Sind SpaceX Falcon-Raketen-Booster wesentlich billiger zu betreiben als herkömmliche Verbrauchs-Booster?
Der Titel fasst alles ziemlich gut zusammen. Ich erinnere mich, dass jemand einmal über das Space-Shuttle-Programm gesagt hat: „Das Space-Shuttle war ursprünglich als Space Truck konzipiert. Aber das Shuttle fährt zu Lastwagen, was ein Lamborghini zu einem Familienauto ist. “ Dies war hauptsächlich auf die Schwierigkeit zurückzuführen, ein wirklich wiederverwendbares Raumschiff zu entwerfen. Ein Space-Shuttle-Orbiter benötigte nach seiner Rückkehr zur Erde etwa 90.000 Mannstunden Wartung, um wieder flugbereit zu sein. Dies bedeutete mehr oder weniger einen vollständigen Abriss und eine Überholung des gesamten Orbiters sowie der SRBs. Das war vor 40 Jahren. Ich frage mich, ob die SpaceX Falcon 9-Serie von Flüssigbrennstoff-Raketen-Boostern diese Messwerte im Vergleich zu herkömmlichen Einweg-Flüssigbrennstoff-Raketen-Boostern verbessert hat.
Antworten
Wir wissen es nicht.
Eine Sache, die wir wissen , ist, dass SpaceX-Starts im Vergleich zu ihren Konkurrenten ziemlich billig sind. Ob dies auf die Wiederverwendung zurückzuführen ist, weil ihre Raketen unabhängig von der Wiederverwendung im Allgemeinen billiger sind oder einfach nur mit Verlust arbeiten, um den Markt zu schockieren, wissen wir nicht.
Wie von geoffc erwähnt, ist SpaceX ein privates Unternehmen, das nicht einmal öffentlich gehandelt wird. Daher sind die Informationen, die sie offenlegen müssen, minimal. Daher können wir nur spekulieren.
Wir wissen, was SpaceX für einen Flug mit einem verbrauchbaren Booster berechnet, und wir wissen, was SpaceX für einen Flug mit einem wiederverwendbaren Booster berechnet. Daher wissen wir, dass für einen Flug mit einem wiederverwendbaren Booster weniger berechnet wird als für einen verbrauchbaren Booster. Und das ist ungefähr alles, was wir wissen. Insbesondere wissen wir nicht einmal, ob die von SpaceX berechneten Preise in irgendeiner Beziehung zu den tatsächlichen Kosten stehen.
Insbesondere ist es durchaus möglich, dass SpaceX Flüge mit einem wiederverwendbaren Booster überfordert, nur weil sie immer noch viel billiger als die Konkurrenz sind, selbst wenn sie einen massiven Gewinn erzielen. Es ist auch möglich, dass sie mit Verlust operieren, um ihre Konkurrenz zu schockieren und zu unterbieten.
Oder sie führen einen Mix durch, bei dem sie ihre Verbrauchsversion mit Verlust verkaufen, um die Konkurrenz zu unterbieten und dies durch den Verkauf wiederverwendbarer Versionen mit großer Gewinnspanne auszugleichen. Wir können also nicht einfach den Preis eines wiederverwendbaren Starts vom Preis eines Verbrauchsstarts abziehen und sagen, dass sie so viel billiger sind.
Wir wissen auch, dass sie von verschiedenen Regierungsorganisationen Geld für verschiedene Entwicklungsprogramme erhalten haben, von denen möglicherweise auch ihre gewerblichen Kunden profitiert haben oder nicht, und somit den Preis beeinflussen können.
Eine andere Sache, die wir nicht wissen, ist, wie viel Aufwand es gibt, einen Booster zu renovieren. Wir wissen, dass die schnellste Zeit, in der sie einen Booster zurückgeflogen haben, 51 Tage beträgt, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass es auch 51 Tage gedauert hat, um den Booster zu überholen, und selbst wenn dies der Fall war, bedeutet dies nicht, dass dies der schnellstmögliche ist Seitenwechsel. Sie scheinen die Verwendung der Booster zu drehen, daher versuchen sie nicht aktiv, einen einzelnen Booster so schnell wie möglich neu zu fliegen. Solange sie sie schnell genug warten können, um ihre bereits rekordverdächtige Startfrequenz beizubehalten, müssen sie die Booster nicht noch schneller überholen.
Während die meisten Informationen privat sind, da SpaceX nicht einmal ein börsennotiertes Unternehmen ist, können wir einige Informationen erkennen.
Im Jahr 2020 startete SpaceX 26 Mal (1 für In Flight Abort, war ein Start, aber nicht in den Orbit). Davon waren 5 neue Booster und 21 zuvor geflogene Fahrzeuge.
Somit musste die Fabrik nicht 26 Booster für das Jahr herstellen, sondern nur 5. (Und sie beendeten auch einen Falcon Heavy mit drei Kernen, flogen aber 2020 nicht). Sofern die Kosten für die Sanierung nicht höher sind als für die Herstellung eines neuen Kerns, können wir davon ausgehen, dass dies eine Einsparung war. (Diese Aussage ist jedoch noch nicht bewiesen oder dokumentiert).
Ich habe zwar keine Quelle zur Hand, aber nach meinem Verständnis dauert jeder Kern von der ersten Materialbeschaffung bis zur Fertigstellung etwa 11 Monate.
Im Jahr 2020 erlebten wir Renovierungszeiten von rund 2 Monaten, wobei der Rekord von 51 Tagen fast gebrochen wurde.
Wiederum ohne Beweise aus den oben genannten Gründen wäre es eine vernünftige Annahme, dass 2 Monate Arbeit weniger als 11 Monate kosten würden, es sei denn, das Fünffache der Menschen arbeitet an Renovierungsarbeiten im Vergleich zu Neubauten. (Natürlich gibt es alle möglichen Probleme mit dieser Annahme, aber es scheint plausibel.)
Auf der anderen Seite fallen neben der Sanierung auch die Kosten für die Wartung einer Schiffsflotte für die Landung von Ozeanen in geringer Entfernung an. An jeder Küste gibt es mehrere Schiffe, die für Bergungsarbeiten gewartet werden. Dies ist eine Mischung aus ASDS-Lastkähnen für Landungen, aber auch der GO / Ms * -Flotte zum Abschleppen der Lastkähne, zur Verkleidung der Verkleidung und zur Bergung der Kapseln.
Aber dann sind die RTLS-Missionen deutlich billiger, da es sich bei den Landezonen 1 und 2 um Fixkosten handelt, deren Wartung nicht wirklich jährlich viel kostet. Bei 25 Landeversuchen im Jahr 2020 wurde Folgendes aufgeteilt:
- 2 Fehler (plus Flugabbruch)
- 4 RTLS (Return to Launch Site)
- 6 Lesen Sie einfach die Anweisungen (ASDS)
- 13 Natürlich liebe ich dich immer noch (ASDS)
Daher variieren die Kosten für die Wiederherstellung und Sanierung wahrscheinlich geringfügig, je nachdem, wo der Booster landet.
Während die erste Stufe wiederhergestellt wird, wird zusätzlich die obere Stufe verworfen. Bei den Verkleidungen handelt es sich wahrscheinlich um eine andere Wirtschaftlichkeit. Die erste Stufe wird normalerweise als 2/3 der Kosten der Mission angesehen, normalerweise um \$40 million. Whereas fairings are priced at around \$6 Millionen. (Da sich all diese Werte im Laufe der Zeit ändern, handelt es sich im Grunde genommen um bedeutungslose absolute Zahlen.)
Somit Sanierungskosten von a \$40 million dollar component vs a \$6 Millionen Komponentenpaare können eindeutig unterschiedliche Ergebnisse haben. (Daher liegt der Fokus der Wiederherstellung der ersten Stufe, der gut bewiesen zu sein scheint, auf der Wiederherstellung der Verkleidung, die sich noch in der Entwicklung befindet).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kosten für die Wiederverwendung einer ersten Stufe wahrscheinlich niedriger sind als für eine neue erste Stufe. Es gibt keine harten Daten, die dies unterstützen, aber die Grundannahmen scheinen darauf hinzudeuten, dass dies billiger wäre.
Der Falcon 9 in verbrauchbarer Konfiguration ist deutlich billiger als andere Raketen. Die Wiederverwendbarkeit macht es jedoch noch billiger, obwohl der zusätzliche Kraftstoff und das benötigte Getriebe die maximale Nutzlast erheblich reduzieren. Die einzige öffentlich verfügbare Information über die Wirtschaftlichkeit flugerprobter Raketen ist eine aktuelle Antwort auf einen Tweet von Michael Baylor:
Die Nutzlastreduzierung aufgrund der Wiederverwendbarkeit von Booster und Verkleidung beträgt <40% für F9 und die Wiederherstellung und Überholung beträgt <10%. Sie sind also ungefähr gleich mit 2 Flügen, definitiv mit 3 voraus - Elon Musk (@elonmusk), 19. August 2020
Es scheint also, dass die Kosten für die Renovierung eines Boosters darunter liegen könnten $6 million. The cost of a second launch could be well below \$15 Millionen bei Wiederverwendung von Verkleidungen.
In Bezug auf das Space Shuttle geht es beim Lamborghini-Vergleich nicht nur darum, dass es wiederverwendbar sein sollte. Es war äußerst ehrgeizig in Bezug auf seine Fähigkeiten - um eine große Nutzlast zusammen mit fünf Besatzungsmitgliedern zu tragen, musste der Orbiter eine ziemlich große Maschine sein.
Mein Eindruck ist, dass der Versuch, so viel Auftriebskapazität unter den konstruktiven Einschränkungen aufzubauen, zu technischen Kompromissen geführt hatte, die das Ganze weniger robust machten, was wiederum die umfassende Renovierung erforderte. Dies beweist nicht, dass SpaceX billiger ist, aber es gibt den Fall, dass es viel Raum gab, billiger zu werden, nur weil man weniger ehrgeizig war.
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