題:
為什麼SpaceX不能同時使用較小版本的Starship?
Stephane Bersier
2019-11-20 23:02:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

SpaceX計劃退役獵鷹9號,這將使其只剩下星際飛船。雖然預計星艦發射會比Falcon 9便宜,但縮小的星艦發射仍會更便宜。

此外,縮小的星艦將更易於開發和迭代,從而為全尺寸星艦。它可能與全尺寸的星艦盡可能相似(但當然是等比例縮放的)。因此,它甚至可以降低總開發成本和風險。

可以想像,它使用的Falcon發動機要少7倍,最後在第一階段使用5架,在第二階段使用一個。較小的Starship幾乎可以用於所有的衛星發射,因為它仍然是一個可觀的大小。

他們只是修剪頂部嗎? https://twitter.com/NASASpaceflight/status/1197265917589303296
“縮小規模的星艦發射會更便宜”您為什麼會這樣呢?事情不會毫不費力地向上或向下擴展。甚至僅僅擁有兩個發射器而不是一個發射器的事實都會帶來額外的費用。而且這完全忽略了研發,這是處理火箭總費用的重要部分。
幾年前的原始設計基於直徑12m。馬斯克還表示,[可能會有1800萬個設計](https://twitter.com/elonmusk/status/1166856662336102401)。也許當前的9m設計是較小的版本...
獵鷹9使用兩種類型的梅林發動機:海平面優化和真空優化的變體。 Merlin是一款LOX / RP1燃氣發電機循環發動機,推力約為900 kn。 Starship和Superheavy助推器設計為使用新的新型Raptor發動機的兩個變體。 Raptor是LOX /液態甲烷全流量分級內燃機,推力約為2400 kn。
五 答案:
Dragongeek
2019-11-21 00:11:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

有幾個令人信服的工程和設計理由說明了較大的太空飛船有意義的原因,以及製作迷你星際飛船特別不適用於SpaceX(及其願景)的幾個原因。

首先,埃隆·馬斯克(Elon Musk)明確表示,他對公司和未來的目標不是提供廉價的衛星發射功能,而是使人們進入火星。製造劣質的“星際飛船”並不是把人們送上火星為伊隆服務的“關鍵途徑”。 SpaceX是埃隆·馬斯克(Elon Musk)的公司,它遵循了他的願景。

也就是說,這有幾個其他原因導致SpaceX可能特別不希望製造Mini-Starship(儘管Mini-Starship對某些製造商來說很有意義):

  • 大型建築與小型建築。 Starship當前設計/建造進度中的“革命性”事情之一是,它是在戶外野外焊接在一起的。 SpaceX相信,當您的火箭彈很大時,您可以擺脫寬鬆的公差,這反過來又等於節省了錢。例如,海龍計劃被設計為在造船廠組裝,具有巨大的提升能力,而成本卻非常低。星際飛船是相似的。如果建造了迷你飛船,則可能需要更嚴格的公差和更小,更精確的零件。真的,這再次歸結為我的第一點。如果要製造小型火箭,那麼每條焊縫,螺栓和金屬絲都會對重量更輕,體積更小的火箭效率產生更大的影響。

  • SpaceX認為,類似於當前正在原型化的兩個星際飛船的設計將起作用。如果他們放棄了迄今開發的產品並建造了迷你星際飛船,那麼他們實際上必須再次從零開始。火箭的設計是如此復雜,以至於您不能僅僅調整它的大小並隨後進行功能設計。在開發Falcon Heavy時,SpaceX很難學到這一課。最初,伊隆(Elon)曾以為它只是“將三個助推器捆綁在一起”,但最後,SpaceX必須幾乎完全從頭開始開發中心核心。

  • SpaceX的員工和資金有限。如果他們決定同時從事“星際飛船”和“迷你星際飛船”,那麼這兩個項目的進度將減少一半甚至更多。 Elon表示開發速度對他至關重要。

  • 小衛星發射市場正在升溫。多家公司,尤其是Rocket Labs,致力於將小型衛星送入軌道。 SpaceX押注的是,發送給太空的質量需求不會短缺,然後上升的火箭大小無關緊要,因為它們將能夠為每個火箭裝載有效載荷。即使那樣,200萬美元的發射成本仍然很低,以至於即使Starship大部分時間都是空的,它仍然可以獲利。

附錄:在評論中提出了一些擔憂:

  • 構建迷你星際飛船要比全尺寸的星際飛船便宜

    • 對此,我沒有不同意。如果您是從頭開始,建造1/8比例的星際飛船可能會比全尺寸的星際飛船便宜。
    • SpaceX已經在ITS / BFR / Starship上投入了大量資金和開發時間,年份。簡單地擱置這些努力工作於劣等火箭的努力將被視為浪費金錢。
    • 雖然便宜一些,但我認為它不會便宜很多。 Raptor引擎非常昂貴,因為它們非常複雜且具有革命性的設計。不過,到目前為止,我們所見過的所有Starship原型(Starhopper和已故的MK1)都沒有配備完整的引擎。 Starhopper只有一個,而MK1只是短暫地測試了三個發動機。
    • Starship和Superheavy Booster是兩種不同的工藝。 Starship設計為配備三個海平面猛禽發動機和三個真空優化的發動機,以實現冗餘。在Mini-Starship上,僅適合單個Raptor引擎,效率不高,也無法提供多個引擎允許的冗餘。需要開發一種全新的梅林尺寸的Methalox引擎,而當SpaceX的Raptor投入生產時,這種引擎就不會發生。
  • 迷你飛船的迭代速度更快

    • 也許可以,但迷你飛船或星際飛船都不是小型台式或車庫商店建設項目。雖然使用較小的零件會更容易,但兩者都需要起重機和重型設備。是的,將一枚更大的火箭焊接在一起要比一枚小火箭花費更長的時間,但是如果火箭的體積更小,則安裝航空電子設備,傳感器,引擎,電線和編寫軟件不會突然變得更快。
  • 微型星艦可以提供廉價的發射,而星艦已開發。
    • 星艦(或迷你星艦)不是SSTO運載工具。它們都需要Superheavy助推器的額外開發。而且,SpaceX沒有理由需要停止操作Falcon 9系列。他們擁有大量的火箭彈,並具有大量的重複使用周期,儘管第二階段不可重複使用,但Falcon 9可以輕鬆地降低任何其他發射服務提供商的價格。在Vulcan或Ariane 6火箭投入運營之前,SpaceX甚至不必降低價格(以及利潤率),Falcon 9才能成為最便宜的提供商。
  • 相信微型星際飛船升級到全尺寸的飛船很容易,或者在開發過程中可以共享很多東西
    • 我不太確定這種信念來自。在工程界,您不能只是擴大規模並期望它能工作。例如,以塞斯納172(Cessna 172)為例,這是有史以​​來建造最多的飛機。為什麼更大的飛機看起來不像塞斯納,卻更大?因為,僅按比例放大設計,無論多麼出色,都不一定總是有意義的。
    • 可以共享的開發部分並不能證明製造全新的火箭是合理的。發動機已經被製造出來,並且正在建造油箱,其實際結構本身並不簡單,但是與開發FFSC發動機相比,它很簡單。空氣動力學和飛行控制也將在迷你飛船甚至隔熱屏技術中進行探索,並且可以轉讓,但SpaceX顯然並不認為這會具有成本效益
  • SpaceX可以憑藉Mini-Starship
    • 在小型衛星市場上獲利,僅僅是因為小型衛星市場正在升溫並不意味著更大的衛星就在任何地方。尤其是對於Starlink,SpaceX不會因現金或發射合同而受到損害。處理Smallsat發射時,每顆衛星只需支付5萬美元,而SpaceX卻無法從中獲利。
“當你的火箭很大時,你可以放寬公差。”這還沒有得到證實。博卡奇卡(Boca Chica)上車輛上看起來馬虎的焊縫嚇到我了。
AilieijebzCMT固定
@OrganicMarble在超音速飛行期間,尤其是在迎風側。這些隆起和焊縫將如何影響高超聲速流動?考慮到可怕。以及如何在風洞中建模?
如果是一次性的,這就是可以用來證明迷你飛船合理性的原因之一。建造一個小型星際飛船,並將其放在Falcon 9助推器上,以查看空氣動力學如何。
@OrganicMarble有先見之明。發表評論後的幾個小時,它就爆炸了。
“吹起氣”-他們正在進行超壓測試,並達到不能承受超壓的地步。它看起來很引人注目,但他們知道繼續這樣做是有可能的。
Mk 2和Mk 3一樣,已經成為製造探路者的不二之選。我認為Mk 2除了亞軌道飛行外,別無其他選擇。但是,是的,它看起來很粗糙。失敗看起來像是緊接焊縫之後。
即使確實可以因為尺寸而克服“更大的公差”,我仍然認為開發小八倍的版本會便宜得多。
而且埃隆·馬斯克(Elon Musk)似乎對快速迭代具有很多價值,較小的版本會有所幫助。
同時,將人們送往火星的最終長期目標只能受益於迷你星際飛船可以貢獻的額外收入。
您的答案假設“星際飛船”和“迷你星際飛船”之間沒有太多的發展可共享,我不相信其中的哪一個。
在我看來,小型衛星發射市場的升溫似乎是讚成迷你星際飛船的爭論。小型星際飛船將保留該版本完整版在該市場上的大部分優勢,同時提供更大的靈活性(在時間上,在軌道上等),並避免在星際飛船中安裝一千顆小型衛星或將其空載一半的麻煩。
-1
Justin Braun
2019-11-21 06:23:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

有人談論修改Falcon 9的第二階段以使其在2018年11月具有完全可重用性。想法是可重複使用的第二階段將用於測試Starship技術。這項努力在10天后就被廢棄了,而希望加快對當前飛船不銹鋼設計的開發。簡單的低地球軌道,這就需要更大的助推器和航天器。由於開發成本往往超過材料,製造和燃料成本;與單獨執行任務的兩輛車相比,製造一輛可以完成許多工作的大型車更有意義。

這個答案假設並行開發一個較小的Starship會大大增加總開發成本,這對我來說還不清楚。正如我在問題中所寫的那樣,開發較小的版本甚至可以減少一些總成本。獵鷹9是完全不同的火箭,因此報廢似乎不是有力的證據。
PearsonArtPhoto
2019-11-21 08:19:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

類似於一架小型飛機如何無法真正載運全世界任何人,但是一架大型飛機可以載運真正的小型火箭,事實證明,製造出真正的小型火箭存在挑戰。考慮到完全可重複使用性時,這些內容會放大。事實證明,星艦是使完全可重複使用的航天器有意義的最小的航天器。需要考慮的幾件事。

儲罐的壓力必須保持相同。坦克的力量在很大程度上取決於坦克的厚度,因此在重量更大的情況下,使用更大的火箭可以獲得更多的燃料。

火箭發動機在具有最大推力重量比的情況下更大。即使某些火箭彈失靈,“星際飛船”也旨在支持飛行任務。大小再次達到了星艦大小。

隔熱材料有點棘手,但我認為要真正發揮作用,還需要類似的最小質量。本質上,它必須吸收航天器的能量並將其耗散掉。對於較大的航天器,單位面積密度較低,可以更有效地減速,並且所需的隔熱層也較少。

最後,獵鷹1與獵鷹9的思維過程相似。事實證明,發射的許多成本是固定的,無論您是擁有一顆小型衛星還是一顆巨大的衛星,都必須完成飛行分析,耦合載荷分析等工作。歸根結底,

最重要的是,對於星際飛船目標的航天器而言,純粹專注於大小與之差不多的航天器要有效得多。羅伯特·祖布林(Robert Zubrin)甚至在最近的火星學會會議上也提到了這一點。

特別地,燃料箱/隔熱罩的表面積隨船舶比例的平方而增加,但體積隨立方而增加,這為大型船舶提供了良好的經濟性。當然,這不會無限期地持續下去,因為您會受到材料強度的限制。因此,存在最佳尺寸。
立方平方法不適用於增壓罐。儲罐的結構質量與壓力和體積成正比。請參閱[壓力容器#縮放](https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_vessel#縮放)
@RainerP。是的,但這並不適用於火箭。除非您使用壓力驅動的發動機,否則油箱中的內部壓力相對較低,由於推力和動態壓力或氣動彎曲載荷,所產生的載荷遠不如軸向壓縮重要。同樣,對於罐中的液體推進劑,只有靜水壓力對罐很重要,並且只隨長度成比例。
這個答案的大多數論點都是有缺陷的。
對於第一段:在大氣中,由於平方立方體定律,較小的飛機的射程較小。這不適用於太空。雖然從地球上發射的火箭確實必須首先與大氣層抗衡,但是對於獵鷹9而言,拖曳所損失的能量已經很小。
對於第二段:儲罐的強度與其厚度除以其尺寸成正比。因此,儲罐重量與尺寸之比保持恆定。
對於第三段:似乎有兩件事混在一起。正如我在問題中寫道,相同的發動機可以用在較小的火箭上,並且其第一階段可能仍能容忍一個發動機的故障。
對於第四段:再次由於平方立方體定律,使大氣中的小型火箭減速變得容易。大型火箭將放慢速度(其他條件相同),使它們以較高的速度到達更密集的大氣層,從而加劇了熱量問題。
對於第五段:其他費用未確定。有些火箭甚至比火箭的質量還要快。無論如何,我的問題不是關於為什麼Starship不小,而是為什麼也沒有追求較小版本的Starship。
關於第四段,繼續:我想我現在明白了它要說的是:為了屏蔽一定量的熱量,更大的航天器需要按比例減少屏蔽。但是,更大的航天器也將需要更多的燃料來使其自身減速,因為它在大氣層中的減速速度較小。
實際上,星際飛船將幾乎完全被大氣減速。它將使用足夠的升力將其保持在較高的大氣層中更長的時間,僅使用燃料確保最終體面安全。可能有些費用尚未確定,但其中很多是固定的,這就是為什麼SpaceX放棄Falcon 1的原因。
沒錯,火箭的第一階段可以使用更少的引擎來實現容錯功能,而Falcon 9大部分都是容錯功能。實際上,其中一架發動機早爆,儘管第二次任務之一還沒有完成,但它仍然能夠在其中一種早期發射中進入軌道。
Level River St
2019-11-23 17:20:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

其他人已經說過,簡單的答案是,小型火箭與馬斯克將人送上火星的目標不符。

此外,Spacex已經擁有小型(可以,中型)發射器以Falcon 9的形式出現。他們聲稱,Starship + Falcon Superheavy可以削弱它。

我不會忽略的一種可能性(如果Spacex選擇在將來走這條路)星際飛船的上層階段沒有助推器,可以將有效載荷發射到亞軌道速度。然後,有效載荷將需要其自己的推進階段才能進入軌道。 Spacex已經將他們的地對地乘客計劃修改為沒有助推器的方案,因此使用不帶助推器的星際飛船的上層並不是一個全新的主意。 ,或可重複使用的階段-以後再決定。我會注意到,獵鷹9退役後,Spacex將擁有數百台多餘的Merlin引擎,這些引擎可以在消耗性噴射器階段得到最後使用。

Spacex已經進入了高端市場,競爭者很少,他們全都消耗exp盡:SLS(預計不久將準備就緒),Long March 9和Yenisei(預計將在2020年代末準備就緒)。

他們避免了擁擠的小尺寸終端市場。如果該市場當前的參與者之一足夠大,足以與Spacex競爭,那麼他們可能會在20年後後悔。但是目前還沒有跡象表明這種情況發生。我以後不會拒絕spacex開發較小的發射系統的想法,但是在Starship計劃的支持下,這是一種機會主義的方法。

Spacex確實有一個Spinoff項目並未直接與到達火星的目標保持一致,並且在典型的Musk風格中,它是獨一無二的:Starlink衛星星座項目。這樣的分拆顯然是籌集資金的必要方法。

我覺得您的最後一段與您的第一段矛盾...
@StephaneBersier如何?馬斯克與Spacex合作的主要目標是製造一顆大型火箭,將人們帶到火星。為此,他既需要金錢,又需要獲得火箭經驗的方法。一種賺錢的方法是使用星際星座,這是其他人都沒有做的(或者至少沒有類似規模的東西。)另一種方法是製造一枚小型火箭,這是很多其他人正在做的事情競爭,因此SpaceX避免了這種情況。
SpaceX實際上已經在計劃通過其Smallsat計劃在smallsat市場中競爭。鑑於預期的規格,小型星艦在小衛星市場上競爭不會有任何麻煩,同時仍保持較高的利潤率,在其當前的小衛星計劃計劃中與獵鷹9的作用相同。
-1
究竟。我沒有說這是一個小型火箭計劃。我的觀點仍然成立:SpaceX可以通過迷你Starship為其最終目標賺錢,就像與Starlink一樣。如果SpaceX可以使用Falcon 9通過其當前的Smallsat計劃賺錢,那麼很幸運的是,它可以使用小型Starship賺錢。
bigbang
2019-11-30 02:04:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

現在,星艦及其超重型助推器都是開放式設計。目前的計劃是第一階段使用35台發動機,第二階段使用6台,向LEO提升有效載荷150噸,乾重85噸,返回地球有效載荷50噸。

由於技術挑戰,所有這些都可能在火箭開發過程中發生變化,但是在開發過程中也會有可用的SpaceX。

他們已經多次更改Starship的設計(鰭片數量,TPS類型,支腿設計),並且可以在首次試飛後不斷進行更改。最後,他們可以使用更小,中型的星艦完成任務,引擎更少,LEO的負載更少,總質量更小。例如,向LEO Starship / Superheavy運送20,30t,總共15架猛禽,而向LEO有效載荷運送20,30t,但仍然總計30-40猛禽。這取決於將LEO,GTO的每公斤成本降至最低的最佳方法,這將是主要目標。

每次飛行200萬圖只是<的理想目標>,不應視為事實。

例如,ESA Arianespace希望使用消耗性的Ariane 6(有效載荷20t到LEO,10t到GTO的成本達到與F9R相同的每公斤成本,到LEO約為每公斤5000美元(是GTO的兩倍多),並且在下一個計劃中使用Ariane,可以使用潛在可重複使用的LOX /甲烷發動機Prometheus,從而提高Ariane 6的成本再加倍。但是,當然還沒有給出。

與未給出同樣的結論是,星際飛船/ LEO或GTO的每千克超重成本將優於F9R,因為第二階段的重用要比第一階段(從技術和經濟角度而言)都要困難得多,並且沒有火箭曾經建造過大規模的“星際飛船” /“超重型”(它將獲得土星5的3-5倍的級別信任),更不用說要重用了。

星際飛船的設計確實不是最終的。但是,它至少應是一款超重型運載火箭,但要排除其與問題中所述的迷你飛船一樣小的可能性。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 4.0許可。
Loading...