Musk sagt, dass SpaceX einen riesigen Partyballon verwenden wird, um eine obere Bühne zurückzubringen. Warte was?
Wenn Elon Musk von SpaceX etwas Interessantes twittert, löst das eine Welle der Aufregung aus. Als er kürzlich twitterte, dass SpaceX möglicherweise an einer Möglichkeit arbeite, die oberen Stufen ihrer Raketen abzurufen, löste dies eine Reihe faszinierter Reaktionen aus.
SpaceX wird versuchen, die Oberstufe der Rakete mit einem riesigen Partyballon aus der Umlaufgeschwindigkeit zurückzubringen
– Elon Musk (@elonmusk) 15. April 2018
SpaceX ruft seit einiger Zeit ihre unteren Stufen ab und verwendet sie wieder, und es hat die Kosten für den Start von Nutzlasten in den Weltraum gesenkt. Dies ist jedoch der erste Hinweis, dass sie versuchen könnten, dasselbe mit den oberen Stufen zu tun.
Twitter-Responder wollten genau wissen, was SpaceX im Sinn hat und was ein „riesiger Partyballon“ sein könnte. Musk hat es noch nicht näher ausgeführt, aber einer seiner Twitter-Follower hatte etwas Interessantes hinzuzufügen.
Quinn Kupec, Studentin an der James Clark School of Engineering der University of Maryland twitterte an Musk:
Wenn Sie vorschlagen, was ich denke, ein Verzögerer mit extrem niedrigem ballistischem Eintrittskoeffizienten, dann sind Sie und @SpaceX sollte kommen und sehen, was wir im haben @UofMaryland . Wir haben eine Weile daran gearbeitet und gerade einige Tests abgeschlossen pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn-Käufer (@QuinnKupec) 16. April 2018
Universe Today kontaktierte Herrn Kupec, um zu sehen, ob er uns helfen könnte, zu verstehen, worauf Musk hinauswollte. Aber zuerst ein wenig Hintergrund.
Ein „Verzögerer mit extrem niedrigem ballistischem Eintrittskoeffizienten“ ist ein bisschen ein Bissen. Der ballistische Koeffizient misst, wie gut ein Fahrzeug den Luftwiderstand im Flug überwinden kann. Ein hoher ballistischer Koeffizient bedeutet, dass ein Wiedereintrittsfahrzeug nicht schnell an Geschwindigkeit verliert und die Erde mit hoher Geschwindigkeit erreichen würde. Ein Verzögerer mit extrem niedrigem ballistischen Eintrittskoeffizienten würde schnell an Geschwindigkeit verlieren, was bedeutet, dass ein Fahrzeug mit niedrigen Unterschallgeschwindigkeiten fahren würde, bevor es den Boden erreicht.
Um einen Booster der oberen Stufe zurückzugewinnen, sind niedrige Drehzahlen wünschenswert, da sie weniger Wärme erzeugen. Aber laut Kupec gibt es noch ein weiteres Problem, das überwunden werden muss.
„Was passiert, wenn sich diese Dinge auf die Landegeschwindigkeit verlangsamen? Wenn Ihr Schwerpunkt deutlich hinter Ihrem Luftwiderstandszentrum versetzt ist, wie dies bei einer zurückkehrenden Oberstufe der Fall wäre, kann es instabil werden. Wenn der Schwerpunkt des Wiedereinstiegsfahrzeugs zu hoch ist, kann es invertiert werden, was natürlich nicht erwünscht ist.“
Der Trick besteht also darin, die Geschwindigkeit des Wiedereintrittsfahrzeugs so weit zu verringern, dass die beim Wiedereintritt erzeugte Wärme den Booster nicht beschädigt, und dies ohne dass das Fahrzeug invertiert oder anderweitig instabil wird. Dies ist kein Problem für die Hauptstufen-Booster, die SpaceX jetzt routinemäßig wiederherstellt; sie haben ihre eigenen Retro-Raketen, um ihren Abstieg und ihre Landung zu steuern. Aber für die Booster der Oberstufe, die Orbitalgeschwindigkeiten erreichen, ist es eine Hürde, die es zu überwinden gilt.
„Meine Forschung konzentriert sich speziell darauf, wie hoch Sie den Schwerpunkt verschieben und trotzdem die richtige Flugkonfiguration beibehalten können“, sagte Kupec.
Aber was ist mit dem „riesigen Partyballon“, über den Musk getwittert hat?
Musk könnte sich in bunten Begriffen auf das beziehen, was man a . nennt ballut . Das Wort ist eine Kombination aus den Wörtern Ballon und Fallschirm. Sie wurden in den 1950er Jahren von Goodyear Aerospace erfunden. Sie können den Abstieg von Einstiegsfahrzeugen aufhalten und während des Abstiegs für Stabilität sorgen.
„…der Ballon müsste einen Durchmesser von 120 Fuß haben und aus einem Hochtemperaturgewebe bestehen…“ – Professor Dave Akin, University of Maryland
Universe Today kontaktierte Professor Dave Akin von der University of Maryland, um einen Einblick in Musks Tweet zu erhalten. Professor Akin arbeitet seit über 2 Jahrzehnten an Wiedereintrittssystemen.
In einem E-Mail-Austausch sagte uns Professor Akin: „Es wurden Konzepte vorgeschlagen, um einen großen Ballon an einem Kabel zu platzieren, das beim Eintritt hinter Ihnen geschleppt wird. Der Ballon senkt Ihren ballistischen Koeffizienten, was bedeutet, dass Sie in der Atmosphäre stärker verlangsamen und die Wärmebelastung geringer ist.“ Der Schlüssel ist also, Ihre Geschwindigkeit zu verringern, bevor Sie sich der Erde nähern, wo die Atmosphäre dicker ist und mehr Wärme erzeugt.
Aber das wird laut Professor Akin nicht unbedingt einfach sein. „Um die Reduzierung des ballistischen Koeffizienten um zwei Größenordnungen zu erreichen, über die Elon gesprochen hat, müsste der Ballon einen Durchmesser von 120 Fuß haben und aus einem Hochtemperaturgewebe bestehen, also wird es nicht so einfach sein.“
Aber Musks Erfolgsbilanz zeigt, dass er nicht vor Dingen zurückschreckt, die nicht einfach sind.
Beim Abrufen der oberen Raketenstufen geht es nicht nur um die Senkung der Startkosten, sondern auch um Weltraumschrott. Die Europäische Weltraumorganisation Schätzungen zufolge gibt es über 29.000 Weltraumschrottstücke, die die Erde umkreisen, und ein Teil dieses Mülls wird für Booster der Oberstufe ausgegeben. Es gab bereits einige Kollisionen und Unfälle, bei denen einige Satelliten in verschiedene Umlaufbahnen geschoben wurden. Im Jahr 2009 kollidierten der Kommunikationssatellit Iridium 33 und der nicht mehr existierende russische Kommunikationssatellit Cosmos 2251 miteinander und zerstörten beide. Wenn SpaceX eine Möglichkeit entwickeln kann, seine Booster der oberen Stufe abzurufen, bedeutet dies weniger Weltraummüll und weniger potenzielle Kollisionen.
Es gibt einen klaren Präzedenzfall für die Verwendung von Ballons, um den Wiedereintritt zu verwalten. Mit Leuten wie Professor Akin und Quinn Kupec, die daran arbeiten, muss SpaceX das Rad nicht neu erfinden. Aber sie werden noch viel zu tun haben.
Musk twitterte kurz nach seinem Tweet über den „riesigen Partyballon“ noch etwas:
Und dann auf einer Hüpfburg landen
– Elon Musk (@elonmusk) 16. April 2018
Noch kein Wort darüber, was das bedeuten könnte.
Elon Musks „riesiger Partyballon“-Tweet: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn-Kunden-Tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872