SpaceX в частном порядке профинансировала разработку систем орбитального запуска , которые можно использовать многократно, подобно многоразовому использованию самолетов . За последнее десятилетие SpaceX разработала технологии, способствующие полному и быстрому повторному использованию космических ракет-носителей . Долгосрочные цели проекта включают возвращение первой ступени ракеты-носителя на стартовую площадку в течение нескольких минут и возвращение второй ступени на стартовую площадку после перестройки орбиты с космодромом и входа в атмосферу в течение до 24 часов. Долгосрочной целью SpaceX было бы возможность повторного использования обеих ступеней их орбитальной ракеты-носителя, а первая ступень должна была быть спроектирована так, чтобы обеспечить возможность повторного использования через несколько часов после возвращения. [1] От разработки многоразовых вторых ступеней для Falcon 9 позже отказались в пользу разработки Starship, [2] однако SpaceX разработала многоразовые обтекатели полезной нагрузки для Falcon 9. [3]
О программе было объявлено в 2011 году. Впервые SpaceX осуществила успешную посадку и возврат первой ступени в декабре 2015 года. Первый повторный полет приземлившейся первой ступени произошел в марте 2017 года [3] , а второй произошел в июне 2017 года. всего через пять месяцев после первого полета ракеты-носителя. [4] Третья попытка произошла в октябре 2017 года с миссией SES-11 / EchoStar-105 . Затем повторные полеты отремонтированных первых ступеней стали обычным явлением. В мае 2021 года B1051 стал первой ракетой-носителем, запустившей десять миссий. [5]
Технология многоразовой системы запуска изначально разрабатывалась для первой ступени Falcon 9 . [6] После отделения ступени ракета-носитель переворачивается (дополнительный режим обратного разгона меняет свой курс), при входе в атмосферу снижается скорость, вызванная гравитацией, чтобы предотвратить перегрев ступени при повторном входе космического корабля в более толстую часть атмосферы , а при посадке завершается окончательное торможение на малой высоте и приземление.
SpaceX планировала, по крайней мере, с 2014 года разработать многоразовые вторые ступени, что является более сложной инженерной задачей, поскольку корабль движется с орбитальной скоростью . [7] [6] [8] Повторное использование второй ступени считается жизненно важным для планов Илона Маска по заселению Марса . К 2018 году от первоначальных концепций многоразовой второй ступени Falcon 9 отказались .
По состоянию на 2023 год [обновлять]SpaceX разрабатывает систему Starship , которая станет полностью многоразовой двухступенчатой ракетой-носителем, призванной заменить все другие ракеты-носители и космические корабли для доставки спутников и перевозки людей — Falcon 9, Falcon Heavy и Dragon — и, в конечном итоге, обеспечение полетов на Луну и Марс. Теоретически его можно использовать для перевозки из пункта в пункт на Земле. [9]
SpaceX попыталась приземлить первую ступень Falcon 1 на парашюте , но ступень не выдержала входа в атмосферу. Они продолжали безуспешно экспериментировать с парашютами во время первых полетов Falcon 9 после 2010 года. Впоследствии SpaceX переключилась на разработку системы приземления с механическим приводом . [10]
Описание многоразовой системы запуска было представлено в сентябре 2011 года. SpaceX заявила, что попытается разработать механизированный спуск и восстановление обеих ступеней Falcon 9 — ракеты с полностью вертикальным взлетом и вертикальной посадкой ( VTVL ). Компания создала компьютерно-анимационное видео, на котором первая ступень возвращается хвостом вперед для механизированного спуска, а вторая ступень с тепловым экраном снова входит головой вперед, а затем поворачивается для механизированного спуска. [11] [12] [13] [14] В сентябре 2012 года компания SpaceX начала летные испытания прототипа многоразовой первой ступени с суборбитальной ракетой Grasshopper . [15] Эти испытания продолжались и в 2014 году, включая испытания второго, более крупного прототипа автомобиля, F9R Dev1 .
Новости об испытательной ракете Grasshopper стали достоянием общественности несколькими днями ранее, когда Федеральное управление гражданской авиации США опубликовало проект оценки воздействия на окружающую среду испытательного полигона SpaceX в Техасе, и об этом сообщили космические СМИ. [16] [17] В мае 2012 года SpaceX получила набор данных атмосферных испытаний для восстановления первой ступени Falcon 9 на основе 176 испытательных запусков в аэродинамической трубе Центра космических полетов имени Маршалла НАСА . Контракт на выполнение работ был заключен компанией SpaceX в соответствии с возмещаемым соглашением о Космическом законе с НАСА. [18]
В 2012 году прогнозировалось, что отделение первой ступени многоразовой ракеты Falcon 9 будет происходить со скоростью примерно 6 Маха (4600 миль в час; 2,0 км/с), а не 10 Маха (7600 миль в час; 3,4 км/с) для одноразовый Falcon 9 для обеспечения остаточного топлива, необходимого для замедления и маневра разворота, а также управляемого снижения и посадки. [1]
В ноябре 2012 года генеральный директор Илон Маск объявил о планах построить вторую, гораздо более крупную ракетную систему многоразового использования , работающую на LOX / метане , а не на LOX/ RP-1 , используемом на Falcon 9 и Falcon Heavy. Новая система должна была стать «эволюцией ракеты-носителя SpaceX Falcon 9», и SpaceX подтвердила свое стремление разработать прорыв в технологии вертикальной посадки. [19] К концу 2012 года демонстрационная испытательная машина Grasshopper совершила три испытательных полета VTVL, включая 29-секундный полет на высоте 40 метров (130 футов) 17 декабря 2012 года. [15] В начале марта 2013 года. SpaceX успешно испытала Grasshopper в четвертый раз, когда он поднялся на высоту более 80 метров (260 футов). [20]
В марте 2013 года SpaceX объявила, что она будет оснащена приборами и оборудованием последующих первых ступеней Falcon 9 в качестве испытательных аппаратов с управляемым спуском, а в 2013 году планируется провести имитацию посадки над водой с двигателем и замедлением с намерением вернуть ракету на стартовую площадку для механизированная посадка - возможно, уже в середине 2014 года. [21] Проект заявления о воздействии на окружающую среду предлагаемой космодрома SpaceX в Южном Техасе от апреля 2013 года включает конкретные условия для возвращения ускорителей первой ступени Falcon 9 на стартовую площадку. [22] Илон Маск впервые публично назвал многоразовый Falcon 9 Falcon 9-R в апреле 2013 года. [23]
В сентябре 2013 года SpaceX успешно повторно запустила три двигателя отработавшей ракеты-носителя при орбитальном запуске, и ракета-носитель снова вошла в атмосферу на гиперзвуковой скорости, не сгорая. [24] Используя данные, собранные в ходе первых летных испытаний управляемого ракетой-носителем спуска с большой высоты, в сочетании с технологическими достижениями, достигнутыми в демонстраторе маловысотной посадки Grasshopper, SpaceX объявила, что, по ее мнению, она готова к испытаниям полноценного наземного спуска. восстановление разгонной ступени. [25] Основываясь на положительных результатах первых летных испытаний на большой высоте, SpaceX перенесла ожидаемую дату испытаний с середины 2014 года на начало 2015 года [ необходимы разъяснения ] с намерением сделать это при следующем пополнении запасов грузов на Космическую станцию. полет ожидает одобрения регулирующих органов. [26] [27] Этот полет состоялся 18 апреля 2014 года. [28] [29]
В мае 2013 года Маск заявил, что целью программы является достижение полной и быстрой возможности повторного использования первой ступени к 2015 году, а затем разработка полной возможности повторного использования ракеты-носителя как «части будущей проектной архитектуры». [30] В сентябре 2013 года SpaceX заявила, что если все аспекты программы испытаний пройдут успешно и если заказчик заинтересуется, первый повторный запуск разгонной ступени Falcon 9 может произойти уже в конце 2014 года. [26]
В феврале 2014 года SpaceX ясно заявила, что новая сверхтяжелая ракета-носитель для того, что тогда называлось Mars Colonial Transporter, также будет использовать технологию многоразового использования. [8] Это соответствовало стратегическому заявлению Маска в 2012 году о том, что «Революционный прорыв произойдет с ракетами, которые можно будет полностью и быстро использовать повторно. Мы никогда не покорим Марс , если не сделаем это. Это будет слишком дорого. Американские колонии никогда этого не сделают». были бы изобретены, если бы корабли, пересекавшие океан, не были многоразовыми». [31]
Также в мае 2014 года SpaceX объявила о масштабной программе испытаний многоразовой посадочной космической капсулы с приводом под названием DragonFly . Испытания должны были пройти в Техасе на ракетном полигоне МакГрегора в 2014–2015 годах. [32]
В июне 2014 года главный операционный директор Гвинн Шотвелл уточнила, что все финансирование разработки и испытаний программы разработки технологий многоразовой системы запуска осуществляется частным финансированием от SpaceX без участия правительства США . [33] [34] По состоянию на 2017 год SpaceX потратила на программу разработки более миллиарда долларов. [35]
Впервые SpaceX заявила в июле 2014 года, что они «полностью уверены в том, что смогут успешно приземлиться на плавучую стартовую площадку или вернуться на стартовую площадку и запустить ракету без необходимости ремонта». [36]
К концу 2014 года SpaceX приостановила или отказалась от плана по восстановлению и повторному использованию второй ступени Falcon 9; [37] дополнительная масса требуемого теплозащитного экрана, шасси и маломощных посадочных двигателей приведет к слишком большому снижению производительности. Хотя позже эта идея была упомянута снова, в конечном итоге от нее отказались, поскольку разработка Starship продвигалась вперед. [2]
В декабре 2015 года, после восстановления первой ступени после запуска 22 декабря , SpaceX прогнозировала, что первый повторный запуск восстановленной ракеты-носителя, вероятно, произойдет в 2016 году, но без использования восстановленной ступени 22 декабря. [38]
В сентябре 2016 года SpaceX объявила, что ведутся разработки по расширению многоразового летного оборудования до вторых ступеней [ нужна ссылка ] , что является более сложной инженерной проблемой, поскольку корабль движется с орбитальной скоростью . Технология многоразового использования должна была быть распространена на проекты 2016 года как вариантов верхней ступени танкера и пилотируемого космического корабля , так и первой ступени Межпланетной транспортной системы [7] [6] [8] и считается первостепенной для планов. Илон Маск выступает за возможность заселения Марса . [39] [40] [41] В 2016 году первые испытательные полеты корабля Межпланетной транспортной системы ожидались не ранее 2020 года. [7]
В 2017 году SpaceX добилась успехов в испытательном полете, поэтапно и итеративно разрабатывая систему восстановления обтекателя. [42] [3] В июле 2017 года Маск сказал: «Мы очень близки к тому, чтобы восстановить обтекатель. ... У нас есть приличные шансы восстановить обтекатель к концу года и совершить повторный полет к концу года». в этом году или в начале следующего». [43] Ожидается, что экономия SpaceX на восстановлении обтекателя составит порядка 5 миллионов долларов США . Вместе разгонная ступень и обтекатель составляют примерно 80 процентов стоимости запуска. [43] Обтекатели оснащены управляемым парашютом и падают на корабль, оснащенный большой сетью. [44] Неповрежденные обтекатели могут быть извлечены из океана, начиная с 2017 года, [45] при высадке в сеть с 2019 года. [44]
Необходимо было разработать и протестировать несколько новых технологий, чтобы обеспечить успешный запуск и восстановление первых ступеней Falcon 9 и Falcon Heavy, а также обеих ступеней Starship . С 2017 года восстановление и повторное использование ракетных ускорителей Falcon стало обычным делом.
.png/1280px-Falcon_9_1st_stage_re-entry_with_grid_fins;_DSCOVR_mission_(16849254595).png)
Технологии, разработанные для Falcon 9, некоторые из которых все еще дорабатываются, включают:
.jpg/1280px-Falcon_9_with_CRS-3_Dragon_in_SLC-40_hangar_(16855338881).jpg)
.png/1280px-Autonomous_Spaceport_Drone_Ship_-_Just_Read_the_Instructions_(16450469297).png)
Чтобы сделать Falcon 9 многоразовым и вернуться на стартовую площадку, на первой ступени необходимо разместить дополнительное топливо и шасси , что требует примерно 30-процентного снижения максимальной полезной нагрузки на орбиту по сравнению с одноразовым Falcon 9. [64] ] Повторный запуск ранее использованной ступени в последующем полете зависит от состояния приземляемой ступени и представляет собой метод, который мало использовался за пределами многоразовых твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля «Шаттл ».
В 2015 году Маск прогнозировал, что этап повторного полета программы будет «простым» из-за нескольких полных запусков двигателей, которые проводились на земле, и многократных перезапусков двигателей, которые были продемонстрированы к тому времени, без каких-либо последствий. наблюдается значительная деградация. [65] В 2015 году отраслевые аналитики продолжали прогнозировать проблемы, которые могут помешать экономическому повторному использованию, поскольку затраты на реконструкцию и повторный запуск сцены еще не были продемонстрированы, а экономическое обоснование повторного использования обязательно будет сильно зависеть от частого запуска. [66]
Ожидается, что SpaceX значительно снизит стоимость доступа в космос и изменит растущую конкуренцию на рынке услуг космических запусков. [26] [67] Майкл Бельфиоре написал в журнале Foreign Policy в 2013 году, что при опубликованной стоимости запуска на низкую околоземную орбиту в 56,5 миллионов долларов США «ракеты Falcon 9 уже являются самыми дешевыми в отрасли. Многоразовые Falcon 9 могут снизить цену». на порядок , что приведет к увеличению количества космических предприятий, что, в свою очередь, еще больше снизит стоимость доступа к космосу за счет эффекта масштаба». [24] Даже для военных запусков, которые предусматривают ряд контрактных требований по предоставлению дополнительных пусковых услуг, цена SpaceX составляет менее 100 миллионов долларов США . [68] [69]
Аналитик космической отрасли Аджай Котари отметил, что многоразовые технологии SpaceX могут сделать для космического транспорта «то же самое, что реактивные двигатели сделали для воздушного транспорта шестьдесят лет назад, когда люди даже не предполагали, что более 500 миллионов пассажиров будут путешествовать на самолетах каждый год и что стоимость можно будет снизить». на том уровне, на котором он есть, — и все из-за пассажиропотока и надежной возможности повторного использования». [70] В январе 2014 года SpaceX заявила, что, если им удастся разработать технологию многоразового использования, стоимость запуска многоразового Falcon 9 составит от 5 до 7 миллионов долларов США , [71] и после успешного восстановления первой ступени в декабре 2015 года, Маск сказал, что «потенциальное снижение затрат в долгосрочной перспективе, вероятно, превысит 100 раз». [66]
По состоянию на март 2014 года [обновлять]поставщики услуг запуска, конкурирующие со SpaceX, не планировали разрабатывать аналогичную технологию или предлагать конкурирующие варианты многоразовых ракет-носителей. Ни ILS , которая продает запуски российской ракеты "Протон" ; Арианспейс ; ни SeaLaunch не планировали разрабатывать и продавать услуги многоразовых ракет-носителей. SpaceX была единственным конкурентом, который прогнозировал достаточно эластичный рынок со стороны спроса, чтобы оправдать дорогостоящую разработку технологии многоразовых ракет и затраты частного капитала на разработку вариантов этой теоретической рыночной возможности. [72]
В 2014 году ракета Falcon 9 v1.1 была спроектирована с грузоподъемностью примерно на 30 процентов большей, чем ее официальная спецификация; дополнительные характеристики были зарезервированы для SpaceX для проведения испытаний на повторный вход и посадку первой ступени в целях возможности повторного использования, при этом обеспечивая при этом указанную доставку полезной нагрузки на орбиту для клиентов. [73]
Чтобы получить полную экономическую выгоду от многоразовой технологии, необходимо, чтобы повторное использование было быстрым и полным — без длительного и дорогостоящего периода ремонта или частично повторно используемой конструкции, которая мешала предыдущим попыткам создания многоразовых ракет-носителей. SpaceX ясно заявила, что «огромный потенциал открытия космических полетов» [74] зависит от достижения как полного, так и быстрого повторного использования. [28] [68] Генеральный директор Маск заявил в 2014 году, что успех в разработке технологий может снизить «стоимость космических полетов в 100 раз» [75] , поскольку стоимость топлива/окислителя на Falcon 9 составляет всего 0,3 процента. от общей стоимости автомобиля. [76]
Помимо рыночной конкуренции , вызванной более низкими ценами на запуск SpaceX и потенциальным будущим еще более радикально более низкими ценами на запуск, если технология будет успешно реализована, Aviation Week заявила в 2014 году, что «работы по многоразовым запускам SpaceX — это модель исследований и разработок ». смелость концепции и скорость реализации программы делают ее образцом. ... [] головокружительные темпы разработки были почти как у Аполлона в ее реализации ... [даже несмотря на то, что] успех далеко не гарантирован». [77]
9 марта 2016 года президент SpaceX Гвинн Шотвелл дала более реалистичную оценку потенциальной экономии от повторного запуска теперь, когда попытки повторного использования второй ступени были прекращены из-за проблем со стоимостью и весом. По ее словам, стоимость дозаправки в 1 миллион долларов США и стоимость ремонта использованной первой ступени в 3 миллиона долларов США потенциально могут позволить провести запуск по цене всего в 40 миллионов долларов США , что означает экономию 30%. Крупнейший клиент SpaceX, компания SES, заявила, что хочет стать первой, кто будет ездить на повторно использованном транспортном средстве, хотя она хочет, чтобы цена запуска составила 30 миллионов долларов США или 50% экономии, чтобы компенсировать риск внедрения этого процесса. [78]
По словам Илона Маска, почти каждую деталь «Сокола» следует использовать повторно более 100 раз. Перед заменой теплозащитные экраны и некоторые другие элементы следует использовать повторно более 10 раз. [79] В марте 2017 года SpaceX объявила о прогрессе в своих экспериментах по восстановлению и, в конечном итоге, повторному использованию обтекателя полезной нагрузки стоимостью 6 миллионов долларов . В ходе миссии SES-10 одна из половин обтекателя выполнила управляемый вход в атмосферу и приводнение с использованием двигателей и управляемого парашюта; В конечном итоге обтекатели должны приземлиться на плавучую конструкцию «надувного замка». [80]
SpaceX начала повторный полет ранее запущенных ступеней ускорителя в 2017 году. Первый повторный полет был совершен в марте 2017 года, почти через год после первого полета ракеты-носителя ; второй состоялся в июне 2017 года, всего через пять месяцев после первого полета. Оба были успешными, и как страховщики , так и заказчики услуг по запуску с готовностью поддерживают недавно возникающий рынок услуг по запуску, предоставляемых ракетами-носителями многократного использования. [4]
В августе 2020 года Илон Маск написал в Твиттере, что ремонт и повторное использование ракеты-носителя обходятся менее чем в 10% от цены новой ракеты-носителя, а уменьшение полезной нагрузки составляет менее 40%. Согласно его твиту, SpaceX выходит на уровень безубыточности, совершая второй полет на одну ракету-носитель, и экономит деньги, начиная с третьего полета. [81] На тот момент Falcon 9 Block 5 совершил 35 полетов с 11 ускорителями.
До успеха программы повторного использования в декабре 2015 года возвращение ракеты -носителя орбитальной системы запуска так и не было осуществлено, и многие подвергали сомнению как техническую, так и экономическую осуществимость. И даже после этого успеха попыток быстрого повторного использования ракеты не предпринималось. Разработка многоразовой ракеты чрезвычайно сложна из-за небольшого процента массы ракеты, которая может выйти на орбиту. [12] [82] Обычно полезная нагрузка ракеты составляет всего около 3% от массы ракеты, что также примерно равно количеству массы топлива, необходимого для входа корабля в атмосферу. [83]
Илон Маск заявил в начале программы, что, по его мнению, возвращение, вертикальная посадка и восстановление возможны, поскольку производственные методики SpaceX приводят к тому, что эффективность ракеты превышает типичный запас в 3%. Ракета SpaceX, работающая в многоразовой конфигурации, имеет грузоподъемность примерно на 30% меньше, чем та же ракета в одноразовой конфигурации. [25]
Хотя технология многоразовой системы запуска была разработана и первоначально использовалась для первых ступеней ракет семейства Falcon [6], она особенно хорошо подходит для Falcon Heavy, где два внешних ядра отделяются от ракеты на ранних этапах полета и, следовательно, двигаются медленнее при разделении стадий. Например, на полете 20 Falcon 9 скорость при отрыве была близка к 6000 км/ч [84] , и это позволило вернуться к месту старта. В полете 22 , при переходе на более энергичную орбиту GTO , более высокая скорость при отрыве составляла от 8000 до 9000 км/ч. На таких более высоких скоростях невозможно вернуть ракету-носитель к месту запуска для приземления; если будет предпринята попытка приземления, она должна быть на расстоянии сотен километров от автономного дрона .
Повторное использование также влияет на оценку риска. В то время как первые покупатели повторно использованных ракет просили более низкую цену, [85] уже летавшая ракета-носитель работает в реалистичных условиях полета. Некоторые клиенты теперь предпочитают повторно использованные бустеры новым. [86]
В 2013 году SpaceX тестировала технологии многоразового использования как для своей ракеты -носителя первой ступени (с тремя испытательными ракетами: Grasshopper , F9R Dev1 и F9R Dev2 ), так и для своей новой многоразовой космической капсулы SpaceX Dragon 2 (с испытанием на малой высоте). транспортное средство под названием DragonFly ).
SpaceX публично раскрыла многоэлементную программу дополнительных испытаний стартовых ступеней, которая включает в себя четыре аспекта:
Восемь летных испытаний ускорителя на малой высоте были проведены компанией Grasshopper в 2012 и 2013 годах. Первое испытание управляемого спуска с большой высоты по возвращению ускорителя было проведено в сентябре 2013 года, второе испытание - в апреле [26] [29] [90] третий испытательный полет в июле [91] и четвертый испытательный полет в сентябре 2014 года. Все четыре испытательных полета на сегодняшний день предполагали имитацию посадки над водой. [36] В апреле – августе 2014 года было проведено пять летных испытаний ускорителя F9R Dev1 на малой высоте, прежде чем машина самоуничтожилась по соображениям безопасности во время пятого полета. [92] [93]
SpaceX использовала набор экспериментальных демонстраторов технологий, суборбитальных многоразовых ракет-носителей (RLV), чтобы начать летные испытания своих технологий многоразового ускорителя в 2012 году. Были построены две версии прототипов многоразовых испытательных ракет - Grasshopper высотой 106 футов (32 м) ( ранее обозначавшийся как Grasshopper v1.0 ) и многоразовую опытно-конструкторскую машину Falcon 9 высотой 160 футов (49 м) , или F9R Dev1 — ранее известную как Grasshopper v1.1 [74] — а также прототип капсулы для испытаний приземления с двигательной установкой Экипаж «Дракона» и грузовая капсула для Falcon 9 — DragonFly . [74] Grasshopper был построен в 2011–2012 годах для испытаний на низкой высоте и низкой скорости висения, которые начались в сентябре 2012 года и завершились в октябре 2013 года после восьми испытательных полетов. [16] [17] [74] Второй прототип транспортного средства, F9R Dev1, был построен на гораздо более крупной разгонной ступени Falcon 9 v1.1 и использовался для дальнейшего расширения диапазона летных испытаний на малых высотах на транспортном средстве, которое лучше соответствовало фактической летной аппаратуры и совершил пять испытательных полетов в 2014 году. [74] [94] [95] Полеты на малой высоте и низкой скорости испытательных ракет и капсулы корабля проводились на ракетном испытательном полигоне SpaceX в МакГрегоре, штат Техас [ 16] [17] [74]
В ноябре 2018 года компания SpaceX сообщила, что рассматривает возможность тестирования сильно модифицированной второй ступени Falcon 9, которая будет выглядеть как «мини- корабль BFR » и будет использоваться для испытаний при входе в атмосферу ряда технологий, необходимых для полномасштабного космического корабля , включая ультра -легкий тепловой экран и поверхности управления с высокой скоростью Маха , [96] [97] , но две недели спустя Маск отказался от этого подхода в пользу использования вместо него BFR полного диаметра. [98]
Grasshopper, первая испытательная машина VTVL компании , состояла из бака первой ступени Falcon 9 v1.0 , одного двигателя Merlin-1D и четырех постоянно прикрепленных стальных посадочных опор. Его высота составляла 106 футов (32 м). [17] SpaceX построила бетонный стартовый комплекс площадью 0,5 акра (0,20 га) на своем испытательном полигоне ракет в МакГрегоре, штат Техас, для поддержки программы летных испытаний Grasshopper. [99] Grasshopper также был известен как Grasshopper версии 1.0 или Grasshopper v1.0 до 2014 года, когда строились последующие испытательные автомобили класса Grasshopper.
В дополнение к трем испытательным полетам в 2012 году, к концу октября 2013 года было успешно проведено пять дополнительных испытаний, в том числе четвертое испытание в целом в марте 2013 года, в ходе которого Grasshopper удвоил свой самый высокий прыжок и поднялся на высоту 80,1 метра (263 фута) с высотой 34 метра. -Второй полет. [100] В ходе седьмого испытания, проведенного в августе 2013 года, аппарат пролетел 250 метров (820 футов) за 60 секунд полета и выполнил 100-метровый (330 футов) боковой маневр, прежде чем вернуться на площадку. [101] Grasshopper совершил свой восьмой и последний испытательный полет 7 октября 2013 года, поднявшись на высоту 744 метра (2441 фут), а затем совершил восьмую успешную посадку. [102] Испытательный автомобиль Grasshopper снят с производства. [103]
Еще в октябре 2012 года SpaceX обсуждала разработку испытательного корабля Grasshopper второго поколения, который должен был иметь более легкие посадочные стойки, складывающиеся по бокам ракеты, другой моторный отсек и почти на 50% длиннее первого. Транспортное средство «Кузнечик». [95] В марте 2013 года SpaceX объявила, что более крупный суборбитальный летательный аппарат класса Grasshopper будет построен на основе бака первой ступени Falcon 9 v1.1 , который использовался для квалификационных испытаний на ракетном комплексе SpaceX в начале 2013 года. Его переоборудовали в F9R Dev1 с выдвижными опорами. В 2014 году состоялось пять испытательных полетов. [74]
Вторая летно-испытательная машина VTVL — F9R Dev1, построенная на базе гораздо более длинного танка первой ступени Falcon 9 v1.1 с убирающимися шасси — совершила свой первый испытательный полет 17 апреля 2014 года. [74] [92] F9R Dev1 был использовался для испытательных полетов на малой высоте в районе МакГрегора, штат Техас — прогнозируемая максимальная высота ниже 3000 метров (10 000 футов) [74] — всего было выполнено пять испытательных полетов, все из которых были совершены в 2014 году. Этот автомобиль самоуничтожился в целях безопасности. во время пятого испытательного полета 22 августа 2014 г. [104]
К апрелю 2014 года уже строилась третья летно-испытательная машина — F9R Dev2, которую планировалось провести на высотном испытательном полигоне космодрома Америка в Нью-Мексико , где предполагалось, что она будет летать на высоте до 91 000 метров ( 300 000 футов)-плюс. [74] Он никогда не летал, поскольку SpaceX перевела программу высотных испытаний на испытания использованных ускорителей с управляемым спуском после их использования в платном орбитальном запуске и подъеме.
DragonFly представлял собой испытательный образец прототипа двигательно-приземляемой версии капсулы SpaceX Dragon — суборбитальной многоразовой ракеты-носителя (RLV), предназначенной для летных испытаний на малых высотах . По состоянию на май 2014 года планировалось пройти программу испытаний в Техасе на ракетном испытательном полигоне МакГрегора в течение 2014–2015 годов. [32] [105] [ нужно обновить ] [обновлять]
Тестовый автомобиль DragonFly оснащен восемью двигателями SuperDraco , расположенными по резервной схеме для обеспечения отказоустойчивости конструкции двигательной установки. [106] В SuperDracos используется хранимая топливная смесь из топлива монометилгидразина (MMH) и окислителя тетроксида азота (NTO), тех же топлив, которые используются в гораздо меньших по размеру двигателях Draco , используемых для управления ориентацией и маневрирования на космическом корабле Dragon первого поколения . [105] Хотя двигатели SuperDraco способны развивать тягу в 73 000 ньютонов (16 400 фунтов силы), во время использования на летно-испытательном автомобиле DragonFly каждый из них будет дросселироваться до уровня менее 68 170 ньютонов (15 325 фунтов силы) для поддержания устойчивости автомобиля. [105]
В 2013–2014 годах была предложена программа испытательных полетов из тридцати полетов, включая два вспомогательных двигателя (парашюты и двигатели) и два приземления с движением (без парашютов) при полетах, сброшенных с вертолета на высоте примерно 10 000 футов (3 000 м). Остальные 26 испытательных полетов должны были взлетать с площадки : восемь - с вспомогательной тягой (приземление с парашютами и двигателями) и 18 - с полной тягой , аналогично испытательным полетам на этапе ускорителя Grasshopper и F9R Dev . [105] [106] По состоянию на 2014 год [обновлять]предполагалось, что программа испытаний DragonFly начнется только после завершения бустерных испытаний F9R Dev1 на предприятии в МакГрегоре. [106] [ нужно обновить ]
По схеме, весьма необычной для ракет-носителей, SpaceX в 2013 году начала использовать некоторые первые ступени ракет Falcon 9 v1.1 для летных испытаний с управляемым спуском с возвратно-двигательной системой после завершения фазы разгона орбитального полета. С момента появления космических полетов в 1957 году ускорители ракет-носителей обычно просто выбрасывали после отправки полезной нагрузки в путь. Испытания над водой, начатые SpaceX, прошли в Тихом и Атлантическом океанах к югу от базы ВВС Ванденберг и к востоку от базы ВВС на мысе Канаверал . Первые летные испытания состоялись 29 сентября 2013 года, после отделения второй ступени от ракеты-носителя CASSIOPE и полезной нагрузки наноспутника. Эти испытания по снижению и имитации посадки продолжались в течение следующих двух лет: второе летное испытание состоялось 18 апреля 2014 года, [26] [29] [90] еще два испытания в 2014 году и четыре последующих испытания, проведенных в 2015 году . [ 107] SpaceX продолжала вносить итеративные и поэтапные изменения в конструкцию ракеты-носителя, а также в конкретные технологии многоразового использования, профиль спуска и запасы топлива в некоторых полетах Falcon 9 и Falcon Heavy в 2016–2018 годах, чтобы настроить конструкцию и эксплуатационные параметры. Многие из этих испытаний по спуску и посадке были протестированы в ходе активных орбитальных космических полетов для клиентов SpaceX, когда ракета-носитель снова входила в атмосферу и предпринимала попытки возвратной посадки.
После анализа данных летных испытаний первого спуска, управляемого ракетой-носителем, в сентябре 2013 года, SpaceX объявила, что успешно испытала большое количество новых технологий в ходе полета, в сочетании с технологическими достижениями, достигнутыми на демонстрационном самолете Grasshopper, приземляющемся на малой высоте. , они были готовы испытать полное восстановление разгонной ступени. Первые летные испытания прошли успешно; SpaceX заявила, что «смогла успешно перейти от вакуума к гиперзвуку , сверхзвуку , трансзвуку , полностью зажечь двигатели и контролировать сцену на всем протяжении [атмосферы]». [25] Маск сказал: «Следующая попытка вернуть [sic] первую ступень Falcon 9 будет предпринята во время четвертого полета модернизированной ракеты. Это будет третий коммерческий грузовой полет Dragon на МКС». [27]
Это второе летное испытание состоялось во время полета Dragon на МКС в апреле 2014 года. SpaceX прикрепила посадочные опоры к первой ступени, замедлила ее над океаном и попыталась смоделировать приземление над водой после зажигания второй ступени в третьей миссии по доставке грузов , заключенной по контракту с НАСА. Первая ступень успешно замедлилась достаточно для мягкой посадки над Атлантическим океаном. [29] В феврале 2014 года SpaceX объявила о намерении продолжить испытания по посадке ракеты-носителя первой ступени в океан до тех пор, пока не будет доказано точное управление от гиперзвукового до дозвукового режимов. [90] В оставшуюся часть 2014 года по апрель 2015 года было проведено еще пять испытаний управляемого спуска, в том числе две попытки приземлиться на плавучую посадочную платформу — построенный SpaceX автономный космический дрон-корабль — в Атлантическом океане к востоку от стартовой площадки. оба из них привели машину к посадочной платформе, но ни один из них не привел к успешной посадке.
.jpg/1280px-ORBCOMM-2_First-Stage_Landing_(23271687254).jpg)
Во время перерыва в запусках в 2015 году SpaceX запросила одобрение регулирующих органов у ФАУ на попытку вернуть свой следующий полет на мыс Канаверал вместо того, чтобы нацеливаться на плавучую платформу в океане. Цель состояла в том, чтобы посадить ракету-носитель вертикально в арендованной зоне приземления 1 — бывшем стартовом комплексе 13 , где SpaceX недавно построила большую посадочную площадку для ракет. [108] ФАУ утвердило план безопасности приземления 18 декабря 2015 года. [109] Первая ступень успешно приземлилась в цель в 20:38 по местному времени 21 декабря (01:38 UTC 22 декабря). [110] [107]
Ракета-носитель первой ступени B1019 после полета больше не летала. [111] Вместо этого ракета была перенесена на несколько миль к северу в ангар SpaceX на стартовой площадке 39A , недавно отремонтированный SpaceX в соседнем Космическом центре Кеннеди , где она была проверена перед использованием 15 января 2016 года для проведения статические огневые испытания на исходной стартовой площадке Стартового комплекса 40 . [112] Целью этого испытания было оценить состояние восстановленного ускорителя и способность этой конструкции ракеты неоднократно летать в будущем. [113] [107] Испытания в целом дали хорошие результаты, за исключением одного из внешних двигателей, испытывающего колебания тяги. [113] Илон Маск сообщил, что это могло произойти из-за проглатывания мусора. [114] Затем ракета-носитель была отправлена на базу SpaceX в Хоторне, Калифорния.
.jpg/1280px-First_stage_of_Jason-3_rocket_(24423604506).jpg)
Рейс 21 Falcon 9 запустил спутник «Джейсон-3» 17 января 2016 года и попытался приземлиться на плавучую платформу «Просто прочтите инструкции» , [115] впервые расположенную примерно в 200 милях (320 км) в Тихом океане . Примерно через 9 минут полета прямая видеотрансляция с корабля-дрона прервалась из-за потери захвата спутника восходящей линии связи. Транспортное средство плавно приземлилось на судно, но одна из четырех посадочных стоек не зафиксировалась должным образом, как сообщается, из-за льда из-за густого предстартового тумана , который не позволил зафиксировать стопорную цангу . [116] В результате ракета-носитель упала вскоре после приземления и разрушилась в результате возгорания при ударе о площадку. [117] [118]
Рейс 22 доставлял тяжелую полезную нагрузку массой 5271 кг (12000 фунтов) на геостационарную переходную орбиту (GTO). Это было тяжелее, чем ранее заявленная максимальная грузоподъемность, поскольку GTO стал возможен благодаря небольшому субсинхронному режиму . После задержек, вызванных отказом рейса 19 , SpaceX согласилась предоставить дополнительную тягу спутнику SES-9 , чтобы перевести его в суперсинхронный режим . [119] В результате этих факторов осталось мало топлива для выполнения полного теста входа и посадки с нормальными запасами. Следовательно, первая ступень Falcon 9 после отделения следовала по баллистической траектории и снова вошла в атмосферу на высокой скорости, что снизило вероятность успешной посадки. [120] [119] Вход в атмосферу и управляемый спуск прошли успешно, несмотря на более высокие аэродинамические ограничения на первой ступени из-за дополнительной скорости. Однако ракета двигалась слишком быстро и была уничтожена при столкновении с дроном. SpaceX собрала ценные данные о расширенном диапазоне полетов, необходимом для восстановления ускорителей после миссий GTO.
.jpg/1280px-CRS-8_(26239020092).jpg)
Начиная с января 2015 года SpaceX размещала устойчивые плавучие платформы в нескольких сотнях миль от побережья вдоль траектории ракеты; эти трансформированные баржи были названы автономными дронами-космопортами . [121] 8 апреля 2016 года рейс 23 Falcon 9, третий полет полнотяговой версии , доставил груз SpaceX CRS-8 по пути к Международной космической станции , в то время как первая ступень выполнила разгон и повторный вход в атмосферу. маневрировать над Атлантическим океаном. Через девять минут после старта ракета-носитель вертикально приземлилась на беспилотный корабль « Конечно, я все еще люблю тебя» в 300 км от побережья Флориды, достигнув долгожданного рубежа для программы развития многоразового использования SpaceX. [122]
Вторая успешная посадка дрона произошла 6 мая 2016 года, когда следующим полетом был запущен JCSAT-14 к GTO. Эта вторая посадка в море была более сложной, чем предыдущая, поскольку ракета-носитель при отделении двигалась со скоростью около 8350 км/ч (5190 миль в час) по сравнению со скоростью 6650 км/ч (4130 миль в час) при запуске CRS-8 на низкую околоземную орбиту . [123] Продолжая эксперименты по проверке пределов диапазона полета, SpaceX выбрала более короткий режим посадки с тремя двигателями вместо режима работы с одним двигателем, который наблюдался в предыдущих попытках; этот подход потребляет меньше топлива за счет того, что ступень находится в свободном падении как можно дольше и более резко замедляется, тем самым сводя к минимуму количество энергии, затрачиваемой на противодействие гравитации. [124] Илон Маск отметил, что эта первая ступень, возможно, не будет снова запущена в полет, вместо этого она будет использоваться в качестве жизненного лидера для наземных испытаний, чтобы подтвердить, что другие хороши. [125]
Третья успешная посадка последовала 27 мая, снова после замедления с высокой скорости, необходимой для запуска GTO. При приземлении раздавило «ядро» в одной ноге, что привело к заметному наклону сцены, стоящей на корабле-дроне. [62]
В ходе последующих миссий посадка первой ступени постепенно стала рутинной процедурой, а с января 2017 года SpaceX перестала называть свои попытки посадки «экспериментальными». Миссии с низким энергопотреблением на МКС возвращаются на стартовую площадку и приземляются на LZ-1 , тогда как более требовательные спутниковые миссии приземляются на дронах на расстоянии нескольких сотен миль. Периодические миссии с тяжелой полезной нагрузкой, такие как EchoStar 23 , не пытаются приземлиться, летая в одноразовой конфигурации без плавников и ног.
В течение 2016 и 2017 годов SpaceX вернула несколько первых ступеней как наземным кораблям, так и беспилотным кораблям, помогая им оптимизировать процедуры, необходимые для быстрого повторного использования ускорителей. В январе 2016 года Илон Маск оценил вероятность успеха всех попыток приземления в 2016 году в 70 процентов и, как мы надеемся, вырастет до 90 процентов в 2017 году; он также предупредил, что нам следует ожидать «еще нескольких RUD» ( быстрая незапланированная разборка , аббревиатура Маска, обозначающая разрушение автомобиля при ударе). [126] Предсказание Маска оправдалось: 5 из 8 запущенных ускорителей ( 63%) были восстановлены в 2016 году, а 14 из 14 ( 100%) — в 2017 году. Три миссии GTO для тяжелых полезных нагрузок ( EchoStar 23 в марте 2017 года, Inmarsat -5 F4 в мае 2017 г. и Intelsat 35e в июле 2017 г.) летали в одноразовой конфигурации, не оборудованной для посадки. Одна ракета-носитель, которую можно было восстановить, была намеренно запущена без опор и оставлена тонуть после мягкого приземления в океане (ракета-носитель B1036 для миссии Iridium NEXT 31–40 в декабре 2017 года).
По состоянию на 6 августа 2018 года [обновлять]SpaceX восстановила 21 ускоритель первой ступени из предыдущих миссий , шесть из которых были восстановлены дважды, что в общей сложности привело к 27 посадкам. В 2017 году SpaceX выполнила 5 миссий из 20 с повторно использованными ускорителями ( 25%). Всего по состоянию на август 2018 года повторно запущено 14 ускорителей [обновлять].
28 июля 2016 года первая ступень миссии JCSAT-2B прошла успешные полноценные испытания на площадке SpaceX в МакГрегоре. [127] Первая попытка повторного использования произошла 30 марта 2017 года [128] с запуском SES-10 , [129] результатом которого стал успешный полет и вторая посадка первой ступени B1021 , восстановленной после миссии CRS-8 в апреле 2016 года. [130] Еще один успешный повторный полет состоялся в июне 2017 года: спутник BulgariaSat-1 находился на ракете-носителе B1029 из миссии Iridium NEXT в январе 2017 года . [131] Ракета-носитель B1031 выполнила миссию CRS-10 на МКС в феврале 2017 года и помогла вывести спутник связи SES-11 на геостационарную орбиту в октябре 2017 года. Ракеты-носители B1035 и B1036 были запущены дважды для одного и того же заказчика, B1035 для миссии НАСА CRS. -11 и CRS-13 в июне и декабре 2017 года, а также B1036 для двух партий из 10 спутников Iridium NEXT , также в июне и декабре 2017 года. B1032 был повторно использован для GovSat-1 в январе 2018 года после NROL-76 в мае 2017 года.
SpaceX потратила четыре месяца на восстановление первой ракеты-носителя B1021 , предназначенной для повторного использования , и запустила ее снова примерно через год. [132] Вторая ракета-носитель, которая должна была снова полететь, B1029 , была отремонтирована «всего за пару месяцев» [4] и повторно запущена через пять месяцев. [131] Илон Маск заявил о цели завершить первый этап в течение 24 часов. [133] Маск по-прежнему убежден, что эта долгосрочная цель может быть достигнута с помощью ракетных технологий SpaceX, [134] но не заявил, что эта цель будет достигнута с помощью конструкции Falcon 9.
Ракеты-носители B1019 и B1021 были сняты с вооружения и выставлены на обозрение. [ когда? ] B1029 также был снят с эксплуатации после миссии BulgariaSat-1 . B1023, B1025, B1031 и B1035 были обнаружены во второй раз, а B1032 и B1036 были намеренно затоплены в море после мягкого приземления в океане. [135]
К середине 2019 года, выполнив повторный запуск одной ракеты-носителя только три раза, SpaceX заявила, что планирует использовать одну ракету-носитель как минимум пять раз к концу 2019 года. [136] Ни одна ракета-носитель не достигла этого графика, но B1048 совершил полет четыре раза. и еще два ( B1046 и B1049 ) совершили четвертый полет в январе 2020 года. В марте 2020 года SpaceX в пятый раз впервые запустила ракету-носитель ( B1048 ). [137]
У испытательного полета Falcon Heavy не было контрактного заказчика, и чтобы ограничить стоимость такого испытательного полета, SpaceX намеревалась повторно использовать боковые ускорители. Бустеры B1023 и B1025, которые летали в конфигурации Falcon 9, были переконфигурированы и использовались в качестве боковых ускорителей во время первого полета Falcon Heavy в феврале 2018 года, а затем оба почти одновременно приземлились бок о бок на наземных площадках. . В более поздних полетах Falcon Heavy использовались либо новые ускорители, либо боковые ускорители, ранее использовавшиеся на Falcon Heavy. SpaceX не смогла восстановить центральное ядро ни одного из трех Falcon Heavy, но сумела восстановить все шестисторонние ускорители. [138]
После серии из 19 успешных попыток восстановления первой ступени с 2016 по начало 2018 года SpaceX сосредоточилась на быстром повторном использовании ускорителей первой ступени. Блок 3 и Блок 4 оказались экономически целесообразными для двойного запуска, поскольку в 2017 и 2018 годах было повторно запущено 11 таких ускорителей. Блок 5 был спроектирован с учетом многократного повторного использования: до 10 повторных использований с минимальной проверкой и до 100 использований с ремонтом. . [139] В начале 2018 года были опробованы новые агрессивные профили входа в атмосферу с одноразовыми ускорителями Блока 3 и Блока 4, чтобы проверить ограничения на диапазон восстанавливаемых запасов запуска, которые являются потенциальными для будущего Блока 5. [140] 9 мая 2021 года B1051 стал первой ракетой-носителем, которая была запущена и приземлилась в десятый раз, достигнув одной из важнейших целей SpaceX по повторному использованию. [141] По состоянию на ноябрь 2023 г. [обновлять]рекорд повторного использования составляет 18 рейсов.
Обтекатели полезной нагрузки традиционно считались одноразовыми : они либо сгорали в атмосфере, либо разрушались при столкновении с океаном. Еще в середине 2015 года Маск намекнул, что SpaceX, возможно, работает над возможностью повторного использования обтекателя после обнаружения обломков неопознанной части ракеты-носителя Falcon 9 у побережья Багамских островов . обтекатель полезной нагрузки, выброшенный на берег. [142] К апрелю 2016 года SpaceX публично объявила о своей цели по восстановлению обтекателя Falcon 9. [42] Стоимость обтекателя составляет около 6 миллионов долларов за запуск, что составляет примерно десять процентов от общих затрат на запуск. [143] В 2017 году Маск сказал: «Представьте, если бы у вас было 6 миллионов долларов наличными на поддоне, летящем по воздуху, и он собирался врезаться в океан. Вы бы попытались вернуть их? Да, да, вы бы это сделали». [144]
В марте 2017 года в рамках миссии SES-10 SpaceX впервые выполнила управляемую посадку обтекателя полезной нагрузки и успешно восстановила половину обтекателя с помощью двигателей ориентации и управляемого парашюта , помогая ему скользить по пологой поверхности. приземление на воду. [3] [42] Компания объявила о намерении в конечном итоге разместить обтекатели на сухой гибкой конструкции, которую Маск в шутку назвал «плавающим надувным замком», с целью полного повторного использования обтекателя. [80] После последовательных испытаний и доработок в нескольких полетах восстановление неповрежденного обтекателя было заявлено как цель на 2017 год, а повторный полет восстановленного обтекателя запланирован на 2018 год. [43]
Мем «надувной замок» на самом деле представлял собой сеть, натянутую между большими рукавами быстроходного судна снабжения платформы по имени «Мистер Стивен» (теперь GO «Мисс Три») . Спасательное судно оснащено системами динамического позиционирования и было испытано после запуска спутника Paz с базы ВВС Ванденберг в 2017 году. [145] [146] В этой миссии также впервые использовался обтекатель версии 2, специально разработанный для «повысить живучесть при попытках восстановления после запуска и обеспечить возможность повторного использования в будущих миссиях». [147] Эта попытка восстановления не была полностью успешной; обтекатель пролетел мимо лодки на несколько сотен метров, но приземлился в воде неповрежденным [148] , прежде чем его подняли и доставили обратно в порт. [146] По состоянию на август 2018 года [обновлять]все четыре попытки SpaceX посадить обтекатель на спасательный корабль потерпели неудачу, несмотря на то, что перед попыткой в июле 2018 года Стивену были установлены сети большего размера. [149] [150]
В октябре 2018 года было проведено как минимум два испытания по восстановлению обтекателя с участием Стивена и вертолета, который сбросил половину обтекателя с высоты около 3300 метров. Результат испытаний был неясен. [151]
В апреле 2019 года во время второй миссии Falcon Heavy спасательная лодка Go Searcher выловила половины обтекателя из моря, и было объявлено, что обтекатели будут использоваться в миссии Starlink . [152] Эти обтекатели были повторно использованы в миссии Starlink 11 ноября 2019 года. [153]
В июне 2019 года, после третьего запуска Falcon Heavy, был произведен первый успешный захват обтекателя. На изображениях, опубликованных в Твиттере через несколько часов после запуска, видно, что половина обтекателя застряла в сети спасательного судна GO Ms. Tree . [154]
К концу 2020 года SpaceX регулярно возвращала обтекатели полезной нагрузки, при этом SpaceX отправляла два модифицированных по индивидуальному заказу спасательных корабля — «Мисс Три» и «Мисс Чиф » — для сбора обтекателей при большинстве запусков со своей стартовой площадки во Флориде. К этому времени SpaceX также регулярно использовала восстановленные обтекатели при запусках, обычно на собственных рейсах, где спутники Starlink являются основной или единственной полезной нагрузкой. Однако по состоянию на август 2020 года [обновлять]успешные приземления в сети еще не были обычным явлением: в сети попадало менее половины обтекателей за предыдущие три месяца, но большинство из них все равно все равно восстанавливалось после мягкой посадки в океан.
К апрелю 2021 года SpaceX отказалась от экспериментальной программы по попытке восстановления сухих обтекателей полезной нагрузки при спуске на парашюте в сети на быстроходном корабле . SpaceX решила внедрить «мокрое восстановление» обтекателей на будущих полетах Falcon 9, обнаружив, что они могут очищать, восстанавливать и повторно использовать такие обтекатели более экономично. [155] SpaceX освободила «Мисс Три» и «Мисс Чиф» от их контрактов и приобрела два корабля для операций по восстановлению обтекателей, а также для буксировки и поддержки дронов на восточном побережье. Эти два корабля были названы в честь астронавтов Демо-2 Дуга Херли и Боба Бенкена как Дуг [156] и Боб . Ранние названия кораблей Боба и Дуга были Элла Джи и Ингрид соответственно. В настоящее время Дуг работает в Порт-Канаверале, а Боб находится в Тампе, где ведется строительство.
К 26 мая 2021 года SpaceX совершила 40 полетов, в ходе которых была сброшена по крайней мере одна половина ранее летавшего обтекателя, а один обтекатель летал в пяти разных полетах, причем четыре предыдущих раза его восстанавливали и очищали. [144]
Несмотря на ранние публичные заявления о том, что SpaceX постарается сделать и вторую ступень Falcon 9 многоразовой, к концу 2014 года они определили, что масса, необходимая для теплового экрана при входе в атмосферу, посадочных двигателей и другого оборудования для поддержки восстановления второй ступени. Этап, а также отвлечение ресурсов разработки от других целей компании были в то время непомерно высокими, и их планы повторного использования второй ступени ракет Falcon были приостановлены на неопределенный срок. [157] [158] Однако в июле 2017 года [43] они указали, что могут провести экспериментальные испытания по восстановлению одной или нескольких вторых ступеней, чтобы узнать больше о возможности повторного использования для информирования процесса разработки своего звездолета , [159] и в мае В 2018 году были предоставлены дополнительные подробности о том, как они могут проводить некоторые из этих испытаний. [160]
Планируется, что Starship заменит все существующие ракеты-носители и космические аппараты SpaceX после середины 2020-х годов: космические корабли Falcon 9 , Falcon Heavy и Dragon, первоначально нацеленные на рынок запусков на околоземную орбиту , но способные поддерживать длительные космические полеты в окололунной зоне . и условия миссии на Марс . [161] Обе ступени будут полностью многоразовыми. Интегрированная конструкция второй ступени с космическим кораблем в предыдущих ракетах-носителях не применялась. [161]
Капсулы Dragon компании SpaceX постепенно совершенствуются для повторного использования. Конструктивные элементы и внутренние компоненты ремонтируются между полетами, а теплозащитный экран заменяется для каждой новой миссии. Последняя недавно построенная грузовая капсула Dragon совершила первый полет в июле 2017 года; все последующие миссии по снабжению МКС проводились с отремонтированными капсулами, [162] некоторые капсулы совершили третий полет. [163] [164] Секцию туловища Дракона нельзя использовать повторно, так как она сгорает в атмосфере после завершения своей миссии. [165]
Капсула SpaceX Dragon 2 также используется повторно. Первоначально планировалось использовать новые капсулы для всех пилотируемых миссий НАСА [166] , но опыт демонстрационных миссий привел к тому, что НАСА и SpaceX договорились о повторном использовании, начиная с Crew-2 . [167] [168]
В первый год успешного возвращения ступени после экспериментальных испытательных полетов SpaceX провела специальную и индивидуальную оценку, а также испытания компонентов на каждой успешно приземлившейся ступени. Этапы обрабатывались и первоначально оценивались либо в стартовых ангарах, либо для приземления на мысе Канаверал в новом ангаре SpaceX, недавно построенном на стартовом комплексе 39 Космического центра Кеннеди . Возвращенные детали ракеты также были доставлены в SpaceX Hawthorne и SpaceX McGregor для инженерной оценки и испытаний.
В феврале 2017 года, после того как восемь ядер ракет успешно приземлились (семь из них были запущены с мыса Канаверал), SpaceX объявила о планах расширить свои физические мощности для обработки и ремонта ракет. Они будут делать это как в арендованных помещениях, так и в новом здании, которое будет построено в Порт-Канаверал , штат Флорида , недалеко от того места, где пришвартован беспилотный корабль Атлантического автономного космодрома и где ступени, которые приземляются на беспилотный корабль восточного побережья , теперь удалены из корабль. [169]
Цель системы запуска Starship — стать полностью многоразовой орбитальной ракетой для запуска и спуска. [170] Система запуска Starship состоит из двух ступеней: сверхтяжелой ракеты-носителя и космического корабля Starship; [171] оба имеют корпус из нержавеющей стали SAE 304L [172] и предназначены для хранения жидкого кислорода и жидкого метана . Super Heavy, а затем Starship разгонят полезную нагрузку до орбитальной скорости, после чего они оба приземлятся и их можно будет использовать снова. Starship может отправить более 100 метрических тонн (220 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту ; [173] Высшие околоземные и другие орбиты доступны после дозаправки звездолетами-заправщиками. Будущие запланированные варианты звездолета смогут приземляться на Луну и Марс . [174] Конструкция Starship повлияла на другие ракеты-носители, например, на возможность полного повторного использования Terran R. [175]
-2018_version.png/1280px-BFR_in_flight_(cropped)-2018_version.png)
Первое упоминание SpaceX о концепции ракеты с возможностью подъема звездолета было в 2005 году. На студенческой конференции Маск кратко упомянул теоретическую тяжелую ракету -носитель под кодовым названием BFR, позже известную как Falcon XX. [176] Он будет оснащен более крупной версией двигателя «Мерлин» , названной «Мерлин-2», и будет иметь грузоподъемность 140 метрических тонн (310 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту. [177] В 2012 году во время публичной дискуссии о концептуальной программе колонизации Марса Маск описал Mars Colonial Transporter. Он представлял его как многоразовую сверхтяжелую ракету-носитель , способную доставить на низкую околоземную орбиту примерно от 150 до 200 метрических тонн (от 330 000 до 440 000 фунтов) . Марсианский колониальный транспортер может работать на «Рапторах», потребляя жидкий метан и жидкий кислород. [178]
В сентябре 2016 года на 67-м Международном астронавтическом конгрессе Маск анонсировал Межпланетную транспортную систему (ITS) — концептуальную ракету многоразового использования, задуманную для доставки людей на Марс и в другие пункты Солнечной системы . ITS должна была иметь высоту 122 м (400 футов), ширину 12 м (39 футов) и быть способной поднять 300 метрических тонн (660 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту. [179] Обе ступени должны были быть изготовлены из углеродных композитов . Первая ступень или ракета-носитель должна была оснащаться 42 «Рапторами», а вторая ступень — девятью «Рапторами». [180] После дозаправки на околоземной орбите космический корабль может разогнаться до Марса. [181] Когда межпланетный космический корабль входит в атмосферу, он охлаждается за счет транспирации и контролирует спуск космического корабля, перемещая его треугольные крылья и разделенные закрылки . [182] На следующем Конгрессе Маск объявил о новой ракете, получившей название Big Falcon Rocket или неофициально Big Fucking Rocket. Ракета Big Falcon имеет высоту 106 м (348 футов) и ширину 9 м (30 футов). [183] На этой конференции он говорил о возможной суборбитальной транспортировке и назвал ее Земля-Земля. [184]
В ноябре 2018 года впервые были использованы нынешние названия: Super Heavy для ракеты-носителя, Starship для космического корабля и система Starship или просто Starship для всего корабля. [185] Примерно в то же время Маск анонсировал обновленную концепцию космического корабля с тремя кормовыми и двумя передними закрылками. [186] В январе 2019 года Маск объявил, что Starship будет изготовлен из нержавеющей стали, и заявил, что он может быть прочнее, чем эквивалентный углеродный композит в широком диапазоне температур. [187] В марте Маск написал в Твиттере, что SpaceX выбрала тепловой экран, состоящий из шестиугольных керамических плиток, вместо транспирации. [188] В октябре конфигурация двигателей космического корабля Starship была изменена на три «Раптора», оптимизированных для атмосферного давления, и три, оптимизированные для космоса. [189] Количество задних ребер было уменьшено с трёх до двух и размещено по краям теплозащитного экрана. [190]
27 августа 2019 года образец для упрощенных испытаний под названием Starhopper подпрыгнул на высоту 150 м (490 футов). [191] Представленный на мероприятии SpaceX в сентябре 2019 года, Starship Mk1 (Mark 1) стал первым построенным полномасштабным испытательным образцом Starship. Mk2 во Флориде был построен пятью месяцами позже. [192] Ни один из них не летал: Mk1 был уничтожен во время криогенных контрольных испытаний, а Mk2 был списан. [193] В начале 2020 года SpaceX изменила название Mk3 на SN1 (серийный номер 1). [194] Во время криогенных контрольных испытаний 28 февраля 2021 года из-за неисправности нижнего резервуара SN1 он разрушился. 8 марта 2020 года разобранный испытательный резервуар SN2 завершил единственное криогенное контрольное испытание. [195] 3 апреля 2020 года во время криогенных контрольных испытаний SN3 из-за клапана произошла утечка жидкого азота внутрь нижнего резервуара, в результате чего судно разгерметизировалось и разрушилось. [196] После пятого успешного статического огневого испытания SN4 29 мая 2020 года из-за быстроразъемного топливопровода он взорвался. [197] 15 июня 2020 года Маск написал в Твиттере, что новые прототипы будут изготовлены из нержавеющей стали SAE 304L вместо нержавеющей стали 301. [172] 4 августа 2020 года SN5 совершил прыжок на 150 м (490 футов) на одном Raptor, первом полномасштабном испытательном объекте, прошедшем летные испытания в целости и сохранности. [198] 24 августа 2020 года SN6 успешно повторил траекторию полета SN5. [199] SN7 не был достроен, но по состоянию на октябрь 2021 года его баки были утилизированы для различных экспериментов. [200]
SN8 был первым полноценным тестовым изделием. [201] В октябре и ноябре 2020 г. SN8 прошел четыре статических огневых испытания; первый, второй и четвертый прошли успешно, но третий вызвал остановку двигателя. По словам Маска, сила двигателя разрушила части стартовой площадки, отправив некоторые ее части в двигатель. [202] 9 декабря 2020 года SN8 совершил первый полет на звездолете, достигнув высоты 12,5 км (7,8 миль). Во время приземления его коллекторный бак с метаном не обеспечивал достаточно топлива для «Рэпторов», что привело к снижению тяги одного двигателя. Испытательное изделие взорвалось при ударе. [203] 2 февраля 2021 года SN9 пролетел на высоте 10 км (6,2 мили). [204] При снижении один из двигателей не работал и лопнул при приземлении под углом. [205] 3 марта 2021 года SN10 повторил траекторию полета SN9, затем жестко приземлился и через 8 минут уничтожил себя в результате взрыва. [206]
Первая сверхтяжелая ракета-носитель БН1 (ракета-носитель номер 1) завершила строительство 8 марта 2021 года, но двигатели не получила. [207] 30 марта 2021 г. SN11 взорвался в воздухе без подтвержденных причин из-за густого тумана на стартовой площадке. [208] Возможное объяснение состоит в том, что двигатель мог сжечь авионику испытательного образца и вызвать затрудненный запуск турбонасоса двигателя. [209] После запуска SpaceX пропустила SN12, SN13, SN14 и BN2 и вместо этого включила в SN15 усовершенствования устаревших тестовых статей. [210] 5 мая 2021 года испытательный образец пролетел по той же траектории, что и предыдущие испытательные образцы, и успешно приземлился . [211] [212] 20 июля 2021 года БН3 единственный раз запустил двигатели. [213] По состоянию на октябрь 2021 года SN15, SN16 и BN3 были выведены из эксплуатации и выставлены напоказ. [211] [214]
После полета SN15 SpaceX завершила кампанию суборбитального полета и почти два года испытывала прототипы на земле. Booster 3 провел первое статическое огневое испытание в июле 2021 года, позже ускорители провели статические огневые испытания с увеличением количества двигателей. Установка корабля на ракету-носитель впервые была опробована в августе 2021 года на Корабле 20 и Ракете-носителе 4. Параллельно была модернизирована орбитальная стартовая установка для поддержки запуска.
Ракета-носитель 7 и Корабль 24 были запущены для первых комплексных летных испытаний 20 апреля 2023 года, планировалось пролететь 3/4 орбиты и вернуться в океан возле Гавайев. Ракета покинула стартовую площадку и пролетела три минуты, но во время полета отказали несколько ускорительных двигателей, и ракета в конечном итоге потеряла управление перед отделением ступеней, достигнув максимальной высоты 39 км (24 мили). Сработала система прекращения полета , и последовавший за этим взрыв уничтожил машину. [215] При запуске сломалась бетонная площадка под стартовой установкой, в результате чего SpaceX заменила ее стальной пластиной с водяным охлаждением для последующих запусков. [216]
Ракета-носитель 9 и Корабль 25 были запущены в рамках вторых комплексных летных испытаний 18 ноября 2023 года, плановая траектория которых была идентична первому полету. [217] В отличие от Booster 7, у Booster 9 не было отказов двигателя до начала обратного горения, когда он взорвался по неизвестным на данный момент причинам. [218] Корабль 25 достиг конечной скорости более 15 000 миль в час, прежде чем был уничтожен системой прекращения полета. [219]
«Самые ранние запуски Falcon 9 осуществлялись с парашютами, которые должны были использоваться для подъема первой ступени. Однако от этого отказались из-за того, что ступень распалась во время входа в атмосферу до того, как удалось раскрыть парашюты. Вместо этого SpaceX начала исследовать использование двигателей ступени для механизированного спуска и приземления. Параллельно с этим была разработана улучшенная машина Falcon 9 — Falcon 9 v1.1».
@18:15 «Это очень сложная инженерная проблема — и я не думал об этом, не был уверен, что ее можно решить какое-то время. Но потом, совсем недавно, в последние 12 месяцев или около того, Я пришел к выводу, что эту проблему можно решить. И SpaceX попытается это сделать. Теперь мы можем потерпеть неудачу. Я не говорю, что мы уверены в успехе, но мы собираемся попытаться это сделать. И у нас есть конструкция, которая на бумаге, при выполнении расчетов и симуляций, она действительно работает. Теперь нам нужно убедиться, что эти симуляции и реальность согласуются, потому что, как правило, когда они не совпадают, реальность побеждает. определенный."
намного больше [чем Falcon 9], но я не думаю, что мы готовы назвать полезную нагрузку. Мы поговорим об этом в следующем году.
В. Какова стратегия восстановления бустеров? Маск: Первоначальным испытанием на восстановление будет посадка на воду. Первая ступень продолжает работать по баллистической дуге и выполняет сжигание со снижением скорости перед входом в атмосферу, чтобы уменьшить удар. Прямо перед приводнением снова загорится двигатель. Подчеркивает, что мы не ожидаем успеха с первых нескольких попыток. Надеемся, что в следующем году, имея больше опыта и данных, мы сможем вернуть первую ступень на стартовую площадку и совершить посадку на землю с помощью ног. Вопрос. Определен ли рейс для возвращения на стартовую площадку ракеты-носителя? Маск: Нет. Вероятно, это произойдет в середине следующего года.
Полет F9R Dev 1 17 апреля, который длился менее 1 минуты, стал первым испытанием вертикальной посадки первой ступени серийного возвращаемого ракеты Falcon 9 v1.1, а грузовой полет на МКС 18 апреля стал первой возможностью для SpaceX. оценить конструкцию складных посадочных опор и модернизированных подруливающих устройств, управляющих ступенью во время ее первоначального спуска.
Будем надеяться, что когда-нибудь в ближайшие пару лет мы сможем добиться полного и быстрого повторного использования первой ступени, что составляет примерно три четверти стоимости ракеты, а затем, с помощью будущей архитектуры конструкции, добиться полной возможности повторного использования.
Этот технологический элемент [технология многоразовых ракет-носителей] все эти инновации создаются только SpaceX, никто нам за это не платит. Правительство очень заинтересовано в данных, которые мы собираем по этой серии испытаний. ... Это то, что предпринимательские инвестиции и новые участники/новаторы могут сделать для отрасли: финансировать свои собственные улучшения, как в качестве своих программ, так и в качестве своего оборудования, а также в скорости и ритме своих операций. .
SpaceX использует частный капитал для разработки и демонстрации возможности повторного использования ракеты Falcon 9. SpaceX не раскрыла, сколько будет стоить программа многоразовых ракет
Маск заявил, что SpaceX сделала первую ступень ракеты Falcon 9 многоразовой за счет полностью частного финансирования, инвестировав не менее 1 миллиарда долларов в усилия [...]
SpaceX существует для продвижения [концепции превращения людей в многопланетные] по нескольким направлениям: разработка ракетной технологии многоразового использования, которая потребуется для перевозки большого количества людей и большого количества грузов на Марс; ...
Так что это немного сложно. Потому что нам нужно придумать, как снизить стоимость полетов на Марс на пять миллионов процентов... что означает улучшение примерно на 4 1/2 порядка. Это ключевые элементы, которые необходимы для достижения улучшения на 4 1/2 порядка. Большая часть улучшения будет достигнута за счет полной возможности повторного использования — где-то между 2 и 2 1/2 порядками — а остальные 2 порядка будут связаны с дозаправкой на орбите, производством топлива на Марсе и выбором правильного топлива.
.jpg/1280px-StarshipLaunch_(crop_2-3).jpg)
{{cite AV media}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )Я думаю, мы очень близки к тому, чтобы восстановить обтекатель. ... оборудование стоимостью 5 или 6 миллионов долларов. У нас есть приличные шансы вернуть обтекатель к концу года и совершить повторный полет к концу этого года или началу следующего. ... Разгонный блок стоит около 20 процентов стоимости миссии. Так что, если у вас есть ступень наддува и обтекатель, мы примерно на 80 процентов пригодны для повторного использования. ... Подумайте, для многих миссий мы могли бы даже вернуть вторую ступень. Мы собираемся попытаться это сделать, но наша основная цель [в течение следующих нескольких лет будет экипажем Дракона].
Капсула Дракона имеет форму, устойчивую при входе на орбиту, тогда как состояния ракеты традиционно нестабильны при входе в атмосферу, поэтому требуется много программного обеспечения, много средств навигации и управления, а также требуется много тепловой защиты; поэтому нам необходимо добиться прогресса во всех этих областях. Нам также придется перезапустить двигатели на сверхзвуке.
Ключевым обновлением, обеспечивающим точное наведение Falcon 9 на всем пути до приземления, является добавление четырех гиперзвуковых решетчатых килей, размещенных в конфигурации X-образного крыла вокруг аппарата, укладываемых при подъеме и развертываемых при входе в атмосферу для управления вектором подъемной силы ступени. Каждый плавник движется независимо при крене, тангаже и рыскании и в сочетании с подвесом двигателя обеспечивает точную посадку — сначала на автономный дрон-корабль космопорта, а затем и на сушу.
Первая ступень Falcon 9 имеет посадочные опоры, которые развернутся после отделения ступеней и позволят ракете мягко вернуться на Землю. Четыре ножки изготовлены из современного углеродного волокна с алюминиевыми сотами. Расположенные симметрично вокруг основания ракеты, они складываются вдоль борта корабля во время взлета, а затем выдвигаются наружу и вниз для приземления.
Центральное ядро первой ступени Falcon Heavy и ускорители имеют посадочные опоры, которые позволяют безопасно приземлить каждое ядро на Землю после взлета. После того, как боковые ускорители разделятся, центральный двигатель каждого из них загорится, чтобы безопасно контролировать траекторию ускорителя вдали от ракеты. Затем ноги развернутся, когда ускорители вернутся обратно на Землю, мягко приземлившись каждая на землю. Центральное ядро будет продолжать стрелять до тех пор, пока ступень не отделится, после чего его опоры развернутся и также приземлят его обратно на Землю. Посадочные опоры изготовлены из современного углеродного волокна с алюминиевыми сотами. Четыре ножки складываются по бокам каждого ядра во время взлета, а затем выдвигаются наружу и вниз для приземления.
F9R (произносится как F-девятка) показывает маленькую ножку. Конструкция представляет собой вложенный телескопический поршень с рамкой... Гелий высокого давления. Должен быть ультралегким.
Раздавливающее ядро в ногах Falcon можно использовать повторно после мягкого приземления, но его необходимо заменить после жесткого.
Первая успешная «мягкая посадка» ракеты Falcon 9 произошла в апреле этого года.
Транспортное средство [Falcon 9 v1.1] имеет на тридцать процентов большую производительность, чем то, что мы размещаем в Интернете, и эта дополнительная производительность зарезервирована для нас для проведения [тестов] на возможность повторного использования и восстановления ... текущий автомобиль рассчитан на повторное использование.
Работа SpaceX с F9R является частью усилий по разработке полностью и быстро многоразовых систем запуска, что является ключевым приоритетом для компании. Такая технология может сократить стоимость космических полетов в 100 раз.
Одноразовые ракеты, над которыми в прошлом работали многие умные люди, выводят на орбиту около 2% стартовой массы — на самом деле это немного. Затем, когда они попробовали возможность повторного использования, это привело к отрицательной полезной нагрузке, от 0 до 2% минус полезная нагрузка [смеется]. Хитрость заключается в том, чтобы придумать, как создать ракету, которая, если бы она была одноразовой, была бы настолько эффективна во всех своих системах, что вывела бы на орбиту от 3% до 4% своей массы. С другой стороны, вы должны быть одинаково умны с элементами повторного использования, чтобы штраф за повторное использование составлял не более 2%, что в идеале оставило бы вам в идеале еще 2% полезной нагрузки на орбиту в сценарии многократного использования, если в этом есть смысл. Вам нужно разделить эти две вещи: вывести полезную нагрузку на орбиту, уменьшить штраф за возможность повторного использования — и оставить достаточно, чтобы продолжать выполнять полезную работу.
На данный момент мы абсолютно уверены в том, что сможем успешно приземлиться на плавучую стартовую площадку или вернуться на стартовую площадку и запустить ракету без необходимости ремонта.
Вторая ступень Falcon 9 будет модернизирована и станет похожа на мини-корабль BFR», — сказал Маск. Верхняя ступень BFR иногда называют «космическим кораблем».
SpaceX построила бетонную стартовую площадку площадью пол-акра в МакГрегоре, и на площадке уже стоит ракета Grasshopper, оснащенная четырьмя серебряными посадочными опорами, похожими на насекомых.
Контракт SES с SpaceX предусматривал развертывание ракеты SES 9 на «субсинхронную» переходную орбиту с высотой апогея около 16 155 миль (26 000 километров). Такая орбита потребует, чтобы SES 9 израсходовал собственное топливо, чтобы достичь круговой высоты 22 300 миль - путь, который, по словам Холливелла, должен был продлиться 93 дня. Изменение [предложенное SpaceX] в профиле запуска Falcon 9 выведет SES 9 на начальную орбиту с апогеем примерно в 24 419 миль (39 300 километров) над Землей, нижней точкой на высоте 180 миль (290 километров) вверх и наклоном траектории примерно на 28 градусов. градусов к экватору
Эта миссия отправляется на геостационарную переходную орбиту. После разделения ступеней первая ступень Falcon 9 попытается экспериментально приземлиться на дрон-корабль «Конечно, я все еще люблю тебя». Учитывая уникальный профиль GTO этой миссии, успешной посадки не ожидается.
В космос и обратно менее чем за девять минут? Привет, будущее.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Шотвелл сказал, что SpaceX планирует попытаться извлечь вторую ступень из существующего семейства Falcon не столько для их повторного использования, сколько для изучения возможности повторного использования при подготовке ко второй стадии BFR.
Маск: «В предстоящих полетах [SpaceX] соберет данные об опыте входа верхней ступени в атмосферу. Раньше мы не прилагали особых усилий для сбора данных с верхней ступени после того, как она сгорит. Мы будем осуществлять мониторинг в ближайшее время». на какой высоте и скорости разбивается ступень…» Собрать эти данные непросто. Маск объяснил, что «это сложно, потому что он приближается как метеор. Это что-то вроде плазменного шара. Вы можете транслировать только по диагонали назад, поэтому мы будем искать связь, вероятно, [с] созвездием Иридиум, и попытаемся передать основные данные о температуре, состоянии сцены, скорости и высоте».
{{cite AV media}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )