¿Por qué SpaceX intentó aterrizar el propulsor en una barcaza en lugar de en algún lugar de la tierra?

Entiendo los beneficios de la reutilización del propulsor de cohetes. Pero no entiendo por qué lo desembarcan en una barcaza. He leído toneladas de artículos sobre esto, pero ninguno ha insinuado una respuesta. ¿Por qué es preferible aterrizar en una barcaza que en una plataforma de lanzamiento o cualquier otra superficie plana grande que no se mueva con las olas?

La tierra tiende a estar cubierta de personas, edificios y abogados.
No conozco la física de los cohetes ni el diseño de SpaceX, pero supongo que el cohete probablemente requiera muchos equipos de posicionamiento local para poder aterrizar en una plataforma, que deben colocarse en una configuración precisa, como el sistema Autoland para aviones Por lo tanto, probablemente piensen que es más barato construir los equipos de posicionamiento en una nave móvil en lugar de tener que desmontarlos, moverlos, volver a montarlos, volver a inspeccionar y reprogramar cada vez que se necesita una plataforma de lanzamiento/aterrizaje. Y el barco también puede llevarlo directamente a la siguiente ubicación de lanzamiento, lo que le permite ser mucho más flexible.

Respuestas (6)

Editar 25 de enero de 2015: Geoffcc proporcionó recientemente un enlace a las palabras directamente de la boca del Caballo, Elon Musk. Musk dice que el impacto de la carga útil para RTLS (regreso al sitio de lanzamiento) es del 30 % frente al 15 % del impacto de la carga útil para aterrizar en una plataforma oceánica descendente. Musk también dijo que la seguridad es una razón para tener una plataforma de aterrizaje en el océano: "En cuanto al aspecto de seguridad del regreso al sitio de lanzamiento de la primera etapa, eso es parte de por qué queremos hacerlo primero en el océano solo para asegurarnos que las cosas estarán bien. Para cualquier área de aterrizaje que tuviéramos, la elipse de aterrizaje, el tipo de error que el escenario podría encontrar sería una región despoblada. Así que nuestro objetivo sería tener un sitio de aterrizaje que esté despoblado con un radio de un par de millas (que se pueden lograr en Cabo Cañaveral y Vandenberg)."

Así que parece que la seguridad y el delta V son razones para el aterrizaje de la barcaza.

Finalizar edición.

Para volver a la plataforma de lanzamiento, una etapa de refuerzo necesitaría matar su velocidad hacia el este y luego hacer un encendido hacia el oeste. Este gasto adicional de "impulso de retorno" delta V inflige una penalización en la masa de la carga útil, como han dicho otros.

Sin embargo, un gráfico de información de Jon Ross de una historia de NBC indica un impulso de retroceso para llegar a la barcaza:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Me había imaginado una trayectoria casi parabólica para la trayectoria del propulsor desde el sitio de lanzamiento hasta la barcaza, pero el gráfico de Ross indica una quema de retroceso así como una quema de reentrada y una quema de aterrizaje. No he podido obtener números reales, pero los ahorros delta V de este camino no parecen tan buenos.

Además, si este tipo de aterrizaje de barcazas ofrece ahorros sustanciales delta V sobre RTLS, ¿por qué SpaceX sigue negociando con la fuerza aérea para el uso de SLC 13 para RTLS ?

Interesante, pero ¿qué tan preciso es? Podría ser solo una suposición del artista...
El lanzamiento del CRS-5 en enero de 2015 fue una prueba. Eso puede explicar la trayectoria inusual con retroceso parcial, dándoles la oportunidad de probar el principio de retroceso sin acercar el escenario al Cabo. El impacto de carga útil adicional del 15% para el impulso hace que sea probable que los aterrizajes de rango descendente se utilicen ocasionalmente en el futuro.
Entonces, ¿qué, un golpe masivo del 30%? Luego simplemente construye un cohete un 30% más grande. Dado que es reutilizable, no importa lo pesado que sea. Los costos de combustible son insignificantes. Ver transporte marítimo. Hay muchos barcos alrededor que son más antiguos que la mayoría de nosotros que leemos esto. Y el océano es un entorno duro.
@LocalFluff ese no es un efecto lineal, para agregar un 30% más de propulsor necesita agregar otro X% más de propulsor para impulsarlo... Y más para impulsar eso...
@jkavalik Falcon 9 toma una quinta o una décima parte de la masa para orbitar lo que hizo el Saturno V. Si Saturno V fuera reutilizable, sería muy barato usarlo para lanzar cubesats a LEO. La masa del lanzador no es un buen indicador de los costos de lanzamiento. Ya no. El paradigma está cambiando.
@LocalFluff Quise decir algo diferente: debido a la ecuación del cohete para hacer que la carga útil efectiva sea un 30% más grande, terminas con un cohete mucho más grande que solo el 30% (a menos que lo entienda mal, lo cual es posible), es por eso que Falcon Heavy es siendo desarrollado.
Hasta donde yo sé, tienen tres opciones: RTLS (más fácil pero más costosa), aterrizar en una barcaza con quemado de retroceso (más difícil que RTLS pero permite más carga útil / órbita más alta) y aterrizar en una barcaza sin impulso. backburn (más difícil, pero permite una carga útil aún más pesada o una órbita más alta). En el momento de redactar este informe, lograron 1 RTLS exitoso, 1 aterrizaje exitoso en el mar con encendido de refuerzo, 2 aterrizajes exitosos en el mar sin encendido de refuerzo y, desde entonces, otro aterrizaje casi exitoso en el mar sin encendido de refuerzo.
@DaanWilmer ¡Gracias! Muy interesante. ¿Puedes señalar de dónde obtuviste esta información? Si puedo incluir esta información con citas, mejoraría mucho mi respuesta. O si proporcionó esta información junto con citas en un formulario de respuesta, lo votaría.
@LocalFluff incluso si construye el cohete un 30% más grande (o más), aún tiene la compensación entre usar todo su +30% de masa para regresar o aterrizar nuevamente en una barcaza y entregar más masa en órbita que el cohete más pequeño.

La mayoría de la gente mencionaría el peligro para las poblaciones y la propiedad como la principal razón para mantenerse alejado de la tierra. Después de todo, estás colocando un cohete en una cola de llamas como una película de ciencia ficción de los años 50. Pero la economía de la física de lanzamiento es el factor abrumador.

La pregunta de "volar sobre áreas pobladas" está prácticamente resuelta por sus opciones para lanzar, actualmente áreas costeras. En el momento de la primera etapa MECO (Corte del motor principal) y la separación, la primera etapa del Falcon está significativamente al noreste de Cañaveral, con nada más que agua debajo.

Elon Musk intentó volar de regreso a la plataforma de lanzamiento, pero la tiranía de la ecuación del cohete hace que el precio exigido a la carga útil sea inaceptable. Incluso si algunos de los núcleos de refuerzo del Falcon Heavy regresan a la costa (y esto aún está por verse), todavía planean aterrizar el núcleo central en una barcaza.

"Pero la economía de la física de lanzamiento es el factor abrumador". ¿Puedes exponer sobre eso? ¿Estás diciendo que es más fácil aterrizar en el agua porque ahí ya está el cohete?
@JustinY, la primera etapa está considerablemente más abajo del sitio de lanzamiento y viaja a una velocidad considerable. Es suficiente tener que matar todo el impulso hacia adelante; el propulsor adicional requerido para volver al sitio de lanzamiento significará una capacidad disponible mucho menor para lanzar la carga útil. Mucho más barato proporcionar un lugar de aterrizaje más cercano a donde el escenario está arriba cuando comienza la quema de recuperación.
"Pero la economía de la física de lanzamiento es el factor abrumador". Esa fue mi opinión, que el desembarco de una barcaza eliminó los gastos de respaldo. Ahora no estoy tan seguro (ver mi respuesta). Si pudiera proporcionar citas que respalden su declaración, se lo agradecería.
SpaceX todavía está planeando devolver el núcleo de la primera etapa F9 a una plataforma de aterrizaje, de hecho, tienen dos en construcción en este mismo momento.
@JerardPuckett Otro punto es que tratar de aerofrenar es muy difícil, dado que el cohete es, en efecto, una cáscara de huevo de gran tamaño que se precipita a varias veces la velocidad del sonido. El aerofrenado probablemente resultará en huevos rotos.

Ahora que hemos visto 4 intentos de aterrizaje, es hora de revisar esta pregunta. Hemos visto que se utilizan ambas opciones (aterrizar en una barcaza y en tierra), aunque todavía no con éxito para el aterrizaje en barcaza.

SpaceX quiere ambas opciones.

  • Prefieren aterrizar el escenario en tierra, si eso es posible. Esto solo puede suceder si hay margen suficiente para dar cuenta del combustible adicional que necesita la quema de refuerzo. El Falcon 9 tiene cierta flexibilidad: el punto de corte de la primera etapa puede ser a velocidades entre 6000-9000 km/h (1670-2500 m/s). La velocidad elegida depende de la misión: las misiones a una órbita de alta energía (GEO, cargas útiles pesadas) necesitan una velocidad de preparación más alta.
  • En el extremo superior de ese rango de velocidad, no queda suficiente combustible para regresar al sitio de lanzamiento, por lo que la segunda opción es aterrizar el escenario en la barcaza.

Citando a Elon Musk :

Los aterrizajes de barcos son necesarios para misiones de alta velocidad.
Los desembarcos de barcos no son necesarios por flexibilidad o para ahorrar costos de combustible.
Simplemente no es físicamente posible regresar al sitio de lanzamiento
si la velocidad en la separación de etapas (superior a) ~6000 km/h. Con un barco, no es necesario poner a cero la velocidad lateral, por lo que se puede realizar una etapa de hasta ~9000 km/h.

También utilizaron los primeros dos aterrizajes de barcazas para probar el proceso de aterrizaje y generar confianza de que pueden aterrizar el escenario con precisión. Este puede haber sido un requisito impuesto por Cabo Cañaveral, pero no he visto evidencia de ninguna manera.
El primer aterrizaje en tierra (Falcon 9 Vuelo 20, Orbcomm-2) mostró que SpaceX puede proporcionar un margen de seguridad para los aterrizajes en tierra: después de la quema de reingreso, el escenario se encuentra en una trayectoria hacia un punto frente a la costa. Si la quema de aterrizaje falla (el motor no arranca), el escenario caerá sin causar daño.

Musk publicó una serie de tuits el domingo por la noche que incluían algunas cifras con la velocidad en la puesta en escena que limita el regreso al sitio de lanzamiento; sería una buena adición a su respuesta. Tristemente, Twitter parece estar caído en este momento...
Para mayor comodidad: 6000 km/h ~ 1670 m/s; 9000 km/h = 2500 m/s.

Como esta pregunta resurgió después del lanzamiento de Jason-3 en enero de 2016, vale la pena señalar este artículo de noticias que dice, precisamente, por qué se seleccionó un aterrizaje en barcaza en este caso .

Afirma

Koenigsmann dijo que SpaceX está haciendo el aterrizaje de la nave en esta misión porque no pudo obtener los permisos ambientales a tiempo para permitir un aterrizaje de regreso en Vandenberg. “Podríamos volver a aterrizar en tierra” si no fuera por el tema del papeleo, dijo. “Tenemos suficiente energía en esta misión para volver a tierra. No es nada técnico”.

La fuente de la cita, Hans Koenigsmann, es vicepresidente de garantía de misión en SpaceX.

Veo que nadie parece haber mencionado la razón más simple por la que no están aterrizando en tierra: no hay ninguna .

Se lanzan hacia el este desde Florida y no hay ninguna isla en el Atlántico. Sin un cambio de rumbo importante desde la primera etapa, que, como señalan otras personas, usaría una cantidad prohibitiva de combustible, entonces básicamente se hundirá en vastas extensiones de océano vacío. De ahí la barcaza.

En realidad, Jerard dice que "la primera etapa está significativamente al noreste de Cañaveral, con nada más que agua debajo".

La única razón por la que SpaceX está aterrizando en la barcaza es para demostrar a la comunidad de seguridad del campo de tiro (y a ellos mismos) que pueden aterrizar la primera etapa de manera segura y confiable. Hay una ventaja de propulsión muy pequeña al aterrizar en la barcaza donde SpaceX la está posicionando en comparación con regresar al sitio de lanzamiento.

En este video se muestra un buen video que muestra las aspiraciones de SpaceX en esta área .

Eso parece poco probable que sea correcto. Han declarado repetidamente que reciben un golpe de carga útil, reservando el propulsor para la recuperación de la etapa. Tan alto como 15-30%. Ser capaz de aterrizar en una barcaza, en lugar de tratar de encontrar una isla que solo funcione para una inclinación orbital, o alguna otra base terrestre. Por lo tanto, parece que hay una gran ventaja de propulsión en el aterrizaje (en una barcaza o en tierra) frente al regreso al sitio de lanzamiento.
Ese número del 15-30% es para el vuelo de regreso de la primera etapa, no la diferencia entre el vuelo de regreso de la primera etapa a una barcaza y el Cabo.
La diferencia entre una quema de refuerzo y una quema de reingreso a la barcaza no es tan diferente de las quemas requeridas para regresar al Cabo.
El número del 15 al 30 % indica que hay un costo importante. El impulso de regreso a la capa, para un núcleo central Falcon Heavy, que es mucho más alto y mucho más rápido, es definitivamente un problema mayor.
Sería un gran problema si la barcaza se colocara en el Atlántico mucho más al este, pero no lo es. Esa quema de refuerzo es del 15-30% porque niega el componente hacia el noreste de la velocidad de la primera etapa. En comparación, el impulso adicional necesario para darle a la etapa suficiente velocidad hacia el suroeste para llegar al Cabo es pequeño. Esto se debe a que la mayor parte del ascenso se produce durante la primera etapa. (Lofting es la diferencia en la trayectoria de un ascenso desde un giro de gravedad ideal. Se usa para salir de la atmósfera espesa más rápido).
Y evidentemente, no pueden.
@ raptortech97 - todavía.
Me gustaría ver algunos números para respaldar su argumento de que RTLS solo tiene un costo menor en combustible adicional sobre el aterrizaje de una barcaza.
@geoffc, el camino hacia la barcaza parece incluir un impulso de retroceso que no solo elimina la velocidad hacia el este, sino que aumenta la altitud y le da un poco de velocidad hacia el oeste. Mira mi respuesta. Le doy a la respuesta de Erik un más 1.
@HopDavid No estoy en desacuerdo contigo. Pero la magnitud de esa quema difiere entre RTLS y barcaza de rango inferior. Ese es el desacuerdo clave aquí, la diferencia entre los dos. Disputo el "Hay muy poca ventaja de propulsión". Claramente HAY una diferencia, tal vez solo objetemos la magnitud de 'pequeño'.
He estado tratando de obtener números por un tiempo. Consulte mi pregunta space.stackexchange.com/questions/5186/… . Si pudiera proporcionarme números junto con las citas, se lo agradecería. Hasta donde puedo ver, la mayoría de las respuestas (incluida la mía) son especulaciones.
La pregunta original era por qué la barcaza en lugar de la tierra. Si la barcaza minimizara los requisitos de apoyo, la barcaza estaría mucho más lejos del sitio de lanzamiento y permitiría que la primera etapa siguiera una trayectoria balística mayormente sin motor con alguna corrección. Sin embargo, no lo hace, tiene una quemadura de refuerzo. Esto se debe a que, en última instancia, SpaceX quiere RTLS. Por lo tanto, quieren probar una quema de refuerzo inversa completa, pero no pueden por razones de seguridad. La diferencia entre esta quema de inversión parcial y una quema completa es pequeña, en relación con el presupuesto completo de la primera etapa.
@Hobbes Estoy de acuerdo en que Erik podría mejorar su respuesta por citas y números. Pero la misma crítica se aplica a la respuesta de Jerard Puckett. En este punto, parece haber dos afirmaciones: 1) Este desembarco de barcazas brinda ahorros menores de dV en comparación con RTLS. 2) Este aterrizaje de barcazas brinda importantes ahorros de dV en comparación con RTLS. Por lo que puedo ver, ambas afirmaciones son igualmente sin cita.
@HopDavid: estoy totalmente de acuerdo con las citas numéricas, no tengo ninguna (los datos duros son escasos). Pero la pregunta original se refería a las motivaciones. SpaceX está aterrizando en la barcaza porque tienen que demostrar aterrizajes seguros, no por rendimiento. Toda la documentación de SpaceX para su refuerzo reutilizable tiene el aterrizaje de la primera etapa en el Cabo. Por ejemplo: youtube.com/watch?v=sSF81yjVbJE .
Este es un video interesante del vuelo post-sep de la primera etapa: youtu.be/_UFjK_CFKgA
@Erik: Creo que el aterrizaje de una barcaza sería superior en todos los sentidos al aterrizaje en cualquier terreno que no estuviera entre el próximo lugar donde se necesitaría el cohete y la vía fluvial más cercana. ¿El interés de RTLS es permitir lanzamientos que estén lejos del agua?
@geoffc Esto debe haberse resuelto ya....?
@SusanW Starlink es el buen contraejemplo. Básicamente, tienen un volumen máximo en el carenado y son bastante densos, por lo que 15,000 Kilos. No tienen margen para volver al sitio de lanzamiento. De hecho, mueven el ASDS más abajo porque es muy pesado.
¿Por qué SpaceX intentó aterrizar el propulsor en una barcaza en lugar de en algún lugar de la tierra?
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