Kein einziger Falke - grundlegend andere wiederverwendbare ESA- und ULA-Projekte

Die wiederverwendbaren ersten Stufen der Trägerrakete Falcon von SpaceX haben das Interesse an wiederverwendbaren Raketen geweckt. Und wenn zum Beispiel das chinesische Unternehmen LinkSpace Renderings eines ähnlichen Systems mit Landung auf Motoren auf Klappstützen demonstriert , bieten andere Designer Systeme nach unterschiedlichen Prinzipien an, die Flügel oder Luftverschlüsse verwenden. Einige Projekte konnten bereits abgeschlossen werden, aber es gibt auch frisch angekündigte.


Adeline Technology Demonstrator

Adeline ist nicht mehr

Im Jahr 2015 wurde bekannt, dass Airbus Defence and Space ein wiederverwendbares Adeline-Modul entwickelt, bei dem es sich um eine geflügelte Einheit mit einem Raketentriebwerk der ersten Stufe handelt, sowie Luftmotoren und Propeller, die auf der Landebahn landen sollen. Am deutlichsten wird das Konzept durch ein Video veranschaulicht, das nicht mehr auf dem offiziellen Kanal verfügbar ist, sondern von normalen Benutzern gespeichert wird.


Die Idee, nur das Heck der Rakete zu retten, hat ihre Vorteile - Motoren, Avionik und Heckraumausrüstung machen laut Adeline-Entwicklern 80% der Kosten eines Schritts aus, und das Speichern ist viel einfacher als ein großer Schritt insgesamt. Außerdem wird Kraftstoff gespart, und bei der Landung auf Motoren tritt bei einem Schritt keine Überlastung auf. Aber natürlich hat alles einen Preis - der Gewinn an Kraftstoffverbrauch wird teilweise durch Verluste an der zusätzlichen Masse aus den Flügeln aufgefressen.

Der Heckteil der Adeline wurde zur Verwendung in der Ariane 6 angeboten, obwohl er theoretisch für andere Träger modifiziert werden könnte. Als das Projekt offiziell angekündigt wurde, stellte sich heraus, dass die Arbeiten seit 2010 andauern und bereits erfolgreiche Tests von Großmodellen durchgeführt wurden. Nach der lauten Ankündigung gab es keine Fülle von Neuigkeiten über das Projekt - die Priorität von Airbus Defence and Space ist die neue Trägerrakete Ariane 6. 2018 wurde bekannt, dass das Projekt aus finanziellen Gründen kein Interesse weckte.

Falke, aber nicht Falke

Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum, Teil der ESA, gab am 20. März dieses Jahres den Beginn der Arbeiten am Konzept einer Marschflugkörperbühne bekannt, die von einem Trägerflugzeug gefangen und abgeschleppt wird. Das Projekt hieß FALCon (Formationsflug für In-Air Launcher 1. Stufe Erfassungsdemonstration, „Flug in Formation zur Demonstration der Abholung der ersten Stufe des Flugzeugträgers“), mit Ausnahme des Briefregisters, das mit dem Namen der Trägerrakete Falcon SpaceX übereinstimmt. Aufgrund des Zusammentreffens der Namen musste der Projektmanager Martin Sippel erklären, dass die Ingenieure von einem Falkentauchen inspiriert waren, um das Opfer und nicht die SpaceX-Rakete zu ergreifen.


FALCon-Workflow, DLR-Abbildung

Das Landen einer Raketenstufe auf Triebwerken hat einen schwerwiegenden Nachteil: Sie müssen die Bühne trennen, wenn noch viel Kraftstoff darin ist, der dann für die Landung ausgegeben wird. Schlimmer noch, aufgrund des Overt-Effekts ist dieser Kraftstoff für die Beschleunigung der Nutzlast am wertvollsten. Bei FALCon können Sie bei einem Planungsabstieg den gesamten Treibstoff aus den Tanks verbrauchen - das Schleppflugzeug zieht vor der Landung die Bühne. Aber natürlich wird dieser Gewinn, wie der Adeline, durch die erhöhte Masse der Stufe aufgrund der zusätzlichen Flügel aufgefressen.

Ein wichtiges Element des Systems wird das Design zum Aufnehmen und Abschleppen der Stufe sein. Ingenieure erwähnen das Design des gelenkten Dock- / Schleppkegels.


Geführte Dock / Abschleppkegel

Die uns bekannten Kegel zum Betanken von Flugzeugen sind unkontrollierbar - die Piloten von Betankungsflugzeugen selbst fangen sie durch Manövrieren mit ihren Fahrzeugen. Dies ist keine schnelle und schwierige Angelegenheit, daher sollte für eine Bühnenplanung bei ausgeschalteten Motoren ein kontrollierter Kegel die Aufgabe erheblich erleichtern. Abgesehen davon sind Verbesserungen für das Schleppflugzeug fast nicht erforderlich, und in dieser Eigenschaft wird es möglich sein, gewöhnliche Passagierflugzeuge zu verwenden, außerdem gebrauchte, um größere Kosteneinsparungen zu erzielen.

Die FALCon-Arbeiten stehen am Anfang, und wie bei Adeline werden die ersten Tests mit unbemannten geflügelten Flugzeugen und nicht mit Raketen durchgeführt. Bisher wurden 2,6 Millionen Euro für das Projekt bereitgestellt, das ist nicht viel, aber genug für die ersten Experimente. Die Projektlaufzeiten sind recht lang - die Lufttüchtigkeit des Systems sollte in der Region von 2028 erreicht werden, um möglicherweise im nächsten Generationsschritt verwendet zu werden, der in der Region von 2035 auftreten kann.

Verschiedene Fallschirme von ULA

Die Falcon 9-Stufe für die Landung führt bis zu drei Motorstarts durch - Boostback-Verbrennung, bei der die Stufe auf den Landebereich abzielt, Einstiegsbrand, die Bremsstufe, damit sie nicht überhitzt, und die endgültige Landung. Alle drei verbrauchen wertvollen Treibstoff, und obwohl Fallschirme keine genaue Landung ermöglichen, würden sie weniger wiegen als die für diese Manöver benötigte Treibstoffversorgung. Die Idee, Fallschirme und einen Hubschrauberabfang zu verwenden, wird vom ULA-Startdienstleister in seinem Vulcan-Trägerraketen umgesetzt. Das Heckfach der ersten Stufe muss fallen gelassen, ein Überschallfallschirm zum Bremsen in dichten Schichten der Atmosphäre geöffnet, fallen gelassen, ein geführter Fallschirmflügel geöffnet, von einem Hubschrauber aufgenommen, auf den Boden gebracht, getestet und wiederverwendet werden.


ULA-Schema

Im Video:


Die neuesten Nachrichten über das Projekt stammen aus der Zeit Anfang August 2018, als die ULA von der NASA 1,9 Millionen US-Dollar erhielt , um die Technologie der Luftaufnahme eines Objekts zu demonstrieren, das aus der Umlaufbahn zurückgekehrt war.

Prometheus und Callisto

Das französische Nationale Zentrum für Weltraumforschung (CNES) befasst sich ebenfalls mit Wiederverwendbarkeitsexperimenten. „Callisto“ ist ein technologischer Demonstrator einer suborbitalen wiederverwendbaren Stufe mit einer Raketenlandung, vergleichbar mit GrassXper von SpaceX, jedoch unterschiedlich in einem Sauerstoff-Wasserstoff-Motor.


CNES-Präsentationsrahmen

In Zukunft kann daraus eine vollwertige Trägerrakete entstehen, aber nicht bald - die CNES-Priorität besteht darin, zuerst die Kosten für entwickelte Trägerraketen zu senken und dann die Phasen zurückzugeben. Der Ansatz ist sehr robust. Ich erinnere mich, dass Musk zuerst einen wettbewerbsfähigen Einweg-Falcon 9 anbot, Aufträge erhielt und erst dann begann, ihn in eine wiederverwendbare Rakete umzuwandeln.

Ein weiterer Arbeitsbereich von CNES ist der Prometheus-Methanmotor. Mit neuen Technologien, einschließlich 3D-Druck, wird es zehnmal billiger als das Ariane 5-Zentralblock-Triebwerk (zweite Stufe). Wenn alles gut läuft, wird das Triebwerk in der neuen Ariane 6-Modifikation oder der nächsten ESA-Rakete eingesetzt.


Prometheus-Motor, CNES-Bild

Fazit

Experimente mit verschiedenen wiederverwendbaren Raketen können nur mit dem Satz des chinesischen Kaisers Qin Shihuang (der damals von Mao Zedong wiederverwendet wurde) begrüßt werden: "Lass hundert Blumen blühen, lass hundert Schulen gegeneinander antreten." Jede technische Lösung hat ihre Vor- und Nachteile. Lassen Sie die Praxis zeigen, welche Option besser ist.