home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / pc / text / spacedig / v13_2 / v13_296.txt < prev    next >
Internet Message Format  |  1991-06-28  |  19KB

  1. Return-path: <ota+space.mail-errors@andrew.cmu.edu>
  2. X-Andrew-Authenticated-as: 7997;andrew.cmu.edu;Ted Anderson
  3. Received: from unix2.andrew.cmu.edu via trymail for +dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl@andrew.cmu.edu (->+dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl) (->ota+space.digests)
  4.           ID </afs/andrew.cmu.edu/usr1/ota/Mailbox/IbveMx:00WB3AHPU46>;
  5.           Mon, 25 Mar 91 20:39:10 -0500 (EST)
  6. Message-ID: <cbveMje00WB30HNk4=@andrew.cmu.edu>
  7. Precedence: junk
  8. Reply-To: space+@Andrew.CMU.EDU
  9. From: space-request+@Andrew.CMU.EDU
  10. To: space+@Andrew.CMU.EDU
  11. Date: Mon, 25 Mar 91 20:38:56 -0500 (EST)
  12. Subject: SPACE Digest V13 #296
  13.  
  14. SPACE Digest                                     Volume 13 : Issue 296
  15.  
  16. Today's Topics:
  17.                 Re: "Follies"
  18.               Re: More cost/lb. follies
  19.                Re: He3 on Moon?
  20.  
  21. Administrivia:
  22.  
  23.     Submissions to the SPACE Digest/sci.space should be mailed to
  24.   space+@andrew.cmu.edu.  Other mail, esp. [un]subscription requests,
  25.   should be sent to space-request+@andrew.cmu.edu, or, if urgent, to
  26.              tm2b+@andrew.cmu.edu
  27.  
  28. ----------------------------------------------------------------------
  29.  
  30. Date: Tue, 19 Mar 91 11:10:17 EST
  31. From: John Roberts <roberts@cmr.ncsl.nist.gov>
  32. Disclaimer: Opinions expressed are those of the sender
  33.     and do not reflect NIST policy or agreement.
  34. Subject: Re: "Follies"
  35.  
  36.  
  37. >From: szabo@crg5.UUCP (Nick Szabo)
  38. >Subject: More cost/lb. follies
  39.  
  40. >[Fraering Philip writes:]
  41. >>Two comments:
  42. >>
  43. >>1. Okay, I want to see the facts on that assertion about the limiting
  44. >>factor in chemical rocket price, and to several different decimal
  45. >>places. To paraphrase RAH, it's math, or it's opinion. 
  46.  
  47. >It is up to those requesting $billions for rocket programs to prove 
  48. >they _can_ lower launch costs.  It is not up to me, requesting no money, to 
  49.                                                      -------------------
  50. >prove they can't.   
  51.  
  52. Not quite. If you were simply *not requesting money*, I would agree. But
  53. you are actively *requesting 'no money'*, in other words urging that advanced
  54. chemical rocket research projects, even those that have won approval for
  55. government funding, should have all their money taken away, so it can be spent
  56. exclusively on the non-chemical-rocket drives you like. Some of these chemical
  57. rocket projects have put together detailed and well thought-out descriptions of
  58. what they hope to gain - and some have already won at least a degree of
  59. approval from Congress. If it is your specific goal to kill off these projects,
  60. then it is indeed up to you to demonstrate that they are no good. And merely
  61. stating that chemical rockets are *obviously* a dead-end technology, so you 
  62. don't have to know any of the details, is no way to go about it.
  63.  
  64. Please note: I *approve* of research on the technologies you advocate, and
  65. think that a lot more money should be spent on them than is being spent now. 
  66. But I also think it's foolish and short-sighted to throw away further progress
  67. in what we already know works. It could well turn out that their chief 
  68. "advantage" is that they haven't yet had to prove their merit in actual 
  69. full-scale demonstrations.  We had plenty of recklessly throwing away the 
  70. old when we gave up on the Saturn V (and in fact tried to give up on all 
  71. ELVs) - let's not repeat that mistake. Sure the exotic technologies have a lot
  72. of potential - let's sell them on their own merit.
  73.  
  74. >However, the numerical argument is
  75. >straightforward.  The theses are:
  76.  
  77. >* We need 4 orders of magnitude drop from today's costs for space 
  78. >  colonization to be affordable.
  79.  
  80. Four orders of magnitude would be nice, but I don't see what makes it the
  81. single "magic number". There are many types of space colonization possible,
  82. some of which could get along with significantly higher transportation costs.
  83. For instance, why should we wait until transportation is so cheap that everyone
  84. could get annual visits home? Some of the serious colonization proposals would 
  85. be extremely Spartan, at least in their first decade or two.
  86.  
  87. >On the first point, divide the cost of a hypothetical Shuttle/OTV
  88. >trip to L-5 ($40 million/person) with round trip first-class from
  89. >Tokyo to New York ($2,000/person) to get 4 orders of magnitude.
  90.  
  91. You have previously implied that this was comparable to travel costs for early
  92. European settlers going to North America - I suppose you could find some
  93. item available for sale now and then from which you could reconstruct a
  94. price index to support your point, but in general I think travel was
  95. relatively much more expensive then than air travel is now. Remember
  96. that many colonists were willing to obtain passage by selling themselves
  97. into indenture - basically limited-term slavery, the usual term being seven
  98. years. I don't know about you, but I'd be very hesitant to work for seven years
  99. just to get a crummy plane ticket to Tokyo at current prices. Playing around
  100. with the numbers, if we accept the premise that some people will be willing
  101. to colonize if it costs the equivalent of seven years' labor just to get
  102. set up, and placing a more modern US middle-class labor valuation at up
  103. to $100000/year (salary x multiplier, where multiplier is in the neighborhood
  104. of 3-5), then perhaps we can get viable colonies going (further assuming
  105. the eventual utilization of local resources, of course) with only two
  106. orders of magnitude drop in launch costs. Many people do consider two
  107. orders of magnitude to be within the realm of possibility for chemical
  108. rockets. And chemical rockets have the ability to perform functions some of 
  109. the other options can't - such as getting live humans into space.
  110.  
  111. The more I look at your unbending insistence on 4 orders of magnitude launch
  112. cost drop, the less I like it. If it's a *goal*, that's fine, but you have 
  113. set it up as a *standard*, and have effectively been urging the abandonment
  114. of work aiming toward systems that could drop costs by "only" a factor of
  115. 10 or 100. I'm sorry, but I think there would be a *lot* of benefit to
  116. dropping costs by that amount. Maybe it wouldn't be quite enough for your
  117. commuters' space colonies, but I think there are a lot of things that can
  118. and should be done in space that are not 100% directed toward human 
  119. colonization. And even for human colonization - surely we can get something
  120. done without having to cut costs to ~50 cents per pound! 
  121.  
  122. >* Chemical rockets can provide less than an order of magnitude drop
  123. >  between now and the end of the 21st century
  124.  
  125. >On the second point, several methods will derive a similar result.
  126. >Back-of-the-envelope numbers, within +/- 50% will give sufficient 
  127. >precision to demonstrate the point.
  128.  
  129.  
  130. >* Take the curve of rocket costs/lb. ($1991).  Project it into the future.  
  131. >  1960 = $12,000/lb., 1970 = $8,000/lb., 1980 = $6,000/lb.,
  132. >  1990 = $5,000/lb, 2000 = $4,250/lb., ....2030=$3,000/lb.,...
  133. >  2090 = $2,000/lb., ....   
  134.  
  135. Similarly, for linear launchers and laser launchers - 
  136. * Take the curve of costs/lb. to LEO ($1991).  Project it into the future.  
  137.   1960 = infinite, 1970 = infinite, 1980 = infinite,
  138.   1990 = infinite, 2000 = infinite, ....2030=infinite,
  139.   2090 = infinite, ....   
  140.  
  141. This is not to say that I feel such launchers will always be infinitely
  142. expensive, but that I think extrapolating curves from the past is generally
  143. a very poor way to predict future costs, given continual advances in
  144. technology and shifts in design goals and investment patterns. You may
  145. protest that the reason the ground-powered launch techniques are not
  146. currently available (and thus of finite price) is that nobody has yet
  147. worked really hard and invested a lot of money in accomplishing this goal.
  148. My reply would be that nobody has yet worked really hard or invested a lot
  149. of money in greatly reducing per-pound chemical rocket launch costs either.
  150. Quite a few people have pointed this out to you, and you have ignored it.
  151. (The Shuttle started out largely as such an effort, but was subverted by its
  152. DoD sponsors into stressing performance over price, which as we know painfully
  153. well is no way to minimize price.) There *is* increased interest now in
  154. reducing per-pound chemical rocket launch costs - for instance the expanded
  155. Delta and Titan designs described by Allen Sherzer (with hope for up to 2-3X
  156. drop in cost/pound, and availability in perhaps only a few years), and ALS
  157. or the new technology launcher system (with development expected to take about
  158. a decade, and perhaps as much as 10X reduction in launch costs). So if you're
  159. going to extrapolate costs from the past, and yet allow that future trends
  160. will permit the current curve for exotic launchers (flat at infinity) to
  161. change, you must also allow that future trends may allow the curve for
  162. chemical rocket launchers to change too.
  163.  
  164. >* For similar payload sizes, the cost of building an internal-chemical-powered 
  165. >  air vehicle is roughly a function of the vehicle mass/payload
  166. >  ratio.  For example, we can derive the cost of a reusable rocket, with 1/3 
  167. >  the payload and 10 times mass, from the cost a 747:
  168. >  ($100 million)*(30/1) = $3,000 million
  169. >  which is about the actual cost of building a Shuttle.  Due to
  170. >  the scientific limits in the exhaust velocity (and thus energy 
  171. >  efficiency) of chemical rockets, the payload/mass ratio cannot
  172. >  be significantly increased.
  173. >* The cost of an internal-chemical-powered land or air vehicle is 
  174. >  typically 3 orders of magnitude higher than the cost of its fuel load
  175. >  (**2 orders of magnitude for expendable vehicles).
  176. >  eg:
  177. >    car: $10,000     <=>    tankfull of gas $10
  178. >    747: $100 million <=>    full load of jet fuel $50,000
  179. >    reusable rocket: $3,000 million <=> rocket fuel $3,000,000
  180. >    ** expendable rocket: $100 million <=> rocket fuel $1,000,000
  181. >  Use-once-and-discard forms of transportation have to break
  182. >  the curve to be competitive with reusables.
  183.  
  184. These last two arguments are an attempt to eliminate technical details,
  185. find a few regularities in existing systems, deduce that these regularities
  186. must be natural economic laws, then apply them to future systems. Max Hunter
  187. uses this line in some of his arguments, and I don't care for it when he does
  188. either. I just don't see a benefit from deliberately avoiding the technical
  189. details in order to obtain some high level of abstraction, other than the
  190. ability to quickly and easily spew out great quantities of numbers of dubious
  191. value. And economic theory is far less solid than models of technical 
  192. advances - as someone once pointed out, the US is full of stock market analysts
  193. who demonstrably have no idea what the market is going to do next, though
  194. they can all confidently explain why it did what it just did.
  195.  
  196. For the idea of vehicle cost being a function of the cost of a tank of fuel,
  197. if there's any validity to it at all, then it must be a function of underlying
  198. factors, such as design constraints, intended use, and the physical properties
  199. of the medium through which it travels. It would be foolish to ignore these
  200. details, for if you just assume it to be a universal principle, then you must
  201. fit in all vehicles, such as boats, horses, etc. Looking at the details, it
  202. could well be that the apparent identical multiplier for cars and airplanes
  203. is just a coincidence, or that a comparable multiplier for advanced chemical
  204. rockets should be very different. In any event, trying to apply such a number
  205. to a future system is of very limited value, especially if you try to use it
  206. as a guide for design. Imagine using this formula as an explanation for why 
  207. cars that use premium gasoline cost more than cars that use regular gas, 
  208. or designing a new car with a gas tank only half normal size, on the grounds
  209. that this should cut total vehicle cost by around 50%.
  210.  
  211. >Until we develop a method much better than chemical rockets, we must
  212. >be damned smart about what we launch, and search for all opportunities
  213. >to let the solar system do the work for us.
  214.  
  215. >Nick Szabo            szabo@sequent.com
  216.                John Roberts
  217.                roberts@cmr.ncsl.nist.gov
  218.  
  219. ------------------------------
  220.  
  221. Date: 20 Mar 91 00:20:28 GMT
  222. From: orca!oscar!bpendlet@uunet.uu.net  (Bob Pendleton)
  223. Subject: Re: More cost/lb. follies
  224.  
  225. Path: oscar!bpendlet
  226. Newsgroups: sci.space
  227. Distribution: world
  228. Followup-To: 
  229. References: <26964@rouge.usl.edu> <21366@crg5.UUCP>
  230. From: bpendlet@oscar.dsd.es.com (Bob Pendleton)
  231. Reply-To: bpendlet@dsd.es.com
  232. Organization: Evans & Sutherland Design Systems
  233. Subject: Re: More cost/lb. follies
  234. Keywords: 
  235.  
  236. Knowing full well that posting into a flame fest is a good way to get
  237. burned he still feels this overwhelming urge to post. Oh my.
  238.  
  239. I'd like to say I agree with some points posted by most everybody.
  240. Nick Szabo has pointed out that all our current rockets are right at
  241. their technical limits. He's right, they are. He then uses that fact
  242. to support his argument that chemical powered rockets cannot become
  243. cheap enough to make space travel economically possible. Well, at
  244. least not in his life time.
  245.  
  246. Others, Henry especially, have argued that Nick is wrong. They've
  247. pointed out the work of Max Hunter and others that indicate that
  248. chemical rockets can be made cheap enough to make space travel
  249. economically possible in our life times. I happen agree with Henry on
  250. this.
  251.  
  252. Look at where our rockets come from. They are mostly military rockets.
  253. Military rockets are built on the hairy edge of the possible because
  254. of outside constraints. Not because of anything having to do with the
  255. technical limits of rockets. 
  256.  
  257. Take a look at MX. When the MX was being designed they had a set of
  258. constraints they had to live with. It had to fit in a mobile
  259. transporter and be tube launched.  That meant that it had to be
  260. designed to get the absolute most performance out of a fixed weight
  261. and size.
  262.  
  263. Why did they have to get the most performance? Because political
  264. decisions could wind up putting MX anywhere inside the continental US
  265. and it still had to beable to reach it's targets.
  266.  
  267. So they went all out with high tech filament wound cases and
  268. carbon-carbon nozzles, and extendable exit cones, and high energy
  269. fuels to get the most out of the weight and size budget. They produced
  270. a very high tech rocket designed right on the hairy edge of the
  271. possible.
  272.  
  273. This is true of Atlas, Titan, and Delta (aka Thor). Every other US,
  274. and I dare say European, rocket has it's roots in the same engineering
  275. culture that designed all our war rockets. They only really know how
  276. to design this way. Even the people running the ALS program realize
  277. that the "hairy edge" design culture is so prevalent that it endangers
  278. the project. They say they are taking special precausions to avoid its
  279. influence. I don't think they're succeeding.
  280.  
  281. Hairy edge engineering is expensive, and it's prone to failure. So I
  282. understand where Nick gets his ideas.  But that's not what the Max
  283. hunters of the world are talking about.
  284.  
  285. Throw away the "hairy edge" mentality. Think about ocean liners
  286. instead of airplanes. 
  287.  
  288. Think about the problem of building a lighter than air ship out of
  289. stainless steel. Could you do it? Could you do it if it had to fit
  290. inside a Titan II silo? No I don't think you could.  If you did the
  291. walls would be so thin you could see through them. The Titan rockets
  292. use chemical etching to get their tank walls thin enough.
  293.  
  294. What if you could build it any size you want? Could you do it then?
  295. Maybe you could.  Maybe this is a rediculous example. :-) Think about
  296. the cube-square law. If you can build any size you want then the cube
  297. square law can give you an enormous volume to structure ratio. Maybe
  298. good enough to build a stainless steel balloon.
  299.  
  300. Rockets are a lot like stainless steel balloons. The dominant factors
  301. in rocket design are exhaust velocity and mass ratio. There are lots
  302. of other factors and I'm ignoring them deliberately. So flame me:-)
  303.  
  304. Exhaust velocity is pretty much a given if you are talking about
  305. chemical fueled rockets. There isn't much you can do to increase it
  306. without going out on the hairy edge where things like the SSME live.
  307. But there have been postings to this group about the $50,000 5,000,000
  308. pound thrust motor developed by Boeing back in the late '60s. I'll bet
  309. it's ISP wasn't great compared to a SSME. But I'll bet it's margins
  310. were a lot better and the price is right. We can build cheap motors
  311. with enormous thrusts.
  312.  
  313. So the only thing you can do is improve the mass ratio. Remember the
  314. stainless steel airship and the cube-square law? Think big. Think
  315. about dry docks instead of hangers. If you build big enough you can
  316. build rugged structures with very high mass ratios and payloads to
  317. match. If you want to build space ships, build space SHIPS. Huge sea
  318. launched vehicles built with ship building techniques. Single stage
  319. resuable vehicles that burn lots of fuel to make up for their rugged
  320. structure and huge size. Reusable vehicles that land on the ocean.
  321. Ships whose density is so low after their fuel is spent that they can
  322. reenter slowly so their steal hulls can stand the reentry heating.
  323.  
  324. Reusable, rugged, and low tech rockets should give a low cost per
  325. pound to orbit.  From what I've read I'm convinced that this approach
  326. can work.
  327.  
  328.         Yours in Murphy
  329.  
  330.             Bob P.
  331.  
  332. -- 
  333.               Bob Pendleton, speaking only for myself.
  334.    bpendlet@dsd.es.com or decwrl!esunix!bpendlet or utah-cs!esunix!bpendlet
  335.  
  336.                          Tools, not rules.
  337.  
  338. ------------------------------
  339.  
  340. Date: 20 Mar 91 02:52:03 GMT
  341. From: stanford.edu!unixhub!slacvm!doctorj@decwrl.dec.com  (Jon J Thaler)
  342. Subject: Re: He3 on Moon?
  343.  
  344. In article <1991Mar19.183831.11983@nntp-server.caltech.edu>,
  345. irwin@iago.caltech.edu (Horowitz, Irwin Kenneth) says:
  346.  
  347. >>I'd like to do that exercise, but I don't know:
  348. >>1: The flux of He3 in the solar wind,
  349. >>2: The residence time for He3 in the lunar soil.
  350. >>
  351. >>Please supply us eager NetNews fans with these numbers.
  352. >When I said it was left as an exercise for the reader, I meant it was left as
  353. >an exercise for the reader.  Get up from that computer terminal and walk to
  354. >the local science library (or better yet, an astronomy library) and look up
  355. >those values for yourself! :-)  Shouldn't be too difficult...just need the
  356. >total flux of the solar wind, and the percentage of He3 in the solar wind.
  357. >As for the "lifetime" of He3 in the lunar soil, I can't think of any loss
  358. >mechanisms that would necessarily apply (except perhaps evaporation and
  359. >thermal escape from the "lunar atmosphere").  He3 is a stable isotope, so
  360. >it won't decay radioactively.
  361.  
  362. That's the crux of the problem.  Since the He3 in the solar wind will only
  363. penetrate a few microns into the lunar surface, it is probably going to
  364. escape (due to thermal effects) very quickly.  Thus, I'd expect only
  365. microscopic amounts of He3 to be present at any time.  (It sounds to me like
  366. you don't know the answer either...)
  367.  
  368. ------------------------------
  369.  
  370. End of SPACE Digest V13 #296
  371. *******************
  372.