Können fünf Nachfüllungen der BFR-Zweitstufe sinnvoll sein, um zum Mond zu gelangen? Zum Mars? Alle fünf im Erdorbit?

Schauen wir uns zunächst an, was das Delta V für eine voll beladene BFR-Oberstufe im Orbit ist. Angesichts der gezeigten Delta-V-Tabellen und unter der Annahme von 150 Tonnen wird ein Delta-V von 6,2 km/s angezeigt. Es wird von 150 Tonnen ausgegangen, da dies die Masse ist, die LEO zur Verfügung gestellt hat. So wie ich es verstehe, stammen diese Zahlen von einem Tanker, der die Erde umkreist, sich der Nutzlast nähert und sie betankt.

Es scheint mir, dass die Mondmission zumindest einiges Nachfüllen in LEO und einiges in einer elliptischen Umlaufbahn beinhalten würde. Ich bin mir der Anzahl der Nachfüllungen nicht sicher, aber ich würde vermuten, dass mehr als der Standard (5?) Für eine Weltraummission erforderlich ist, sagen wir zum Mars. Das Delta V zur Landung auf dem Mond von LEO beträgt etwa 5,9 km/s. So könnte ein BFR von LEO zur Mondoberfläche gelangen, aber nicht ohne Auftanken zurückkehren. Ich kann das genaue Delta V nicht finden, das erforderlich ist, um von der Mondoberfläche zur Erde zu gelangen, aber es liegt bei etwa 2,74 km / s. Daher muss die elliptische Umlaufbahn etwa 2,5 km/s von Delta V verwenden und voll beladen sein, um ohne Auftanken zum Mond zu gelangen. Das ist durchaus möglich, aber es wird eine deutlich elliptische Umlaufbahn sein, etwas in der Größenordnung des GEO-Gürtels, soweit ich das beurteilen kann.

Ich nehme an, dass die Tanker das mondgebundene BFR in LEO betanken und dann die Rakete auffüllen werden, wenn sie sich in der richtigen Transferbahn befindet. So habe ich es zumindest verstanden. Ich vermute, dass es ungefähr so ​​viele Missionen dauern wird, um den BFR in der elliptischen Umlaufbahn zu betanken, wie es dauert, ihn in LEO zu betanken, obwohl es weniger Treibstoff pro Ladung geben wird, der Rest geht verloren, um der Umlaufbahn der Nutzlastrakete zu entsprechen.

Was den Mars betrifft, so beträgt das Delta V, das erforderlich ist, um zum Mars zu gelangen, etwa 4,3 km/s. Ich bin mir nicht sicher, was es braucht, um den BFR auf dem Mars zu landen, aber es scheint durchaus vernünftig, dass ein voll beladener BFR 150 Tonnen von LEO zum Mars bringen kann.

Natürlich ist alles über geplante SpaceX-Raumschiffkonfigurationen und -missionen noch vorläufig und kann sich ändern. Es gibt jedoch einige Punkte, die es wert sind, festgestellt zu werden:

• Trotz der Animation kann ein Tanker auf einer Betankungsmission nicht annähernd ein Raumschiff vollständig betanken. Das Raumschiff verbrennt etwa 1100 Tonnen Treibstoff, um 150 Tonnen Nutzlast (plus Schiff) in LEO zu transportieren.
• Entgegen der Intuition ist eine Mondoberflächenmission und -rückkehr in Bezug auf Delta-V tatsächlich schwieriger als eine Marsmission, da Sie nicht aerobraken können und (zumindest kurzfristig) nicht hoffen können, Methan / LOX-Treibstoff auf dem Mond herzustellen (nicht genügend Kohlenstoff oder Wasserstoff verfügbar). Es macht auch wenig Sinn, die ganze Rakete mit all dem Treibstoff, der für die Rückkehr zur Erde benötigt wird, auf dem Mond zu landen, anstatt das meiste davon im Orbit zu lassen.

Ich habe keine Zahlen für die neuen Designs, aber die grundlegenden Fähigkeiten des BFS sind auf Wikipedia beschrieben . Die Trockenmasse des BFS beträgt 85 Tonnen. Die Treibladungsmasse für eine volle Ladung beträgt 1100 Tonnen und die Nutzlast für LEO des BFR wird auf dieser Seite mit 100 Tonnen plus angegeben. Ich glaube, ich habe woanders 140 gehört, aber ich erinnere mich nicht wo und das könnte nur für die Tanker-Variante sein.

So können Sie Ihr BFS mit 100 Tonnen an Bord von allem, was Sie wollen, an LEO liefern. Das könnte ungenutzter Treibstoff sein (in diesem Fall könnten Sie die Tanker-Variante verwenden, die an sich etwas leichter ist (keine Lebenserhaltung, Fenster, ...) und daher mehr transportieren kann), aber es ist wahrscheinlicher, dass es sich um Ihre Missionsnutzlast handelt. Sie kommen also wahrscheinlich ohne Treibstoff in LEO an. Jeder Betankungsflug nach LEO befördert 100 bis 150 Tonnen Treibstoff, so dass Sie zwischen sieben und elf davon benötigen, um Ihre Tanks vollständig zu füllen.

Die Präsentation zeigt ein voll betanktes BFS (obwohl dies nicht klar ist, es könnte so betankt sein, wie es in 5 Flügen möglich ist) BFS mit einem Delta-V von zwischen etwa 6 und 9 km / s, je nach Nutzlast. Eine Mission zur Mondoberfläche und zur Rückfahrt beträgt etwa 9 km/s, eine Mission zur Marsoberfläche (wobei geplant ist, dort vor der Rückkehr aufzutanken) etwa 4,8 km/s (mehr, wenn Sie den Transfer verkürzen möchten). Das vollständige Auftanken in LEO reicht also aus, um Sie zum Mars zu bringen, aber nicht genug, um eine nützliche Nutzlast zum Mond und zurück zu bringen.

Um die Mondmission zu bewältigen, besteht das Konzept darin, ein paar Betankungstransfers in einer hohen elliptischen Erdumlaufbahn (GTO oder sogar etwas höher) hinzuzufügen. Dadurch wird pro Tankerstart weniger Kraftstoff geliefert (da auf dem Weg dorthin mehr davon verbrannt wird), aber das Delta-V vom letzten Auftanken bis zum Ende der Mission um etwa 2,5 km/s reduziert.