In einem der letzten
Tweets war Ilona Mask buchstäblich die folgende:
SpaceX plant übrigens nicht mehr, die zweite Falcon-9-Stufe zu aktualisieren, um die Wiederverwendbarkeit sicherzustellen. Stattdessen beschleunigte die Entwicklung von BFR. Das neue Design ist beeindruckend! Er ist wirklich nicht intuitiv.
Leider gibt es noch keine technischen Details zu einem „radikal neuen Design“.
Seit 2016 ist dies die vierte BFR-Designrevision (ehemals ITS). Zuvor verringerten sich der Durchmesser der Rakete und die Parameter des Raptors im Jahr 2017 und entwickelten aerodynamische Ruder in der zweiten Stufe (auch bekannt als BFS) im Jahr 2018. Was kann sich jetzt ändern? Und sind diese Änderungen so eingängig? Ein Versuch, die erste Frage unter dem Schnitt zu beantworten, und die Antwort auf die zweite werden wir erst nach einer Weile herausfinden.
Moor hat seinen Job gemacht
Musk hat wiederholt gezeigt, dass jede, selbst die schönste Technologie für ihn nur ein Mittel zum Zweck ist (multiplanetare Menschheit oder Eroberung des amerikanischen Startmarktes - entscheiden Sie selbst). Faolcon-1 ging unter das Messer (angesichts des Booms der Nanosatelliten nicht so vielversprechend), Landung der Dragon-2-Rakete, Treibstofftransfer zu Falcon-Heavy, Rettung der zweiten Falcon-Stufe. Nun scheint es an der Zeit zu sein, auf die Rettungsmethode der ersten Stufe zurückzugreifen, die auf Falcon-9 erarbeitet wurde.
Genauer gesagt kann die tatsächliche Raketenlandung auf seinen Triebwerken durchaus bestehen bleiben. Aber das Bremsen vor dem Eintritt in die Atmosphäre scheint beim Falcon in der Vergangenheit zu bleiben. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Entry Burn eine Reaktion auf die Zerstörung der ersten Stufe beim Eintritt in die Atmosphäre war. Nur für die Mars-Mission war es notwendig, eine zweite Stufe zu entwickeln, die den Luftwiderstand aus der Überschallgeschwindigkeit heraus steigern kann. Anscheinend entwickeln sich die Arbeiten erfolgreich - im nächsten Jahr sollen die Hopping-Tests der zweiten Stufe beginnen, die Produktion von Kohlefaserstrukturen wurde bereits gestartet. Aber nur bis zur zweiten Stufe wird auch die erste benötigt, und es ist ungefähr viermal mehr, und die Japaner, die den Mond herumfliegen ließen, wollen höchstwahrscheinlich schnell. Ja, und SLS steht zumindest kurz vor dem Abschluss, und es wäre notwendig, es zu überholen, um die Chancen zu erhöhen, dass SLS zugunsten des BFR geschlossen wird.
Und dann stellt sich die Frage, warum der erste Schritt? Der BFR-Prototyp, der eine private Mondmission tragen sollte, basiert bisher auf atmosphärischen Raptoren (sie haben keine Zeit, die Vakuum-Raptoren fertigzustellen) und hat ein sehr gutes Ve-Delta von etwa 5 bis 7 km / s. Lassen Sie ihn also zumindest vorübergehend den ersten Schritt machen! Die Abnahme des Startgewichts wird durch das fehlende Bremsen vor dem Eintritt in die Atmosphäre ausgeglichen. Jetzt kann die Bühne die Atmosphäre mit einer Treibstoffreserve nur für die Landung auf einem Lastkahn verlangsamen. Oder sogar zu einer Flugzeuglandung. Aber die zweite Stufe am Anfang kann sogar die zweite Stufe von Falcon-9 mit Dragon-2 sein.
Laut der Präsentation des letzten Jahres sollte die BFR-Maske der zweiten Stufe (auch bekannt als BFS) ein Trockengewicht von 85 Tonnen bei einer Kraftstoffmasse von 1100 Tonnen haben. Das Verhältnis von Gesamtmasse zu Trockenmasse beträgt 13,9, was ziemlich gut ist, obwohl die erste Stufe von Falcon-9 diesen Parameter für 20 hat. Falcon-9 muss jedoch Kraftstoff zum Bremsen ausgeben, bevor es in die Atmosphäre gelangt, und BFS hat einen Wärmeschutz. Nach derselben Präsentation wird ein vollgetanktes BFS mit 150 Tonnen Nutzlast in der erdnahen Umlaufbahn ein Delta von 6 km / s haben. Unser Schiff muss mit atmosphärischen Motoren von der Oberfläche aus beschleunigen, aber eine Neuberechnung nach der Tsiolkovsky-Formel ergibt ein Delta von 6,45 km / s bei 120 Tonnen Nutzlast, ohne aerodynamische und Gravitationsverluste. Um sie zu berücksichtigen, subtrahieren wir 1,5 km / s.
Wir haben also 120 Tonnen, verteilt auf 5,95 km / s. Mit einem spezifischen Impuls des Vakuums „Merlin“ und 100 Tonnen Kraftstoff haben wir ein Inkrement von 6,09 km / s. Mit der Trockenmasse der zweiten Stufe des Falken innerhalb von 5 Tonnen haben wir über 15 Tonnen bei Dragon-2 und fast 1 km / s in Reserve. Tatsächlich erhalten wir eine etwas höhere Ladekapazität als die einmalige Version des Falcon-Heavy, jedoch mit der Rettung des ersten Grades. Meiner Meinung nach ein logischer Schritt.
Was weiter?
Natürlich ist die oben beschriebene Lösung im Großen und Ganzen palliativ und darauf ausgelegt, ein bestimmtes Ziel (Fliegen durch den Mond) mit minimalen Kosten zu erreichen, während die Möglichkeit einer Modernisierung beibehalten wird, um denselben Mars zu erreichen. Sie können die erste Stufe noch mit der bereits traditionellen SpaceX-Landung mit einem Bremsimpuls bauen. Sie können das
von General Dynamics vorgeschlagene alte Triamic Twins-Projekt als Konzept für das zukünftige Shuttle verwenden. Die interessanteste Option ist jedoch, die Errungenschaften der „vereidigten Freunde“ der ULA für die Cislane-Wirtschaft zu nutzen.
Im ursprünglichen Projekt sollte Mask mit Tankern tanken, die von der Erde aus gestartet wurden. Aber der Mond im Sinne eines Gravitationsbrunnens ist viel zugänglicher und es befindet sich Wasser darauf, aus dem Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden können. Das Aufrüsten des Raptors auf Wasserstoff oder das Erzeugen eines Wasserstoffatoms von Grund auf anstelle von Methan scheint nicht fantastisch. Am Ende hat BlueO die zweite Aufgabe erfolgreich gemeistert. Darüber hinaus ist auch Wasser auf dem Mars verfügbar.
Ein interessantes Ergebnis des Übergangs von einer Vollraketenlandung der ersten Stufe zur aerodynamischen ist eine Verringerung des Geschwindigkeitsinkrements der notwendigen zweiten Stufe, um in eine erdnahe Umlaufbahn zu gelangen. In dem oben betrachteten Beispiel betrug dieses Inkrement etwas mehr als 2 Kilometer pro Sekunde. Gleichzeitig basierte das Konzept des interplanetaren Transportsystems ursprünglich auf der Tatsache, dass die Triebwerke beim Speichern der ersten Stufe ein Delta von 6 bis 7 km / s haben mussten, wodurch die Stufe im Orbit nachgeladen werden und auf einer schnellen Flugbahn zum Mars fliegen konnte. Bei einer höheren Trenngeschwindigkeit der ersten und zweiten Stufe müssen Sie entweder die maximal mögliche Erhöhung der Schiffsgeschwindigkeit verringern oder mit nicht voll entwickelten Tanks zur IEO gehen, was die BFR dem ULA-Projekt näher bringt.
Ein interplanetarisches Wasserstoffschiff mit einer Gesamtmasse von 120 Tonnen, das in der ersten Stufe auf die gleichen 5,95 km / s verteilt wurde, wird nur 45 Tonnen Treibstoff verbrauchen, um die NOU zu erreichen. Nach dem Auffüllen der Ausgaben kann er 3,85 km / s mit einer Endmasse von 50 Tonnen hinzufügen. Dies sind nicht 85 + 150 Tonnen bei der von Ilon versprochenen Geschwindigkeit von +6 km / s, aber die anfängliche Masse des Systems beim Start von der Erde beträgt nur 1305 Tonnen gegenüber ~ 5000 Tonnen der "alten" BFR. Leider wird der Start vom Mars zur Erde nur mit einer Endmasse von etwa 35 Tonnen gelingen. Insgesamt haben wir 20 Tonnen PN, die wir auf dem Mars verlassen, bevor wir das Haus verlassen. Und so ist die PN fast 8-mal geringer, die Rakete weniger als 5-mal. Der Gewinn ist nicht spürbar. Unbemerkt, bis wir Tanker berücksichtigen. BFR brauchte 6 Teile, aber unsere "nicht zu große" Rakete brauchte nur 1. Weil wir auf Wasserstoff umgestiegen sind und die Geschwindigkeit des Fluges zum Mars geopfert haben.
Ich wiederhole, das Obige war nur ein hypothetisches Szenario für die Entwicklung des Projekts Interplanetary Transport System. Was genau zur SpaceX-Zeit führt, wird es zeigen.