Es gibt mehrere überzeugende technische und gestalterische Gründe, warum ein größeres Raumschiff sinnvoll ist, und mehrere Gründe, warum die Herstellung eines Mini-Raumschiffs für SpaceX (und ihre Vision) keinen Sinn ergibt.

In erster Linie hat Elon Musk deutlich gemacht, dass sein Ziel für das Unternehmen und die Zukunft nicht darin besteht, billige Satellitenstartfunktionen bereitzustellen, sondern Menschen auf den Mars zu bringen. Der Bau einer minderwertigen Version des Raumschiffs ist nicht der "kritische Weg", um Menschen für Elon auf den Mars zu bringen. SpaceX ist in hohem Maße das Unternehmen von Elon Musk und folgt seiner Vision.

Das heißt, hier sind einige andere Gründe, warum SpaceX möglicherweise kein Mini-Raumschiff herstellen möchte (obwohl ein Mini-Raumschiff für einige Hersteller möglicherweise sinnvoll ist):

• Größere Raketen können hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs effizienter sein, da die Trockenmasse einen kleineren Teil der gesamten Raketenmasse ausmachen kann. Wenn Ihr Flugcomputer und Ihr Avioniksystem beispielsweise 100 kg wiegen, hat dies große Auswirkungen auf eine Rakete, die nur 1000 kg auf LEO heben kann. Wenn Ihre Rakete in der Lage ist, jeweils 100.000 kg aufzunehmen, wird der 100-kg-Flugcomputer plötzlich viel weniger von der gesamten Trockenmasse und somit ist Ihre Rakete effizienter.

• Bauen groß gegen klein bauen. Eines der "revolutionären" Dinge im aktuellen Design- / Konstruktionsfortschritt von Starship ist, dass es auf einem Feld im Freien zusammengeschweißt wird. SpaceX glaubt, dass Sie, wenn Ihre Rakete groß ist, mit geringeren Toleranzen davonkommen können, was wiederum dem gesparten Geld entspricht. Zum Beispiel wurde der Sea Dragon-Vorschlag für die Montage in einer Werft konzipiert und verfügte über eine enorme Hebefähigkeit zu sehr geringen Kosten. Raumschiff ist ähnlich. Wenn ein Mini-Raumschiff gebaut würde, würde es wahrscheinlich engere Toleranzen und kleinere, genauere Teile erfordern. Wirklich, das läuft wieder auf meinen ersten Punkt hinaus. Wenn Sie eine kleine Rakete bauen, hat jede Schweißnaht, jeder Bolzen und jeder Draht einen größeren Einfluss auf die Effizienz einer leichteren, kleineren Rakete.

• SpaceX glaubt, dass ein Design ähnlich den beiden derzeit als Prototyp entwickelten Raumschiffen funktionieren wird. Wenn sie stattdessen das, was sie bisher entwickelt haben, verschrotten und ein Mini-Raumschiff bauen würden, müssten sie im Wesentlichen wieder bei Null anfangen. Das Design einer Rakete ist so komplex, dass Sie nicht einfach die Größe ändern und anschließend ein funktionales Design erstellen können. SpaceX hat diese Lektion auf die harte Tour bei der Entwicklung von Falcon Heavy gelernt. Anfangs hatte Elon gedacht, dass es nur "drei Booster zusammenbinden" würde, aber am Ende musste SpaceX den zentralen Kern fast vollständig von Grund auf neu entwickeln.

• SpaceX hat eine begrenzte Anzahl von Mitarbeitern und Geld. Wenn sie sich entschließen würden, gleichzeitig an einem Raumschiff und einem Mini-Raumschiff zu arbeiten, würde sich das Tempo bei beiden Projekten halbieren, wenn nicht sogar mehr. Elon hat erklärt, dass die Entwicklungsgeschwindigkeit für ihn von entscheidender Bedeutung ist. Wenn seine Ingenieure mit zusätzlichen Projekten verwässert werden, dauert der Bau von Starship länger.

• Der Smallsat-Startmarkt heizt sich auf. Mehrere Unternehmen, insbesondere Rocket Labs, konzentrieren sich darauf, kleine Satelliten in den Orbit zu schicken. SpaceX setzt darauf, dass es nicht an Nachfrage nach Masse mangelt, die in den Weltraum geschickt wird, und dann spielt es keine Rolle, wie groß die Rakete ist, die hochgeht, da sie jede Rakete mit Nutzlasten füllen kann. Selbst dann sind die Startkosten von 2 Millionen US-Dollar so niedrig, dass Starship, selbst wenn es größtenteils leer fliegt, immer noch einen Gewinn erzielen würde.

• Aufbau eines Mini- Raumschiff wäre billiger als ein Raumschiff in voller Größe

  • In dieser Hinsicht bin ich nicht anderer Meinung. Wenn Sie von vorne anfangen würden, wäre der Bau eines Raumschiffs im Maßstab 1/8 wahrscheinlich billiger als ein Raumschiff in voller Größe.
  • SpaceX hat bereits viel Geld und Entwicklungszeit in ITS / BFR / Starship investiert Jahre. Es wäre eine Geldverschwendung, diese Bemühungen einfach einzustellen, um an einer minderwertigen Rakete zu arbeiten.
  • Obwohl es billiger wäre, denke ich nicht, dass es wesentlich billiger wäre. Die großen Kosten sind die Raptor-Motoren, da sie sehr komplex sind und ein revolutionäres Design aufweisen. Trotzdem sind alle bisher gesehenen Starship-Prototypen (Starhopper und der späte MK1) nicht mit allen Motoren ausgestattet. Starhopper hatte nur einen und der MK1 wurde nur kurz mit drei Motoren getestet.
  • Starship und der Superheavy Booster sind zwei verschiedene Fahrzeuge. Starship ist für die Redundanz mit drei Raptor-Motoren auf Meereshöhe und drei vakuumoptimierten Motoren ausgestattet. Auf einem Mini-Starship würde nur ein einziger Raptor-Motor passen, der nicht effizient wäre und nicht die Redundanz bieten würde, die mehrere Motoren zulassen. Es müsste eine völlig neue Methalox-Engine in Merlin-Größe entwickelt werden, was einfach nicht passieren wird, wenn SpaceX den funktionierenden Raptor in Produktion hat.

Ein Mini-Raumschiff könnte schneller iteriert werden

• Vielleicht, aber weder das Mini-Starship noch das Starship sind kleine Bauprojekte auf dem Schreibtisch oder im Garagengeschäft. Während die Arbeit mit kleineren Komponenten einfacher wäre, wären für beide immer noch Krane und schweres Gerät erforderlich.
• Die Arbeit, die mit der tatsächlichen Größe der Rakete verbunden ist, nimmt nicht viel von der gesamten Montagezeit in Anspruch. Ja, das Zusammenschweißen einer größeren Rakete dauert länger als eine kleine, aber die Installation von Avionik, Sensoren, Motoren, Drähten und Schreibsoftware würde nicht plötzlich schneller werden, wenn die Rakete physisch kleiner wäre.
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• Mini-Starship könnte günstige Starts bieten, während Starship entwickelt wird.
  • Starship (oder Mini-Starship) sind keine SSTO-Fahrzeuge. Beide erfordern die zusätzliche Entwicklung des Superheavy-Boosters. Es gibt auch keinen Grund, warum SpaceX den Betrieb der Falcon 9-Serie einstellen muss. Sie haben viele Raketen mit vielen Wiederverwendungszyklen übrig und trotz der nicht wiederverwendbaren zweiten Stufe kann Falcon 9 den Preis von jedem anderen Startanbieter leicht unterbieten. Bis die Rakete Vulcan oder Ariane 6 in Betrieb genommen wird, muss SpaceX nicht einmal die Preise (und Gewinnspannen) senken, damit Falcon 9 der billigste Anbieter ist.
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• Der Glaube, dass es einfach wäre, das Mini-Raumschiff auf ein vollwertiges zu skalieren, oder dass viele während der Entwicklung geteilt werden könnten
  • Ich bin mir nicht ganz sicher, wo Dieser Glaube kommt von. In der Ingenieurwelt kann man nicht einfach etwas skalieren und erwarten, dass es funktioniert. Nehmen Sie zum Beispiel die Cessna 172, das am meisten gebaute Flugzeug aller Zeiten. Warum sehen größere Flugzeuge nicht wie die Cessna aus, sondern größer? Denn einfach ein Design zu vergrößern, egal wie fantastisch, macht einfach nicht immer Sinn.
  • Die Teile der Entwicklung, die geteilt werden könnten, rechtfertigen nicht den Bau einer völlig neuen Rakete. Die Motoren sind bereits gebaut und bauen Kraftstofftanks, und die tatsächliche Struktur ist an sich nicht einfach, aber im Vergleich zur Entwicklung eines FFSC-Motors ziemlich einfach. Aerodynamik und Flugsteuerung würden auch in einem Mini-Raumschiff und möglicherweise in einer Hitzeschildtechnologie untersucht und wären übertragbar, aber SpaceX glaubt eindeutig nicht, dass dies kostengünstig wäre
• SpaceX könnte mit Mini-Starship Gewinne auf dem Smallsat-Markt erzielen
  • Nur weil sich der Smallsat-Markt erwärmt, heißt das nicht, dass größere Satelliten irgendwohin fliegen. Insbesondere mit Starlink schadet SpaceX weder Bargeld noch Startverträgen. Der Umgang mit Smallsat-Starts, bei denen jeder Satellit nur 50.000 zahlt, ist nicht der Ort, an dem SpaceX Gewinne erzielt.
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Es wurde darüber gesprochen, die zweite Stufe von Falcon 9 so zu modifizieren, dass sie im November 2018 vollständig wiederverwendbar ist. Die Idee war, dass eine wiederverwendbare zweite Stufe zum Testen von Starship-Technologien verwendet wird. Diese Bemühungen wurden 10 Tage später aufgegeben, um die Entwicklung des aktuellen Edelstahldesigns des Raumschiffs zu beschleunigen.

Die superschwere / Raumschiff-Architektur soll die Erforschung und Nutzung des Weltraums darüber hinaus erleichtern einfache erdnahe Umlaufbahn, die einen größeren Booster und ein größeres Raumschiff erfordert. Da die Entwicklungskosten tendenziell die Material-, Herstellungs- und Kraftstoffkosten übertreffen; Es ist sinnvoller, ein einzelnes großes Fahrzeug zu bauen, das viele Aufgaben erledigen kann, als zwei Fahrzeuge für separate Missionen.

Ähnlich wie ein kleines Flugzeug keine Menschen auf der ganzen Welt befördern kann, aber ein größeres Flugzeug kann, stellt sich heraus, dass es Herausforderungen gibt, wirklich kleine Raketen herzustellen. Diese werden vergrößert, wenn Sie die vollständige Wiederverwendbarkeit berücksichtigen. Es stellt sich heraus, dass es sich bei Starship um das kleinste Raumschiff handelt, das für ein vollständig wiederverwendbares Raumschiff Sinn macht. Ein paar Dinge zu beachten.

Der Druck der Tanks muss ungefähr gleich bleiben. Die Stärke eines Tanks hängt stark von der Dicke des Tanks ab, sodass Sie mit einer größeren Rakete für das Gewicht viel mehr gespeicherten Kraftstoff erhalten.

Raketentriebwerke haben ein maximales Schub-Gewichts-Verhältnis, wenn sie sind größer. Das Raumschiff soll Missionen in den Orbit unterstützen, selbst wenn einige Raketen ausfallen. Die Größe entspricht wieder der Größe eines Raumschiffs.

Hitzeschutz ist etwas schwieriger, aber ich glaube, es gibt eine ähnliche Mindestmasse, die erforderlich ist, um wirklich effektiv zu sein. Im Wesentlichen muss es die Energie des Raumfahrzeugs absorbieren und abführen. Bei einem größeren Raumfahrzeug ist das Verhältnis der Dichte pro Fläche geringer, was eine effektivere Verlangsamung und auch eine geringere Hitzeabschirmung ermöglicht.

Schließlich gab es einen ähnlichen Denkprozess bei Falcon 1 gegenüber Falcon 9. Es Es stellt sich heraus, dass viele der Kosten für einen Start feststehen, die Fluganalyse, die Analyse der gekoppelten Lasten usw. alle durchgeführt werden müssen, unabhängig davon, ob Sie einen einzelnen kleinen oder einen großen Satelliten haben. Durch die Konzentration auf eine größere Last können diese Kosten minimiert werden.

Unter dem Strich ist es für ein Raumschiff mit Starship-Zielen weitaus effizienter, sich ausschließlich auf ein Raumschiff zu konzentrieren, das ungefähr die Größe eines Raumschiffs hat. Robert Zubrin erwähnte dies sogar kürzlich bei einem Treffen der Mars Society.

Die einfache Antwort lautet, wie bereits von anderen angegeben, dass kleine Raketen nicht mit Musks Zielen übereinstimmen, Menschen auf den Mars zu bringen.

Außerdem verfügt Spacex bereits über einen kleinen (OK, mittelgroßen) Trägerraketen in Form von Falcon 9. Sie behaupten, dass Starship + Falcon Superheavy es unterbieten können.

Eine Möglichkeit, die ich nicht außer Acht lassen würde (wenn Spacex diesen Weg in Zukunft beschreiten würde), ist die Verwendung die obere Stufe von Starship ohne Booster, um Nutzlasten auf suborbitale Geschwindigkeiten zu bringen. Eine Nutzlast würde dann eine eigene Kickerstufe benötigen, um in den Orbit zu gelangen. Spacex hat sein Passagierschema von Erde zu Erde bereits auf ein System ohne Booster überarbeitet, sodass die Verwendung der oberen Stufe von Starship ohne Booster keine völlig neue Idee ist.

Die Kicker-Stufe könnte eine einfache Feststoffrakete sein oder eine wiederverwendbare Phase - was auch immer in der Zukunft entschieden wird. Ich würde bemerken, dass Spacex im Ruhestand von Falcon 9 mehrere hundert überschüssige Merlin-Motoren haben wird, die in einer verbrauchbaren Kicker-Phase ein letztes Mal eingesetzt werden könnten.

Spacex hat sich für das obere Ende des Marktes entschieden. mit sehr wenigen Konkurrenten, die alle entbehrlich sind: SLS (voraussichtlich bald fertig) und Long March 9 und Yenisei (voraussichtlich Ende 2020 fertig).

Sie haben das überfüllte Ende der unteren Größe des Markt. Wenn einer der derzeitigen Akteure auf diesem Markt groß genug wird, um mit Spacex zu konkurrieren, wird er es möglicherweise in 20 Jahren bereuen. Aber es gibt noch keine Anzeichen dafür. Ich würde nicht darauf verzichten, dass spacex später ein kleineres Startsystem entwickelt - aber dies würde auf opportunistische Weise auf der Rückseite des Starship-Programms geschehen.

Spacex hat ein Spinoff-Projekt, das nicht direkt auf das Ziel ausgerichtet ist, zum Mars zu gelangen, und im typischen Moschusstil ist es einzigartig: das Starlink Satellite-Konstellationsprojekt. Ausgründungen wie diese sind offensichtlich ein notwendiger Weg, um Spenden zu sammeln.

Im Moment sind Starship und It Superheavy Booster beide offen gestaltet. Derzeit ist geplant, 35 Motoren in der 1. Stufe, 6 in der 2. Stufe, 150 Tonnen bis LEO aufsteigende Nutzlast, Trockenmasse 85 t, Rückkehr zur Erdnutzlast 50 t.

All dies könnte sich während der Raketenentwicklung aufgrund technologischer Herausforderungen ändern, aber auch aufgrund von Geldern, die SpaceX während des Entwicklungsprozesses zur Verfügung stellen.

Sie ändern das Design des Raumschiffs bereits viele Male (Anzahl der Flossen, TPS-Typen, Design der Beine) und könnten es nach den ersten Testflügen ständig ändern. Am Ende können sie mit einer viel kleineren, mittleren Version von Starship mit weniger Motoren, weniger Nutzlast für LEO und einer geringeren Bruttomasse fertig werden. Zum Beispiel 20,30 t für LEO Starship / Superheavy mit insgesamt nur 15 Raptors, aber vielleicht 20,30 t für LEO-Nutzlast, aber immer noch mit insgesamt 30-40 Raptors. Es kommt darauf an, was für niedrigstmögliche Kosten pro Kilogramm für LEO, GTO optimal wäre, was das Hauptziel sein wird.

Abbildung 2 Millionen pro Flug ist nur ein angestrebtes Ziel von <> und sollte nicht als Tatsache angesehen werden.

Zum Beispiel möchte ESA Arianespace mit der entbehrlichen Ariane 6 (Nutzlast 20 t bis LEO, 10 t) für GTO) die gleichen Kosten pro Kilogramm wie für F9R erzielen, was ungefähr 5000 USD pro Kilogramm für LEO entspricht (mehr als zweimal für GTO), und mit dem nächsten Programm von Ariane, das potenziell wiederverwendbare LOX / Methan-Motoren Prometheus verwenden könnte, die Kosten für Ariane 6 pro Kilogramm verbessern weiter um den Faktor zwei. Aber das ist natürlich noch nicht gegeben.

Wie nicht angegeben, sind die Kosten für Starship / Superheavy pro Kilogramm für LEO oder GTO besser als für F9R, da die Wiederverwendung in der zweiten Stufe viel schwieriger ist als in der ersten Stufe (sowohl technisch als auch wirtschaftlich) und keine Rakete mit Die massive Größe von Starship / Superheavy (es wird 3-5 Mal Level Vertrauen von Saturn 5 geben) wurde jemals gebaut, geschweige denn versucht, wiederverwendet zu werden.