SpaceX | Companie aerospațială americană

Istoric

În 2001, Elon Musk a propus un proiect care prevedea aterizarea unei mici sere pentru a cultiva plante pe Marte. El a spus: "Aceasta ar fi cea mai îndepărtată distanță pe care a călătorit vreodată viața", în încercarea de a recâștiga interesul publicului pentru explorarea spațiului și de a crește bugetul NASA. Musk a încercat să cumpere rachete ieftine din Rusia, dar s-a întors cu mâna goală după ce nu a reușit să găsească rachete la un preț accesibil. Mai târziu, Musk și-a dat seama că ar putea înființa o companie care să construiască rachetele de care avea nevoie. Potrivit lui Steve Jurvetson, unul dintre primii investitori ai Tesla și SpaceX, Musk a calculat că materiile prime pentru construirea unei rachete reprezentau de fapt 3% din prețul unei rachete la acea vreme. Prin utilizarea integrării verticale, prin fabricarea internă a aproximativ 85% din hardware-ul de lansare și printr-o abordare ușor de modificat a ingineriei software, SpaceX ar putea reduce prețul de lansare de zece ori și, în același timp, să se bucure de o marjă brută de 70%.

La începutul anului 2002, Musk căuta muncitori pentru noua sa companie spațială, care urma să se numească SpaceX. Musk l-a găsit pe inginerul de rachete Tom Mueller (mai târziu CTO al SpaceX pentru propulsie). Acesta a fost de acord să lucreze pentru Musk. Așa s-a născut SpaceX. Primul sediu al SpaceX a fost într-un depozit din El Segundo, California. Compania a crescut de la 160 de lucrători în noiembrie 2005 la 1.100 în 2010, la 3.800 de lucrători și contractori în octombrie 2013, la aproape 5.000 la sfârșitul anului 2015 și la aproximativ 6.000 în aprilie 2017. În noiembrie 2017^[update], compania a ajuns la aproape 7.000 de angajați. În 2016, Musk a ținut un discurs la Congresul Internațional de Astronautică, în care a explicat că guvernul SUA folosește tehnologia rachetelor ca pe o "tehnologie de armament avansată", ceea ce face dificilă angajarea de non-americani.

 

Vehicule de lansare, nave spațiale și motoare de rachetă

Vehicule timpurii

Falcon 1 a fost primul vehicul de lansare al SpaceX. Acesta a fost lansat de 5 ori în total, însă doar al patrulea și ultimul zbor a fost un succes. Falcon 1, după cum îi spune și numele, funcționa cu 1 motor Kestrel și putea duce pe orbită maximum 670 de kilograme.

Un alt vehicul timpuriu a fost Falcon 5, anulat, care are 5 motoare Merlin pe prima etapă și 2 Kestrel pe a doua etapă. Acesta a fost anulat în 2007, când a fost scos din ghidul de utilizare al companiei.

Dragon

Nava spațială Dragon este o capsulă cargo concepută pentru a fi umplută cu echipamente și provizii pentru astronauții de pe ISS. Capsula este pusă pe racheta Falcon 9 (deoarece Dragon nu are rachete suficient de mari pentru a zbura singură în spațiu) și este trimisă pe orbită. De pe orbită se separă de propulsoare, apoi capsula folosește propriile rachete mai mici pentru a ajunge la ISS. Apoi, capsula este umplută cu echipamente vechi, cu rezultatele experimentelor științifice și cu gunoi. Apoi reintră în atmosfera terestră și se parașutează în ocean. Primul zbor al Dragon a avut loc în iunie 2010. Ultimul zbor a avut loc la 6 martie 2020, iar Dragon 2 este programat pentru toate misiunile viitoare.

Rachete actuale

Falcon 9 este o rachetă funcțională, reutilizabilă în două părți, care este lansată folosind cele nouă motoare Merlin din prima parte și un motor Merlin special, creat pentru locurile unde nu există aer. Este alimentată cu oxigen lichid și cu un combustibil făcut pentru rachete numit RP-1. Poate susține până la 22.800 de kilograme (50.300 de lire sterline) și poate susține și vehiculul Dragon al SpaceX. Este prima rachetă capabilă să ajungă pe orbită care își poate duce prima parte înapoi pe Pământ.

Falcon Heavy este o altă rachetă funcțională și reutilizabilă, similară cu Falcon 9. Cu toate acestea, Falcon Heavy are un sistem cu trei nuclee pentru prima sa parte, în loc de un singur nucleu ca în cazul Falcon 9. Cu cele trei nuclee, prima parte a rachetei are 27 de motoare Merlin. Cea de-a doua parte are în continuare doar 1 motor Merlin (versiunea în vid). În prezent, Falcon Heavy este cea mai puternică rachetă operațională din lume și a patra cea mai puternică rachetă din lume. Această putere suplimentară permite rachetei să poată plasa 63.800 kg (140.660 lb) pe orbita joasă a Pământului și 26.700 kg (58.860 lb) pe orbita geosincronă.

La 6 februarie 2018, la ora 20:45 UTC, Falcon Heavy a decolat pentru prima dată de la Centrul Spațial Kennedy, Florida, de pe platforma 39A. În cadrul acestei misiuni, "Falcon Heavy Test flight", SpaceX a decis să folosească mașina lui Elon Musk (o Tesla Roadster din 2008) ca sarcină utilă fictivă. Această încărcătură utilă a inclus, de asemenea, sub ea, o placă cu angajații actuali ai SpaceX, precum și suporturi pentru camere de luat vederi pentru a transmite în direct de pe youtube o transmisiune a mașinii.

Dragon 2

Pe 29 mai 2014, SpaceX a prezentat o versiune prototip a Dragon V2, care poate transporta atât încărcături, cât și astronauți. O altă caracteristică pe care această versiune îmbunătățită a Dragon, pentru a proteja viața echipajului în cazul unei defecțiuni a Falcon 9, a fost dotată cu propulsoare SuperDraco, care ar împinge capsula departe de rachetă. Cargo Dragon, o variantă a V2, va înlocui versiunea actuală a dragonului care poate transporta doar marfă.

Motoare de rachetă

De la începutul activității SpaceX, în 2002, compania a creat trei tipuri de motoare de rachetă - Merlin și Kestrel, care a fost scos din uz, pentru propulsia vehiculelor de lansare, și propulsoarele de control Draco. SpaceX lucrează în prezent la alte două motoare de rachetă: SuperDraco și Raptor. Merlin este o familie de motoare de rachetă fabricate de SpaceX pentru a fi utilizate pe rachetele sale. Motorul Merlin a fost proiectat inițial pentru recuperarea și reutilizarea pe mare. Kestrel este un motor de rachetă alimentat cu oxigen lichid/combustibil de rachetă sub presiune și a fost utilizat ca motor principal al etapei a doua a rachetei Falcon 1. Ambele denumiri ale motoarelor Merlin și Kestrel provin de la specii de șoimi nord-americani: cerbicia și merlinul.

Draco sunt motoare-rachetă cu propulsie lichidă hipergolică care utilizează combustibil monometilhidrazină și oxidant de tetraoxid de azot. Fiecare propulsor Draco creează o forță de împingere de 400 newtoni (90 lbf). Acestea sunt utilizate ca propulsoare ale sistemului de control al reacției (RCS) pe nava spațială Dragon. Motoarele SuperDraco sunt o versiune mult mai puternică a propulsoarelor Draco, care au fost inițial destinate să fie folosite pentru aterizare și ca modalitate de îndepărtare a capsulei în caz de urgență pe nava spațială Dragon versiunea 2, Dragon 2. Conceptul de a folosi aceste motoare SuperDraco pentru aterizare a fost anulat în 2017, când s-a decis să se efectueze o coborâre tradițională cu parașuta și aterizarea în mare.

Raptor este o nouă familie de motoare alimentate cu metan, care va fi utilizată în viitoarele rachete Starship. Versiunile de testare au fost testate la sfârșitul anului 2016. La 3 aprilie 2019, SpaceX a efectuat cu succes un test în care motorul a fost pornit, dar racheta a fost ținută la sol în Texas pe vehiculul său Starhopper, care a aprins motorul în timp ce vehiculul a rămas atașat la sol. La 24 iulie 2019, SpaceX a efectuat cu succes un zbor de testare de 20 de metri în sus a vehiculului său de testare Starhopper. La 28 august 2019, prototipul Starhopper al SpaceX a efectuat cu succes un zbor de încercare de 150 de metri.

 
Motorul Merlin 1D, cel mai prolific motor al SpaceX, în curs de testare la SpaceX's Rocket Development and Test Facility din McGregor, Texas.  


Falcon 9 pe misiunea GRACE-FO  


Crew Dragon se andochează la stație în cadrul misiunii Demo-1  

Cercetare și dezvoltare

Reutilizabilitate

Misiunea secundară a SpaceX este de a reutiliza rachete, la fel ca un avion. Aceasta a început să testeze pentru prima dată capacitatea de reutilizare cu un prototip numit Grasshopper în 2012, precum și cu aterizări ușoare controlate în apă în timpul lansărilor Falcon 9. În 2014, Grasshopper a fost înlocuit de F9R, care era o versiune îmbunătățită a lui Grasshopper, care includea tren de aterizare retractabil și 3 motoare, față de cel cu un singur motor al lui Grasshopper. Falcon 9 a aterizat în decembrie pe o platformă la sol, urmată de o aterizare pe o navă dronă în anul următor. În prezent,^[when?] SpaceX a aterizat cu succes 48 de propulsoare. Capsulele Dragon, precum și farurile, sunt, de asemenea, refolosite. Reutilizarea părților din rachete reduce foarte mult costurile.

Internet prin satelit

În ianuarie 2015, directorul executiv al SpaceX, Elon Musk, a anunțat dezvoltarea unei noi constelații de sateliți pentru a furniza servicii de internet în întreaga lume. În iunie 2015, compania a cerut guvernului federal permisiunea de a începe testele pentru un proiect care vizează construirea unei rețele de 4.425 de sateliți capabili să transmită internetul pe întreg globul, inclusiv în regiunile îndepărtate care nu au în prezent acces la internet. Serviciul de internet ar urma să utilizeze 4.425 de sateliți de comunicații interconectați pe orbite de 1.100 km. Acesta a început să fie realizat în 2015, iar sateliții de testare au fost lansați cu misiunea SpaceX PAZ în 2017. Exploatarea inițială a constelației ar putea începe încă din 2020. SpaceX a depus la autoritățile de reglementare din SUA planuri pentru a pune în funcțiune o constelație de 7.518 sateliți suplimentari pe orbite non-geosincrone pentru a furniza servicii de comunicații", într-o constelație numită "V-band low-Earth-orbit (VLEO)", aceasta ar consta din "7.518 sateliți care să urmeze celor 4.425 de sateliți propuși [anterior], care ar funcționa în banda Ka și în banda Ku". În februarie 2019, SpaceX a înființat o companie soră, SpaceX Services, Inc. , pentru a licenția crearea și lansarea a până la 1.000.000 de stații terestre fixe prin satelit care vor comunica cu sistemul său Starlink. În mai 2019, SpaceX a lansat primul lot de 60 de sateliți la bordul unui Falcon 9 de la Cape Canaveral, Florida.

Nava stelară și Super Heavy

SpaceX crează o rachetă de transport super-greu, Starship. Starship este o rachetă cu două părți care pot fi folosite la nesfârșit. Aceasta este planificată să înlocuiască toate rachetele existente ale companiei până la începutul anilor 2020.

SpaceX a prevăzut inițial, în 2016, un concept de sistem de transport interplanetar (ITS) cu un diametru de 12 metri, care era planificat doar pentru călătorii pe Marte și alte utilizări interplanetare. În 2017, SpaceX a conceput un "Big Falcon Rocket" mai mic, cu diametrul de 9 metri, care să înlocuiască toate capacitățile de lansare ale SpaceX - orbita terestră, orbita lunară, misiuni interplanetare și, potențial, chiar și tranzitul terestru - dar să facă acest lucru pe un set de vehicule complet reutilizabile cu o structură de costuri mai mică. O mare parte din componentele de pe Starship sunt realizate din oțel inoxidabil 301. Pasagerul privat Yusaku Maezawa a încheiat un contract pentru a zbura în jurul Lunii cu Starship în 2023.

Viziunea pe termen lung a lui Musk pentru companie este crearea de tehnologii și mijloace adecvate pentru colonizarea umană pe Marte. El și-a exprimat interesul de a călători într-o zi pe această planetă, declarând: "Mi-ar plăcea să mor pe Marte, dar nu la impact". O rachetă la aproximativ doi ani ar putea oferi o bază pentru oamenii care vor ajunge în 2025, după o lansare în 2024. Potrivit lui Steve Jurvetson, Musk crede că, până cel târziu în 2035, vor exista mii de rachete care vor transporta un milion de oameni pe Marte, pentru a permite o colonie umană autonomă.

 
Prima etapă a misiunii Es'hail-2 de pe nava-dronă Of Course I Still Love You  

Contracte

Contracte NASA

COTS

În 2006, NASA a anunțat că SpaceX a câștigat un contract NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) faza 1 pentru a prezenta livrarea de mărfuri către ISS, cu o posibilă opțiune de contract pentru zborul cu echipaj. Acest contract, conceput de NASA pentru a oferi "capital de pornire" prin intermediul Space Act Agreements pentru dezvoltarea de noi oportunități spațiale, NASA a plătit SpaceX 396 de milioane de dolari pentru a lucra la configurația cargo a navei spațiale Dragon, în timp ce SpaceX a cheltuit peste 500 de milioane de dolari pentru a dezvolta vehiculul de lansare Falcon 9. S-a demonstrat că aceste Space Act Agreements au permis NASA să economisească milioane de dolari în costurile de dezvoltare, făcând ca dezvoltarea rachetelor să fie de ~4-10 ori mai ieftină decât dacă ar fi fost produsă doar de NASA.

În decembrie 2010, cu ocazia lansării misiunii COTS Demo Flight 1, SpaceX a devenit prima companie privată care a reușit să lanseze, să orbiteze și să recupereze cu succes o navă spațială. Dragon a fost plasată cu succes pe orbită, a înconjurat Pământul de două ori și apoi a efectuat o ardere controlată pentru o aterizare pe apă în Oceanul Pacific. Odată cu recuperarea în siguranță a lui Dragon, SpaceX a devenit prima companie privată care a lansat, a plasat pe orbită și a recuperat o navă spațială; înainte de această misiune, doar agențiile guvernamentale reușiseră să recupereze nave spațiale orbitale.

Zborul demonstrativ COTS 2 a fost lansat în mai 2012, în cadrul căruia Dragon s-a conectat cu succes la ISS, marcând astfel prima dată când o navă spațială privată a reușit această performanță.

Marfă comercială

Serviciile comerciale de realimentare (CRS) sunt un grup de contracte încheiate de NASA între 2008 și 2016 pentru livrarea de mărfuri și provizii către ISS cu nave spațiale operate comercial. Primele contracte CRS au fost semnate în 2008 și au acordat 1,6 miliarde de dolari companiei SpaceX pentru 12 misiuni de trimitere de încărcături, acoperind livrările până în 2016. SpaceX CRS-1, prima dintre cele 12 misiuni de reaprovizionare planificate, a fost lansată în octombrie 2012, a ajuns pe orbită, s-a conectat și a rămas pe stație timp de 20 de zile, înainte de a reintra în atmosferă și de a se prăbuși în Oceanul Pacific. De atunci, misiunile CRS au zburat de aproximativ două ori pe an către ISS. În 2015, NASA a prelungit contractele din faza 1 prin comandarea a încă trei zboruri de realimentare de la SpaceX. După alte prelungiri la sfârșitul anului 2015, SpaceX este programată în prezent să zboare un total de 20 de misiuni. Un al doilea grup de contracte (cunoscut sub numele de CRS2) a fost solicitat și propus în 2014. Acestea au fost acordate în ianuarie 2016, pentru zboruri de transport de marfă începând din 2019 și care ar trebui să dureze până în 2024.

Echipaj comercial

Programul de dezvoltare a echipajului comercial (CCDev) intenționează să dezvolte nave spațiale operate comercial care să fie capabile să transporte astronauți către ISS. SpaceX nu a câștigat un acord în baza Actului privind spațiul în prima rundă (CCDev 1), dar în timpul celei de-a doua runde (CCDev 2), NASA a acordat SpaceX un contract în valoare de 75 de milioane de dolari pentru a-și dezvolta în continuare sistemul de evacuare la lansare, pentru a testa o machetă de acomodare a echipajului și pentru a continua să progreseze în ceea ce privește proiectul de transport al echipajului Falcon/Dragon. Programul CCDev a devenit ulterior Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap), iar în august 2012, NASA a anunțat că SpaceX a primit 440 de milioane de dolari pentru a continua dezvoltarea și testarea navetei sale Dragon 2.

În septembrie 2014, NASA a ales SpaceX și Boeing ca fiind cele două companii care vor fi finanțate pentru a dezvolta sisteme de transport al echipajelor americane către și dinspre ISS. SpaceX a câștigat 2,6 miliarde de dolari pentru a finaliza și certifica Dragon 2 până în 2017. Contractele includ cel puțin un test de zbor cu echipaj, cu cel puțin un astronaut NASA la bord. Odată ce Crew Dragon obține certificarea NASA, contractul prevede ca SpaceX să efectueze cel puțin două și până la șase misiuni cu echipaj către stația spațială. La începutul anului 2017, SpaceX a primit din partea NASA patru misiuni suplimentare cu echipaj la ISS pentru a face naveta de navetă cu astronauți înainte și înapoi. La începutul anului 2019, SpaceX a efectuat cu succes un zbor de testare al Crew Dragon, pe care l-a andocat (în locul metodei de andocare a Dragon 1, care folosea Canadarm 2) și apoi s-a scufundat în Oceanul Atlantic.

În ianuarie 2020, SpaceX a efectuat un test de anulare în zbor, care a demonstrat capacitatea de a se îndepărta de o rachetă în cazul unei probleme. În urma testului, Elon Musk a declarat că un zbor cu astronauți la bord ar putea avea loc, eventual, între începutul lunii aprilie și sfârșitul lunii iunie.

Primul zbor cu echipaj a avut loc la 30 mai 2020. Zborul i-a lansat pe astronauții Doug Hurley și Bob Behnken pe ISS.

 
Crew Dragon în curs de testare înainte de zbor  


COTS 2 Dragon este ancorat pe ISS de către Canadarm2.