Dragon

Stellen Sie sich mal vor, sie gehen in ein Geschäft und wollen ein Fahrrad kaufen. Sie brauchen es, um ihr Auto in Rente zu schicken und wollen damit alle Einkäufe transportieren. Also sagen Sie zum Verkäufer „Ich brauche ein City Rad, bei dem man schnell aufsteigen kann und das vor allem viel Gepäck transportieren kann, mit einem stabilen Gepäckträger und vorne mit einem Einkaufskorb.“

Der Verkäufer sagt: „So was haben wir nicht. Aber hier haben wir ein Cross-Terrain Bike. Da können sie einen kleinen, nicht zu schweren Korb auf dem Gepäckträger festschnallen. Aber sie kommen mit dem überall hin und können nicht nur in der Stadt fahren und notfalls können auf dem Bananensattel auch zwei fahren“.

Was machen Sie kaufen sie das Ding? Nun sie sehen in welcher Lage die NASA derzeit ist`, wenn sie die Dragon als Frachter bucht. Aber vielleicht fange ich mal an, mit dem was die Dragon für die NASA leisten muss (wichtig für die NASA und nicht für SpaceX). Die NASA weiß seit 2005, dass sie die Space Shuttle ausmustern muss und hat sich darauf vorbereitet. Die Shuttles hätten viermal pro Jahr eine neue Besatzung zur ISS gebracht und jeder Flug hätte auch noch bis zu 15 t Nutzlast mitführen können. Selbst wenn man diese nicht vollständig ausnutzt, ist klar, dass hier eine riesige Lücke klafft. So optimierte die NASA zusammen mit den Partnern den Verbrauch. Die ISS bekam ein neues Lebenserhaltungssystem, dass 90% anstatt 63% des Wassers rückgewinnt und aus Wasser und Kohlendioxid wird nun Sauerstoff gewonnen. ATV-02, „Johannes Kepler“ wird die ISS um 40 km anheben – solange die Space Shuttles sie anflogen, war dies nicht sinnvoll, da die Nutzlast bei 40 km Höhenunterschied um rund 2 t absinkt. All diese Maßnahmen senken den Bedarf an Wasser, Sauerstoff und Treibstoff – Johannes Kepler führt zum Beispiel gar kein Wasser zur ISS. Damit können Progress und ATV mehr Fracht im Druckmodul zur ISS bringen.

Der Shuttle hätte vor allem Fracht in einem MPLM transportiert, also unter Druck. Das sind Lebensmittel, Gerätschaften, Ersatzteile für den Innenteil der Station, Bekleidung, Experimente, in Grenzen auch Wasser in Kanistern. Dazu kam die Fähigkeit mittels Paletten sogenannte ORU’s (Orbital Replacement Units) an der Außenseite der Station zu platzieren. Das sind sperrige Ersatzteile für die Außenmontage. Der Bedarf an diesen ist jedoch deutlich kleiner, das zeigte sich schon bei den bisherigen Versorgungsflügen.

Nun gibt es aber ein kleines Problem – es zeigte sich, dass diese Fracht recht voluminös ist. Sie kennen das vielleicht vom Einkauf. Wenn sie nicht gerade nur Getränke kaufen und mal das Volumen der Einkaufstüte im Verhältnis zum Gewicht setzen, dann stellt sich raus, dass das Volumen viel größer ist als der Inhalt, die Dichte also gering.

Die ESA berichtet im ESA Bulletin 143 darüber, das die Dichte von Fracht im Druckmodul nur bei 250 kg/m� liegt, anstatt 500 kg/m³ wie bei den Planungen und den Bemühungen nun mehr Fracht mitzuführen indem man z.B. an der hinten Wand und dem konusförmigen Vorderteil weitere Frachtbehälter anzubringen. Das ATV ist besonders betroffen, weil es nach den ursprünglichen Planungen rund 5,5 t Treibstoff und 800 kg Wasser pro Flug transportieren musste und nun der Bedarf an diesen Gütern stark gesunken ist, aber in den Frachtbehälter ohne Änderung gar nicht so viel Fracht rein passen würde, wie man transportieren könnte. Auch das zweite HTV wurde angepasst um die Frachtmenge zu erhöhen.

Diese Erkenntnis hat sich noch nicht zu SpaceX herumgesprochen. Die Reklame für die Dragon ist beeindruckend. Sie kann auf dem Land landen, sie kann auch Fracht zur Erde zurückbringen. Sie soll bemannt eingesetzt werden können und wäre auch für die Landung auf anderen Himmelskörpern geeignet. Kurzum, die eierlegende Wollmilchssau.

Die hohe Frachtangabe von 6 t machte lange Zeit keinen Sinn, da die Falcon 9 bis zum April dieses Jahres anfangs 6,8 t Nutzlast transportieren sollte und später 9,8 t. Da die Dragon leer 4,9 t wiegt und dazu noch 1,23 t Treibstoff kommen, (Quelle) war sie zu schwer für die Falcon 9 bei 6 t Fracht. Daraus konnte man bei dem Block II Design von maximal 3,67 t Fracht ausgehen. Nun mit der Nutzlasterhöhung auf 16 t bei der Falcon 9 rücken die 6 t sogar in den Bereich des möglichen.

wer mich kennt was nun was jetzt kommt:

Aber…

Aber die Dragon entspricht nur bedingt dem, was der Kunde NASA wünscht. Die Dragon kann nach COTS Presskit 3.310 kg in der Kapsel und die gleiche Menge in einem Zylinder, dann ohne Druckausgleich, befördern. Der Bedarf für die letzte Fracht ist klein. Die meisten Space Shuttle Flüge die reine Versorgungstransporte waren, hatten Druckmodule an Bord. Von den 3.310 kg geht auf jeden Fall noch das Gewicht einer Palette ab, deren leichteste die Expresspalette 1.350 kg wiegt. Der Shuttle wird in den letzten Flügen sehr viele ORU’s zur Station bringen. Ich denke vielleicht 1-2 Transporte wird dann noch pro Jahr weitere ORU’s bringen. Schon wegen des Aufwands beim Ersetzen (Raumspaziergang) sind die meisten Systeme so konzipiert, dass sie möglichst wenige ORU’s brauchen. Für mechanische Verschleißteile geht es aber nicht ohne.

Bleibt also noch die Fracht im Druckmodul (wir sind schon auf 3.310 kg pro Flug gesunken). Hier schlägt das erwähnte Dichteproblem zu. Anbei mal die Volumina in den Frachträumen einiger anderer Transporter und die beförderte Fracht:

Transporter	Gesamtes Innenvolumen	maximale Frachtmenge	Dichte
ATV	46,5 m³, 16 m³ für Fracht	5,5 t	0,118
HTV	14 m³ für Fracht	4,5 t	0,321
Shuttle MPLM	70 m³, 39 m² für Fracht	9,1 t	0,13
Cygnus	18,9 m³	2,3 t	0,121
Dragon	6,8 m³	3,31 t	0,486

Wenn ich mal von dem HTV absehe, von dem ich nur das Volumen für die Fracht habe (bei gleichen Verhältnissen wie beim ATV sollte das Gesamtvolumen bei ca. 40 m³ liegen, was dann auch einen Quotienten von 0,113 ergibt) liegen alle anderen Transporter bei 0,118 bis 0,13 kg/l. Logisch – denn die Fracht weist ja wie wir nun dank obiger ESA Quelle wissen, ein Volumen von 0,25 kg/l auf und es gibt ja noch etwas leervolumen zwischen den Racks, die Behälter sind zylinderförmig und selbst wenn man bis zur Mitte packen würde, (was etwas schwierig wird), kann man Racks schlecht in gekrümmte Wände einbauen.

Nur die Dragon liegt viermal höher. Da ich aber nicht glaube, dass die Dragon nun besondere Fracht transportieren wird, die eine besonders hohe Dichte hat, ist es auch nichts mit der hohen Nutzlast. Und es gibt auch zwei Dinge die dafür sprechen. Erstens: SpaceX muss 20 t in 12 Flügen transportieren, also rund 1.666 kg pro Flug und nicht 6.610 kg. Warum sollte die Firma darauf eingehen, wenn sie doch die gleiche Fracht in drei Flügen transportieren könnte?

Das zweite ist, dass ich für die Dragon auch ein Innenvolumen von 10 m³ bei SpaceX finde (obige Angabe ist von der NASA). Das lässt den Schluss zu dass 6,8 m³ das nutzbare Frachtvolumen und 10 m³ das Gesamtvolumen sind (immer noch zweimal kleiner als bei der Cygnus mit nur 2,3 t Fracht). Was erhalten sie aber, wenn sie 6,8 m³ mit der mittleren Frachtdichte von 240 kg/m³ multiplizieren – genau 1.700 kg, also die in den CRS Verträgen vereinbarte Menge.

Es bleibt wie bei der Falcon Heavy – toll wenn man so viel Fracht transportieren kann, dumm nur, dass das Volumen dafür nicht ausreicht. Auch die Falcon Heavy ist zu groß für alle bekannten Nutzlasten. Eben am Bedarf vorbeiogeplant.

Bleibt noch die Fähigkeit Fracht zurückzubringen. Die ist in der Tat einzigartig und auch vorteilhaft. Aber auch hier gibt es den Bedarf nicht. Die ESA rechnete bei der Konzeption ihres CRV (ATV mit Rückkehrkapsel) mit 1.000 bis 1.500 kg Fracht, die zur Erde gebracht werden muss – nicht pro Flug sondern pro Jahr. Bei 2.500 kg pro Dragon würde also eine einzige pro Jahr ausreichen.

Das Grundproblem ist, dass die Dragon wahrscheinlich schon entworfen wurde um sie später als bemannten Transporter anzudienen. Die älteste Referenz über die Dragon die ich fand ist vom 6.3.2006. Sie ist also älter als die Verträge mit der NASA. Anders ist die Kapselform und Landefähigkeit nicht zu erklären (eine Wiederverwendung scheint ja nicht geplant zu sein). Nur ist sie dafür wegen der Form und des bei einem Kegel sehr kleinen Innenvolumens (dreimal kleiner als bei einem gleich großen Zylinder) nicht geeignet. Aber wer weiß – vielleicht kann man ja im Dragonlab bald Blei in Gold umwandeln? Elon Musk wäre es zuzutrauen und dann stimmt auch die Dichte der Fracht wieder…