Monsterraketen für Monsterstarts. Ist das wirklich zeitgemäß?

[Vögelchen]

Ist es wirklich effizient und günstig, mit riesigen Raketen mit extrem hohem Gewicht ganz viele Satelliten auf einmal hoch zu schießen, sodass ein Ausfall dann natürlich auch ein riesiger Verlust auf allen Ebenen ist und gleichzeitig durch so viele Stufen die Komplexität des Gesamtsystems und somit die Fehlerwahrscheinlichkeit zu erhöhen?

Wir sehen doch zurzeit schon bei Flugzeugen und Schiffen, dass der Trend zu immer größer gebrochen ist und ein Umdenken stattfindet.



1 mal bearbeitet, zuletzt am 19.07.21 15:53 durch Vögelchen.

[Vögelchen]

In der Luftfahrbranche ist der Trend nach dem Debakel um die A737 max offensichtlich und aufgrund der Corona- und Umweltkrise sowieso einleuchtend.

Dass immer größer ich in der Schifffahrt nicht der Weisheit letzter Schluss ist, wird hier erklärt:
https://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/containerschiffe-reeder-suez-kanal-ever-given-1.5254443

https://www.tagesspiegel.de/wissen/ever-given-wurde-zum-opfer-der-physik-was-das-containerschiff-im-suezkanal-wirklich-quergelegt-hat/27051666.html

[M.P.]

Der Artikel beschreibt, dass eine interplanetare Mission bei der Ariane 6 die vierte Stufe erfordert...


Wenn man sich mit Missionen ins Erdorbit begnügt....



1 mal bearbeitet, zuletzt am 19.07.21 16:53 durch M.P..

[Huso]

Die Größe ist nicht das Problem - Starship wird das vermutlich sehr bald beweisen. Und es ist sehr effizient wenn man 100 Tonnen an Satelliten mit einem Start in die Umlaufbahn bekommen kann.

Ariane 6 wurde nur komplett an der Zeit vorbei entwickelt, und das krankt da am Wasserkopf.



1 mal bearbeitet, zuletzt am 19.07.21 17:14 durch Huso.

[fabiwanne]

Ja! Die Effizienz steigt mit der Größe massiv:
Prinzipiell gilt: v=ve*ln(m0/m)-t*g
ve ist vom Spezifischen Impuls deines Triebwerks bzw. dessen Treibstoffs abhängig. Da wird schon immer optimiert. Aber da ist man halt immer beim Maximaum des technisch möglichen.
t ist limitiert dadurch, was deine Nutzlast an Beschleunigung überlebt. und v und g sind unmal Eigenschaften der Erde und entsprechend nicht änderbar.
Das einzige an dem du dehen kannst ist also m0/m: m0 ist Hülle+Treibstoff+Nutzlast. m ist Hülle+Nutzlast. Nur geht die Hülle Qudratisch mit der Fröße hoch. Der Treibstoff aber Kubisch: 
Es gilt also für Größe (k) und Nurtzlast (n) (k³+k²+n)/(k²+n) ist konstante (c)
(k³+k²+n)/(k²+n)=c
Umgestellt auf die Nutzlast:
(k³+(1-c)k²)/c-1 oder schöner n=k²(k-c+1)/(c-1)
Du merkst nur ein bisschen an der Größe drehen verändert die Nutzlast massiv.
Deswegen Träumte man bei der NASA schon bevor man die Saturn V baute von der Sea Dragon eine primitive aber ultra riesige Rakete und Musks vom ITS. Nu gibt es noch ein paar andere technische und ökonomische Limitierungen, wie groß man eine Rakete baut. Aber natürlich wird der Run auf immer noch größere Raketen da sein.
Die 2. Sache ist, dass die Gleichung nur für eine Stufe gilt. Macht man mehr stufen rutscht die Hülle in die Nutzlast im Bruch, was erst mal ein Nachteil ist, der nur wett gemacht werden kann indem man die Stufe darunter noch vieeeel größer desighned. Nach dem Abwerfen fällt aber das Gewicht der Hülle der Unterstufe aus der Gleichtung. Und du weist ja was passiert, wenn man aus einem Bruch in zähler und Nenner etwas abzieht – Je nach Größe geht das gegen Unendlich – also mehr als exponentiell – hoch. Also je nach dem wie groß der Unterschied zwischen den Stufen ist lohnt sich das.



1 mal bearbeitet, zuletzt am 19.07.21 17:35 durch fabiwanne.

[Drag0and1Drop]

Die A6 ist eine Plattform, die massiv am bedarf vorbei entwickelt wurde. Schon die A5 war ein Zuschuss Geschäft, das ohne EU Geld nie rentabel geworden wäre. Sogern ich an ein europäischen Projekt geglaubt hätte, aber SpaceX und blue origen werden den Markt über kurz oder lang dominieren.
Und wir dürfen nicht vergessen, wozu China in der Lage sein wird, die Arbeiten auch an sehr effizienten Lösungen

Location: Frankfurt am Main
Was ich tue: Datacenter Network Consultant / Engineering
Ich baue Clouds, RZs und alles dazwischen. Vom globalen ISP Netzwerk bis Campus LAN
Consulting Anfragen gerne per PN

[tritratrulala]

Drag0and1Drop schrieb:
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> Die A6 ist eine Plattform, die massiv am bedarf vorbei entwickelt wurde.
> Schon die A5 war ein Zuschuss Geschäft, das ohne EU Geld nie rentabel
> geworden wäre. Sogern ich an ein europäischen Projekt geglaubt hätte, aber
> SpaceX und blue origen werden den Markt über kurz oder lang dominieren.
> Und wir dürfen nicht vergessen, wozu China in der Lage sein wird, die
> Arbeiten auch an sehr effizienten Lösungen

Blue Origin? Bist du dir da wirklich sicher? :) Mutig. Tory Bruno ist doch schon sauer und fragt sich seit rund einem Jahr, wo seine verdammten Triebwerke sind. Und die New Glenn hat Blue Origin massiv verschoben. Beim suborbitalen Bereich haben die sich von einem schnarchig agierenden und von Problemen geplagten Virgin Galactic überholen lassen. Dann die geplante Mondmission mit dem "National Team": mit Karacho gescheitert.

Es gibt ja sicher einige Hoffnungsträger in der Raumfahrt. Aber Blue Origin? Zur Zeit ganz und gar nicht.

[TomTomTomTom]

Bereits in wenigen Jahren wird man wohl mit einer Ariane 6 zwischen allen Stühlen sitzen. Zu wenig flexibel um mit Microlaunchern zu konkurrieren und auf der anderen Seite zu klein und/oder zu teuer um mit Heavylift-Raketen wie New Glenn oder gar Starship mitzuhalten.

Die Frage ob noch größere Raketen jenseits von Starship überhaupt Vorteile ergeben stellt man sich bei SpaceX auch und sieht von angedachte Entwicklungen mit größerem Durchmesser erst mal ab.

[Fakula]

Starship ist ne Rakete die genau für eine Aufgabe konzipiert wird - Das genau hierfür konzipierte Mars-Schuttle hochwuchten.
-> Starship hat sogesehen ihren eigenen Bedarf schon "eingebaut".


Das hier sozusagen als "abfall" auch andere Nutzlasten in den Erdorbit gebracht werden können ist halt "nice to have" - aber halt nicht ihr haupteinsatzzweck.

Für Nutzlasten ~63T gibt es schon die Falcon-heavy.
-> Wie oft für solche Nutzlasten Bedarf besteht, kann man ganz gut an der Anzahl der Starts der Heavy ablesen.

[gelöscht]

> Und wir dürfen nicht vergessen, wozu China in der Lage sein wird, die
> Arbeiten auch an sehr effizienten Lösungen

Die arbeiten sogar an einem Clone des Starships. 😂

[Eheran]

>Wir sehen doch zurzeit schon bei [...] Schiffen, dass der Trend zu immer größer gebrochen ist und ein Umdenken stattfindet.

Schiffe werden immer größer. Es gibt ein paar Limitierungen, etwa Kanalgrößen, die nicht von allen ignoriert werden können.

[TomTomTomTom]

Also Starship ist bereits das Mars-Shuttle. Aber ja, SpaceX hat natürlich selbst bereits Anwendungsfälle dafür in Form der Mars-Vision und Starlink.

Für beides müssen Transportkosten drastisch reduziert werden und gleichzeitig die Transportkapazität extrem erweitert werden. Das wird aber eben auch grundlegende Veränderungen in der Raumfahrt mit sich bringen, da der Einsatz von Starship wohl kaum auf die beiden Anwendungen beschränkt bleibt.

Durch seine vergleichsweise simple Konstruktion und flexible Fertigung ist es nahezu an beliebige Einsatzzwecke anpassbar bei überschaubaren Kosten. Wenn es gelingt das System auch nur annährend so umzusetzen wie es aktuell geplant ist sieht es für eigentlich alle Mitbewerber recht düster aus, da diese auf absehbare Zeit wohl kein Fahrzeug haben welches auch nur annährend konkurrenzfähig zu Starship ist.

Den Bedarf anhand heutiger Systeme abzuschätzen halte ich für grundlegend falsch. Selbst wenn SpaceX die Startkosten anfänglich auf dem Niveau einer Falcon 9 ansetzt, würde die Vervielfachung des Nutzlast- und Volumenlimits die Nachfrage schon stark befeuern, da der Zwang zu Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung wegfällt. Dies reduziert Entwicklungszeit und-Kosten bei den Nutzlasten extrem.

Sollten Die Startkosten bereits zu Anfang im niedrigen zweistelligen Millionenbereich liegen (so wie es sich aktuell abzeichnet) oder gar darunter, könnte dies die Nachfrage zusätzlich steigern.

Der Start einer Einweg-Falcon Heavy wie sie für die genannte Masse benötigt wird kostet um die 150 Mio USD und das Volumen ist identisch mit der Falcon 9. Dass es dafür nur einen sehr überschaubaren Bedarf gibt sollte nicht überraschen.

Fakula schrieb:
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> Starship ist ne Rakete die genau für eine Aufgabe konzipiert wird - Das
> genau hierfür konzipierte Mars-Schuttle hochwuchten.
> -> Starship hat sogesehen ihren eigenen Bedarf schon "eingebaut".
>
> Das hier sozusagen als "abfall" auch andere Nutzlasten in den Erdorbit
> gebracht werden können ist halt "nice to have" - aber halt nicht ihr
> haupteinsatzzweck.
>
> Für Nutzlasten ~63T gibt es schon die Falcon-heavy.
> -> Wie oft für solche Nutzlasten Bedarf besteht, kann man ganz gut an der
> Anzahl der Starts der Heavy ablesen.

[FreiGeistler]

Vögelchen schrieb:
--------------------------------------------------------------------------------
> Dass immer größer ich in der Schifffahrt nicht der Weisheit letzter Schluss
> ist, wird hier erklärt:
> www.sueddeutsche.de

Es wird ja an (kleinen) autonomen Transport-Ubooten (natürlich ohne Lebenserhaltungs-Systemen) geforscht, die unter Ausnutzung von Strömungen und dem geringeren Widerstand unter Wasser en Masse die grossen Dampfer ersetzen sollen.



1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.07.21 14:07 durch FreiGeistler.

[nohoschi]

Vögelchen schrieb:
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> Wir sehen doch zurzeit schon bei Flugzeugen und Schiffen, dass der Trend zu
> immer größer gebrochen ist und ein Umdenken stattfindet.

An dieser Aussage habe ich Zweifel an. Ich denke sie entspricht nicht den Tatsachen, ist pauschalisierend und unpraktisch.
Triebwerke werden effektiver, je größer man sie bauen kann:
https://aviation.stackexchange.com/a/72726/1084
Kolbenhubmotoren und Schiffsdiesel auch:
https://aviation.stackexchange.com/a/21570/1084
Für den Flugzeugrumpf gilt das selbe:
https://aviation.stackexchange.com/a/29180/1084


Das ganze findet seinen Grenzen bei der Skalierungsfähigkeit, irgendwann braucht man so viel Material für die Strukturen, dass man es durch andere zugewinne nicht ausgleichen kann. Alles eine Frage der relativen Möglichkeiten. Und so haben wir dann auch eher größere Langstreckenflugzeuge, mit größeren Triebwerken. Der A380-800 und die B747-8I sind sehr effektive Flugzeuge für Ihren Einsatzzweck. Was spezielle beide Flugzeugbauer getroffen hat, war die gegenseitige Konkurrenz (tja...) und das man mit nur zwei sehr großen Triebwerken auch schon relativ große Flugzeuge bauen kann (B777, A350). Für Punkt-zu-Punkt Verbindungen zwischen zwei großen Hubs sind die A380 und B747 ideal.

Wenn du statt einmal am Tag, aber fünf Flugzeuge zu einem keinen Flughafen schicken möchtest ist das kleinere Flugzeug wirtschaftlich attraktiver. Nicht unbedingt unter dem Gesichtspunkt der Ressourcen, statt zwei A330 wäre eine B747-8 wohl besser.

Und das ist sicher nur eine Situation. Bei einer Rakete kann ich mir vorstellen, dass man aber einer gewissen Größe zu hohe Risiken für einen Totalverlust hat oderdie Strukturen wie beim Flugzeug zu schwer werden. Dafür kommt man mit einer größeren Raketen in höhere Umlaufbahnen und muss bei mehreren Satelliten die ganzen Triebwerke, Tanks und Technik nicht jedes mal "hochheben".

Bitte am besten mal mit einem Physiker und Chemiker zusammen setzen. Ingenieure helfen auch gerne. Und alle sind wohl kompetenter als ich!

PS:
Bei Star Trek TNG haben sie sich hinterher geärgert, dass sie Schimpfsrümpfe auf der Marsoberfläche gezeigt haben. Aus gutem Grund bei wir große Dinge eher Nahe an ihrem natürlichen Habitat, die ISS etwas direkt im Erdorbit. Schiffe nahe am Meer.

[Dwalinn]

Man muss dafür halt nur auch 100t zusammenbekommen. Angestrebt sind ja bis zu 150t für den Leo das wären von Gewicht 600 Starlink Satelliten auf einmal. Nach 12 Flügen wäre man dann schon fertig und hätte nur eine Rakete benötigt.

Die Wiederverwendung ist für Musk ja ein wichtiger Schritt zur kosten Reduktion aber mit der Massenproduktion konnte er die Kosten ebenfalls stark drücken. Jetzt muss sich zeigen wo die Balance zu finden ist