Versuchen Sie, die vierte Iteration des Projekts SpaceX BFR vorherzusagen

    In einem der letzten Tweets war Ilona Mask buchstäblich Folgendes:
    SpaceX plant übrigens nicht mehr die zweite Stufe der Falcon-9 zu aktualisieren, um die Wiederverwendbarkeit zu gewährleisten. Stattdessen beschleunigte sich die Entwicklung von BFR. Neues Design ist beeindruckend! Er ist wirklich nicht eingängig.
    Leider gibt es noch keine technischen Details zum "radikal neuen Design".

    Seit 2016 ist dies die vierte Überarbeitung des BFR-Designs (ehemals ITS). Zuvor wurden der Raketendurchmesser und die Raptor-Parameter 2017 reduziert und 2018 wurden auf der zweiten Stufe (auch bekannt als BFS) fortgeschrittene aerodynamische Ruder aufgetaucht. Was kann sich jetzt ändern? Und sind diese Änderungen nicht intuitiv? Versuchen Sie, die erste Frage unter dem Schnitt zu beantworten, und die Antwort auf die zweite, die wir erst nach einer Weile erfahren.

    Moor hat seinen Job gemacht


    Mask hat wiederholt gezeigt, dass jede, auch die schönste, Technologie für ihn nur ein Mittel ist, um ein Ziel zu erreichen (Multiplanetary Humanity oder die Eroberung des amerikanischen Startmarktes - entscheiden Sie selbst). Unter dem Messer befanden sich Faolkon-1 (nicht so vielversprechend, angesichts des Booms der Nanosatelliten), die Raketenlandung von Dragon-2, der Überlauf von Treibstoff auf dem Falcon-Hevi, die Rettung der zweiten Stufe des Falcon. Nun scheint es an der Zeit zu sein, die Rettungsmethode des ersten Schrittes, die mit der Falcone-9 ausgearbeitet wurde, aufzugeben.


    Genauer gesagt, die eigentliche Raketenlandung auf ihren Triebwerken kann durchaus erhalten bleiben. Aber das Bremsen vor dem Eintritt in die Atmosphäre scheint zusammen mit dem "Falcon" in der Vergangenheit zu bleiben. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Entry Burn eine Reaktion auf die Zerstörung der ersten Stufe war, als sie die Atmosphäre betraten. Das war nur für die Marsmission, die mit der Entwicklung einer zweiten Stufe mit aerodynamischem Luftwiderstand mit Hyperschallgeschwindigkeit beginnen musste. Anscheinend entwickelt sich die Arbeit erfolgreich - nächstes Jahr ist geplant, die Sprungtests dieser zweiten Stufe zu beginnen, die Produktion von Kohlefaserstrukturen ist bereits angelaufen. Nur die zweite Stufe braucht die erste, aber sie ist etwa viermal so groß, und die Japaner, die den Mondflug befohlen haben, wollen höchstwahrscheinlich schnell. Ja, und die SLS steht kurz vor dem Abschluss, und sie sollte überholt werden, um die Chancen zu erhöhen, dass die SLS zugunsten von BFR geschlossen wird.



    Und dann stellt sich die Frage: Warum ist überhaupt die erste Stufe? Der Prototyp BFR, der eine private Mondmission durchführen sollte, ist bisher auf den atmosphärischen "Raptors" aufgebaut (Vakuum hat keine Zeit zum Beenden) und hat ein sehr gutes Ve-Delta von etwa 5-7 km / s. Lassen Sie ihn die erste Stufe zumindest zeitweise bearbeiten! Die Abnahme der Startmasse wird dadurch kompensiert, dass vor dem Eintritt in die Atmosphäre keine Bremsung erfolgt. Jetzt kann die Bühne gebremst werden, indem die Atmosphäre nur eine Treibstoffreserve für die Landung auf dem Schiff besitzt. Oder sogar zur Flugzeuglandung gehen. Die zweite Stufe am Anfang kann jedoch sogar die zweite Stufe der Falcon-9 mit der Dragon-2 sein.



    Laut der letztjährigen Präsentation der Maske sollte die zweite Stufe der BFR (auch als BFS bezeichnet) ein Trockengewicht von 85 Tonnen mit einer Kraftstoffmasse von 1100 Tonnen haben. Das Verhältnis von Gesamt- und Trockenmasse beträgt 13,9, was ziemlich gut ist, obwohl dieser Parameter auf der ersten Stufe des Falcon-9 auf 20 eingestellt ist. Der Falcon-9 muss jedoch vor dem Eintritt in die Atmosphäre Kraftstoff aufbringen, und BFS verfügt über einen Wärmeschutz. Nach der gleichen Darstellung wird ein voll betanktes BFS mit 150 Tonnen PN in der erdnahen Umlaufbahn ein Delta von 6 km / s haben. Unser Schiff muss mit atmosphärischen Motoren von der Oberfläche aus beschleunigen, aber die Neuberechnung nach der Formel von Tsiolkovsky ergibt ein Delta von 6,45 km / s mit einem PN von 120 Tonnen ohne Berücksichtigung der aerodynamischen und Schwerkraftverluste. Um sie zu berücksichtigen, ziehen wir 1,5 km / s ab.



    Wir haben also 120 Tonnen auf 5,95 km / s beschleunigt. Mit einem bestimmten Vakuumimpuls "Merlin" und 100 Tonnen Kraftstoff haben wir einen Zuwachs von 6,09 km / s. Mit einem Trockengewicht der zweiten Stufe "Falcon" innerhalb von 5 Tonnen haben wir über 15 Tonnen für Dragon-2 und fast 1 km / s in Reserve. Tatsächlich erhalten wir eine Belastbarkeit, die etwas höher ist als die einmalige Version des Falcon-Heavy, jedoch mit einer Rettung ersten Grades. Meiner Meinung nach recht logischer Schritt.

    Was weiter?


    Natürlich ist die oben beschriebene Lösung im Großen und Ganzen palliativ und ist darauf ausgelegt, ein bestimmtes Ziel (Vorbeiflug des Mondes) mit minimalen Kosten zu erreichen, während die Modernisierungsmöglichkeit beibehalten wird, um den gleichen Mars zu erreichen. Den ersten Schritt können Sie noch mit der bereits traditionellen SpaceX-Landung mit einem Bremsimpuls machen. Sie können das von General Dynamics vorgeschlagene alte Projekt der „Triamsk-Zwillinge“ als Konzept für die Zukunft des Shuttles verwenden. Die interessanteste Option besteht jedoch darin, die Erkenntnisse der "vereidigten Freunde" der ULA zur Marktwirtschaft zu nutzen.



    Im ursprünglichen Projekt sollte Mask mit Tankern gefüllt werden, die von der Erde aus gestartet wurden. Der Mond im Sinne eines Gravitationsbrunnens ist jedoch viel zugänglicher und es gibt Wasser darauf, aus dem Wasserstoff und Sauerstoff produziert werden können. Das Aufrüsten von "Raptor" unter Wasserstoff oder die Erzeugung von Wasserstoff von Grund auf anstelle von Methan wird nicht als etwas Fantastisches betrachtet. Am Ende hat BlueO die zweite Aufgabe erfolgreich bewältigt. Gleichzeitig steht auch Wasser auf dem Mars zur Verfügung.


    Ein interessantes Ergebnis des Übergangs von einer Landung mit voller Rakete der ersten Stufe zu einer aerodynamischen Stufe besteht darin, die Geschwindigkeitszunahme der notwendigen zweiten Stufe zu verringern, um in eine erdnahe Umlaufbahn zu gelangen. Im obigen Beispiel betrug dieser Zuwachs etwas mehr als 2 Kilometer pro Sekunde. Gleichzeitig beruhte das Konzept des interplanetaren Transportsystems ursprünglich darauf, dass die zweite Stufe bei der Rettung der ersten Stufe bei Triebwerken ein Delta von 6 bis 7 km / s erforderte, was es ermöglichte, die Stufe im Orbit wieder zu füllen und auf einem schnellen Weg zum Mars zu fliegen. Bei einer höheren Trenngeschwindigkeit müssen die erste und die zweite Stufe jedoch entweder die maximal mögliche Erhöhung der Schiffsgeschwindigkeit verringern oder mit unvollständig entwickelten Tanks zum LEO gehen, wodurch die BFR dem ULA-Projekt noch näher kommt.

    Ein interplanetares Wasserstoffschiff mit einer Gesamtmasse von 120 Tonnen, das von der ersten Stufe auf die gleichen 5,95 km / s beschleunigt wird, wird nur 45 Tonnen Treibstoff aufwenden, 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 einer Geschwindigkeit von +6 km / s, die Ilon versprochen hat, sondern die anfängliche Masse des Systems beim Start von der Erde beträgt nur 1305 Tonnen, gegenüber ~ 5000 Tonnen für die "alte" BFR. Leider wird der Start vom Mars bis zur Erde nur mit einer Endmasse von etwa 35 Tonnen erreicht. Insgesamt haben wir 20 Tonnen Mon, die wir auf dem Mars verlassen, bevor wir unser Zuhause verlassen. Und so ist PN fast achtmal weniger, die Rakete weniger als fünfmal. Gewinne sind nicht spürbar. Unbemerkt, bis wir Tanker betrachten. BFR benötigte 6 Stück, aber unsere "nicht zu große" Rakete - nur 1. Weil wir auf Wasserstoff umgestiegen sind und die Geschwindigkeit des Fluges zum Mars geopfert haben.

    Wiederum war dies nur ein hypothetisches Szenario für die Entwicklung des Projekts Interplanetary Transport System. Was genau in SpaceX passiert, wird zeigen.

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