{"id":3956,"date":"2010-12-14T01:22:13","date_gmt":"2010-12-14T00:22:13","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=3956"},"modified":"2010-12-12T19:52:47","modified_gmt":"2010-12-12T18:52:47","slug":"wie-hoch-ist-die-nutzlast-der-dragon","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2010\/12\/14\/wie-hoch-ist-die-nutzlast-der-dragon\/","title":{"rendered":"Wie hoch ist die Nutzlast der Dragon?"},"content":{"rendered":"<p>Die Frage ist einfach, doch die L&ouml;sung ist nicht so einfach: 3.000 kg im Druckteil und 3.000 kg in der zylinderf&ouml;rmigen Erweiterung, sagt die <a href=\"http:\/\/www.spacex.com\/dragon.php\">SpaceX Website<\/a>. Vor dem Start hat die Firma das noch etwas konkretisiert. Es sollen jeweils 3.310 kg im Druckbeh&auml;lter und im Zylinder sein. Die kurze Dragon (ohne Zylinder) wiegt bei dieser Mission 5,2 t. Es ist noch nicht die endg&uuml;ltige Version. So fehlen neben dem Zylinder noch die Solarpaneele die sp&auml;ter die Stromversorgung &uuml;bernehmen sollen.<\/p>\n<p>Space.com hat eine sch&ouml;ne <a href=\"http:\/\/www.space.com\/images\/dragon-capsule-spacex-101207c-02.jpg\">Grafik<\/a> gerendert und die Angaben &uuml;bernommen und diese hineingearbeitet. Wer das ansieht, f&uuml;r den sieht die Dragon zuerst &uuml;berzeugend aus. Doch die Grafik und die Angaben t&auml;uschen. Die Grafik t&auml;uscht, weil die Cygnus zu klein eingezeichnet ist. Der Durchmesser wurde als L&auml;nge angegeben und entsprechend reduziert. In Wirklichkeit sind Cygnus Dragon nehezu gleich gro&szlig;. Da Space.com auch die Angaben aus dem Manifest &uuml;bernommen gibt Space.com eine Nutzlast von 6 t und eine Startmasse von 12 t an. Nur die Falcon 9 kann maximal 9,8 t in einen niedrigen Orbit transportieren. In den etwas h&ouml;heren und st&auml;rker gen&uuml;gten ISS Orbit sicher weniger.<!--more--><\/p>\n<p>Also sollte man nach anderen Dokumenten suchen. Nach <a href=\"http:\/\/astronautical.org\/files\/vonbraun\/2008\/Von_Braun_Symposium_2008-10-22_5e_Williams.pdf\">diesem hier<\/a> ergeben sich folgende Daten:<\/p>\n<table style=\"width: 100%;\">\n<tbody>\n<tr>\n<td>Trockenmasse:<\/td>\n<td>4.200 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Treibstoff<\/td>\n<td>1.230 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Fracht im Druckbeh&auml;lter:<\/td>\n<td>1.700 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Fracht im Strunk:<\/td>\n<td>850 kg<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Auch es referenziert 6 t Nutzlast bei 12 t Startmasse als Maximum. Diese Angaben sind daher wohl eher als strukturelles Limit anzusehen. Andere Dokumente von SpaceX wie <a href=\"http:\/\/iacse.commercial-space.net\/wp-content\/uploads\/2008\/10\/iac-08d213.pdf\">dieses<\/a> geben 2.550 kg als Nutzlast bei 8.750 kg Startmasse an. Die Nutzlast ist die gleiche wie oben, nur ist die Kapsel etwas schwerer (770 kg schwerer). Eine Trockenmasse von 4,9 t referiert auch <a href=\"http:\/\/ec.europa.eu\/enterprise\/policies\/space\/files\/policy\/conferences_page\/workshop_2_ec_esa_29_april_2010\/bauer.pdf\">dieses Dokument<\/a>. Das erscheint ein vern&uuml;nftiger Wert zu sein, der auch bei dem Quotienten liegt den andere Transporter haben (1\/4 bis 1\/3 der Startmasse als Nutzlast, der Anteil liegt um so h&ouml;her je gr&ouml;&szlig;er der Transporter ist).<\/p>\n<p>Zeit es genauer anzusehen. Die Dragon die jetzt startete war die kurze Version. Die Dragon besteht aus zwei Teilen: Der Kapsel und einem Zylinder. In jedem kann Fracht transportiert werden. Nur die Fracht in der Kapsel ist f&uuml;r die Besatzung zug&auml;nglich, die im Druckbeh&auml;lter nicht. Sie m&uuml;sste durch den Arm der Station entladen werden.<\/p>\n<p>Die Kapsel die nun startete wog 5.200 kg. Offen ist, ob dies das Gesamtgewicht oder Trockengewicht ist. Selbst bei der Angabe des Gesamtgewichtes ist jedoch klar, dass die Kapsel keine 6,6 t zur ISS transportieren kann denn sie w&uuml;rde dann mehr wiegen als eine Falcon 9 transportieren kann. Vor allem wird neben dem Zylinder auch Treibstoff ben&ouml;tigt. Wenn die Kapsel 1,23 t Treibstoff f&uuml;r ein Startgewicht von 8 t ben&ouml;tigt, sind es bei 12 t Gewicht? 50% mehr Treibstoff. Eine Falcon 9 m&uuml;sste dann 13-14 t zur SS transportieren (es kommt ja noch der Zylinder dazu). Die gestartete Dragon ben&ouml;tigte keinen Treibstoff f&uuml;r die Ankopplung und Abkopplung an die ISS und erheblich weniger Treibstoff zum Wassern, da sie sich auf einer niedrigeren Umlaufbahn befand.<\/p>\n<p>Doch man kann das Problem auch ganz anders angehen. N&auml;mlich: Welche Fracht wird transportiert und welche Anforderungen hat sie? Die Fracht im Zylinder ist ohne Druckausgleich. Daf&uuml;r gibt es nur geringen Bedarf, zumindest in den n&auml;chsten Jahren. Diese Fracht wird als Paletten oder ORU&#8217;s an der Au&szlig;enseite der Station angebracht und es sind vor allem Ersatzteile. Hauptaufgabe der letzten Space Shuttle Fl&uuml;ge ist es gen&uuml;gend Ersatzteile zu bef&ouml;rdern um einen Betrieb &uuml;ber mehrere Jahre zu gew&auml;hrleisten. Daneben gibt es noch Experimente in einem Teil des Kibo Labors, doch hier wird das HTV die Experimente und ORU&#8217;s f&uuml;r Japan bringen, das auch diese F&auml;higkeit hat. Das Gro&szlig; ist Verpflegung, Ersatzteile, eventuell auch neue Experimente. Diese wird im Druckbeh&auml;lter transportiert.<\/p>\n<p>Die 3.310 kg in dem Zylinder sind also eine Option, die man erst mal nicht braucht. Bleibt noch die Fracht im Druckmodul. Diese wird nei den anderen westlichen Transportern in standardisierten Racks, ISPR genannt transportiert. Wie viele ISPR die Dragon transportiert fand ich nicht. In den Abbildungen wird sie einfach mit Fracht vollgestopft, wie die Progress. Anscheinend werden keine ISPR transportiert.<\/p>\n<p>Doch Fracht bemisst sich nicht nur in Kilogramm, sondern auch im Volumen. Die ESA unternimmt gerade Anstrengungen, mehr Fracht in das ATV unterzubringen, weil das Volumen begrenzt ist und die Fracht in den letzten Jahren nur eine Dichte von 0,2 bis 0,25 kg\/l aufwies, anstatt 0,5 kg\/l wie geplant. In den Racks kann gar nicht so viel Gewicht untergebracht werden wie geplant. Nun wird Fracht noch hinten am Beh&auml;lter und den konischen Seiten vorne befestigt. Eine der &Auml;nderungen war z.B., dass Wasser nun in wesentlich geringerem Ma&szlig;e ben&ouml;tigt wird, da ein neues Wasser&uuml;ckgewinnungssystem die Menge des ben&ouml;tigten Wassers reduziert.<\/p>\n<p>Eine einfache Rechnung zeigt, dass in den 10 m? so maximal 2,4 t Fracht bef&ouml;rdert werden kann. Maximal, den es wird Platz geben, der nicht genutzt werden kann, bei einer kegelf&ouml;rmigen Kapsel ist das noch ung&uuml;nstiger als in den Zylindern von MPLM, HTV und ATV. Dazu kommt die Cargo-Supporthardware, also die Beh&auml;lter. Beim ATV machen sie immerhin ein Viertel des Gewichts der Fracht aus. Sie w&uuml;rden bei 3 t Bruttozuladung nur 2,4 t Fracht ergeben.<\/p>\n<p>Auf &auml;hnliche Zahlen kommt man, wenn man von der Progress auf das Volumen der Dragon hochrechnet. Auch hier kommt man auf unter 2,7 t Fracht im Druckbeh&auml;lter und die Russen transportieren weitaus weniger volumin&ouml;seres als die Transporter f&uuml;r das US-Segment. Setzt man die typische Beladung an, so kommt man sogar auf nur 1,8 t.<\/p>\n<p>Zum Schluss gibt es noch den Transportvertrag: SpaceX muss in 12 Fl&uuml;gen 20 t transportieren. 12 Fl&uuml;ge und mindestens 20 t sind vorgeschrieben. Das macht 1,7 t pro Flug und das korrespondiert auch mit den obigen Angaben der Fracht im Druckmodul. Die NASA geht also nicht davon aus, dass die Fracht im Zylinder ben&ouml;tigt wird und ich denke es wird auch schwer sein sie auszuladen, wenn sie an einer Stelle ist die von der ISS weg zeigt. Warum sollte sich SpaceX verpflichten 12 Transporte durchzuf&uuml;hren, wenn erheblich weniger gen&uuml;gen w&uuml;rden?<\/p>\n<table style=\"width: 100%;\">\n<tbody>\n<tr>\n<th>Transporter<\/th>\n<th>Volumen<\/th>\n<th>Fracht maximal im Druckbeh&auml;lter<\/th>\n<th>Fracht typisch:<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>MPLM<\/td>\n<td>70 m?<\/td>\n<td>9,1 t<\/td>\n<td>5 &#8211; 6 t<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>ATV<\/td>\n<td>46,5 m?<\/td>\n<td>5,5 t<\/td>\n<td>3,7 t<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>HTV<\/td>\n<td>37 m?<\/td>\n<td>4,5 t<\/td>\n<td>3,2 t<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Cygnus<\/td>\n<td>18,1 m?<\/td>\n<td>2,7 t<\/td>\n<td>2 t<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Progress<\/td>\n<td>6,6 m?<\/td>\n<td>1,8 t<\/td>\n<td>1,2 t<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Analogien helfen sehr oft bei Vergleichen, nicht nur ist es &auml;u&szlig;ert unwahrscheinlich, das SpaceX alleine festgestellt hat in 10 m? genauso viel Fracht unterzubringen wie andere in 30 m? unterbringen, sondern in diesem Falle wird die Fracht ja vom Auftragnehmer diktiert &#8211; das Volumen ist bekannt. Auf die 1,7 t kommt man auch wenn man die Volumenangabe in der Space.com Grafik von 7 m? als nutzbares Volumen interpretiert und dies mit der mittleren Dichte von 0,25 kg\/l multipliziert.<\/p>\n<p>Ich vermute daher die maximale Beladung im Druckmodul wird bei 1,7 bis 2,4 t liegen. Den unteren Wert halte ich f&uuml;r wahrscheinlicher. Eventuell wird der eine oder andere Flug auch noch Fracht im Zylinder bef&ouml;rdern, aber sicher nicht jeder. Immerhin sinkt so das Startgewicht auch in Regionen die die Falcon 9 transportieren kann. Wenn jemand SpaceX nach den 6 t fragt bekommt er wohl die gleiche Antwort wie Reporter die nach dem Ersatz der Orion durch die Dragon fragten &#8211; alles sei im Prinzip fertig, man br&auml;uchte nur eine Milliarde Dollar von der NASA. So w&uuml;rde die Antwort sicher lauten &#8211; im Prinzip k&ouml;nnen wir 6 t zur ISS transportieren, wenn uns jemand die Entwicklung der Falcon 9 Heavy finanziert.<\/p>\n<p>Die Performance der Falcon 9 wird der zweite Punkt sein. Nach offiziellem Users Guide betr&auml;gt sie 9358 kg bei ISS Transporten bei 10.450 kg Maximalnutzlast. (Block II Design, das irgendwann mal kommt). Nun musste SpaceX aber diese schon auf 9.800 kg reduzieren. Wird wie geplant, die D&uuml;se bei den n&auml;chsten Fl&uuml;gen verk&uuml;rzt, so wird das noch mehr werden. Bleibt der Unterschied gleich, so m&uuml;sste die Reduktion von 10450 auf 9800 kg die ISS Nutzlast auf 8708 kg reduzieren. Nehmen wir nochmal 100 kg f&uuml;r eine verk&uuml;rzte D&uuml;se, so sind wir bei 8.600 kg. Davon abgezogen die 4.900 kg Trockenmasse und die 1.290 kg Treibstoff sind wir bei 2410 kg. Wenn die 5.200 kg der jetzigen Dragon deren Trockenmasse waren sogar bei 2110 kg. Das reicht aus um den Raum im Druckmodul zu nutzen und den CRS Vertrag zu erf&uuml;llen, aber es ist weit weg von 6 t zur ISS.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die Frage ist einfach, doch die L&ouml;sung ist nicht so einfach: 3.000 kg im Druckteil und 3.000 kg in der zylinderf&ouml;rmigen Erweiterung, sagt die SpaceX Website. Vor dem Start hat die Firma das noch etwas konkretisiert. Es sollen jeweils 3.310 kg im Druckbeh&auml;lter und im Zylinder sein. 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