¿Cuál es la parte más difícil de hacer que las naves espaciales (en su mayoría) sean reutilizables?

¿Por qué no son comúnmente reutilizables más partes de las naves espaciales?

Mientras miro los planes Soyuz, las tres partes no parecen tan diferentes en términos de supervivencia. El módulo orbital se asemeja a Voskhod, que estaba destinado a la reentrada. El módulo de Servicio parece bastante similar en forma al módulo de Descenso. Entiendo que los frágiles paneles solares no resistirían el reingreso, ni la mayoría de las partes externas, pero una capa de ablator y un paracaídas no permitirían recuperar la mayoría de los sistemas para restaurar, incluso con los elementos estructurales doblados y deformados. y quemado?

¿Cuál es la parte más difícil de hacer un módulo (parcialmente) reutilizable? ¿Qué es tan caro que dejarlo arder en la atmósfera es más barato?

Tal vez porque los costos de diseño y prueba dominan sobre los costos de fabricación, y la frecuencia de lanzamiento ha sido tan baja debido a las operaciones complejas y la baja demanda, que no ha valido la pena la molestia y el aumento de los costos de diseño. El riesgo relativamente alto de falla también podría haber sido un argumento en contra de la reutilización. El 1,5 % de los lanzamientos fallidos significó que el 25 % de la flota del transbordador espacial se destruyó cada vez.
@LocalFluff: No entendí que "1.5% de fallas en el lanzamiento significaron que el 25% de la flota del transbordador espacial fue destruida cada vez". ¿Podría por favor elaborar?
@EmilioMBumachar 2 de 133 misiones del transbordador fallaron. En cada momento había 4 lanzaderas. Se construyó uno nuevo después de la primera falla y convirtió el 3 en 4 nuevamente. El punto es que la capacidad futura general de toda la operación se reduce mucho por cada falla de los elementos reutilizables, pero no se ve afectada por la pérdida de los elementos fungibles. Un transbordador realizó en promedio más de 25 lanzamientos, uno perdido significa hasta 25 lanzamientos perdidos. El lanzamiento puede ser más barato, pero no necesariamente el vehículo.
@LocalFluff: Sin embargo, los transbordadores son realmente un mal ejemplo, ya que en lugar de ahorrar dinero, su capacidad de recuperación fue una fuga de dinero. La enorme cantidad de peso muerto hizo que los costos de lanzamiento se dispararan, y la complejidad requería pruebas de seguridad extremadamente complejas. Las cargas útiles en órbita realmente deberían viajar en un carenado y no en una bahía de carga.
¿Cómo fue el peso muerto un problema? Construyeron las alas solo una vez para cada transbordador. No importa cuánto pesen siempre que puedan volar y aterrizar y el combustible sea barato. Ese no era el problema con el transbordador. Es desarrollo de productos. Uno falla la primera vez y aprende mucho sobre tecnología y operaciones y economía y política y sobre uno mismo y vuelve a hacerlo bien la segunda vez. Creo que está a punto de suceder dentro de un año más o menos.
@LocalFluff: Significa un tanque de combustible enorme y dos SRB enormes. Combustible, tamaño, complejidad mecánica (durabilidad), fracción de carga útil, kilogramo por dólar. Levantar la enorme bahía de carga, las grandes alas, su respectivo escudo térmico, todo eso costó una fortuna tanto en dinero como en combustible, en la construcción del tanque para contener ese combustible y en la construcción (¡y más peso muerto!) de todo el asunto para sostén un tanque así de masivo.
No aterrizar demasiado fuerte puede ser bastante difícil. Incluso si haces tu mejor esfuerzo, a veces falla.
Supongo que la razón más importante para no hacer que las naves espaciales sean reutilizables es la tasa de obsolescencia tecnológica. Si quieres una misión de Earth Obs (por ejemplo) y quieres que dure 5 años, para cuando regrese tendremos mejores cámaras, mejores computadoras, mejores sistemas de actitud para apuntar, etc.
@ThePlanMan: La forma de evitarlo es hacerlo lo suficientemente modular, lo que permite actualizaciones incrementales. Además, solo mira Soyuz.
@SF soyuz es un vehículo de lanzamiento. Sus requisitos todavía son bastante fijos; poner masa en órbita. Las naves espaciales, por otro lado, deben realizar tareas cada vez más complejas. La modularidad solo es útil si toda o la mayor parte de la tecnología no está desactualizada; es casi seguro que lo esté. Hay una gran colección de trabajos sobre la reutilización/reposición de naves espaciales (mientras aún están en órbita); la ventaja detrás de esto es que debe pagar el costo del relanzamiento.
@ThePlanMan: Me refiero a la nave espacial Soyuz , no al cohete Soyuz .

Respuestas (4)

La parte más difícil de hacer que una nave espacial sea reutilizable es hacer que sea más barato reutilizarla que dejar que se queme. Cada gramo que agregas en peso hace que el lanzamiento sea más costoso, y una nave espacial que se puede reutilizar será considerablemente más pesada que una desechable.

Además de los costos de lanzamiento, debe tener en cuenta los costos de renovación y recertificación de una nave espacial después de haber pasado por los rigores del lanzamiento, los viajes espaciales, el reingreso y la recuperación. No puede simplemente tomar la nave espacial, cepillarla, volver a llenarla con hidracina y volver a colocarla en la parte superior de un cohete, debe probar y reparar todos los sistemas a bordo. El programa de transbordadores mostró que estos costos pueden ser más altos que el reemplazo total de la nave espacial cada vez.

Tenga en cuenta que los diseños de naves espaciales más nuevos son para naves espaciales reutilizables, utilizando las lecciones aprendidas del programa STS y nuevas tecnologías y materiales para hacerlo rentable.

Pero, ¿cómo entra en la ecuación la masa del cohete en sí misma, si es reutilizable? El costo del combustible es menos del 2% más o menos hoy. Falcon9 v1.1, que es la versión que SpaceX realmente ha intentado aterrizar, es un 50 % más pesada que la v1.0 en la plataforma de lanzamiento. ¿Qué importa eso si su reutilización tiene éxito? La masa a la órbita es algo más que la masa de regreso a la Tierra. La masa reutilizable es casi irrelevante en comparación con la masa del equipo gastado.
Todo parece un @LocalFluff contradictorio, tengo problemas para analizarlo.
Bueno, alquilar un jumbojet reutilizable completo para un viaje, incluso para un solo pasajero, es más barato que comprar un Cessna para un solo uso. No importa mucho el tamaño del barco si regresa a puerto. No veo cómo la masa importa para el costo de los vehículos reutilizables.
Una nave espacial más masiva significará un cohete más grande o menos carga útil para la misma órbita, por lo que es un costo. Además, podría comprar un Cessna usado por mucho menos que alquilar un avión, créame, soy piloto;)
Es solo un costo de combustible si es reutilizable. Los costos de renovación son difícilmente proporcionales al tamaño del vehículo. No veo cómo el tamaño (masa) es un problema para las naves espaciales reutilizables. Construir una nave espacial reutilizable es como construir una casa. Las casas grandes no son menos rentables que las casas pequeñas.
Eso es solo si el cohete es reutilizable, la pregunta es sobre cómo hacer una nave espacial reutilizable.
Costo por hora para alquilar un Boeing 747 Jumbo Jet - $19794 bit.ly/1Qm8D3N . Rango de precios de un Cessna 150 - $ 15000 - 50000 bit.ly/1Qm8JIF . Realmente depende de cuánto tiempo quieras volar y qué tan bueno seas negociando tu precio.
@CyanAngel ¿Puedo COMPRAR un Cessna operativo por $ 50,000? ¡Oh, entonces la reutilización podría ser historia para el negocio de los aviones! Simplemente salte en paracaídas y deje que el avión se estrelle y se queme, evite las molestias en el aeropuerto :-)
@LocalFluff o 15,000 si realmente quieres ahorrar :P
@LocalFluff: Economía de escala. Podría comprar un Cessnas de por vida para lanzarse en paracaídas y desecharlo después de cada vuelo por el costo de un JumboJet y el aeropuerto para respaldarlo. Ahora imagine que su Jumbo Jet solo puede llevar cuatro pasajeros y tal vez 2 toneladas de carga útil. Aún estarías mejor con los Cessnas desechables.
@GdD Estás equivocado. Los cohetes reutilizables son inherentemente mucho más baratos simplemente porque se pueden usar varias veces. El 75% del costo del cohete son los propulsores, el costo del combustible es menos del 1% del costo total. No importa cuánto más pesado sea su cohete, si puede reutilizar el propulsor (incluso después del mantenimiento y las pruebas), aún valdrá la pena.
La pregunta no se trata de cohetes reutilizables @ventsyv, se trata de la nave espacial encima del cohete. No he hecho ninguna declaración sobre cohetes reutilizables.

Recuperar el material físico es bastante fácil, pero hacerlo volar de nuevo es más difícil.

El precio de la falla de una nave espacial es espectacular. Esto es doblemente cierto para las misiones tripuladas. La confiabilidad requerida de las escalas de piezas en especie. Es mucho más fácil desarrollar piezas altamente fiables para que funcionen una vez que fabricar piezas que logren la misma fiabilidad una y otra vez. Hay muchas deformaciones inelásticas y cambios irreversibles que ocurren en el hardware durante el vuelo, ¡especialmente cuando juegas con ideas como un aterrizaje asistido por paracaídas! Construir para hacer que estos sean elásticos y reversibles aumenta el peso y aumenta el costo. También debe construirlos para que sean reinspeccionables, lo que no siempre es fácil.

En general, los requisitos desafiantes de peso o forma crean soluciones altamente personalizadas. Un ejemplo más cercano a casa es el mercado de los teléfonos móviles. Las baterías solían ser reemplazables, por lo que cuando una se agotaba (por demasiados lanzamientos... me refiero a llamadas telefónicas), podía cambiarla. Hoy en día, a medida que los teléfonos se vuelven más delgados y las demandas de batería son más altas, ves baterías pegadas a la carcasa. Esto es pésimo para el negocio de las baterías de reemplazo, ¡pero reduce una fracción de milímetro de las dimensiones del teléfono!

Ahora, un teléfono celular es un dispositivo básico. Amplíe ese efecto correspondientemente para un vehículo que tiene que lanzarse al espacio, con un mercado pequeño.

Sospecho que es principalmente un problema de peso frente a arrastre. Si quisiera aterrizar los 3 módulos de una Soyuz, tendría 3 veces el peso del módulo de descenso, pero el área del escudo térmico seguiría siendo la misma. Entonces, el coeficiente balístico caería y su velocidad durante el reingreso sería mayor. Esto significa que necesita un escudo térmico más pesado.
También necesita paracaídas más grandes para aterrizar la masa aumentada. La masa adicional de paracaídas y escudo térmico debe lanzarse, etc. y tiene una espiral de peso en sus manos.

En este caso particular, imaginé a Soyuz aún dividiéndose en tres partes antes de volver a entrar; Los módulos no tripulados pueden soportar aceleraciones, calor e impactos mucho mayores que los cuerpos humanos, por lo que se necesitarían características de supervivencia menos "completas". El módulo de reingreso volvería a ingresar de la misma manera que lo hace normalmente. Los otros dos módulos no tendrían paracaídas de repuesto, ni motores de aterrizaje, posiblemente paracaídas más pequeños, protección térmica menos completa. Incluso podrían tener algunas "zonas de deformación" destruidas por el impacto, pero los sistemas más caros y complejos (electrónica, motores) serían recuperables,
Eso todavía al menos duplica, si no triplica, el presupuesto masivo para sistemas específicos de reingreso. La cápsula de reentrada Soyuz es la parte más pequeña de la nave, pero tiene más del doble de masa que el módulo orbital y casi lo mismo que el módulo de servicio/propulsión. La masa total de la nave espacial Soyuz es de unas 7 toneladas; agregarías otra tonelada y media más o menos.

Hubo una pregunta similar hoy con respecto a los cohetes. Básicamente, en los sistemas espaciales, la aversión al riesgo es algo muy importante, por lo que hay una tendencia a reutilizar los sistemas que han demostrado que funcionan, por lo que existe la reutilización en ese sentido.

Sin embargo, la verdadera razón es que no hay ningún incentivo para que las empresas diseñen tales sistemas. Esos son contratos financiados por el gobierno, tienden a ser de costo más (costo más ganancia garantizada), por lo que termina con vehículos únicos hechos a la medida.

El transbordador espacial era reutilizable, pero solo después de una extensa reconstrucción después de cada vuelo.

¿Cuál es la parte más difícil de hacer que las naves espaciales (en su mayoría) sean reutilizables?
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