Warum beschleunigt der SpaceX-Booster der ersten Stufe nach der Trennung nicht nur zurück?

SpaceX Falcon 9-Startprofil

Steckst du mit dem Hoch- und Zurückschieben nach der Trennung nicht nur mehr Energie hinein, die du später mit zusätzlicher Verzögerung kontern musst?

Warum nicht einfach zurückbeschleunigen, was weniger Energie verbraucht und Kraftstoff spart?

Oder übersehe ich etwas, das nur ein Raketenwissenschaftler wissen würde?

Die Grafik zeigt definitiv ein nach oben gerichtetes Brennen (ich habe einige ältere Animationen gesehen, die zeigen, dass die Stufen eher horizontal brennen, aber vielleicht sind diese veraltet.) Ich denke, sie brauchen etwas mehr vertikale Geschwindigkeit, um sich aus der Atmosphäre herauszuhalten - aber das hängt stark von der genauen Geschwindigkeit, Steigrate und Entfernung ab, die sie zurücklegen müssen ...

Antworten (2)

Diese Grafik wurde für einen der ersten Landeversuche erstellt und zeigt ein ungewöhnliches Szenario: eine Landung auf dem Drohnenschiff, bei der das Schiff viel näher an der Küste positioniert ist als bei späteren Missionen.

Bei einer normalen Landung eines Drohnenschiffs macht die Bühne zwei Verbrennungen: Wiedereintritt und Landung. Seine Flugbahn ist ungefähr eine Parabel und weist diese zusätzliche Spitze nicht auf.

Für diesen Versuch machten sie 3 Verbrennungen: Boostback, Wiedereintritt und Landung. Die Boostback-Verbrennung muss die gesamte Vorwärtsgeschwindigkeit töten und dann die Rakete auf einer parabolischen Flugbahn zum Landeplatz beschleunigen. Sie taten dies, um die Boostback-Verbrennung zu testen, ohne dass die Etappe auf Cape Canaveral landete (was für die frühen Landungsversuche als zu riskant angesehen wurde).

Während des Starts wird die Rakete durch die gesamte Flugbahn angetrieben. Bei der Bühnentrennung bewegt sich die Bühne mit 5000 km/h.
Für den Rückflug zum Landeplatz ist die Flugbahn eine nicht angetriebene ballistische Flugbahn. Der Boostback-Burn muss genügend Energie liefern, um die Bühne bis zum Landeplatz zurück zu „werfen“. Dazu gibt es 2 Möglichkeiten:

  1. Beschleunige die Etappe auf 5000 km/h. Das kostet viel Energie.
  2. Beschleunigen Sie die Stufe auf eine niedrigere Geschwindigkeit und liefern Sie etwas Energie, indem Sie sie auf eine höhere Höhe beschleunigen. Die Breite einer ballistischen Flugbahn wird durch die Geschwindigkeit der Rakete und ihre Höhe bestimmt. Das kostet weniger Energie.

Die Grafik ist auch für Landungen in Cape Canaveral verwendbar.

Sicherlich spielt die Breite der Parabel keine Rolle. Könnten sie nicht einfach die Landeplattform bewegen und senkrechter fallen?
Ich habe meine Antwort überarbeitet. Sie könnten vertikaler fallen, das ist das Profil, das sie in späteren Missionen verwendet haben. Dieses Profil ist jedoch nicht nützlich, um die Boostback-Verbrennung zu testen.
Es scheint, dass das hier zu findende Diagramm: spacex.com/sites/spacex/files/16892430560_f87dff78c0_o_1.jpg eine genauere Darstellung des üblichen Szenarios ist, zumindest bis sie glücklich sind, an Land zu landen.
Ich glaube nicht, dass wir Grund zu der Annahme haben, dass sie überhaupt gestiegen sind. Bei der Inszenierung hat die Rakete bereits eine beträchtliche Dynamik, einschließlich einer starken Aufwärtskomponente. Wenn Sie nur auf die horizontale Komponente der Flugbahn des Boosters rückläufig stoßen, werden die Ergebnisse sichtbar (Schleifen nach oben und herum).
Sie gewinnen nichts, indem Sie auf eine höhere Höhe beschleunigen, anstatt horizontal auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen. Das Boosten auf eine höhere Höhe ist einfach das Hinzufügen von potenzieller Gravitationsenergie zur Rakete (m * g * h), was nicht billiger ist als das Hinzufügen von kinetischer Energie (1/2 * m * v ^ 2), die aus der horizontalen Beschleunigung stammen würde. Wenn sie tatsächlich auf eine höhere Höhe aufsteigen und nicht horizontal auf eine höhere Geschwindigkeit hinausragen, vermute ich, dass dies die Raketenstufe auf einen besseren Kurs in Richtung Landeplatz / Schiff bringt.

Die Grafik macht es nicht sehr deutlich, aber im Moment der Trennung hat die Rakete immer noch vertikale Geschwindigkeit .

Es wird also nur nach hinten und nicht nach oben verstärkt, um die horizontale Geschwindigkeit aufzuheben. Aber die Rakete wird trotzdem nach oben steigen, bis sie ihre vertikale Geschwindigkeit aufhebt, bevor sie nach unten geht.

Dann ist das eine extrem schlechte Grafik.
Wenn das der Fall ist: Dann ist der Text "drückt den Booster nach oben und hinten" tatsächlich völlig ungenau. Es ist wahrscheinlich nur eine schlechte Paraphrasierung von jemandem, der keinen technischen Input hat, aber wirklich jemand, der technisch versiert ist, hätte die Grafik überprüfen sollen, bevor sie verteilt wurde. Schlampig.
PS. Wenn Sie Recht haben, dann ist es nicht nur das Kleingedruckte (das bei bestimmten Auflösungen zugegebenermaßen schwer zu lesen ist) – die obere Grafik der Rakete ist deutlich sichtbar und hätte eine rote Fahne sein müssen, die dazu führt, dass diese zur Bearbeitung zurückgeschickt wird. Ich würde gerne glauben, dass Sie Recht haben, @radex, aber ich würde es vorziehen, von jemandem bei SpaceX zu hören, bevor ich hier ein Häkchen mache.
In der Tat könnte ich mich darin irren, ich werde meinen Beitrag löschen, wenn dies bestätigt wird. Hobbes Erklärung ist für diesen Fall sinnvoll, obwohl es im allgemeinen Fall keinen Sinn machen würde, nach oben zu beschleunigen (und dennoch aufgrund seiner vertikalen Geschwindigkeit nach oben geht).
Das würde viel mehr Sinn machen. Horizontales Boosten ist notwendig, um zum Landepunkt zurückzukehren. Aber das Aufladen ist verschwenderisch, weil Sie die Höhe nicht brauchen (Sie haben viel davon zu töten) und weil Sie Kraftstoff verschwenden müssen, nur um diese zusätzliche potenzielle Gravitationsenergie abzutöten, wenn sie in kinetische Energie umgewandelt wird. Scheint viel billiger und einfacher zu sein, einfach horizontal rückwärts zu boosten.
Warum beschleunigt der SpaceX-Booster der ersten Stufe nach der Trennung nicht nur zurück?
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