War diese Machbarkeitsstudie für das Space Shuttle von 1969 zu optimistisch?

Warum sollte ich auf dem NASA Tech Reports Server nach etwas anderem suchen , ich fand diese interessante Studie vom Oktober 1969 über die erwartete Turnaround-Zeit eines damaligen Space Shuttles.

  • Die Studie wurde von der Convair-Abteilung von General Dynamics durchgeführt.
  • "Convair hielt es für ratsam, die breite Betriebserfahrung einer großen Fluggesellschaft auf die Bodenumkehroperationen für das Space Shuttle anzuwenden." Pan American Airways wurde konsultiert und als Quelle angegeben.

    Das wiederverwendbare Raumfahrzeug genießt im neuen Weltraumzeitalter eine einzigartige Stellung. Es ist sowohl ein Flugzeug als auch eine vertikale Trägerrakete. Aufgrund seines Flugzeugmodus stellt es ein vollständig wiederverwendbares Fahrzeug dar, und für jedes Jahr ist eine relativ große Anzahl von Starts und Bergungen geplant. Daher wird angenommen, dass für die Funktionen und Aufgaben, die während der Bodenzeit zwischen Missionen durchgeführt werden sollen, eine "Fluglinien"-Umkehrphilosophie übernommen werden muss . Obwohl der Aspekt der vertikalen Trägerrakete dem Flugbetrieb fremd erscheinen mag, ist dies nicht der Fall, da viele der Subsysteme ziemlich ähnlich wie ein Flugzeug funktionieren und die gleiche Art von Komponenten wie ein Flugzeug enthalten. [P. 2-1]

  • Die Wartungszeiten basierten auf dem von Pan Am geflogenen Jet Boeing 707. [P. 2-2]

  • Fünf Orbiter, von denen einer ständig in Bereitschaft ist. [P. 2-4]
  • Autonomer Checkout aller Primärsysteme. [P. 2-4]
  • Die Inspektion der Triebwerke des Raumfahrzeugs dauert nur 4,3 Stunden. [P. 2-14] Vergleichen Sie mit 2,3 Stunden, um das Kabineninnere zu reinigen und zu desodorieren. [P. 2-15]
  • Wärmeschutz ist strahlend; keine Ablation. [P. 2-4]
  • Teile des Wärmeschutzsystems halten 10 bis 50 Einsätze (je nach Position der Teile), bevor sie ausgetauscht oder überholt werden. [P. 2-8]
  • Anscheinend ist es eine große Sache, Ihr Raumflugzeug zu schmieren. Mehrere Seiten beschreiben den Vorgang. Dafür werden 16,8 Wartungsstunden benötigt.
  • Das Fahrzeug wird mit einem "Wirbelkran" aufgerichtet. [P. 3-18]
  • Die geschätzte Bearbeitungszeit von der Landung bis zum Start beträgt 146,4 Stunden. Mit zwei 40-Stunden-Schichten pro Woche kann es in 9,15 Arbeitstagen umgedreht werden. [P. 2-23]
  • Es werden nur 270 Servicekräfte pro Fahrzeug benötigt. [P. 2-28]
  • „Durch frühzeitiges und kontinuierliches Augenmerk auf die Wartbarkeit beim Fahrzeug- und Subsystemdesign ist ein zweiwöchiger Turnaround-Zyklus für das wiederverwendbare Raumfahrzeug durchaus machbar.“ [P. ix]
  • 100 Starts pro Jahr [S. 2-4]. Mit Anlagenverbesserungen bis zu 150 pro Jahr [S. 3-25]

Wäre eine zweiwöchige Bearbeitungszeit und 100 Starts pro Jahr mit der Apollo-Ära-Technologie machbar? Da die in der Studie vorgeschlagene Technologie nie entwickelt wurde und nie geflogen ist, sind Argumente auf der Grundlage der Erfahrungen mit anderen Systemen (z. B. Apollo oder dem späteren STS-Shuttle) in Ordnung.

(Ich dachte, das würde einige Leute zum Lachen bringen. Aber es ist eine beantwortbare Frage.)

Angesichts der durch zusätzliche Anforderungen und Budgetkürzungen veränderten Konstruktion stimmt das gebaute Fahrzeug nicht wirklich mit dem der Studie überein, so dass es schwierig ist, Rückschlüsse zu ziehen.
Können Sie „zu optimistisch“ definieren? Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Frage jetzt zu interpretieren. Wie JCRM andeutet, hätte STS nie annähernd eine zweiwöchige Bearbeitungszeit erreichen können, aber einige hypothetische „wiederverwendbare Post-Apollo-Raumschiffe“ könnten dies möglicherweise getan haben.

Antworten (1)

Ich würde schätzen, dass eine Bearbeitungszeit von zwei Wochen und 100 Produkteinführungen pro Jahr nicht machbar gewesen wären – aber mit genügend Budget ist fast alles möglich.

Ich sehe einige große Probleme, die durch Ihre Aufzählungspunkte aufgeworfen wurden, die im Nachhinein klar sind, aber 1969 wahrscheinlich nicht offensichtlich waren.

Die Inspektion der Triebwerke des Raumfahrzeugs dauert nur 4,3 Stunden.

Die Haupttriebwerke der Raumfähre erwiesen sich als äußerst komplexe und empfindliche Maschinen. Anstatt einer schnellen Inspektion unterzogen zu werden, wurden sie nach jedem Flug entfernt, detailliert inspiziert und überholt. 1969 war der vergleichbarste Motor der J-2, der bei den Saturn-Boostern verwendet wurde, der aufgrund eines niedrigeren Kammerdrucks einen um etwa 8% schlechteren spezifischen Impuls lieferte, aber fast das gleiche Schub-Gewichts-Verhältnis wie der SSME erzeugte. Im Gegensatz zur SSME hätte die J-2 wahrscheinlich ohne größeren Service hintereinander Missionen fliegen können. Aus der Space-Shuttle-Entscheidung :

Der J-2 war sogar noch besser [als der F-1], mit einem Testmotor, der 103 Starts und 6,5 Stunden ohne Überholung lief.

„Wir haben nie einen Motor vom Typ J-2 abgenutzt“, erinnert sich Paul Castenholz von Rocketdyne, der die Entwicklung leitete. „Wir konnten es wiederholt laufen lassen; es gab keine Erosion der Kammer, keine Schäden an den Turbinenschaufeln. Wenn Sie sich eine J-2 nach einem heißen Brennen ansahen, würden Sie keinen Unterschied zu vor diesem Brennen feststellen. Die Injektoren sahen immer aus neu; es gab keine Erosion oder Korrosion an den Einspritzdüsen. Wir hatten umfangreiche Tests an einzelnen Motoren", die ihre Zuverlässigkeit bewiesen.

6,5 Stunden sind etwa 45 STS-Aufstiege, sodass ein wiederverwendbares Raumschiff mit solchen Triebwerken sicherlich mehrere aufeinanderfolgende Missionen ohne Überholung hätte fliegen können.

Wärmeschutz ist strahlend; keine Ablation. Teile des Wärmeschutzsystems halten 10 bis 50 Einsätze (je nach Position der Teile), bevor sie ausgetauscht oder überholt werden.

Der ablative Wärmeschutz hatte sich zu diesem Zeitpunkt bewährt, war jedoch für eine wiederverwendbare Trägerrakete nicht akzeptabel. Die Wahl des Flugzeugzellenmaterials und der thermischen Lösung wurde während der frühen Entwicklung des Shuttles eine ganze Weile heiß (sorry) diskutiert. Die Space-Shuttle-Entscheidunghat auch hier einiges zu sagen. Ich glaube nicht, dass es hier sehr gute Möglichkeiten für den Wärmeschutz gab. Die Silica-Fliesen des Shuttles waren leicht und effektiv, erforderten jedoch zwischen den Flügen einen enormen Wartungsaufwand. Die Beschränkung solcher Kacheln auf die kritischsten Bereiche und die Verwendung von Hochtemperaturlegierungen über den meisten Raumfahrzeugen hätte die Entwicklungs- und Baukosten (weshalb diese Strategie nicht für das Shuttle angewendet wurde) sowie das Gewicht erhöht, aber den Preis reduziert -Flugkosten und Bearbeitungszeit. Während einzelne Kacheln auf dem Shuttle für 10 oder mehr Missionen halten konnten, musste jede der Tausenden von Kacheln einzeln und mit hohem Kostenaufwand überprüft werden.

100 Starts pro Jahr

Ich sehe nicht, wie das in der Praxis möglich ist.

Jede Shuttle-Mission erforderte buchstäblich jahrelanges Training zumindest eines Teils der Besatzung. (Nutzlastspezialisten, die keine Berufsastronauten waren, sondern an einer bestimmten Mission beteiligt waren, um etwas mit einer bestimmten Nutzlast zu tun, wurden nur monatelang trainiert, waren aber eine kleine Minderheit der Shuttle-Besatzungsmitglieder.) Mit einer erhöhten Startkadenz, vermutlich dieses Training komprimiert werden würde. Wenn ein Kommandant oder Pilot mehr als zweimal im Jahr flog, wäre seine Ausbildung in missionsunabhängigen Aspekten im Wesentlichen ständig auf dem neuesten Stand, aber er müsste sich immer noch in missionsspezifischen Aspekten schulen. Das Training für Weltraummissionen ist harte, stressige Arbeit und fordert einen Tribut von Astronautenfamilien; nur sehr wenige Astronauten sind mehr als 3 oder 4 Missionen geflogen.

Wenn Sie davon ausgehen, dass der Trainingszyklus auf 2 Monate reduziert werden kann (ich höre Organic Marble von hier schnauben), dann bedeuten 100 Flüge pro Jahr 16 gleichzeitige Trainingsprogramme. Das sind 16 erstklassige Crews, 16 Backup-Crews, 16 Support-Crews, die gleichzeitig hochintensives Training absolvieren. Sie müssten Simulatoren duplizieren, Sie müssten alle Einrichtungen duplizieren, die das Training unterstützen, und die Mitarbeiterzahl, um diese Einrichtungen zu unterstützen. Geht man von einer typischen Missionsdauer von 2 Wochen aus, müsste man mindestens 4 Missionen gleichzeitig steuern können. (Obwohl Sie bei dieser Startkadenz wahrscheinlich kürzere Missionen fliegen, zumal Sie einen viel kleineren und billigeren Orbiter als STS benötigen würden.) Sie bräuchten viel mehr Astronauten, und sie würden stattdessen in 2 Jahren ausbrennen von 5-10 Jahren. Sie werden eine Menge Leute einstellen, und das bedeutet, dass sie nicht alle die Besten der Besten sein werden. Wenn Sie in der Lage sein wollen, mit einem Abrutschen eines Starts fertig zu werden, ohne alle anderen mitzuschieben, brauchen Sie noch mehr Parallelität.

STS hatte eine Sicherheitsbilanz von 98,5 % – 2 Raumfahrzeuge und Besatzungen gingen bei 135 Flügen verloren. Mit dieser Kadenz haben Sie das Glück, nur einen pro Jahr zu verlieren.

Beachten Sie, dass alle Schritte, die Sie unternehmen können, um die Trittfrequenz zu erhöhen – weniger effizienter Motor, mehr Kühlkörper und weniger Fliesen, Vereinfachung und Verkürzung jeder Mission – auf eine deutlich geringere Gesamtnutzlastmasse sowie ein Nutzlastmassenverhältnis als beim STS hindeuten . Ein relativ einfacher und vernünftiger Schritt, um dies zu versuchen, und ich wünschte, das echte Space-Shuttle-Programm hätte dies getan, wäre die Herstellung von zwei Versionen des Orbiters: eine unbemannte, um für reine Satelliteneinsatzarbeiten verwendet zu werden, eine bemannte für Missionen das brauchte wirklich eine Crew. Darin liegt eine interessante alternative Geschichte.

Danke für den Link zu The Space Shuttle Decision! Ich füge das meiner Leseliste hinzu.
Inspiriert von dieser Frage habe ich space.stackexchange.com/questions/37192/… gefragt .
Als Reaktion auf das Zeitproblem der Besatzungstrainings war das Shuttle-Missionstraining lang und hart, da für fast jeden Flug neue Hardware, Verfahren und Flugregeln verwendet wurden. Mit einer viel höheren Startkadenz würden die Missionen standardisiert (Satelliteneinsatz, Satellitenerfassung, Stationsnachschub, Erdbeobachtungswissenschaft usw.). Diese Standardisierung würde es den Besatzungen ermöglichen, sich auf einen bestimmten Missionstyp zu spezialisieren und einen Trainingsplan zu haben, der dem eines Militärpiloten viel näher kommt als dem der heutigen Astronauten.
Was die Trainingszeiten betrifft, wenn Sie wissen, dass ein weiterer Start in ein paar Tagen erfolgen könnte, sind Sie wahrscheinlich nicht so verkrampft, wenn es darum geht, einen oder zwei Fehler zu machen, also könnten Sie wahrscheinlich einige der strengeren Trainingsanforderungen lockern?
Ein oder zwei Fehler zu machen, birgt immer noch das Risiko, eine Multi-Millionen-Dollar-Nutzlast zu verlieren oder eine Besatzung zu töten (einschließlich Sie selbst). CourageousPotato hat Recht damit, dass Missionsstandardisierung helfen könnte, den Trainingsplan zu verdichten, aber ich denke nicht, dass eine entspanntere Einstellung zum Training eine gute Idee wäre.
Ich bin mir nicht sicher, wie ich diese Frage verpasst habe! Einige meiner Kollegen und ich hatten einen Plan entwickelt, um die erforderliche Ausbildung stark zu reduzieren, indem wir die Besatzungen als Einheit und viel häufiger umflogen. Dies hätte auch die Anzahl der benötigten Astronauten stark reduziert. Leider ist dies das letzte, was die NASA gewollt hätte, da Astronauten = öffentliches Gesicht der bemannten Raumfahrt und es ist hochpolitisch. Gute Antwort!
Um die 100-Flugkadenz zu erreichen, wäre STS für alle Starts verwendet worden, so dass die Mehrheit die korrekte Umlaufbahn erreicht, den Satelliten freigesetzt und zur Basis zurückgekehrt wäre. Es würde fast keine Crew brauchen.
@Russell Borogove, ich frage mich, wie Crew-Management und Betriebstempo mit der ewigen Science-Fiction-Fantasie des 500.000-Dollar-Trucker-Fackelschiffs mit 50 Tonnen Trockenmasse kollidieren würden. Es scheint, als ob die Leute, die viel trainiert werden, irgendwann die Nutzlastspezialisten sind, nicht die Piloten.
Erhöhtes Tempo + viel Flughistorie + mehr Automatisierung könnten sicherlich dazu führen, dass viel weniger Training erforderlich ist. Ein wesentlicher Teil des Trainings diente der Vorbereitung auf unwahrscheinliche Eventualitäten, und Backup-Systeme tragen zur Komplexität des Raumfahrzeugs bei. Wenn an einem Lkw etwas kaputt geht, kann der Trucker von der Straße abfahren und Hilfe rufen...
IOW war diese Prognose ungefähr so ​​realistisch wie die, die vorschlug, dass der kalifornische Hochgeschwindigkeitszug 100.000 Menschen bedienen und sich selbst tragen würde. Und aus dem gleichen Grund: Ein Vertriebsjob, um das Projekt in Gang zu bringen.