Die Red Dragon

Nun hat SpaceX ihre erste Marsmission angekündigt: Die Red Dragon soll 2018 landen, auf dem Mars landen und Daten von mitgeführten NASA-Instrumenten übertragen. Die NASA wird im Gegenzug ihre Telekommunikationsinfrastruktur zur Verfügung stellen.

Es mag den einen oder anderen überraschen, aber anders als viele andere Ankündigungen halte ich die Mission für möglich und sogar leicht durchführbar. Von der technischen Seite ist es so, dass eine Kapsel beim Eintritt in die Marsatmosphäre geringeren Belastungen ausgesetzt ist als bei der Erde. Die Dragon verwendet auch das gleiche Material für den Hitzeschutzschild wie das MSL. Die Vorräte an Treibstoff (publiziert: 1290 kg bei 4000 bis 4900 kg Masse) sind wesentlich höher als bei Marslandesonden sodass einer weichen Landung nichts entgegensteht. Die einzige offene Frage ist ob die Dragon die mehrere Monate dauernde Transferphase zum Mars absolvieren, kann der abnehmende Strom ausreicht und man zuverlässig dort die Lage und Bahn kontrollieren kann. (So wie ich SpaceX einschätze werden sie aus Kostengründen wahrscheinlich GPS-Sensoren zur Ortsbestimmung einsetzen und die funktionieren außerhalb niedriger Erdorbits nicht).

Auch für SpaceX könnte es eine Low-Risk Operation werden. Gelandete Dragons wird man bis 2018 genügend haben. Pro CRS-Versorgungsflug fällt ja eine an, bis dahin vielleicht sogar eine bemannte Version die ja auf Land mit den eigenen Triebwerken landen soll.

Eine Falcon 9 wird die Kapsel nicht zum Mars bringen können, sie wiegt mehr als die GTO-Maximalnutzlast und für eine Marstransferbahn braucht man nochmals 1200-1500 m/s mehr Geschwindigkeit.

Da SpaceX aber die Falcon Heavy nur mit Einzelnutzlasten anbietet und keine auch nur annähernd die Maximalnutzlast ausschöpft gibt es die Möglichkeit neben einer GTO-Nutzlast noch die Red Dragon zu starten. Ausreichend Leistung hat sie denn keine gebuchte Nutzlast wiegt mehr als 7 t, angeblich soll die Falcon Heavy ja 21 t in den GTO transportieren, das würde 2/3 der nominellen 13,5 t zum Mars übrig lassen – mehr als genug für eine Dragon die mit Treibstoffen aber ohne Nutzlast in der Erdorbitversion zwischen 5,3 und 6,2 t wiegt (verschiedene Angaben von verschiedenen Quellen). Eventuell nutzt man die USAF STP-2 Mission dazu die soll sowieso mehrere Bahnmanöver erproben, und die Nutzlast ist minimal. Kurzum: Für SpaceX fallen für Rakete und Kapsel keine Zusatzkosten an, nur für die Umrüstung als Marsraumschiff und die Missionsdurchführung. Kaum Kosten aber hoher PR-Gewinn, das ist das was Elon Musk liebt.

Mehr weiß man nicht. Nach den Abbildungen hat die Red-Dragon keine Hochgewinnantenne, ich sehe auch auf der Marsoberfläche keine Solarpaneele, was nur eine kurze Betriebszeit mit Batterien zulassen würde. Aber da es schon früher Abweichungen zwischen den veröffentlichten Videos und den realen Abläufen gab würde ich dies nur als spekulativ einordnen. Da man alle Experimente in der Dragon unterbringen muss wird der wissenschaftliche Gewinn klein sein. Es mag ja eine Tür zum Aufmachen geben, aber der Aufwand die Experimente die für die Landung fest fixiert werden müssen durch einen Roboter zu demontieren und auf der Oberfläche abzusetzen dürfte angesichts der Mission und ihrer Möglichkeiten zu hoch sein. Sinnvoller wären wohl eher Sensoren an der Außenhülle oder mit kleinen Öffnungen in der Kapsel die beim Abstieg Daten sammeln. Da stammen die einzigen bisher von den Vikings in den Siebzigern. Alle anderen Sonden wurden seitdem erst auf der Oberfläche aktiv. Daten über die chemische Zusammensetzung, Temperatur, Druck beim Abstieg als vertikale Profile wären sicherlich eine gute Ergänzung zu den Daten der Oberfläche oder vom Orbit aus gewonnen, bzw. man kann die letzteren besser eichen. Denkbar wären dann noch Kameras und Spektrometer die man an den Sichtfenstern anbringt. So wie ich SpaceX kenne werden wohl Videokameras die wichtigste Nutzlast sein, schließlich geht es darum öffentlichkeitswirksam zu vermarkten. Dass nach der Landung die Dragon dann nur ein paar Tage arbeitet stört keinen mehr, die Marslandschaft verändert sich ja auch nicht mehr.

Was übrigens nicht stimmt ist Musks Aussage: “Dragon 2 is designed to be able to land anywhere in the solar system,”. Das ist falsch: Die Kapsel ist viel zu schwer für eine Landung auf dem Mond, Merkur, Europa oder irgendeinem Himmelskörper ohne Atmosphäre. Zumal man bei bemannten Landungen ja wieder starten muss und man den Treibstoff so zweimal braucht. In den Gasplaneten würde sie versinken und der Hitzeschutzschild würde nicht ausreichen. Was übrig bleibt sind Venus, Erde, Mars, Titan – vier Himmelskörper von etwa 200 bekannten Monden und Planeten oder vier von 702.016 bekannten Asteroiden – also ich definiere „any“ anders als Musk.

Was gibt es sonst noch? SpaceX hat ihren ersten USAF-Auftrag bekommen – für einen GPS-Satelliten. Da es davon 24 Stück gibt gilt der als Kontrakt mit mittlerem Risiko. zudem stand SpaceX schon als Gewinner fest, denn ULA hatte sich gar nicht erst bei der Ausschreibung beteiligt. Das sorgte schon für Verärgerung. Zum einen weil ein ULA Mitarbeiter bei dem Kontrakt bei dem es nur um den Peris geht aber nicht um die Zuverlässigkeit (die bei anderen Aufträgen durchaus auch eine Rolle spielen soll) angab man würde sich nicht beteiligen, wenn man sowieso verlieren würde und zum zweiten gab es bei der Ausschreibung noch den RD-180 Bann, und man hat abgewogen wenn man nur wenige Triebwerke hat ob man eines bei diesem Kontrakt mit relativ kleiner Nutzlast (und somit geringerem Gewinn) „opfern“ soll. Nun ist der Bann weg und ULA will sich bei den folgenden Ausschreibungen wieder beteiligen. Der Kontrakt hat einen Umfang von 82,7 Millionen Dollar. Wie die bisher veröffentlichten Aufträge von NASA und DOD deutlich über den Listenpreisen. Nicht dass diese nicht gelten, es ist bekannt das die Regierung die Starts durch Auflagen Start verteuert, nur wird immer der „Internetpreis“ mit den veröffentlichten Startabschlüssen von ULA verglichen bei denen derselbe Aufschlag anfällt. Aber das it eher ein Thema für den Überbegriff „Statistiken und Lügen“, das ich schon mehrmals aufgegriffen haben so mit der Prognose der Zuverlässigkeit der Falcon 1 oder dem most Realiable Launch Service Provider (beide inzwischen durch die Realität als Lüge überführt) wie auch um nicht nur SpaceX zu nehmen, die NASA-Statistiken über Marsmissionen.

Neues gibt es auch von der Wiederverwendungsfront, doch um die Beiträge nicht zu stark thematisch zu zersprilttern habe ich dazu den alten Artikel kurz ergänzt.

6 thoughts on “Die Red Dragon

  1. Zu den von der Dragon erreichbaren Zielen im Sonnensystem: Elon Musk hat nur von Landungen gesprochen, mehr ist für eine Erkundung nicht notwendig. Was die Landungen angeht: Hast du die geringere Schwerkraft berücksichtigt? Es fällt mir schwer zu glauben, dass die Dragon auf einem Asteroiden nicht landen können soll.

  2. Ja, weil der Schub nicht soweit reduzierbar ist. Aus obigem Artikel „The eight SuperDraco engines, burning a mixture of hydrazine and nitrogen tetroxide propellants and made with 3D-printed parts, can cumulatively produce up to 120,000 pounds of thrust.“

    Nimmt man eine Reduktion auf 10% des Schubs an, dort liegt die derzeit erreichte grenze bei anderen Triebwerken, eine Minimalmasse von 6000 kg und nur einem Triebwerk, so ergibt sich ein Minimum-G von 1,5 m/s. Das reicht für den Mond, Erde, Mars, Venus, aber nicht für kleinere Himmelskörper.

  3. Dann bliebe aber noch die Möglichkeit der „Suizid-Bremsung“, also das Abschalten des Triebwerks in dem Moment, wo die Geschwindigkeit auf 0 steht und man den Asteroiden berührt.
    So macht es ja auch die Falcon-Stufe bei der Landung.

    Oder man baut in diese „Asteroiden-Dragon“ zusätzlich / alternativ ein oder 2 kleinere Triebwerke ein.
    So, wie man Innenraum und Instrumentarium an das jeweilige Ziel anpasst, kann man das sicher auch beim Antrieb.

    Aber ansonsten hast Du natürlich recht: Die auf manchen Planeten vorherrschenden Umweltverhältnisse dürften einer Dragon, wie auch jeder anderen Sonde, ziemlich schnell ein Ende bereiten.
    Nur bei Asteroiden und Monden sehe ich nicht ganz so schwarz.

  4. Ich nehme die Aussagen wie sie sind und mache nicht weitere Annahmen. Sonst kann ich auch gerne negative Annahmen nehmen, was mir ja immer vorgeworfen wird, z.B. wie eine Dragon erst mal zu ihrem Ziel kommen soll (eine 6 t schwere Kapsel wird selbst mit einer Falcon Heavy nicht überall im Sonnensystem landen können, weil sie jenseits von Mars kein Ziel mehr erreicht)

  5. FYI: Blogartikel aus 2011 zu Red Dragon

    http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2011/08/07/red-dragon/

    Ich denke man sollte das Ganze als Technologie-Demonstrations-Erprobungsmission sehen. Musk will bemannt zum Mars, da wirds Zeit entsprechende Landetechnologien zu erproben. Freilich wird niemals ein Dragon bemannt zum Mars fliegen, dafür ist die Kapsel nicht ausgelegt, aber die Erfahrungen bei der rein triebwerksgestützten Marslandung braucht SpaceX für das ominöse Marsraumschiff „MCT“, wo es ja möglicherweise im Herbst dieses Jahres mehr Infos geben wird. An den Daten von Reentry, Abstieg und Landung, die bei dieser Mission ausgiebigst gewonnen werden sollen ist übrigens die NASA auch sehr interessiert

    Vielleicht ergibt sich ja als Nebeneffekt auch ein neues auf Red Dragon basiertes System mit dem man einen Curiosity 3 o.ä. 2022 oder 2024 ohne teure Atlas und Skycrane auf den Mars bringen kann.

  6. @Bernd: Die Dragon 2 hat laut Wikipedia neben 8 Super-Draco-Triebwerken noch 18 Draco-Triebwerke. Die „originale“ Dragon hat ebenfalls 18 Dracos, die Super-Dracos kommen also hinzu, ohne die „normalen“ Thruster zu ersetzen. Da Draco-Triebwerke lediglich 400 N Schub haben, sollten diese zur Präzisionsansteuerung von Objekten mit nur geringer eigener Gravitation, wie zum Beispiel Komentenkernen oder Asteroiden, ausreichen.

    Dass Dragon 2 schon auf dem Erdmond nicht landen kann, weil dafür viel zu wenig Treibstoff an Bord ist, sind wir uns einig. Sollte es SpaceX allerdings gelingen, die Treibstofftanks der Falcon-Oberstufe ausreichend zu isolieren, wäre denkbar, die Oberstufe einer Falcon-9-Heavy und die Dragon gemeinsam zum Mond fliegen zu lassen, und dann mit der Oberstufe bis kurz vor Erreichen der Mondoberfläche abzubremsen und erst dort die Dragon abzukoppeln. Das dazu nötige Delta-v von ca. 2300 m/s ist in etwa dasselbe, wie es beim GTO-Start von Satelliten nach der Freiflugphase erbracht wird. Nur, dass die Freiflugphase im Falle der Mondlandung viel länger ist, und die Oberstufe die Freiflugphase nicht in einer zirkularen Bahn um die Erde, sondern in einem Erde-Mond-Transferorbit macht. Entsprechend viel müssen die unteren Cores der Falcon Heavy leisten – bei einer Mondlandung der schweren Dragon V2 gehen also vermutlich alle drei Cores der Falcon Heavy verloren, weil nicht genug Treibstoff verbleibt, um diese auch noch zu landen.

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