BFR - Big "Falcon" Rocket ?

[Pospíšil]

Jen drobné připomenutí - Starship je konstruována tak, aby byla schopna přistání na různých tělesech sluneční soustavy a to včetně těch bez atmosféry (například Měsíc), kde bude brzdění, sestup a přistání provedeno pouze motoricky (bez využití aerodynamického odporu).
Pro různé mise, k růzmým cílům a s různým nákladem, bude Starship na LEO dotankována různým počtem tankovacích lodí/misí. Celé to má být víceúčelová architektura, schopná zajišťovat širokou paletu úkolů.

[todtv]

Samozřejmě.
Nyníjsme diskutovali, zatím, pro SS nejproblémovější přistání z hlediska energetického - to je na Zemi. U měsíce bude plně motorické. V hlavě mi uvízlo, že obecně spotřeba paliva na start/plné motorické přistání roste snad s 3 mocinou gravitace tělesa. Měsíc bude nejlěhčí. Mars je mezi Zemí a Měsícem.
Spíš pro SS bude "výzvou" přistání na Měsíci a Marsu na místě, aby se nepřeklopila - nestabilní nerovný povrch.

Pak můžeme zapojit fantazii a debatovat o přistání na Europě (asi by tam lidem po chvíli bylo blbě z radiace), Ganymedu a brzdění o atmosféru na Titanu - ale než by tam běžnou rychlosti lidé doletěli tak se cestou pomlátí mezi sebou. To bych tam spíše dopravil velké vozítko v nákladní verzi SS - vysadil ho automaticky jeřábem a SS bych poslal zpět, případně by přistávací modul byl vysazen na orbitě, pokud bych chtěl na toto SS použít.

[Geo]

Přistání u Měsíce plně motorické, přistání na Marsu motorická část ( relativně ) násobně významnější než při návratu na Zemi , kde díky hustší a vyšší atmosféře bude aerodynamická část důležitější. A právě pro mnohostranné využití je možná kombinace různých způsobů přistání a to včetně dotankování před přistáním při návratu od vzdálenějších cílů třeba Marsu ( zpočátku ) Proto jsem vždy psal o kombinaci různých způsobů přistání.
O Falconu a motorickém přistání jsem psal proto, že si do té doby nikdo neuměl představit přistávat s raketou s 1/4 paliva v nádržích na počátku manévru ( naprosto zbytečnou zátěží ne? ). A přesto podstatnou část času manévru jen padají. Ale oni tím obešli úskalí znovupoužitelnosti.
A to samé čekám nyní.
Postaví loď a bude jim jedno jestli v ní bude obrazně 100 tun paliva navíc , Starship bude mít hmotnost cca 1200 tun asi, Booster asi 3200 tun ( to je o 450 a 650 tun více než SaturnV a N1) To znamená mimo jiné, že StarShip bude významně pracovat již při startu. Takže dotankování na orbitě pro Mars nutné. A teď máme loď 85 tun a náklad asi 10tun dopravit zpět na Zemi. Jaký scénář je optimální ? Kolik rychlosti odbrzdím aerodynamicky ? Kolik paliva v nádrži potřebuji pro motoriku abych pokryl zbytek ? Určitě se to dá nasimulovat pro různé scénáře. ( A já to neumím)
Do toho konstrukce nádrží vlastní hrob N1, různé podmínky různé množství paliva ale 100% bezpečnost nutná, vybalancovaný odběr paliva z nádrží, rovnoměrné dodávky do motorů a spousty podobných problémů k řešení.
A jak víme i ruský neúspěch N1 stvořil motory na druhém a třetím stupni, které ještě nyní dopravují náklad na amerických raketách k ISS. Takže každé " tudy ne přátelé " bude součástí bohatství SpaceX. A proto jsem přesvědčen, že jim Falcon9 dodal takové sebedůvěry a informací, že jsou přesvědčeni, že ví jak na to.
Že to bude překvapivé řešení víme už teď.

[petrsida]

to co se ti ale snažím naznačit je, že k zpomalení o deltav, které jsi uvažoval, nejde o nějakých 100 tun, ale podstatně víc

dotankovávat na cestě z Marsu by znamenalo dostat ten tanker na nějakou vzdálenou eliptickou dráhu, aby se potkali po cestě, opět nic jednoduchého, vezt to přímo z Marsu taky není nic moc, nejdřív bys to palivo musel urychlit na odlet …

musíš uvažovat v intencích orbitální mechaniky, nemůžeš poslat tanker lodi vstříc a pak se s ní jednoduše setkat, takhle to nefunguje (teda funguje, ale jenom ve scifi)

prostě co můžeš zabrzdit o atmosféru, je vhodné zabrzdit o atmosféru

první stupeň Falconu brzdí v atmosféře z jednoho jediného důvodu, aby se nerozpadl, protože na aerodynamické brzdění nemá dostatečnou pevnost, ani tepelnou odolnost

[skeblon]

Pouze poznámka:
Už jsem v diskusích upozorňoval, že hodně lidí si neuvědomuje, že v případě plně motorického přistání by jste spotřebovali srovnatelné množství paliva na přistání jako na start! Viz i přispěvek od předřečníka výše.

(Vzdáleně nepřesně pro laiky by tomu odpovídala excitace elektronu v obalu atomu a při jeho návratu na původní hladinu opětné vyzáření té samé energie - ale toto je jen hrubé přiblížení, ve skutečnosti jde o jiné síly, jde spíše jen o připomenutí pohybu mezi různými energetickými hladinami)

To mi trochu vrta hlavou. Prvni stupen vynese F9 do urcite vysky a udeli urcitou rychlost. Obrovska nadrz se spotrebuje a na pristani staci trosku paliva.
No a pak druhy stupen. Ted uz je prece malinky a slouzi k dosazeni orbity. Takze mi u F9 vychazi, ze staci jen totez palivo jakove druhem stupni + kapanek co se pouziva na pristani prvniho stupne.

Tedy to co mi vrta v hlave je to vase "srovnatelne mnozstvi paliva na pristani jako na start". Nejak mi to nesedi.
Prosim o blizsi objasneni.

[petrsida]

Pouze poznámka:
Už jsem v diskusích upozorňoval, že hodně lidí si neuvědomuje, že v případě plně motorického přistání by jste spotřebovali srovnatelné množství paliva na přistání jako na start! Viz i přispěvek od předřečníka výše.

(Vzdáleně nepřesně pro laiky by tomu odpovídala excitace elektronu v obalu atomu a při jeho návratu na původní hladinu opětné vyzáření té samé energie - ale toto je jen hrubé přiblížení, ve skutečnosti jde o jiné síly, jde spíše jen o připomenutí pohybu mezi různými energetickými hladinami)

To mi trochu vrta hlavou. Prvni stupen vynese F9 do urcite vysky a udeli urcitou rychlost. Obrovska nadrz se spotrebuje a na pristani staci trosku paliva.
No a pak druhy stupen. Ted uz je prece malinky a slouzi k dosazeni orbity. Takze mi u F9 vychazi, ze staci jen totez palivo jakove druhem stupni + kapanek co se pouziva na pristani prvniho stupne.

Tedy to co mi vrta v hlave je to vase "srovnatelne mnozstvi paliva na pristani jako na start". Nejak mi to nesedi.
Prosim o blizsi objasneni.

Ďábel se skrývá v detailech, tady v tom, že ti při startu ubývá palivo z velké části na urychlení toho paliva, které budeš potřebovat výš a tak dál

abys přistál čistě motoricky, je to obrácená úloha, na začátku musíš mít palivo na zpomalovaní všeho pliva, které budeš potřebovat dál

[DanHeřt]

Občas trochu té matematiky neuškodí, raketová rovnice je velmi jednoduchá a internet je plný kalkulaček které to samy spočítají - http://www.quantumg.net/rocketeq.html
Takže si můžeš propočítat kolik potřebuje která raketa paliva. Pro F9 můžeš použít čísla z http://spaceflight101.com/spacerockets/falcon-9-ft/

první stupeň: 23 tun, 411 tun paliva, ISP +/- 300s
druhý stupeň: 4 tuny, 107 tun paliva, ISP 348s

Ve zkratce, druhý stupeň je lehčí a efektivnější, proto mu stačí méně paliva k dosažení orbity, prostě důvod proč používáme vícestupňové rakety.

[AlesH]

Jen doplním, že pro přistání prvního stupně Falconu 9 je potřeba nejméně cca 30 tun paliva (pro přistání na plošině ASDS v moři) až po téměř 80 tun paliva (pro RTLS návrat k místu startu). To je palivo, které musí zbýt v nádržích při oddělení druhého stupně, tedy z těch původních cca 410 tun paliva. Aby to fungovalo, musí být vlastně první stupeň Falconu 9 kvůli znovupoužitelnosti dost "předimenzován" (o cca 20%).

U druhého stupně zbývá po dopravení užitečného nákladu na cílovou oběžnou dráhu jen pár tun paliva (max. jednotky tun paliva).

Aby BFR/BFS(Starship) rozumně (efektivně) fungoval, tak při přistávání na Zemi (nebo na Marsu) prostě musí naprostou většinu "brzdění" dokázat udělat jen aerodynamicky (tepelným štítem) a pro závěrečné dosednutí mu musí stačit jen cca 20 až 40 tun paliva (podle velikosti nákladu). Tohle "přistávací palivo" si sebou musí nést už od startu (při přistávání z LEO na Zemi).

P.S.: Mise na Měsíc (s přistáním na povrchu Měsíce a s návratem zpět na Zemi [potřebné delta_v je přes 8000 m/s]) je na horní hranici možností Starshipu a vyžaduje úplné dotankování na dost výstředné LEO (tedy dotankování cca 1100 tunami paliva, což si určitě vyžádá několik tankovacích misí [nejméně 5 misí]).

[todtv]

Porovnatelné množství paliva bylo myšleno řádově. Protože při startu je nutno s sebou táhnout zátěž navíc - tedy palivo na vynešení úpaliva na přistání - kdyby přistání zpět na Zemi bylo jen zcela motorické.

Co se týče motorického přistání na Měsící, tak tam se na start a přistání spotřebuje mnohem méně paliva, protože je rozdíl urychlit těleso těleso na 8 km/s na Zemi a na Měsíci. Uníková rychlost z Měsíce je např. 2,3 km/s (proti Zemi 11,2 km/s), stejně tak stačí mnohem méně paliva na motorické přistání než kolik by se ho potřebovalo na plně motorické přistání na Zemi.
Kalkulačku na netu jsem na to teď narychlo nenašel jen články a volně ke stažení kód pro Apollo 11.

Pouze pro představu - lunární modul Apolla, který startoval z povrchu Měsíce, měl plně naložený necelých 5 tun, z toho cca necelých 2,5 tuny dělalo palivo na vzlet na oběžnou dráhu Měsíce - dv=2220 m/s - tedy těsně pod únikovou rychlost z Měsíce 2300 m/s, aby se dostal na orbitu Měsíce i při max celk. váze necelých 5 tun. A teď si odhadem porovnejte nebo přes web kalkulačky kolik paliva+okysličovadla potřebujete při dopravě čisté váhy 2,5 tuny na lunární dráhu kolem Země - zkusil jsem to spočítat narychlo a vychází mi čísla přes 100 tun (vychází mi to i 150 tun je to jakoby v rámci oné 3. mocniny gravitace tělesa ).
Tedy spotřeba paliva na vzlet/motorické přistání je při stejném nákladu u Měsíce minimálně 4x menší - reálný rozdíl je větší - asi 60x (2,5 tuny paliva na 2,5 tuny nákladu - váha na Zemi - z Měsíce versus asi velmi hrubě 150 tun na 2,5 tuny nákladu ze Země). Koukám jak blázen jestli tam nemám chybu - takovej rozdíl?

Přepočítejte to někdo pořádně přesně. Jenom pozor web kalkulačky jsou dělány defaultně na Zemi, nikolv na Měsíc!

[todtv]

SuperHeavy bude taky lesklý jako SS, tedy bude taky asi z nerez oceli.
Viz Twitter: https://twitter.com/elonmusk/status/1083252590689820672