt, sie werden mit genau den gleichen Teilen auskommen wie soweit es um die Fertigung geht. Es gibt nur geringfügige Unterschiede zwischen F9E und F9R, von denen die meisten modular sind, wie z. B. das Hinzufügen der Gitterflossen und Landebeine zu ansonsten derselben oder fast derselben Stufe. Die Verwendung von Fallschirmen auf F9R und keine Fallschirme auf F9E würde einer solchen Doktrin widersprechen und zwei verschiedene Stufen erfordern, eine verstärkte, um Fallschirme zu unterstützen, und eine entbehrliche, leichtere Version, die dies nicht erfordern würde. Sie hätten also zwei Fertigungslinien statt einer. Nicht wirtschaftlich.

Und es gibt einige andere, feinere Punkte, die ich weglassen werde, um die Länge dieser Antwort gering zu halten. Aber ich glaube, wir sind uns einig, dass es die bessere Option war, sich für ein System zu entscheiden, das bereits ein wesentlicher Bestandteil der Bühne ist.

Es gibt aber auch eine andere Betrachtungsweise. Wiederverwendbare Hardware hat eine inhärente Eigenschaft, dass sie wertlos ist, wenn nicht nachgewiesen wird, dass sie noch funktioniert. Wenn Sie also beispielsweise aufgrund eines Ausfalls des Abstiegstriebwerks bei der Wiederherstellung der Etappe scheitern und nicht genügend Zeit bleibt, um dies mit den anderen der neun Merlin 1D-Triebwerke zu kompensieren, weil sie ebenfalls nicht rechtzeitig gefeuert haben, dann ist der größte Teil des Werts von Ihre Hardware, die Sie wiederherstellen wollten, ist ohnehin nahezu wertlos. Wie genau SpaceX wiederverwendbare Hardware verwerfen wird, wenn sie getestet wurde, um nicht mehr für die Wiederverwendung geeignet zu sein, ist immer noch ein Rätsel, aber das Scheitern der Wiederherstellung der Stufe wäre offensichtlich eine der Möglichkeiten, dies zu tun.

Weitere Informationen finden Sie auch in einer verwandten Frage . Was war die ursprüngliche Vision von SpaceX für die Wiederverwendbarkeit von Boostern? und ich würde auch Coming Home: Reentry and Recovery from Space (kostenloser Download im EPUB-/MOBI-/PDF-Format über die NASA-E-Books-Seite) als allgemeines Nachschlagewerk empfehlen.

Denn die erste Stufe der F9-Rakete hat bereits neun Raketentriebwerke.

Warum wird ein Hubschrauber nicht mit Fallschirmen gelandet? Weil es einen Motor und rotierende Flügel hat. Mit ihnen kann es starten, fliegen und landen. Dasselbe gilt für Raketentriebwerke.

Die erste Stufe der Falcon 9 verwendet 3 Triebwerkszündungen auf ihrer Landebahn:

1. Boostback, um seine Vorwärtsgeschwindigkeit zu beenden und in die allgemeine Richtung des Landeplatzes zurückzukehren. Dadurch wird die Etappe von 5000 km/h auf 0 abgebremst, plus etwas Rücklaufgeschwindigkeit.

2. Wiedereintritt, um seine Geschwindigkeit beim Eintritt in die Atmosphäre zu verringern. Startet bei 45 km oben, die Etappe ist zu Beginn dieses Brennens Überschall.

3. Landung, um die Bühne zum Landeplatz zu steuern und ihre verbleibende Geschwindigkeit zu beenden. Hinweis: Wenn der Motor in diesem Stadium ausfällt, wird die Rakete aufgrund der aktuellen Flugbahn in den Ozean stürzen. Also, über wie viel verbleibende Geschwindigkeit sprechen wir?

Laut der Telefonkonferenz nach der Landung kamen die Überschallknalle ungefähr zur gleichen Zeit an einem Punkt an, der 4 Meilen vom Landeplatz entfernt war, als die Rakete landete. Wenn man ein paar Abkürzungen nimmt, bedeutet dies, dass die Booms 20 Sekunden vor der Landung entstanden sind oder weit in den Landebrand hinein (der 30 Sekunden vor der Landung begann ). Der Landebrand beginnt also bei einer Geschwindigkeit von 400-500 m/s.

Wenn Sie jetzt nur den Landebrand durch einen Fallschirm ersetzen möchten, müssen Sie etwas gegen diese Anfangsgeschwindigkeit unternehmen. Fallschirme, die mit Überschallgeschwindigkeit arbeiten, sind selten: Die einzigen, die ich kenne, wurden für den Mars gebaut, nicht für die Erde. Sie müssen also den Wiedereintrittsbrand verlängern, um die Stufe auf etwa 150 m / s zu verlangsamen.

Außerdem bräuchte man fast den größten Fallschirm, der jemals gebaut wurde , um die 23-Tonnen-Bühne abzubremsen. Dieser Fallschirm wiegt etwa 1 Tonne.

Anstelle eines Raketenabschusses mit einem Delta-V von 500 m/s erhalten Sie einen Raketenabschuss mit einem Delta-V von 350 m/s (1) plus einen Einsatz des größten jemals hergestellten Fallschirms plus einen weiteren Raketenabschuss die Landung abfedern. Dies scheint eine Menge Komplikationen für wenig Nutzen hinzuzufügen, insbesondere wenn Sie die Tatsache hinzufügen, dass Sie auch diesen Fallschirm steuern müssen, da Ihr vorhandener Steuermechanismus (Raketendüse plus Gitterflossen) nicht mehr funktioniert, wenn Sie sich unter einem befinden Fallschirm.
Sie haben auch weitere Fehlerquellen in das System eingefügt.

Schließlich verursachen Fallschirme eine Menge Arbeit bei der Instandsetzung der Rakete: Sie müssen inspiziert, sorgfältig verpackt usw. werden. Und sie machen die Landung komplizierter: Angenommen, die Rakete landet auf einem Lastkahn im Ozean. Die Rakete steht aufrecht, aber die Fallschirme schweben ins Wasser, wo sie sich schnell füllen und beginnen, die Spitze der Rakete seitwärts zu ziehen, sodass sie umzukippen droht. Sie müssten eine schnelle und idiotensichere Möglichkeit haben, den Fallschirm von der Rakete zu trennen, ohne ihn auf den Grund des Ozeans sinken zu lassen. Denken Sie daran, dass der Lastkahn während der Landung unbemannt ist, sodass dies automatisch erfolgen müsste.

1: Angenommen, die Raketengeschwindigkeit am Ende des Wiedereintritts beträgt 500 m/s

Fallschirmabstiege können nicht genau geführt werden, wenn Sie die Fallschirme in großer Höhe platzen lassen, würde die Bühne meilenweit vom Landeplatz weggetragen werden und die Bühne hätte nicht genug Resttreibstoff für so viel seitliche Bewegung.

Ich dachte, ich hätte Musk sagen hören, dass eine Raketenlandung einen anderen sehr guten Grund hat, zusätzlich zu den bereits aufgeführten:

Übung/Entwicklung für die Landung großer Masse auf Mond, Mars, Asteroiden usw.

Keine Atmosphäre (oder wenig) bedeutet, dass Fallschirme einfach keine Option sind, insbesondere wenn die gelieferte Masse steigt. Und die Masse wird mit allem, was über die derzeitige Menge von „Sensordrohnen“ hinausgeht, stark steigen.

Wenn ich es nicht gehört habe, schätze ich immer noch, dass es wahrscheinlich wahr ist. Ein Anbieter mit einer bewährten Raketenlandelösung sitzt auf dem Logenplatz für die nächste Generation von Raumfracht. Als ob Musk das nicht wüsste...

EDIT: Anders gesagt, dies ist ein Fall von "Design-Wiederverwendbarkeit". Lassen Sie dieses Design auf der Erde gut funktionieren, und es kann mit relativ geringfügigen Anpassungen (meistens maßstabsgetreu) zu anderen außerirdischen Zielen gebracht werden. - Gering im Vergleich zu einer vollständigen Änderung des Landeparadigmas.

Wenn Sie einen Drogue-Fallschirm verwenden, der groß genug ist, um das Fahrzeug zu verlangsamen, aber klein genug, um keine Drift zu verursachen, können Sie diesen vor der Landung mit Booster-Power abwerfen.

Niemand hat die Gewalt einer heißen Rakete erwähnt, die in einem seltsamen Winkel auf Wasser trifft. Raketen sind empfindlich. Wasser ist schwer. Die Kraft, mit der es durch Spalten spritzt, würde wahrscheinlich Drähte und Schläuche abreißen. Es besteht die Gefahr von Kurzschlüssen. Es würde Dampf aus den Düsen blasen. Es ist salzig, es ist schmutzig. Es würde jeden Teil der Rakete durchdringen, der nicht versiegelt war. Es würde in den Brennraum gelangen. Was wäre, wenn Sie Ihr Auto aus etwa 15 Fuß ins Meer fallen lassen würden? Ich denke, es müsste mehr repariert werden, als es nur abzutrocknen.

Zuverlässige Fallschirmsysteme für die Bergung von Raumfahrzeugen existieren und werden seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt, daher sind alle Kommentare "Fallschirmsysteme sind zu komplex und unzuverlässig" nicht sehr sinnvoll. Es würde es schwieriger machen, mit Fallschirmen auf einer Plattform zu landen, aber warum sollten Sie das tun? Ein Raumfahrzeug, das innerhalb eines Bereichs von 100 Quadratmeilen des Ozeans gelandet ist und schwimmt, kann leicht mit GPS-Transpondern ausgestattet und von einem Schiff geortet werden, das zum Abrufen der Booster ausgerüstet ist. Das Apollo-Raumschiff landete ständig innerhalb weniger Meilen von ihren Bergungsschiffen, also ist es sehr gut erreichbar. Die Kommentare über die Notwendigkeit einer Retro-Verbrennung, um das Fahrzeug vor dem Einsatz des Fallschirms zu verlangsamen, werden ebenfalls nicht verfolgt. Es gibt viele Möglichkeiten, ein Raumschiff, das wieder in die Atmosphäre eintritt, zu verlangsamen, ohne dass eine Unterbrechung der Verbrennung erforderlich ist. Der atmosphärische Widerstand ist frei und mehr als ausreichend, um ein solches Fahrzeug auf eine sichere Fallschirmauslösegeschwindigkeit zu verlangsamen, wenn das Fahrzeug richtig konstruiert ist (auch hier ist die dafür erforderliche Technologie gut entwickelt und zuverlässig). Fallschirmunterstützte, auf dem Ozean gelandete SRBs für das Space Shuttle wurden im Laufe des Programms mehrere Male erfolgreich wiederverwendet. Es wurde getan. Es klappt. Der Grund, warum Spacex seine Booster auf automatisierten schwimmenden Plattformen landet, ist, dass Elon Musk es cool findet. Das ist es. Der Grund, warum Spacex seine Booster auf automatisierten schwimmenden Plattformen landet, ist, dass Elon Musk es cool findet. Das ist es. Der Grund, warum Spacex seine Booster auf automatisierten schwimmenden Plattformen landet, ist, dass Elon Musk es cool findet. Das ist es.