Wenn Elon Musk von SpaceX etwas Interessantes twittert, erzeugt dies eine Welle der Aufregung. Als er kürzlich twitterte, dass SpaceX möglicherweise daran arbeitet, die oberen Stufen ihrer Raketen wiederzugewinnen, löste dies eine Reihe faszinierender Reaktionen aus.
SpaceX wird versuchen, die Raketenoberstufe mit einem riesigen Partyballon aus der Orbitalgeschwindigkeit zurückzubringen
- Elon Musk (@elonmusk), 15. April 2018
SpaceX ruft seit einiger Zeit seine unteren Stufen ab und verwendet sie wieder. Dadurch werden die Kosten für den Start von Nutzdaten in den Weltraum gesenkt. Dies ist jedoch der erste Hinweis darauf, 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 noch nicht näher darauf eingegangen, aber einer seiner Twitter-Follower hatte etwas Interessantes hinzuzufügen.
Quinn Kupec, Student an der James Clark School of Engineering der University of Maryland, twitterte zu Musk:
Wenn Sie vorschlagen, was ich denke, dass Sie ein Verzögerer mit extrem niedrigem ballistischen Eintrittskoeffizienten sind, sollten Sie und @SpaceX kommen und sehen, was wir im @UofMaryland haben. Wir haben eine Weile daran gearbeitet und gerade einige Tests mit pic.twitter.com/nJBvyUnzaK abgeschlossen
- Quinn Kupec (@QuinnKupec), 16. April 2018
Das Space Magazine kontaktierte Herrn Kupec, um zu sehen, ob er uns helfen könnte, zu verstehen, worauf Musk sich eingelassen hat. Aber zuerst ein kleiner Hintergrund.
Ein „Verzögerer mit extrem niedrigem ballistischen Eintrittskoeffizienten“ ist ein bisschen mundvoll. 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 mit hohen Geschwindigkeiten die Erde erreicht. 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 wiederzugewinnen, sind niedrige Geschwindigkeiten wünschenswert, da sie weniger Wärme erzeugen. Laut Kupec gibt es jedoch noch ein weiteres Problem, das überwunden werden muss.
„Was passiert, wenn diese Dinge auf Landegeschwindigkeiten verlangsamen? Wenn Ihr Schwerpunkt deutlich hinter Ihrem Widerstandsmittelpunkt versetzt ist, wie dies bei einer zurückkehrenden oberen Stufe der Fall wäre, kann er instabil werden. Wenn der Schwerpunkt des Wiedereintrittsfahrzeugs zu hoch ist, kann es umgekehrt werden, was offensichtlich nicht wünschenswert ist. “
Der Trick besteht also darin, die Geschwindigkeit des Wiedereintrittsfahrzeugs so weit zu senken, dass die durch den Wiedereintritt erzeugte Wärme den Booster nicht beschädigt, und dies zu tun, ohne dass das Fahrzeug umkehrt oder auf andere Weise instabil wird. Dies ist kein Problem für die Booster der Hauptstufe, die SpaceX jetzt routinemäßig wiederherstellt. Sie haben ihre eigenen Retro-Raketen, um ihren Abstieg und ihre Landung zu steuern. Für die Booster der oberen Stufe, die Orbitalgeschwindigkeiten erreichen, ist dies jedoch ein Hindernis, das überwunden werden muss.
"Meine Forschung konzentriert sich speziell darauf, wie hoch man den Schwerpunkt drücken und trotzdem die richtige Flugkonfiguration beibehalten kann", sagte Kupec.
Aber was ist mit dem „riesigen Partyballon“, über den Musk getwittert hat?
Moschus könnte sich in farbenfrohen Begriffen auf eine sogenannte Ballute beziehen. Das Wort ist eine Kombination der Wörter Ballon und Fallschirm. Sie wurden in den 1950er Jahren von Goodyear Aerospace erfunden. Sie können den Abstieg von Einstiegsfahrzeugen stoppen und für Stabilität beim Abstieg sorgen.
„… Der Ballon müsste einen Durchmesser von 120 Fuß haben und aus einem Hochtemperaturgewebe bestehen…“ - Professor Dave Akin, University of Maryland
Das Space Magazine 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 anzubringen, das beim Eintritt hinter Ihnen gezogen wird. Der Ballon senkt Ihren ballistischen Koeffizienten, was bedeutet, dass Sie in der Atmosphäre höher bremsen und die Wärmebelastung geringer ist. “ Der Schlüssel ist also, Ihre Geschwindigkeit zu schrubben, bevor Sie sich der Erde nähern, wo die Atmosphäre dicker ist und mehr Wärme erzeugt.
Laut Professor Akin wird dies jedoch nicht unbedingt einfach sein. "Um die Reduzierung des ballistischen Koeffizienten um zwei Größenordnungen zu erreichen, von der Elon über den Ballon gesprochen hat, müsste er einen Durchmesser von 120 Fuß haben und aus einem Hochtemperaturgewebe bestehen. Das wird also nicht so einfach."
Aber Musks Erfolgsbilanz zeigt, dass er nicht vor Dingen zurückschreckt, die nicht einfach sind.
Beim Abrufen der oberen Raketenstufen geht es nicht nur darum, die Startkosten zu senken, sondern auch um Weltraummüll. Die Europäische Weltraumorganisation schätzt, dass mehr als 29.000 Teile Weltraummüll die Erde umkreisen, und ein Teil dieses Mülls wird für Booster der oberen Stufe ausgegeben. Es gab bereits einige Kollisionen und Unfälle, wobei einige Satelliten in verschiedene Umlaufbahnen gebracht 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, die Booster der oberen Stufe abzurufen, bedeutet dies weniger Platzmüll und weniger potenzielle Kollisionen.
Es gibt einen klaren Präzedenzfall für die Verwendung von Luftballons zur Verwaltung des Wiedereintritts. Mit Leuten wie Professor Akin und Quinn Kupec muss SpaceX das Rad nicht neu erfinden. Aber sie werden noch viel zu tun haben.
Kurz nach seinem Tweet „Riesenpartyballon“ twitterte Musk noch etwas:
Und dann auf einer Hüpfburg landen
- Elon Musk (@elonmusk), 16. April 2018
Noch kein Wort darüber, was das bedeuten könnte.
Elon Musks "Riesenparty-Ballon" -Tweet: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn Kupecs Tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
