Falcon 1 — небольшая ракета-носитель , которая эксплуатировалась с 2006 по 2009 год [5] американским аэрокосмическим производителем SpaceX . 28 сентября 2008 года Falcon 1 стал первой частной ракетой-носителем, полностью работающей на жидком топливе, вышедшей на орбиту вокруг Земли. [6] : 203 [7]
В двухступенчатой ракете для вывода на орбиту использовались LOX / RP-1 для обеих ступеней: первая оснащена одним двигателем Merlin , а вторая - одним двигателем Kestrel . Он был разработан SpaceX с нуля.
Всего аппарат запускался пять раз. После трех неудачных попыток запуска Falcon 1 вышел на орбиту с четвертой попытки в сентябре 2008 года с массовым имитатором в качестве полезной нагрузки. 14 июля 2009 года Falcon 1 совершил свой второй успешный полет, доставив на орбиту малазийский спутник RazakSAT в рамках первого коммерческого запуска SpaceX (пятый и последний запуск в целом). После этого полета Falcon 1 был списан, и на его место пришел Falcon 9 .
SpaceX анонсировала усовершенствованный вариант Falcon 1e [4] , но разработка была остановлена в пользу Falcon 9.
Ракета Falcon 1 была разработана на частные средства. [8] [9] Единственными другими орбитальными ракетами-носителями, которые финансировались и разрабатывались из частных источников, 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 примерно от 90 до 100 миллионов долларов США [11] . [12]
Хотя разработка Falcon 1 финансировалась из частных источников, первые два запуска Falcon 1 были закуплены Министерством обороны США в рамках программы оценки новых американских ракет-носителей, пригодных для использования DARPA . [9] [13] [14]
В рамках контракта на сумму 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 готов к запуску TacSat-1 из Ванденберга. Но ВВС не хотели, чтобы запуск неиспытанной ракеты произошел до тех пор, пока последний Титан IV не взлетит с близлежащего SLC 4E. Последующие и неоднократные задержки из-за неудач при запуске Falcon 1 задержали запуск TacSat-1. После того, как 16 декабря 2006 года TacSat-2 был запущен на орбитальном аппарате Minotaur I , 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 веб-сайте SpaceX за август 2005 года показало, что для Falcon 1 запланировано 6 запусков, среди клиентов которых есть корпорация MDA ( CASSIOPE , которая в конечном итоге была запущена в 2013 году на Falcon 9), шведская космическая корпорация и ВВС США. [17]
По данным SpaceX, Falcon 1 был разработан для минимизации стоимости запуска низкоорбитальных спутников , повышения надежности, оптимизации условий полета и времени запуска. [18] Он также использовался для проверки компонентов и концепций структурного проектирования, которые будут повторно использоваться в Falcon 9 . SpaceX начала с идеи, что самая маленькая полезная орбитальная ракета является минимально жизнеспособным продуктом (Falcon 1 с массой 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] [ нужна ссылка ]
Первая ступень была изготовлена из алюминиевого сплава 2219 методом сварки трением . [20] В нем используется общая перегородка между баками LOX и РП-1, а также стабилизация давления в полете. Его можно безопасно транспортировать без герметизации (как более тяжелую конструкцию изорешетки Delta II ), но он приобретает дополнительную прочность при герметизации для полета (как Atlas II , который нельзя транспортировать без давления). Парашютная система, созданная Irvin Parachute Corporation, использует высокоскоростной тормозной парашют и основной парашют.
Для первых двух запусков Falcon 1 использовал двигатель Merlin 1A. Усовершенствованная версия Merlin 1A, Merlin 1B, должна была летать на более поздних полетах Falcon 1, хотя в дальнейшем она была усовершенствована для создания Merlin 1C, который впервые совершил полет в третьем полете Falcon 1, а также в первом полете. 5 полетов Falcon 9. Первая ступень Falcon 1 была оснащена одним двигателем Merlin 1C с насосным питанием, работающим на RP-1 и жидком кислороде , обеспечивающим тягу 410 килоньютонов (92 000 фунтов силы) на уровне моря и удельный импульс 245 с ( вакуум I зр 290 с). [20] Первая ступень сгорает до полного истощения, на это уходит около 169 секунд. [20]
В 2014 году баки второй ступени Falcon 1 были построены из криогенно -совместимого алюминиевого сплава [ 20] с планами по переходу на алюминиево-литиевый сплав на Falcon 1e. [20] Гелиевая система наддува закачивает топливо в двигатель, подает нагретый [20] сжатый газ для двигателей ориентации и используется для накопления топлива в условиях невесомости перед повторным запуском двигателя. Двигатель Kestrel оснащен титановым теплообменником для передачи отработанного тепла гелию, тем самым значительно расширяя его рабочую мощность. [21] Резервуары высокого давления представляют собой композиционные сосуды под давлением, изготовленные корпорацией Arde из инконельного сплава и такие же, как те, которые используются в Delta III . [22]
Вторая ступень была оснащена двигателем Kestrel с нагнетательным питанием и вакуумной тягой 31 килоньютон (7000 фунтов силы) и удельным вакуумным импульсом 330 с. [20]
Первоначально планировалось, что первая ступень вернется на парашюте к приземлению на воду и будет возвращена для повторного использования, но эта возможность так и не была продемонстрирована. [23] [24] Вторая ступень не была предназначена для повторного использования. [23] [24]
При запуске двигатель первой ступени («Мерлин») 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 преодолевает башню примерно за семь секунд. Горение первой стадии длится около 2 минут 49 секунд. Разделение ступеней осуществляется с помощью взрывных болтов и толкателя с пневматическим приводом. [ нужна цитата ] Двигатель второй ступени Kestrel работает около шести минут, выводя полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту. Он способен на несколько перезапусков. [ нужна цитата ]
SpaceX заявила, что цены на запуск Falcon 1 одинаковы для всех клиентов. [25] В 2005 году стоимость Falcon 1 составляла 5,9 миллиона долларов (7,3 миллиона долларов с учетом инфляции в 2015 году). [1] [26] В 2006–2007 годах заявленная цена ракеты в рабочем состоянии составляла 6,7 миллиона долларов. [27] В конце 2009 года SpaceX объявила о новых ценах на Falcon 1 и 1e в 7 миллионов и 8,5 миллионов долларов соответственно, с небольшими скидками, доступными для контрактов на несколько запусков, [18] а в 2012 году объявила, что полезная нагрузка, первоначально выбранная как летающая на Falcon 1 и 1e будут летать в качестве вторичной полезной нагрузки на Falcon 9. [4]
Исторически изначально планировалось, что Falcon 1 выведет на низкую околоземную орбиту около 600 кг (1300 фунтов) за 6 000 000 долларов США, но позже вес снизился примерно до 420 кг (930 фунтов), поскольку цена выросла примерно до 9 000 000 долларов США . Это было предложение SpaceX, направленное на то, чтобы открыть для конкуренции рынок запуска малых спутников . Предполагалось , что окончательная версия Falcon 1, Falcon 1e, [28] будет иметь массу около 1000 кг (2200 фунтов) за 11 миллионов долларов США.
Несколько лет назад SpaceX собиралась открыть рынок запуска малых спутников с помощью Falcon 1, который первоначально должен был вывести на НОО около 600 килограммов за 6 миллионов долларов; позже грузоподъемность снизилась примерно до 420 кг (930 фунтов), поскольку цена выросла примерно до 9 миллионов долларов. Позже Falcon 1e должен был предложить около 1000 кг (2200 фунтов) за 11 миллионов долларов, но компания сняла автомобиль с рынка, сославшись на ограниченный спрос. [29]
Все полеты стартовали с атолла Кваджалейн с использованием стартового комплекса SpaceX на острове Омелек и полигона полигона Рейгана .
Космический стартовый комплекс 3 W авиабазы Ванденберг был первоначальной стартовой площадкой для Falcon 1, но был заброшен на этапе испытательных стрельб из-за постоянных конфликтов графика с соседними стартовыми площадками. [30] Космический стартовый комплекс 40 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 потерпели неудачу, однако последующие два полета были успешными, причем первый успешный запуск сделал ее первой разработанной и финансируемой из частных источников ракетой на жидком топливе, достигшей орбиты. [6] : 203 Пятый запуск стал первым коммерческим полетом и вывел RazakSAT на низкую околоземную орбиту . [37]
Первый полет Falcon 1 несколько раз откладывался из-за различных технических проблем с новым аппаратом. Конфликты в расписании запуска Titan IV на авиабазе Ванденберг также вызвали задержки и привели к перемещению запуска на полигон Рейгана на атолле Кваджалейн . Первый запуск был запланирован на 31 октября 2005 г., [48] но был отложен, а затем перенесен на 25 ноября, [49] чего также не произошло. Еще одна попытка была предпринята 19 декабря 2005 года, но ее удалось устранить, когда неисправный клапан вызвал вакуум в топливном баке первой ступени, который засосал внутрь и вызвал структурное повреждение. После замены первой ступени Falcon 1 стартовал 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 после начала полета из-за утечки топливопровода и последующего возгорания. Как показано на видео запуска, машина заметно покачивалась после взлета, немного покачиваясь взад и вперед, а затем в момент Т+26 секунд быстро опрокинулась. Удар произошел в Т+41 секунду о мертвый риф примерно в 250 футах от места запуска. Полезная нагрузка FalconSAT -2 отделилась от ракеты-носителя и приземлилась на острове. Сообщения о повреждениях варьировались от незначительных до значительных. [50] SpaceX первоначально объяснила возгорание неправильно затянутой гайкой топливопровода. Более поздняя проверка, проведенная DARPA, показала, что гайка была затянута должным образом, поскольку ее стопорная проволока все еще была на месте, но вышла из строя из-за коррозии от брызг соленой воды.
SpaceX внесла многочисленные изменения в конструкцию и программное обеспечение ракеты, чтобы предотвратить повторение подобных сбоев, в том числе нержавеющую сталь заменила алюминиевую аппаратуру (которая на самом деле дешевле, хотя компромисс немного тяжелее по весу) и предстартовый компьютер. чеки, которые увеличились в тридцать раз. [51] [52]
Второй испытательный полет первоначально был запланирован на январь 2007 года, но был отложен из-за проблем со второй ступенью. Перед январской датой запуска SpaceX заявляла более ранние возможные даты запуска: с сентября 2006 года на ноябрь и декабрь. В декабре запуск был перенесен на 9 марта, но отложен из-за проблем с дальностью полета, вызванных испытательным полетом Minuteman III , который должен был снова войти в зону над Кваджелейном. Попытка запуска 19 марта была отложена на 45 минут с 23:00 по Гринвичу из-за проблемы с ретрансляцией данных, а затем отменена на 1 минуту 2 секунды до запуска в 23:45 из-за неисправности компьютера, в результате чего компьютер безопасности неправильно обнаружил передачу. сбой, вызванный аппаратной задержкой процесса в несколько миллисекунд . Попытка 20 марта была отложена на 65 минут по сравнению с первоначально запланированным временем в 23:00 из-за проблемы со связью между одним из экспериментов НАСА 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 зажигания двигателя. Однако было решено, что в тот же день должен быть произведен еще один запуск. Ракета успешно покинула стартовую площадку в 01:10 по Гринвичу 21 марта 2007 года с полезной нагрузкой DemoSat для DARPA и НАСА . Ракета хорошо показала себя во время горения первой ступени. Однако во время подготовки межступенчатый обтекатель в верхней части первой ступени задел колокол двигателя второй ступени. [53] Удар произошел, когда сопло второй ступени вышло из промежуточной ступени, при этом первая ступень вращалась намного быстрее, чем ожидалось (скорость вращения около 2,5°/с против ожидаемой максимальной скорости 0,5°/с), тем самым вступая в контакт. с ниобиевым соплом второй ступени. Илон Маск сообщил, что удар, похоже, не причинил ущерба, и что причина, по которой они выбрали ниобиевую юбку вместо углеродно-углеродной , заключалась в предотвращении проблемных повреждений в случае таких инцидентов. Вскоре после зажигания второй ступени от колокола двигателя, как и предполагалось, оторвалось стабилизирующее кольцо. [54] Примерно в Т+4:20 начались круговые конусные колебания, амплитуда которых увеличивалась, пока видео не было потеряно. В Т+5:01 машина начала катиться, и телеметрия закончилась. По словам Илона Маска , двигатель второй ступени остановился в Т+7:30 из-за проблемы с контролем крена. Выплескивание топлива в баке LOX привело к увеличению колебаний. Обычно это колебание гасилось бы системой управления вектором тяги на второй ступени, но удар по соплу второй ступени во время отделения вызвал чрезмерную компенсацию коррекции. [54] Ракета продолжила полет с точностью до одной минуты от ожидаемой продолжительности полета, а также сумела развернуть кольцо спутника-имитатора массы. Хотя видеотрансляция закончилась преждевременно, SpaceX смогла получить телеметрию за весь полет. [55] Статус первого этапа неизвестен; его не удалось восстановить из-за проблем с неработающим устройством GPS-слежения. 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: было проверено более 95% систем Falcon 1. Их основными целями при этом запуске было тестирование адаптивных процедур запуска и сбор данных. [40] Команда SpaceX планировала как диагностику, так и решение, проверенное сторонними экспертами, полагая, что проблему с плесками можно исправить, добавив перегородки в резервуар LOX второй ступени и отрегулировав логику управления. Кроме того, переходный процесс остановки Мерлина должен был быть решен путем инициирования остановки на гораздо более низком уровне тяги, хотя и с некоторым риском для повторного использования двигателя. Команда SpaceX хотела поработать над этой проблемой, чтобы избежать ее повторения при переходе к этапу эксплуатации Falcon 1. [56]
SpaceX предприняла третью попытку запуска Falcon 1 3 августа 2008 года (по Гринвичу) из Кваджалейна . [57] Этот полет нес спутник Trailblazer (Jumpstart-1) для ВВС США , [58] наноспутники NanoSail -D и PREsat для НАСА и полезную нагрузку космического захоронения для Celestis . [59] Ракета не достигла орбиты. Однако первая ступень с новым двигателем Merlin 1C показала себя отлично. [60]
При подготовке к запуску более ранняя попытка запуска была отложена из-за неожиданно медленной загрузки гелия в Falcon 1; таким образом подвергая топливо и окислитель воздействию криогенного гелия, переводя корабль в состояние преждевременного запуска. Все еще в пределах указанного окна попытка запуска была повторена, но прервана за полсекунды до старта из-за неправильного считывания показаний датчика. Проблема была решена, и запуск снова повторился. За 25 минут до конца окна запуска Falcon 1 взлетел с острова Омелек в 03:35 UTC. Во время старта были видны небольшие колебания машины по крену. Разделение ступеней произошло, как и планировалось, но поскольку остаточное топливо в новом двигателе Merlin 1C испарилось и обеспечило переходную тягу, первая ступень снова вступила в контакт со второй ступенью, что помешало успешному завершению миссии. [61]
В сводке миссии SpaceX Flight-3 указывалось, что четвертый полет состоится, как и планировалось, и что неудача третьего полета не потребовала какой-либо технологической модернизации. Было заявлено, что более длительного времени между выключением двигателя первой ступени и отделением ступеней достаточно. [43] Полное видео третьей попытки запуска было обнародовано SpaceX через несколько недель после запуска. [62]
Маск обвинил себя в провале этого запуска, а также в двух предыдущих попытках, объяснив на Международном астронавтическом конгрессе 2017 года, что его роль главного инженера в первых запусках Falcon 1 была не по его выбору, и что он чуть не обанкротил компанию, прежде чем добиться успеха : 63]
И причина того, что я стал главным инженером или главным конструктором, заключалась не в том, что я этого хотел, а в том, что я не мог никого нанять. Никто хороший не присоединится. В итоге я стал таким по умолчанию. И я провалил первые три запуска. Первые три запуска оказались неудачными. К счастью, четвертый запуск, который был – это были последние деньги, которые у нас были на Falcon 1 – четвертый запуск сработал, или на этом бы закончилась компания SpaceX.
Далее Маск объяснил ситуацию журналисту Ars Technica Эрику Бергеру: [64]
В то время мне пришлось вложить большой капитал в Tesla и SolarCity , поэтому у меня закончились деньги. На нашем счету было три неудачи. Так что собрать деньги довольно сложно. Рецессия начинает наступать. Раунд финансирования Tesla, который мы пытались собрать тем летом, провалился. Я развелся. У меня даже не было дома. Дом принадлежал моей бывшей жене . Итак, это было дерьмовое лето.
После трех предыдущих неудач команда SpaceX собрала четвертую ракету, используя доступные детали, за шесть недель, что стало последним шансом для компании. Для быстрой доставки ракеты был зафрахтован Boeing C-17 Globemaster III , но по пути ракета частично взорвалась , когда разгерметизация превысила то, что команда SpaceX ожидала из руководства к C-17, и для спасения ракету пришлось пройти экстренный ремонт. . [65] Несмотря на трудности, четвертый полет ракеты Falcon 1 успешно совершился 28 сентября 2008 года, доставив на низкую околоземную орбиту 165-килограммовый (363-фунтовый) нефункциональный стандартный космический корабль . [44] Это был первый успешный запуск Falcon 1 и первый успешный орбитальный запуск любой разработанной и финансируемой из частных источников ракеты-носителя с полностью жидкостным двигателем. [66]
Запуск произошел с острова Омелек , входящего в состав атолла Кваджалейн на Маршалловых островах . [67] 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 том же окне до 1 октября. [68] Через 9 минут 31 секунду после запуска двигатель второй ступени заглох, после того как корабль вышел на орбиту. [67] Сообщалось, что первоначальная орбита составляла около 330 × 650 км. [66] После периода выбега вторая ступень перезапустилась и выполнила успешный второй запуск, 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 корабли Trailblazer , NanoSail-D , PRESat и Celestis Explorers . В ракету не было внесено никаких серьезных изменений, кроме увеличения времени между выгоранием первой ступени и отделением второй ступени. Это незначительное изменение направлено на устранение неисправности, наблюдавшейся в предыдущем полете, - повторного контакта между первой и второй ступенями путем рассеивания остаточной тяги в двигателе первой ступени перед их разделением. [69] [70] [71]
По состоянию на 2021 год Ратсат и присоединенная к нему вторая ступень все еще находятся на орбите. [72]
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, то есть 20 апреля 2009 года в США. [73] 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. [74] 20 апреля 2009 года SpaceX объявила в пресс-релизе, что запуск был отложен из-за потенциальной проблемы совместимости между космическим кораблем RazakSAT и ракетой-носителем Falcon 1. Была выражена обеспокоенность по поводу потенциального воздействия прогнозируемого окружения транспортных средств на спутник. [75] 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 [76] ).
Запуск в понедельник, 13 июля, прошел успешно, в результате чего RazakSAT вышел на начальную орбиту стоянки . Тридцать восемь минут спустя двигатель второй ступени ракеты снова заработал, сделав орбиту круговой. Полезная нагрузка была успешно развернута. [77] После запуска Илон Маск , основатель и генеральный директор SpaceX, сообщил репортеру, что запуск прошел успешно. «Мы вывели орбиту в пределах целевых параметров… почти в яблочко», — сказал Маск. [77]
По состоянию на 2021 год верхняя ступень Falcon 1 все еще находится на низкой околоземной орбите. [78]
После пятого полета будущие запуски Falcon-1 были отложены и в конечном итоге отменены, а аппарат выведен из эксплуатации [79] , при этом SpaceX заявила: «Мы не смогли заставить Falcon 1 работать как бизнес». [80] Запуски, которые были забронированы на Falcon-1, были перенесены на другие транспортные средства или перебронированы как полезные нагрузки Falcon-9. [80]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )SpaceX — не первая частная компания, пытающаяся прорваться на рынок коммерческих космических запусков.
Однако компания, похоже, реальная вещь.
Финансируемая из частных источников, компания имела транспортное средство до того, как получила деньги от НАСА, и хотя средства НАСА на пополнение запасов космической станции являются огромным стимулом, SpaceX существовала бы и без него.
SpaceX публично заявила, что стоимость разработки ракеты-носителя Falcon 9 составила около 300 миллионов долларов.
Кроме того, около 90 миллионов долларов было потрачено на разработку ракеты-носителя Falcon 1, которая в некоторой степени способствовала созданию Falcon 9, на общую сумму 390 миллионов долларов.
НАСА подтвердило эти расходы.
Несколько лет назад SpaceX собиралась открыть рынок запуска малых спутников с помощью Falcon 1, который первоначально должен был вывести на НОО около 600 килограммов за 6 миллионов долларов;
позже грузоподъемность снизилась примерно до 420 кг, поскольку цена выросла примерно до 9 миллионов долларов.
Позже Falcon 1e должен был поставить около 1000 килограммов за 11 миллионов долларов, но компания сняла машину с рынка, сославшись на ограниченный спрос.
первая ракета на жидком топливе частной разработки, успешно достигшая орбиты
