Wette gewonnen!

So nun kann ich nach mehr als 4 Jahren endlich meine Wette einlösen. Die meisten von euch waren ja zu dem Zeitpunkt noch nicht Blogdauergäste, aber schon vor mehr als 4 Jahren habe ich gewettet, dass ich die Nutzlast einer Falcon 9 besser berechnen kann als die Firma selbst: Hier der Originallink.

Zu diesem Zeitpunkt, wir schrieben den 4.10.2008 gabs das erst 2011 angekündigte „V1.1“ Modell noch nicht, und SpaceX machte noch höhere Angaben als einige Jahre später für die Falcon 9 (die LEO Nutzlast damals z.B. mit 12.500 kg beziffert, während die letzte „v1,0“ Angabe dann noch 10.450 kg waren.

Am Freitag startet die letzte „v10“, also die Version die in der Entwicklung war als ich den Artikel schrieb. Damit kann man Bilanz ziehen. Die letzte wird am meisten Fracht zur ISS bringen: 2314 amerikanische Pfund  (1.859 ohne Verpackung) das sind 1050kg. Unsicher ist was das Gefährt selbst wiegt. Es gibt drei Ressourcen mit unterschiedlichen Angaben: Von 2008 dieses von SpaceX: 4.200 kg Trocken, 2010 in dieser SpaceX Präsentation dann 4.900 kg trocken (mit 20% Reserve, also 4084 kg ohne) und 1.230 kg Manövriertreibstoff und 2007 waren noch von 4540 kg Gesamtstartmasse mit Treibstoff die Rede. Im Laufe der Jahre wurde es also immer schwerer.

Aber ich bin mal nicht so: nehmen wir die größte Masse mit 20% Reserve und vollgetankt (die Treibstoffangabe dürfte sich mit ziemlicher Sicherheit auf ein mit viel Fracht beladenes Raumschiff beziehen, denn vergleicht man dies bei der Startpasse mit den Vorräten von ATV (1.8 t bei 21 t Startgewicht) und HTV (1,5 t bei 16,5 t Startgewicht) so ist das ziemlich viel).

egal, zusammen sind’s dann 1.230 kg + 4.900 kg + 1050 kg Startmasse = 7.180 kg Nutzlast für die Falcon 9

Auch zu berücksichtigen ist, dass wir bisher von LEO Nutzlasten reden, die natürlich in den erngieärmsten Orbit gehen. Gemäß Falcon 9 User Guide macht der Unterschied zwischen LEO und ISS Bahn bei der Falcon 9 6,04% aus (10.454 zu 9.823 kg), um das muss ich meine Vorhersage natürlich auch korrigieren. Ich prophezeite 8.200 kg in LWO, um die 6,04 % bereinigt sind das 7.638 kg und die SpaceX Angabe war damals 12.500 kg, dass sind um 6,0$% für die ISS Bahn bereinigt dann 11.745 kg also so siehts aus:

Ich habe gewettet dass meine Nutzlast näher an der erreichten dran ist, und ich denke ich habe gewonnen. Ich kam auf 500 kg ran, SpaceX liegt 4500 kg darüber. Über die GTO Wette brauch ich nicht viel zu sagen, denn wenn mein Wert bei LEO weitgehend stimmt, dann ist auch klar, dass die GTO Nutzlast bei nur zwei Stufen und hoher Leermasse der zweiten Stufe minimal ist, wie sich ja auch schon bei meine Zahlen zeigte. Die Physik kann man nun mal nicht täuschen….

Nun fragt sich der eine oder andere: „Wie macht der Bernd dass?“ erinnern wir uns, es war 2008, außer Startmasse und Nutzlast war nichts von der Rakete bekannt. Nun es ist so simpel einfach, dass ich mich fast schäme zu sagen, wie es geht. Ich habe die bekannten Daten der Falcon 1, die auch im Users Guide nachlesbar waren genommen und habe deren Endgeschwindigkeit mit der maximalen Nutzlast berechnet. Diese ist natürlich wegen der Verluste höher als die tatsächlich erreichte. Die Differenz merkte ich mir. Dann habe ich Stufenmassen anhand von existierenden Raketen derselben Bauart (Zenit, Sojus) abgeschätzt genauso wie Trockenmasse, der spezifische Impuls des Bodentriebwerks war bekannt, der vom Oberstufentriebwerk damals noch nicht, sodass ich ihn etwas höher angesetzt habe und dann errechnete ich welche Nutzlast dieser Träger auf dieselbe Geschwindigkeit wie die Falcon 1 bringt und hatte so die LEO Nutzlast. Addiert man 2428 m/s hinzu so ist man bei GTO. Würde die Falcon 9 in der derzeitigen Form tatsächlich die 4,5 t in GTO transportieren, dann würden sie wohl auch ihre schon erhaltenen Aufträge erfüllen, denn nichts zählt so wie ein erfolgreicher Start.

Mit Schätzen kommt man also auf genauere Werte als SpaceX selbst. Verwundert? Nein, ich war mir sicher dass ich nicht verlieren konnte. Um auf diese extrem hohe Nutzlast (12,5 t bei damals 333,4 t Startmasse) zu kommen hätte SpaceX einen höheren spezifischen Impuls als russische Hochdrucktriebwerke im geschlossenen Kreislauf erzielen müssen und gleichzeitig eine extrem niedrige Trockenmasse aufweisen müssen und das obwohl sie ja neun Triebwerke nehmen die eher schwerer als ein großes sind. Es war bei realistischer Einschätzung, dass auch SpaceX nur mit Wasser kocht nicht möglich diese Nutzlast zu erreichen. (Die Zenit mit Hochrucktriebwerken und 444 t Startmasse kommt nur auf etwas höhere 13,74 t).

Allerdings sind die 6,6 t auch etwas niedrig, vor allem wenn die Dragon bestimmt keine 1,23 t Treibstoff braucht (ich tippe auf 600 kg). Die Nutzlast ist deswegen so gering, weil sie nicht der limitierende Faktor ist. Die ESA hat ihre ATV „upgraded“ für mehr Fracht. Der Grund ist sehr einfach. Als man sie plante ging man von einer Dichte von 500 kg/m³ aus, sie liegt tatsächlich bei den Transporten aber bei 240 kg/m³. Das ATV hat immer 23,5 m³ Volumen die bei dem letzten „Eddi“ ziemlich voll geladen waren, trotzdem transportierte er nur 2261 kg Fracht. (im Druckbehälter) Wie soll dann die Dragon in 6,8 m³ Volumen 3000 kg transportieren?. Die NASA wird sicher nicht nur schwere Fracht in die Dragon einladen. Basierend auf den ATV Daten kommt man so auf 654 kg Fracht. So weit ist man mit 677 kg im Druckmodul nicht weg,

Das leitet über zur nächsten Frage von Fabian: Wie will SpaceX die Fracht hochbekommen? Nun sie hoffen wohl auf den Transport von Fracht im Trunk. Diese Fracht ohne Druckausgleich wird dann an der Station außen angebracht. Das sind typischerweise Ersatzteile, die wegen ihrer wichtigen Bedeutung aber von den Shuttles bei den letzten Missionen zur Station „auf Vorrat“ gebracht wurden und daher braucht man erst in indigen Jahren mehr davon. Es wäre interessant die genauen Bedingungen des CRS-Kontrakts zu erfahren. Es steht ja immer was von „12 Flügen und 20 t“. Was passiert wenn es nach 12 Flügen erst 10 t sind ? Orbital hat mit der Cygnus mehr Frachtraum hier die besseren Karten ihren Kontrakt in den acht Flügen auch zu erfüllen. SpaceX hat eben am Bedarf vorbeigeplant. Die Dragon wurde ja vor COTS und vor CRS entworfen. Mag sein, dass sie Chancen bei CCDev damit haben, aber für einen Frachter ist ein Konusform keine gute Lösung, alle anderen Frachter sind nicht ohne Grund zylinderförmig.

So ist die Firma eben noch drauf angewiesen, dass ihr CEO Stimmung für sie macht, die Arbeiter 14 Stunden pro Tag arbeiten, damit der nun schon zwei Jahre lang aufgeschobene Börsengang sich auch lohnt, den darum geht es in meinen Augen. Immerhin ist die Firma ja lernfähig – damit keiner mehr die Brenndauern mit dem Presskit überprüft, wenn mal wieder ein Triebwerk ausfällt, hat man sie nun nur noch auf eine Minute genau angegeben….