NASA verliert das Rennen eine bessere Rakete zu bauen

Eine neue Klasse von leistungsstarken Raketen sollten in den nächsten paar Jahren beginnen zu fliegen. Sie sind als Schwerlastträgerraketen bekannt. Diese Raketen sind in der Lage, eine ganze Menge Sachen in den Raum auf einmal bekommen - und jeder scheint zu einem zu machen. SpaceX wurde viel versprechend, dass seine Falcon Heavy, eine größere Variante der Falcon 9-Rakete, in diesem Sommer zum ersten Mal fliegen. Die United Launch Alliance arbeitet an einem brandneuen Fahrzeug die Vulcan genannt, die in 2019 und Raumfahrt Unternehmen Blue Origin zu fliegen angenommen hat, ist die neueste seinen Hut in den Ring zu werfen, die vor kurzem seine nächste große Rakete behauptet, das neue Glenn, wird der Lage sein, 100.000 Pfund Fracht zu liefern - und schließlich Menschen - zu niedriger Erdumlaufbahn.

Zur gleichen Zeit wird die Entwicklung der NASA ein Monster Rakete seiner eigenen; es ist das Space Launch System, und es wird angekündigt als die mächtigste Rakete aller Zeiten genannt. Ähnliche in Form und Größe an die Saturn-V-Rakete, die zum Mond nahm Astronauten, die Space Launch System oder SLS wird die Durchführung zwischen 150.000 und 290.000 Pfunden fähig sein Erdumlaufbahn (oder bis zu einem Gewicht von neun Schulbus) zu senken . In Fähigkeit, Zwerg das Fahrzeug die anderen Raketen die private Raumfahrtindustrie arbeitet.

Größer ist nicht unbedingt immer besser

Aber wenn es um den Vergleich Raketen kommt, ist größer nicht unbedingt immer besser. Der SLS kann die anderen kommerziellen Raketen in Fähigkeit Zwerg, aber in anderen wichtigen Bereichen, das riesige Fahrzeug fällt kurz. Für eine Sache, es ist teuer zu starten - rund $ 1 Milliarde pro Mission. Und es wird nicht sehr oft entweder starten, wahrscheinlich nur einmal oder zweimal im Jahr. Einige Experten argumentieren, dass es diese Zahlen ist sollten wir eine Rakete Verdienst zu messen verwenden: nicht, wie viel sie tragen können, aber wie viel es kostet und wie oft das Fahrzeug wird voraussichtlich starten. Wenn diejenigen, die Standards sind, dann ist der SLS nicht unbedingt das beste Fahrzeug ehrgeizige Ziele im Raum abziehen.

NASA verliert das Rennen eine bessere Rakete zu bauenAktuelle und zukünftige Orbitalraketen, minus SLS.Bild: Blue Origin

Wenn wir jemals Menschen senden, um den Mond oder Mars wollen, muss die NASA den meisten Wert für ihr Geld bekommen, vor allem wenn es um die tatsächlichen Starts kommt. NASA-Budget ist schon ziemlich bei rund $ 19 Milliarden pro Jahr begrenzt, oder etwa 0,5 Prozent des gesamten Bundeshaushaltes. Und dass die Finanzierung wird voraussichtlich nicht dramatisch jederzeit schnell erhöhen. Inzwischen schätzt die NASA, dass eine mit Crew Mission zum Mars nach oben von $ 400 Mrd. in den nächsten 30 Jahren kosten könnte, und Berater die Weltraumbehörde NASA hat vorgeschlagen, dass nach Möglichkeiten zu suchen, diese Kosten zu senken. Die neue Reihe der kleineren, aber effizienter kommerzieller Raketen stellt eine Möglichkeit, das zu tun.

„Mit New Glenn, Falcon Schwere hat, SLS mit - wenn sie fliegen, sie nebeneinander setzen wird das erste Mal sein, dass wir viele Fähigkeiten gehabt haben und dass viele Möglichkeiten,“ Phil Larson, ein ehemaliger Raumberater Präsident Obama und ein ehemaliger Vertreter für SpaceX, erzählt The Verge. „Und der ultimative Wohltäter, dass die amerikanischen Steuerzahler und die NASA.“

In diesem Fall muss die NASA die SLS? Und wie misst man den Wert einer Rakete?

Warum kann man nicht alles nehmen mit Ihnen

Gerade jetzt in den USA gibt es bereits eine vielfältige Landschaft von kommerziellen Raketen, die Satelliten und Fracht in den Orbit starten. Sie haben SpaceX Falcon 9 Rakete zum Beispiel der United Launch Alliance Atlas V und Orbital ATK Antares. Diese Fahrzeuge sind nicht das, was Sie würden „heavy lift“ obwohl nennen - sie können zwischen 20.000 bis 50.000 Pfund niedriger Erdumlaufbahn starten. Um ein Schwerlastfahrzeug in Betracht gezogen werden, sollte eine Rakete startet nach oben von 50.000 bis etwa 100.000 Pfund Fracht in den unteren Erdorbit, nach NASA fähig sein.

Hohe Nutzlasten sind in der Regel als entscheidend für ehrgeizigere Weltraummissionen zu tun

Hohe Nutzlasten sind in der Regel als entscheidend für ehrgeizigere Weltraummissionen zu tun, wie Menschen in dem Weltraum oder auf die Oberfläche einer anderen Welt zu senden. Viele schweren Ladung wird benötigt, um eine Mars-Mission zu tun oder eine Mondbasis zu starten: Menschen werden in einem Raumschiff fahren, die sie am Leben halten können, wird landers benötigt Passagiere und Fracht auf die Oberfläche eines anderen Planeten zu nehmen, und ein Antriebssystem wird benötigt, um alle diese Hardware durch den Raum zu bewegen. Werfen Sie in Lebensräume und Nahrungsmittelversorgung, und Sie haben eine Menge Sachen, was Sie brauchen frei von Erdanziehung zu brechen.

Alle diese Stücke können eine Menge kombiniert, wiegen aber niemand sagt, sie haben gemeinsam ins Leben gerufen werden. In der Tat, im Raum jeden dieser komplexen Missionen zu tun, ist es fast sicher, dass werden mehrere Starts benötigt. Das ist, weil es einfach nichts groß genug ist, um alle Stücke zu nehmen zusammen auf einmal. Nehmen Sie NASA-Saturn-V-Rakete, die in den 1960er und 70er Jahren die Apollo-Missionen zum Mond gestartet. Die Saturn V gilt als noch vielleicht die stärkste Rakete aller Zeiten, kann mehr als 260.000 Pfund bekommen Erdumlaufbahn zu senken. Und am Ende, es war immer noch nur in der Lage etwa 100.000 Pfund an der Oberfläche des Mondes zu erhalten, nach NASA.

Das Hauptproblem dreht sich um den Brennstoff oder Treibmittel, müssen Sie für die Reise. Die Erde hat eine ziemlich beträchtliche Schwerkraft gut, so dass ein Fahrzeug hat eine Menge Treibmittel zu verbrennen eine Geschwindigkeit von Tausenden von Meilen pro Stunde zu erreichen benötigte frei von den Planeten ziehen zu brechen. Für besonders schwere Ladung oder menschlichen Besatzungen in den Weltraum gehen, noch mehr Treibstoff wird benötigt; der Motor hat mehr zu verbrennen für das zusätzliche Gewicht und Abstand zu kompensieren. Treibmittel ist schwer und erfordert viel Platz - das ist, warum Sie eine riesige Rakete brauchen Haus alles. Und je mehr Treib Sie hinzufügen, desto mehr Treibmittel benötigen Sie alles zu heben.

keine ehrgeizige Mission zum Mars oder Kolonie auf dem Mond geht allein in einem Start getan werden

Wenn Sie nehmen alle Treibmittel mit Ihnen für eine Deep-Space-Mission planen, dann müssen Sie auf jeden Fall eine große Rakete Haus alles. Aber es gibt auch die Möglichkeit, „trocken steigen“ - nur den Kraftstoff zu bringen benötigt für den Start in den Orbit und mit leeren Tanks, wenn Sie dort ankommen. Dann kann eine separate Rakete geschickt werden, um Ihr Fahrzeug zu tanken. SpaceX CEO Elon Musk, der seit Jahren auf einer Mars-Kolonie sein Auge gehabt hat, erwartet nicht, in einem Flug, alles zu dem Oberfläche des Planeten zu schicken. Sein Vorschlag Interplanetare Transportsystem, das bis zu 100 Kolonisten aufnehmen sollte, zu und von der Marsoberfläche, ist so konzipiert, in der untere Erdumlaufbahn zu starten und dann durch ein anderes Fahrzeug gestartet getrennt aufgetankt warten zu lassen. Es gibt auch die Möglichkeit, Kraftstoff Vorposten im Raum einrichten - denken „Raum Tankstellen“ - wo Fahrzeuge Boxenstopps auf dem Weg von der Erde machen. „Sie könnten es füllen unteren Erdumlaufbahn und gehen auf die Mondumlaufbahn und füllen Sie ihn dort oben, wenn man es auf diese Weise tun“, Charles Miller, Präsident von NexGen Raum LLC, ein Raum-Beratungsunternehmen und ein ehemaliges Mitglied des Trump NASA Übergangsteam Verwaltung, erzählt The Verge. „Sie minimieren die Größe der Hardware, die Sie brauchen.“

Dies sind nur ein paar Möglichkeiten, um komplexe Hardware in dem Raum zu bekommen, aber eines bleibt gleich: keine ehrgeizige Mission zum Mars oder Kolonie auf dem Mond geht allein in einem Start durchgeführt werden. Und das bedeutet, dass Sie nicht unbedingt ein Monster Rakete brauchen solche aus einer Mission zu ziehen.

Wie eine Rakete messen

-Schwergutfrachter Fahrzeuge haben einige Vorteile, und deshalb sind sie nach wie vor für bemannte Missionen in den Weltraum begünstigt. Im Allgemeinen ist es gut, so viel nach oben in einem Start zu bekommen, wie Sie können. So können Sie Geld auf zusaetzlichen Einführungen sparen - die Millionen von Dollar leicht Hunderte sind und stellen einen bedeutenden Teil eines Gesamtbudget der Mission. „Es gibt eine Sache, die Tyrannei der kleinen Trägerrakete Ökonomie genannt“, sagt Miller. „Ein größeres Startfahrzeug kann einen größeren Preis hat, aber der US-Dollar pro Pfund auf der Erdumlaufbahn gelieferte geringer Kosten.“

Plus, wenn Sie verschiedene Teile auf separaten Raketen senden, werden sie immer noch zusammen im Raum montiert werden müssen - und das ist teuer. Diese in-Raum-Montag muss entweder robotically oder von Menschen auf Außenbordeinsätze erfolgen, was viel teurer ist und schwieriger als die Herstellung und Montage von Raumfahrzeugen auf dem Boden. So in einigen Aspekten eine Rakete, die das meiste Gewicht heben kann, Kosten sparen. Aber dieser wirtschaftliche Nutzen hängt von zwei wichtigen Dingen: wie oft das Fahrzeug fliegt und wie viel es kostet nur ein Fahrzeug zu starten.

Und das ist, wo die SLS ausfällt. Bis Mitte der 2020er Jahre, NASA erwartet nur sein kommendes Fahrzeug einmal im Jahr starten - vielleicht zweimal am besten. Und jeder Start wird voraussichtlich über 1 Milliarde $ kosten, nach NASA-Bill Gerstenmaier. Vergleichen Sie das mit den anderen Schwerlast Raketen, die bis zum Ende des Jahrzehnts zur Verfügung stehen werden erwartet. SpaceX Falcon Schwere der Lage sein, mehr als 100.000 Pfund tragen Erdumlaufbahn zu senken. Das ist etwa die Hälfte der Fähigkeit von SLS, aber SpaceX sagt der Preis pro Flug bei nur $ 90 Millionen beginnen. Es ist möglich, dass der Preis erhöhen kann etwas abhängig von jeder Mission, aber wenn das Fahrzeug nur drei Flüge pro Jahr der Fall ist, kann es in den Raum als die SLS für einen Bruchteil der Kosten. Inzwischen Blue Origin Neue Glenn und eine Heavy-Lift-Version von ULA Vulcan erwarten etwa gleich zu heben. ULA und Blue Origin haben nicht gesagt, was es wird, diese Fahrzeuge starten kosten. Aber selbst wenn die Raketen mit jeweils $ 500 Millionen kosten mindestens zweimal im Jahr zu starten und nehmen ab, sie haben bereits die SLS für eine ähnliche oder geringere Kosten angepasst.

Und Experten sagen, es Anreiz ist die Einführung Kosten niedrig zu halten, da diese Handelsgesellschaften auch von Profit angetrieben werden. SpaceX, zum Beispiel, hat gearbeitet, durch Einsparung von Teilen ihrer Raketenstartkosten zu senken nach jedem Start in künftigen Missionen genutzt werden. Blue Origin und ULA planen auch ihre Raketen teilweise wiederverwendbar als kostensparende Maßnahme zu machen.

„Diese private Sektor Optionen, nur durch ihre Natur, werden kostengünstiger als SLS sein.“

„Die Frage pro Pfund kosten wird Erdumlaufbahn, Kosten pro Pfund auf den Mond, die Kosten pro Pfund zum Mars zu senken, und ich denke, dass diese privaten Sektor Optionen unbestreitbar ist, nur durch ihre Natur, wird kostengünstiger als SLS sein, “, sagt Larson. „[Es ist für] eine Reihe von Gründen:. Fluggeschwindigkeit, Beschaffungsmethode, und nur verschiedene Formen der Geschäftstätigkeit“

Der einzige Grund, eine Rakete der Größe des SLS erforderlich wäre absolut ist, wenn die NASA etwas hatte riesig, das nur in einem Stück nach oben durch die Rakete gestartet werden kann. Es ist ein Problem, dass ein paar Raum Experten als die „Tyrannei der Verkleidung“ - in Bezug auf die Bugspitze an der Spitze einer Rakete. Die Größe der Nasenkegel begrenzt letztendlich die Größe von dem, was Sie in den Weltraum starten. Und wenn das, was wollen Sie ist starten besonders groß und kann nur in einem Stück gesendet wird, dann eine größere Rakete ist der Weg zu gehen.

Aber jetzt gibt es nichts, dass die NASA will in den Weltraum schicken, die nur die SLS der Einführung der Lage ist. „Mein Wissen gibt es noch nicht ein einziges Stück ist alles, was von SLS zu starten ist vorgeschlagen worden, die als die Kapazität von New Glenn oder Falcon Heavy weiteren sind“, Jim Muncy, Gründer von PoliSpace, eine Weltraumpolitik Consulting-Agentur, erzählt The Verge.

Vorteile im Vergleich zu Nachteilen

Wenn die NASA ihre Ambitionen geht Weltraum zu erreichen hofft und auf dem Mars, wird die Agentur müssen Wege finden, um Kosten zu senken. Ein Handlungschefwissenschaftler der NASA gewarnt, dass der Haushalt der Agentur nicht erhöhen zu erwarten, auch nicht mit der Inflation Schritt zu halten, für die nächsten fünf Jahre, berichtet Space News. Inzwischen, nach anderen Wegen sucht die NASA, Kosten zu senken, wie die Internationalen Raumstation zurückziehen, um die Mittel freizugeben, erforderlich, um andere Fahrzeuge für Tiefraummissionen zu machen - wie Lebensräume und interplanetare Transportfahrzeuge. Aber anstatt teure Investitionen wegwerfen, könnte eine weitere Option sind mehr kommerzielle Starts in der NASA langfristige Pläne mit und setzt weniger auf SLS. „Letztlich ist die Frage Geld“, sagt Muncy. „Können wir es uns leisten Menschen zum Mars starten oder nicht? Und wenn mehrere der Kutter auf kleineren, billigeren Startfahrzeugen durchgeführt werden, offensichtlich sollen wir das tun, um das Geld zu sparen und ermöglichen tatsächlich mehr Menschen zum Mars zu gehen.“

NASA verliert das Rennen eine bessere Rakete zu bauenEine Wiedergabe des Space Launch System auf das Launchpad.Foto: NASA

Natürlich gibt es Probleme mit einer Mission zu viele Starts haben. Mehr in-Raum-Montage von Teilen erhöht die Komplexität zu einem bereits komplexen Aufgabe. Außerdem schafft es mehr Möglichkeiten für einen Start schief gehen, und einen Flugausfall kann den gesamten Betrieb abwerfen. Natürlich gibt es Vorteile für dieses Modell auch. Zum Beispiel wird das mehr ein Fahrzeug fliegt, desto zuverlässiger es. Und je häufiger Raketen fliegen, desto schneller können Sie Hardware in den Raum zu bekommen.

Doch selbst NASA erwartet keine Mars-Mission mit nur einem Start des SLS zu tun. Im vergangenen Monat stellte Gerstenmaier eine vorläufige Übersicht über alle Starts der Raumfahrtbehörde vor dem Senden Menschen zum Mars zu tun hofft. Der Plan beinhaltet den Aufbau eines Vorposten um den Mond, wo zukünftige Astronauten für Deep-Space-Missionen leben und trainieren. Schließlich werden die Astronauten von dieser Seite verlassen auf dem Mars zu gehen. Aber um diese Station in der Nähe des Monds zu bauen, Teile davon müssen mindestens vier Flüge der SLS starten, und dann noch mehr Starts werden benötigt werden, um das Transportfahrzeug zu liefern, die Astronauten zum Roten Planeten nehmen.

brechen diese Kutter bis sogar noch weiter und nutzen billige Raketen

Aber für die NASA, eine effizientere Lösung sich in den kommenden Jahren zeigen können: jene Starts brechen sogar noch weiter und billigere Raketen verwenden. „Da die Privatwirtschaft zeigt sich mehr und mehr in der Lage zu sein, kann es offensichtlich geworden, dass die NASA ... wird so viel Geld sparen Start [Hardware] in kleinere Stücke und alles Zusammenstellung im Raum“, sagt Muncy.