Falcon 9 | o rachetă cu două etaje

Istoria dezvoltării

Concepție și finanțare

În octombrie 2005, SpaceX a declarat că va lansa Falcon 9 în prima jumătate a anului 2007. Prima lansare a avut loc în 2010.

SpaceX și-a cheltuit banii proprii pentru a crea Falcon 1. Crearea lui Falcon 9 a fost mai rapidă deoarece NASA a contribuit la costuri. De asemenea, au spus că vor cumpăra mai multe zboruri comerciale. Acest lucru a început cu bani din programul Commercial Orbital Transportation Services (COTS) în 2006. Contractul a fost un Space Act Agreement (SAA) "pentru a dezvolta și demonstra serviciul de transport orbital comercial". Acesta includea plata de către NASA a trei zboruri demonstrative. Contractul a fost de 278 de milioane de dolari americani pentru a oferi finanțare pentru dezvoltarea Dragon, Falcon 9 și lansări demonstrative ale lui Falcon 9 cu Dragon. În 2011 au fost adăugate alte etape, ceea ce a făcut ca valoarea totală a contractului să fie de 396 milioane de dolari.

NASA a devenit principalul utilizator al vehiculului în 2008. Aceasta a fost de acord să cumpere 12 lansări de servicii comerciale de aprovizionare către Stația Spațială Internațională. Banii urmau să fie plătiți după ce misiunile demonstrative erau finalizate cu succes. Contractul de livrare a logisticii spațiale a avut o valoare de 1,6 miliarde de dolari pentru un minim de 12 misiuni de transport de provizii către și de la Stația Spațială Internațională.

Elon Musk a declarat că ar fi durat mai mult fără banii de la NASA.

SpaceX a ajuns atât de departe doar bazându-se pe realizările incredibile ale NASA, având NASA ca locatar de bază pentru lansare și beneficiind de consiliere și mentorat de specialitate pe tot parcursul procesului de dezvoltare. SpaceX ar dori să mulțumească în mod special biroului COTS al NASA pentru sprijinul și îndrumarea lor continuă pe parcursul acestui proces. Programul COTS a demonstrat puterea unui adevărat parteneriat public/privat și așteptăm cu nerăbdare eforturile interesante pe care echipa noastră le va întreprinde în viitor.

În 2011, SpaceX a declarat că costurile Falcon 9 v1.0 au fost de aproximativ 300 de milioane de dolari. NASA a declarat că aceste costuri ar fi fost de 3,6 miliarde de dolari dacă s-ar fi folosit o abordare tradițională de contract cost-plus. În 2014, SpaceX a publicat costurile totale atât pentru Falcon 9, cât și pentru capsula Dragon. NASA a furnizat 396 de milioane de dolari americani. SpaceX a furnizat peste 450 de milioane de dolari.

Un raport din 2011 al NASA a declarat că dezvoltarea unei rachete precum racheta Falcon 9 ar fi costat aproximativ 4 miliarde de dolari. "O abordare de "dezvoltare mai comercială" ar fi permis agenției să plătească doar 1,7 miliarde de dolari".

Mărturiile depuse de SpaceX în Congres în 2017 au declarat că procesul normal al NASA de a stabili doar o cerință și de a lăsa SpaceX să se ocupe de detalii a permis realizarea rachetei Falcon 9 la un cost mult mai mic.

Dezvoltare

La început, SpaceX a vrut să urmeze Falcon 1 cu un vehicul de capacitate mai mare, Falcon 5. În 2005, SpaceX a declarat că lucrează în schimb la Falcon 9. Aceștia au spus că aveau deja un client guvernamental. Se spunea că Falcon 9 era capabil să transporte aproximativ 9.500 de kilograme (20.900 lb) pe orbita joasă a Pământului. Ei au spus că va costa 27 de milioane de dolari pe zbor cu o sarcină utilă de 3,7 metri (12 ft). Ar costa 35 de milioane de dolari americani cu o sarcină utilă de 5,2 metri (17 ft). SpaceX a mai spus că o versiune grea a Falcon 9 ar avea o capacitate de încărcare de aproximativ 25.000 de kilograme (55.000 de lire). Falcon 9 ar urma să permită lansări pe orbita joasă a Pământului (LEO), pe orbita de transfer geosincronă (GTO), precum și atât pentru vehicule cu echipaj, cât și pentru vehicule de marfă către Stația Spațială Internațională (ISS). Racheta nu era complet reutilizabilă la acest moment. Acest lucru a făcut ca estimările de preț să fie mai mari decât se preconiza.

Testare

Contractul inițial cu NASA prevedea un zbor demonstrativ al lui Falcon în septembrie 2008. De asemenea, acesta prevedea ca toate cele trei misiuni demonstrative să fie efectuate până în septembrie 2009. În februarie 2008, planul pentru primul zbor demonstrativ a fost amânat până la începutul anului 2009. Potrivit lui Elon Musk, întârzierea a fost cauzată de cât de cpmplexe erau regulile de lucru pentru lansarea de la Cape Canaveral.

Primul test cu două motoare conectate la prima etapă a fost efectuat în ianuarie 2008. Alte teste au dus la testarea Falcon 9 cu nouă motoare. Motoarele au fost testate pentru o durată completă a misiunii (178 de secunde pentru prima etapă) în noiembrie 2008. În octombrie 2009, prima etapă a avut pentru prima dată un test de testare cu succes cu toate motoarele. Acest lucru a fost realizat în McGregor, Texas. În noiembrie 2009, SpaceX a organizat primul test al celei de-a doua etape. Acest test a durat 40 de secunde. În ianuarie 2010, a avut loc o lansare de durată completă (329 de secunde) a celei de-a doua trepte Falcon 9. Data de lansare programată de SpaceX este martie 2010.

În februarie 2010, prima stivă de zbor a SpaceX a fost instalată la Complexul 40 de lansare spațială de la Cape Canaveral. La 9 martie 2010, SpaceX urma să testeze prima treaptă de lansare. Testul a fost oprit cu 2 secunde înainte de lansare. Acest lucru s-a întâmplat din cauza unei defecțiuni la sistemul conceput pentru a pompa heliu de înaltă presiune de pe rampa de lansare în prima treaptă. Problema a fost la platformă și nu la rachetă în sine. Toate sistemele lui Falcon 9 care au condus la avort au funcționat conform așteptărilor. Un alt test, la 13 martie 2010, a fost un succes.

Producție

În decembrie 2010, SpaceX producea un Falcon 9 (și o navă spațială Dragon) la fiecare trei luni. Ei doreau să dubleze ritmul la una la șase săptămâni. Până în septembrie 2013, spațiul de producție al SpaceX a crescut la aproape 93.000 de metri pătrați (1.000.000 de metri pătrați). Fabrica fusese configurată pentru a produce 40 de nuclee de rachete pe an. În noiembrie 2013, fabrica producea un vehicul Falcon 9 pe lună. Compania dorea să crească acest număr la 18 vehicule pe an la jumătatea anului 2014 și la 24 pe an până la sfârșitul anului 2014. Voiau să producă 40 de nuclee de rachete pe an până la sfârșitul anului 2015.

Aceste rate de producție nu au fost atinse până în februarie 2016. Compania a declarat că rata de producție pentru nucleele Falcon 9 a crescut doar la 18 pe an. De asemenea, au mai spus că numărul de nuclee pentru prima etapă care pot fi fabricate în același timp s-a dublat de la trei la șase. Se aștepta ca rata să crească la 30 de nuclee pe an până la sfârșitul anului 2016. Totuși, până în august 2016, SpaceX lucra pentru o capacitate de producție de 40 de nuclee pe an.

Din 2018, SpaceX a reutilizat de obicei primele etape. Acest lucru a redus nevoia de nuclee noi. În 2021, SpaceX a avut 31 de lansări F9. Doar două dintre acestea au folosit boostere noi. Au recuperat boosterul la toate zborurile, cu excepția unuia.

 
Familia de rachete Falcon 9; de la stânga la dreapta: Falcon 9 v1.0, v1.1, Full Thrust, Block 5 și Falcon Heavy.  

Design

Falcon 9 este o rachetă cu două trepte, alimentată cu LOX și RP-1. Ambele etape au motoare de rachetă Merlin 1D. Prima etapă are nouă care sunt adaptate pentru a fi utilizate la nivelul mării. A doua etapă are unul care este adaptat pentru utilizarea în vid. Motoarele utilizează un amestec piroforic de trietilaluminiu-trietylboran (TEA-TEB) pentru a aprinde motorul. Motoarele din prima etapă sunt setate într-o formă pe care SpaceX o numește "Octaweb". Multe nuclee au patru picioare de aterizare la baza Octaweb. Pentru a controla miezul în timp ce cade în atmosferă, SpaceX folosește aripioare cu grilă. Acestea se desfășoară de pe vehicul după separare. Picioarele se desfășoară cu câteva momente înainte de aterizare.

 Pereții și cupolele rezervorului de propulsie sunt realizate din aliaj de aluminiu-litiu. Rezervorul celei de-a doua etape a unui Falcon 9 este o versiune mai scurtă a rezervorului primei etape. Acest lucru scade costul de fabricare a acestora. Legătura dintre cele două etape este o structură din
fibră de carbon și nucleu de aluminiu. Sistemul original de separare a etapelor avea douăsprezece puncte de fixare. Acesta a fost care a fost redus la trei în lansatorul v1.1.

Falcon 9 folosește o carlingă pentru încărcătura utilă pentru a proteja sateliții în timpul lansării. Carenajul are o lungime de 13 m (43 ft), un diametru de 5,2 m (17 ft) și cântărește aproximativ 1.900 kg (4.200 lb). Este alcătuit dintr-o piele din fibră de carbon pe un miez de aluminiu în formă de fagure de miere. Testarea designului a fost efectuată la instalația Plum Brook Station a NASA în primăvara anului 2013.

SpaceX folosește mai multe calculatoare de zbor. Acest lucru face ca sistemul să fie mai puțin afectat de defecțiuni. Fiecare motor de rachetă Merlin este controlat de trei calculatoare. Fiecare dintre aceste calculatoare are două procesoare care se verifică reciproc. Software-ul rulează pe Linux. Acesta este scris în C++. Fiecare etapă are propriile calculatoare de zbor. Acest lucru se adaugă la controlorii de pe fiecare motor. Fiecare microcontroler CPU al motorului funcționează pe o arhitectură PowerPC.

Racheta Falcon 9 poate pierde până la două dintre motoare și totuși poate finaliza misiunea. Fiecare motor creează o forță de împingere de 854 kN (192.000 lb_f ).

 
Model 3D interactiv al Falcon 9, complet integrat în stânga și în vedere explozivă în dreapta.  

Versiuni de lansare

Falcon 9 v1.0 a zburat de cinci ori în perioada 2010-2013. Falcon 9 v1.1 a efectuat primul său zbor în septembrie 2013. Misiunea a transportat o încărcătură utilă foarte mică de 500 kg (1.100 lb), satelitul CASSIOPE. Ulterior, a lansat lucruri mai mari. Printre acestea s-a numărat și satelitul de comunicații SES-8 GEO. Atât Falcon 9 v1.0, cât și Falcon 9 v1.1 au fost vehicule de lansare consumabile (ELV). Falcon 9 Full Thrust a efectuat primul său zbor în decembrie 2015. Prima etapă a versiunii Falcon 9 Full Thrust poate fi utilizată de mai multe ori. Versiunea actuală, cunoscută sub numele de Falcon 9 Block 5, a efectuat primul său zbor în mai 2018.

 

Prețuri

În 2010, prețul unei lansări Falcon 9 v1.0 a fost de 49,9 până la 56 de milioane de dolari SUA. Până în 2012, intervalul de preț listat a crescut la 54-59,5 milioane de dolari SUA. În august 2013, prețul pentru o lansare Falcon 9 v1.1 era de 56,5 milioane USD; în iunie 2014, acesta a fost majorat la 61,2 milioane USD. Din mai 2016, prețul pentru o misiune Falcon 9 Full Thrust (care permite recuperarea booster-ului) este de 62 de milioane de dolari SUA. Misiunile Dragon cargo către ISS au un cost mediu de 133 de milioane de dolari SUA Misiunea DSCOVR, pentru National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), a costat 97 de milioane de dolari.

În 2004, Elon Musk a declarat că "planurile pe termen lung prevăd dezvoltarea unui produs de transport greu și chiar a unui produs super-pesat, dacă există cerere din partea clienților. [...] În cele din urmă, cred că o valoare de 500 USD pe livră (1100 USD/kg) [de încărcătură utilă livrată pe orbită] sau mai puțin este foarte realizabilă". La prețul său din 2016, o lansare Falcon 9 FT costă puțin peste 2.700 USD/kg (1.200 USD/livră).

În 2011, Musk a estimat că materialele necesare pentru lansarea Falcon 9 v1.0 au costat aproximativ 200.000 USD. Prima etapă utilizează 245.620 L (54.030 imp gal; 64.890 US gal) de oxigen lichid și 146.020 L (32.120 imp gal; 38.570 US gal) de combustibil RP-1, în timp ce a doua etapă utilizează 28.000 L (6.200 imp gal; 7.400 US gal) de oxigen lichid și 17.000 L (3.700 imp gal; 4.500 US gal) de RP-1.

În octombrie 2019, datele de la NASA au arătat că "prețul de bază" al Falcon 9, de 62 de milioane de dolari pe lansare, va fi redus la 52 de milioane de dolari pentru zborurile programate în 2021 și ulterior.

CNBC a raportat în aprilie 2020 că lansările efectuate de Forțele Aeriene ale Statelor Unite ale Americii costau 95 de milioane de dolari SUA Acest lucru s-a datorat securității suplimentare utilizate. Directorul executiv al SpaceX, Christopher Couluris, a declarat că reutilizarea rachetelor poate aduce prețurile și mai jos, că "costă 28 de milioane de dolari pentru lansare, asta cu tot cu tot".

 

Galerie

 

Alte site-uri web

• Pagina oficială Falcon 9
• SAOCOM 1B | Lansare și aterizare
• Testul de aprindere a două motoare Merlin 1C conectate la prima treaptă a Falcon 9, Filmul 1, Filmul 2 (18 ianuarie 2008)
• Comunicat de presă de anunțare a proiectului (9 septembrie 2005)
• SpaceX speră să aprovizioneze ISS cu noul lansator greu Falcon 9 (Flight International, 13 septembrie 2005)
• SpaceX lansează Falcon 9, cu un client Arhiva 11 iunie 2007 la Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 septembrie 2005)