Falcon 1 была малолитражной ракетой-носителем , которая эксплуатировалась с 2006 по 2009 год [5] компанией SpaceX , американским производителем аэрокосмической техники . 28 сентября 2008 года Falcon 1 стала первой частной ракетой-носителем, полностью работающей на жидком топливе, которая вышла на орбиту вокруг Земли. [6] : 203 [7]
Двухступенчатая ракета -носитель использовала жидкое топливо (LOX) / RP-1 для обеих ступеней, первая из которых приводилась в действие одним двигателем Merlin , а вторая — одним двигателем Kestrel .
Всего ракета запускалась пять раз. После трех неудачных попыток запуска Falcon 1 достигла орбиты с четвертой попытки в сентябре 2008 года с имитатором массы в качестве полезной нагрузки. 14 июля 2009 года Falcon 1 совершила свой второй успешный полет, доставив малазийский спутник RazakSAT на орбиту в ходе первого коммерческого запуска SpaceX (пятый и последний запуск в целом).
Хотя SpaceX анонсировала усовершенствованный вариант Falcon 1e [4] после этого полета, Falcon 1 был снят с производства в пользу Falcon 9 v1.0 — первой версии успешной и долго эксплуатируемой ракеты-носителя Falcon 9 компании .
Ракета Falcon 1 была разработана при частном финансировании. [8] [9] Единственными другими орбитальными ракетами-носителями, которые финансировались и разрабатывались при частном участии, были Conestoga в 1982 году и Pegasus , впервые запущенный в 1990 году, который использует большой самолет в качестве стартовой платформы. [10]
Общая стоимость разработки Falcon 1 составила приблизительно от 90 миллионов долларов США [11] до 100 миллионов долларов США [12] .
Хотя разработка Falcon 1 финансировалась частным образом, первые два запуска Falcon 1 были приобретены Министерством обороны США в рамках программы, которая оценивает новые американские ракеты-носители, пригодные для использования DARPA . [9] [13] [14]
В рамках контракта стоимостью 15 миллионов долларов США Falcon 1 должен был нести TacSat-1 [15] в 2005 году. К концу мая 2005 года SpaceX заявила, что Falcon 1 был готов запустить TacSat-1 с Ванденберга. Но ВВС не хотели, чтобы запуск неиспытанной ракеты состоялся, пока последний Titan IV не полетит с близлежащей SLC 4E. Последующие и неоднократные задержки из-за неудачных запусков Falcon 1 задержали запуск TacSat-1. После запуска TacSat-2 на Orbital Sciences Minotaur I 16 декабря 2006 года Министерство обороны пересмотрело необходимость запуска TacSat-1. В августе 2007 года Министерство обороны отменило запланированный запуск TacSat-1 [16] , поскольку все цели TacSat были достигнуты.
Обновление на сайте SpaceX за август 2005 года показало, что для Falcon 1 запланировано 6 запусков, среди клиентов которых MDA Corp ( CASSIOPE , которая в конечном итоге запустила Falcon 9 в 2013 году), Swedish Space Corp и US Air Force. [17]
По данным SpaceX, Falcon 1 был разработан для минимизации стоимости запуска спутников на низкой околоземной орбите , повышения надежности и оптимизации условий полета и времени запуска. [18] Он также использовался для проверки компонентов и концепций структурного проектирования, которые будут повторно использованы в Falcon 9. SpaceX начинала с идеи, что наименьшая полезная орбитальная ракета была бы минимально жизнеспособным продуктом (Falcon 1 с около 450 кг или 990 фунтов на орбите), вместо того, чтобы строить что-то большее и более сложное, а затем исчерпать деньги и обанкротиться. [19] [ необходима цитата ]
Первая ступень была изготовлена из сваренного трением с перемешиванием алюминиевого сплава 2219. [20] Он использует общую переборку между баками LOX и RP-1, а также стабилизацию давления в полете. Он может безопасно транспортироваться без наддува (как более тяжелая конструкция Delta II isogrid), но приобретает дополнительную прочность при подаче давления для полета (как Atlas II , который не мог транспортироваться без наддува). Парашютная система, созданная Irvin Parachute Corporation, использует высокоскоростной тормозной парашют и основной парашют.
Для первых двух запусков Falcon 1 использовал двигатель Merlin 1A. Улучшенная версия Merlin 1A, Merlin 1B, должна была летать в более поздних полетах Falcon 1, хотя она была дополнительно улучшена для создания Merlin 1C, который впервые поднялся в воздух в третьем полете Falcon 1 и в первых 5 полетах Falcon 9. Первая ступень Falcon 1 была оснащена одним насосным двигателем Merlin 1C, сжигающим RP-1 и жидкий кислород , обеспечивающим 410 килоньютон (92 000 фунтов силы) тяги на уровне моря и удельный импульс 245 с (вакуум I sp 290 с). [20] Первая ступень сгорает до истощения, на что уходит около 169 секунд. [20]
Баки второй ступени Falcon 1 были построены из криогенно -совместимого алюминиевого сплава 2014 года [ 20] с планом перехода на алюминиево-литиевый сплав на Falcon 1e. [20] Система наддува гелия закачивает топливо в двигатель, подает нагретый [20] сжатый газ для двигателей ориентации и используется для накопления топлива в условиях нулевой гравитации перед повторным запуском двигателя. Двигатель Kestrel включает титановый теплообменник для передачи отработанного тепла гелию, тем самым значительно увеличивая его работоспособность. [21] Баки давления представляют собой композитные сосуды высокого давления с оболочкой, изготовленные корпорацией Arde из сплава инконель , и такие же, как те, которые используются в Delta III . [22]
Вторая ступень была оснащена двигателем Kestrel с вытеснительной подачей , тягой в вакууме 31 килоньютон (7000 фунтов силы) и удельным импульсом тяги в вакууме 330 с. [20]
Первоначально планировалось, что первая ступень будет возвращаться на парашюте на воду и может быть восстановлена для повторного использования, но эта возможность так и не была продемонстрирована. [23] [24] Вторая ступень не была спроектирована для повторного использования. [23] [24]
При запуске двигатель первой ступени (Merlin) зажигается и дросселируется на полную мощность, в то время как пусковая установка удерживается, а все системы проверяются бортовым компьютером. Если системы работают правильно, ракета выпускается и покидает башню примерно за семь секунд. Сгорание первой ступени длится около 2 минут и 49 секунд. Разделение ступеней осуществляется с помощью взрывных болтов и пневматической толкающей системы. [ необходима цитата ] Двигатель второй ступени Kestrel горит около шести минут, выводя полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту. Он способен к многократным перезапускам. [ необходима цитата ]
SpaceX указала цену запуска Falcon 1 как одинаковую для всех клиентов. [25] В 2005 году Falcon 1 рекламировалась как стоимость 5,9 млн долларов США (7,3 млн долларов США с поправкой на инфляцию в 2015 году). [1] [26] В 2006 и 2007 годах заявленная цена ракеты при вводе в эксплуатацию составляла 6,7 млн долларов США. [27] В конце 2009 года SpaceX объявила новые цены на Falcon 1 и 1e в размере 7 млн долларов США и 8,5 млн долларов США соответственно, с небольшими скидками, доступными для контрактов на несколько запусков, [18] а в 2012 году объявила, что полезные нагрузки, изначально выбранные для запуска на Falcon 1 и 1e, будут запускаться в качестве вторичных полезных нагрузок на Falcon 9. [4]
Исторически Falcon 1 изначально планировалось вывести около 600 кг (1300 фунтов) на низкую околоземную орбиту за 6 000 000 долларов США, но позже снизилось до примерно 420 кг (930 фунтов), поскольку цена выросла примерно до 9 000 000 долларов США . Это было предложение SpaceX, призванное открыть рынок запуска малых спутников для конкуренции . Окончательная версия Falcon 1, Falcon 1e, [28] была спроектирована для доставки примерно 1000 кг (2200 фунтов) за 11 миллионов долларов США.
Несколько лет назад SpaceX собиралась открыть рынок запуска малых спутников с Falcon 1, которая изначально должна была вывести около 600 килограммов на НОО за 6 миллионов долларов; грузоподъемность позже снизилась до примерно 420 кг (930 фунтов), а цена выросла примерно до 9 миллионов долларов. Позже Falcon 1e должен был предоставить около 1000 кг (2200 фунтов) за 11 миллионов долларов, но компания сняла аппарат с рынка, сославшись на ограниченный спрос. [29]
Все полеты были запущены с атолла Кваджалейн с использованием стартового комплекса SpaceX на острове Омелек и полигонов испытательного полигона имени Рейгана .
Космический стартовый комплекс 3 W базы ВВС Ванденберг был первоначальной стартовой площадкой для Falcon 1, но он был заброшен на этапе испытательного запуска из-за постоянных конфликтов расписания с соседними стартовыми площадками. [30] Космический стартовый комплекс 40 на станции ВВС на мысе Канаверал (площадка Falcon 9) рассматривался для запусков Falcon 1, но так и не был разработан до вывода Falcon 1 из эксплуатации. [31]
Falcon 1 совершил пять запусков. Первые три неудачных, однако последующие два полета были успешными, первый успешный запуск сделал его первой частной жидкостной ракетой, финансируемой и разработанной, которая достигла орбиты. [6] : 203 Пятый запуск был ее первым коммерческим полетом и вывел RazakSAT на низкую околоземную орбиту . [37]
Первый полет Falcon 1 откладывался несколько раз из-за различных технических проблем с новым транспортным средством. Конфликты в расписании с запуском Titan IV на авиабазе Ванденберг также привели к задержкам и привели к переносу запуска на испытательный полигон Рейгана на атолле Кваджалейн . Первый запуск был запланирован на 31 октября 2005 года, [46] но был отложен, затем перенесен на 25 ноября, [47] который также не состоялся. Еще одна попытка была предпринята 19 декабря 2005 года, но была отменена, когда неисправный клапан вызвал вакуум в топливном баке первой ступени, который засосал внутрь и вызвал структурные повреждения. После замены первой ступени Falcon 1 был запущен в субботу, 25 марта 2006 года в 09:30 по местному времени . Полезной нагрузкой DARPA был FalconSAT–2 Академии ВВС США , который должен был измерять явления космической плазмы .
Запуск состоялся в субботу, 24 марта 2006 года в 22:30 UTC с космодрома SpaceX на острове Омелек на Маршалловых островах . Он закончился неудачей менее чем через минуту полета из-за утечки топливной магистрали и последующего пожара. После старта аппарат заметно покачивался взад и вперед, как показано на видео запуска, а затем в T+26 секунд резко перевернулся. Удар произошел в T+41 секунду о мертвый риф примерно в 250 футах от места запуска. Полезная нагрузка FalconSAT–2 отделилась от ускорителя и приземлилась на острове, сообщения о повреждениях варьировались от незначительных до значительных. [48] SpaceX изначально приписала пожар неправильно затянутой гайке топливной магистрали. Более поздняя проверка DARPA показала, что гайка была правильно затянута, так как ее стопорный провод все еще был на месте, но вышел из строя из-за коррозии от брызг соленой воды.
SpaceX внесла многочисленные изменения в конструкцию ракеты и программное обеспечение, чтобы предотвратить повторение подобного рода сбоев, включая замену алюминиевых деталей нержавеющей сталью (что на самом деле менее затратно, хотя компромисс заключается в том, что ракета немного тяжелее) и увеличение числа компьютерных проверок перед стартом в тридцать раз. [49] [50]
Второй испытательный полет изначально был запланирован на январь 2007 года, но был отложен из-за проблем со второй ступенью. До даты запуска в январе SpaceX заявляла о более ранних возможных датах запуска, сдвинув их с сентября 2006 года на ноябрь и декабрь. В декабре запуск был перенесен на 9 марта, но отложен из-за проблем с доступностью дальности, вызванных испытательным полетом Minuteman III , который должен был повторно войти в атмосферу над Кваджалейном. Попытка запуска 19 марта была отложена на 45 минут с 23:00 по Гринвичу из-за проблемы с ретрансляцией данных, а затем отменена за 1 минуту 2 секунды до запуска в 23:45 из-за проблемы с компьютером, в результате которой компьютер безопасности неправильно определил сбой передачи, вызванный задержкой оборудования в несколько миллисекунд в процессе. Попытка 20 марта была отложена на 65 минут от изначально запланированного времени в 23:00 из-за проблемы со связью между одним из экспериментов NASA в полезной нагрузке и системой TDRS .
Первая попытка запуска 21 марта 2007 года была прервана в 00:05 по Гринвичу в последнюю секунду перед запуском и после того, как загорелся двигатель. Однако было решено, что другой запуск должен быть произведен в тот же день. Ракета успешно покинула стартовую площадку в 01:10 по Гринвичу 21 марта 2007 года с полезной нагрузкой DemoSat для DARPA и NASA . Ракета хорошо показала себя во время работы первой ступени. Однако во время ступенчатых работ межступенчатый обтекатель на верхней части первой ступени ударился о раструб двигателя второй ступени. [51] Удар произошел, когда сопло второй ступени вышло из межступенчатого пространства, при этом первая ступень вращалась намного быстрее, чем ожидалось (скорость вращения около 2,5°/с против ожидаемой максимальной скорости 0,5°/с), тем самым войдя в контакт с ниобиевым соплом второй ступени. Илон Маск сообщил, что удар, по-видимому, не вызвал повреждений, и что причина, по которой они выбрали юбку из ниобия вместо углерод-углерода, заключалась в том, чтобы предотвратить проблемные повреждения в случае таких инцидентов. Вскоре после зажигания второй ступени стабилизационное кольцо отделилось от колокола двигателя, как и было задумано. [52] Около T+4:20 началось круговое конусообразное колебание, амплитуда которого увеличивалась до тех пор, пока видео не было потеряно. В T+5:01 корабль начал катиться, и телеметрия прекратилась. По словам Илона Маска , двигатель второй ступени выключился в T+7:30 из-за проблемы с управлением креном. Выплескивание топлива в баке LOX усилило колебание. Это колебание обычно гасилось бы системой управления вектором тяги на второй ступени, но удар по соплу второй ступени во время разделения вызвал сверхкомпенсацию в коррекции. [52] Ракета продолжила движение в пределах одной минуты от ожидаемой продолжительности и также сумела развернуть кольцо имитатора массы спутника. Хотя веб-трансляция преждевременно закончилась, SpaceX удалось восстановить телеметрию всего полета. [53] Состояние первой ступени неизвестно; она не была восстановлена из-за проблем с неработающим устройством слежения GPS. Ракета достигла конечной высоты 289 км (180 миль) и конечной скорости 5,1 км/с по сравнению с 7,5 км/с, необходимыми для орбиты.
SpaceX охарактеризовала испытательный полет как успешный, проверив в полете более 95% систем Falcon 1. Их основными целями для этого запуска были проверка отзывчивых процедур запуска и сбор данных. [40] Команда SpaceX запланировала как диагностику, так и решение, проверенное сторонними экспертами, полагая, что проблема с плесканием может быть исправлена путем добавления перегородок в бак LOX второй ступени и корректировки логики управления. Кроме того, переходный процесс отключения Merlin должен был быть решен путем инициирования отключения на гораздо более низком уровне тяги, хотя и с некоторым риском для возможности повторного использования двигателя. Команда SpaceX хотела поработать над проблемой, чтобы избежать повторения, когда они перейдут в эксплуатационную фазу для Falcon 1. [54]
SpaceX предприняла третью попытку запуска Falcon 1 3 августа 2008 года (по Гринвичу) с Кваджалейна . [55] В ходе этого полета был выведен на орбиту спутник Trailblazer (Jumpstart-1) для ВВС США , [56] наноспутники NanoSail-D и PREsat для NASA, а также полезный груз для космического захоронения Celestis . [57] Ракета не вышла на орбиту. Однако первая ступень с новым двигателем Merlin 1C отработала отлично. [58]
При подготовке к запуску более ранняя попытка запуска была отложена из-за неожиданно медленной загрузки гелия на Falcon 1; таким образом, топливо и окислитель подверглись воздействию криогенного гелия, что привело к преждевременному запуску ракеты. Все еще находясь в указанном окне, попытка запуска была повторена, но прервана за полсекунды до старта из-за неправильного считывания показаний датчика. Проблема была решена, и запуск был снова повторен. Когда до конца стартового окна оставалось 25 минут, Falcon 1 стартовал с острова Омелек в 03:35 UTC. Во время запуска были видны небольшие колебания крена ракеты. Разделение ступеней произошло, как и планировалось, но из-за того, что остаточное топливо в новом двигателе Merlin 1C испарилось и обеспечило переходную тягу, первая ступень повторно соприкоснулась со второй, что помешало успешному завершению миссии. [59]
В сводке миссии SpaceX flight-3 указано, что полет 4 состоится, как и планировалось, и что неудача полета 3 не потребовала никаких технологических усовершенствований. Было объявлено, что достаточно большего времени между выключением двигателя первой ступени и разделением ступеней. [43] Полное видео третьей попытки запуска было опубликовано SpaceX через несколько недель после запуска. [60]
Маск обвинил себя в провале этого запуска, а также двух предыдущих попыток, объяснив на Международном астронавтическом конгрессе 2017 года , что его роль главного инженера в ранних запусках Falcon 1 не была его выбором и что он едва не обанкротил компанию, прежде чем добился успеха: [61]
И причина, по которой я в итоге стал главным инженером или главным конструктором, не в том, что я хотел этого, а в том, что я не мог никого нанять. Никто хороший не хотел присоединяться. Так что я в итоге стал этим по умолчанию. И я испортил первые три запуска. Первые три запуска не увенчались успехом. К счастью, четвертый запуск, который был — это были последние деньги, которые у нас были на Falcon 1 — четвертый запуск сработал, иначе это был бы конец для SpaceX.
Маск далее объяснил ситуацию журналисту Ars Technica Эрику Бергеру: [62]
В то время мне пришлось выделить много капитала Tesla и SolarCity , поэтому у меня не было денег. У нас было три неудачи за плечами. Так что довольно сложно собрать деньги. Начинает наступать рецессия . Раунд финансирования Tesla, который мы пытались привлечь тем летом, провалился. Я развелся. У меня даже не было дома. Дом был у моей бывшей жены . Так что это было дерьмовое лето.
После трех предыдущих неудач команда SpaceX собрала четвертую ракету, используя доступные детали, за шесть недель в качестве последнего шанса для компании. Для быстрой доставки ракеты был зафрахтован самолет Boeing C-17 Globemaster III , но по пути ракета частично взорвалась , когда повторное давление превысило то, что команда SpaceX ожидала от руководства по эксплуатации C-17, и ракете пришлось пройти экстренный ремонт, чтобы ее спасти. [63] Несмотря на трудности, четвертый полет ракеты Falcon 1 успешно состоялся 28 сентября 2008 года, доставив 165-килограммовый (363-фунтовый) нефункциональный шаблонный космический корабль на низкую околоземную орбиту . [44] Это был первый успешный запуск Falcon 1 и первый успешный орбитальный запуск любой финансируемой и разработанной частным образом полностью жидкостной ракеты-носителя. [64]
Запуск был произведен с острова Омелек , части атолла Кваджалейн на Маршалловых островах . [65] Старт произошел в 23:15 UTC 28 сентября, через 15 минут после 5-часового окна запуска. Если бы запуск был отменен, его можно было бы провести в то же окно до 1 октября. [66] Через 9 минут 31 секунду после запуска двигатель второй ступени выключился, после того как корабль достиг орбиты. [65] Сообщалось, что начальная орбита составляла около 330 × 650 км. [64] После периода нахождения на берегу вторая ступень перезапустилась и выполнила успешное второе включение, в результате чего конечная орбита составила 621 × 643 км × 9,35°.
Ракета следовала по той же траектории, что и предыдущий полет, в ходе которого не удалось вывести на орбиту космические аппараты Trailblazer , NanoSail-D , PRESat и Celestis Explorers . Никаких серьезных изменений в ракету не вносилось, за исключением увеличения времени между выгоранием первой ступени и разделением второй ступени. Это незначительное изменение исправило сбой, наблюдавшийся в предыдущем полете, повторный контакт между первой и второй ступенями, путем рассеивания остаточной тяги в двигателе первой ступени перед их разделением. [67] [68] [69]
По состоянию на 2021 год Ratsat и прикрепленная к нему вторая ступень все еще находятся на орбите. [70]
SpaceX объявила, что завершила строительство пятой ракеты Falcon 1 и транспортирует ее на стартовый комплекс атолла Кваджалейн, где она должна была быть запущена 21 апреля 2009 года, что в Соединенных Штатах должно было произойти 20 апреля 2009 года. [71] Менее чем за неделю до запланированной даты запуска малазийские новости сообщили, что в ракете были обнаружены небезопасные уровни вибрации, и ожидается, что ремонт займет около шести недель. [72] 20 апреля 2009 года SpaceX объявила в пресс-релизе, что запуск был отложен из-за потенциальной проблемы совместимости между космическим аппаратом RazakSAT и ракетой-носителем Falcon 1. Была выявлена обеспокоенность относительно потенциального воздействия прогнозируемых условий на спутник. [73] 1 июня SpaceX объявила, что следующее окно запуска откроется в понедельник, 13 июля, и продлится до вторника, 14 июля, с ежедневным окном, которое откроется в 21:00 UTC (09:00 по местному времени [74] ).
Запуск в понедельник, 13 июля, был успешным, и RazakSAT был выведен на первоначальную парковочную орбиту . Тридцать восемь минут спустя двигатель второй ступени ракеты снова включился, чтобы сделать орбиту круговой. Затем полезная нагрузка была успешно развернута. [75] После запуска Илон Маск , основатель и генеральный директор SpaceX, сказал репортеру, что запуск прошел успешно. «Мы попали на орбиту, которая хорошо соответствовала целевым параметрам... практически в яблочко», — сказал Маск. [75]
По состоянию на 2021 год верхняя ступень Falcon 1 все еще находится на низкой околоземной орбите. [76]
После пятого полета будущие запуски Falcon-1 были отложены и в конечном итоге отменены, а носитель выведен из эксплуатации, [77] при этом SpaceX заявила: «Мы не смогли заставить Falcon 1 работать как бизнес». [78] Запуски, которые были забронированы для Falcon-1, были перенесены на другие космические аппараты или перебронированы как полезные нагрузки Falcon-9. [78]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )— не первая частная компания, которая пытается прорваться на рынок коммерческих космических запусков. Однако эта компания, похоже, настоящая. Финансируемая из частных источников, она имела свой корабль до того, как получила деньги от NASA, и хотя средства NASA на пополнение запасов космической станции являются огромным стимулом, SpaceX существовала бы и без нее.
публично заявила, что стоимость разработки ракеты-носителя Falcon 9 составила приблизительно 300 миллионов долларов. Кроме того, приблизительно 90 миллионов долларов было потрачено на разработку ракеты-носителя Falcon 1, которая в некоторой степени способствовала созданию Falcon 9, что в общей сложности составило 390 миллионов долларов. NASA проверило эти расходы.
лет назад SpaceX собиралась открыть рынок запуска малых спутников с помощью Falcon 1, которая изначально должна была вывести около 600 килограммов на НОО за 6 миллионов долларов; грузоподъемность позже снизилась до примерно 420 килограммов, а цена выросла примерно до 9 миллионов долларов. Позже Falcon 1e должна была вывести около 1000 килограммов за 11 миллионов долларов, но компания сняла аппарат с рынка, сославшись на ограниченный спрос.
первая частная жидкотопливная ракета, успешно достигшая орбиты
