Frage:
Was macht das Starten von Objekten von der Erde in den Weltraum besonders teuer?
kR105
2013-07-17 05:08:22 UTC
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Ich habe mich immer darüber gewundert. Liegt es daran, dass der Kraftstoff zu teuer ist? Weil die Ausrüstung weggeworfen wird?

Zwei antworten:
#1
+23
Erik
2013-07-17 07:03:57 UTC
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Drei große Faktoren:

  1. Der Energiebedarf ist groß ( http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_orbital_energy). Für eine niedrige Umlaufbahn wie die der ISS geht es um eine Zugabe von 33 MJ / kg von der Oberfläche zur Umlaufbahn - und das vernachlässigt den Luftwiderstand.
  2. Die Raketengleichung ( http://en.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation). Kurz gesagt, Sie müssen nicht nur Kraftstoff verbrennen, um Delta-V für Ihre Nutzlast bereitzustellen, sondern Sie müssen auch Kraftstoff verbrennen, um Delta-V für den Kraftstoff bereitzustellen, den Sie verbrennen müssen, um Delta-V für Ihre Nutzlast bereitzustellen. Ja, das ist eine exponentielle Beziehung.
  3. Komplexität. Das System, mit dem Sie diese Energie schnell in Delta-V umwandeln (es muss schnell sein, wenn Sie Raketentechnik verwenden), ist kompliziert und muss zuverlässig sein. Mit unserer aktuellen Technologie sind zuverlässige, komplexe Systeme teuer in der Entwicklung und im Betrieb.
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    Verschiedene aktuelle Technologien versuchen, diese Faktoren zu berücksichtigen, um die Kosten zu senken. Beispielsweise werden die meisten Weltraumstarts nach Osten gestartet, um den Delta-V- / Energiebedarf (Punkt 1) für eine Mission zu verringern.

    Zukünftige Technologien versuchen möglicherweise, diese Probleme anzugehen und daher diese Kosten zu senken. Zum Beispiel könnten Weltraumaufzüge # 2 eliminieren, indem sie die Energiequelle von der Nutzlast trennen.

    Eine Reduzierung der Komplexität oder eine Erhöhung unserer Fähigkeit, mit Komplexität umzugehen, Punkt 3, kann / würde auch die Kosten senken. Bei vielen Missionen werden durch die Verwendung von Robotern anstelle von Menschen ganze Systeme (Lebenserhaltung, Wiedereintrittssysteme) entfernt und damit die Kosten drastisch gesenkt. Dies ist jedoch ein zweischneidiges Schwert, da möglicherweise einige neue Systeme (Maschinenintelligenz, geschickte Manipulatoren) hinzugefügt werden müssen.

    Schließlich müssen noch andere, kleinere Faktoren berücksichtigt werden:

  • Kraftstoff und die anderen verwendeten Materialien sind, wie Sie vorgeschlagen haben, ebenfalls teuer. Luft- und Raumfahrtsysteme stellen im Allgemeinen extreme Materialanforderungen. Das Metall muss eine bestimmte Legierung sein, die Kryotechnik muss von hoher Reinheit sein usw. Dies summiert sich.
  • Die Herstellung von Bauteilen erfordert normalerweise Präzision und kleine Toleranzen - beides erhöht die Kosten.
  • Fahrzeuge und Systeme werden normalerweise in kleinen Mengen gebaut. Die vorteilhafte Wirtschaftlichkeit des Fließbandes von Henry Ford gilt nicht.
  • Die Systeme werden in der Regel von staatlichen Stellen beauftragt und betrieben. Diese Unternehmen haben den Vorteil, dass sie über Steuern große Geldbeträge generieren, haben jedoch den Nachteil von Ineffizienzen aufgrund des Fehlens eines Gewinnmotivs.
Dies ist vielleicht Teil der "Komplexität", aber die Komponenten müssen mit äußerster Präzision bearbeitet werden, um einen stabilen Flug und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Guter Punkt @DonBranson: Ich habe meine Antwort aktualisiert, um dies aufzunehmen.
Es ist interessant zu bemerken, dass Nummer 1 keine so große Sache ist, 33MJ ist das gleiche wie 8,6 kWh ... was selbst bei Wohnpreisen ~ 1,6 $ beträgt. Das Problem ist Nummer 2 - wir sind äußerst ineffizient, wenn es darum geht, nützliche Masse in den Weltraum zu bringen.
Es ist nicht groß in Bezug auf die Kosten, aber wenn man es in Bezug auf die Energiedichte (MJ / kg, mit komprimiertem Wasserstoff bei ungefähr 150 MJ / kg) betrachtet, ist es eine große, schwere Sache. Wenn wir nur ein langes Verlängerungskabel hätten ...
In der Liste fehlt die (ziemlich offensichtliche) Tatsache, dass Raketen entbehrlich sind. Es ist aus den drei oben genannten Gründen schwierig, sie wiederverwendbar zu machen, aber dennoch - wenn SpaceX oder jemand anderes es schafft, dies zu erreichen, würden die Kosten pro Start sicherlich stark sinken.
Der Treibstoff für einen Falcon 9 liegt in der Größenordnung von 300.000 US-Dollar. Erdnüsse im Vergleich zu der Hardware, die Sie bei jedem Start wegwerfen.
Wie von anderen erwähnt, ist die Energie kein so großer Aufwand. Es ist das Wegwerf-Raumschiff.
#2
+6
geoffc
2015-07-03 05:53:09 UTC
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Wenn Sie die bei jedem Start verwendete Ausrüstung wegwerfen, werden Starts definitiv teurer. (SpaceX plant die Wiederherstellung der ersten Stufe. Diese Bemühungen haben ULA dazu veranlasst, Vulcan als Mittel zur teilweisen Wiederherstellung des Motorblocks vorzuschlagen, und ArianeSpace ADELINE zur Wiederherstellung des Motorblocks vorzuschlagen.)

Der Kraftstoff selbst ist teuer für einen Hausbesitzer, aber nur ein winziger Bruchteil der Startkosten.

Die Fahrzeuge selbst sind teuer in der Entwicklung, gefährlich, schwer vollständig zu testen und stellen sich als Raketenwissenschaft heraus.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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