Falcon 9 — частично многоразовая , рассчитанная на пилотируемую установку , двухступенчатая , средней грузоподъемности ракета-носитель , разработанная и произведенная в США компанией SpaceX . Первый запуск Falcon 9 состоялся 4 июня 2010 года, а первая коммерческая миссия по доставке грузов на Международную космическую станцию (МКС) была запущена 8 октября 2012 года. [14] В 2020 году она стала первой коммерческой ракетой, выведшей людей на орбиту. [15] Falcon 9 имеет исключительные показатели безопасности, [16] [17] [18] с 381 успешным запуском, двумя отказами в полете, одним частичным отказом и одним предполетным разрушением. Это самая запускаемая американская ракета в истории.
Ракета имеет две ступени . Первая (ускорительная) ступень несет вторую ступень и полезную нагрузку до заданной скорости и высоты, после чего вторая ступень разгоняет полезную нагрузку до целевой орбиты. Ускоритель способен приземляться вертикально , что облегчает повторное использование. Впервые этот подвиг был достигнут в полете 20 в декабре 2015 года. По состоянию на 18 октября 2024 года SpaceX успешно приземлила ускорители Falcon 9 341 раз. [a] Отдельные ускорители совершили до 23 полетов. [19] Обе ступени оснащены двигателями SpaceX Merlin , [b] использующими криогенный жидкий кислород и ракетный керосин ( RP-1 ) в качестве топлива. [20] [21]
Самыми тяжелыми полезными грузами, отправленными на геостационарную переходную орбиту (GTO), были Intelsat 35e с 6761 кг (14 905 фунтов) и Telstar 19V с 7075 кг (15 598 фунтов). Первый был запущен на выгодную суперсинхронную переходную орбиту , [22] в то время как последний перешел на низкоэнергетическую GTO с апогеем значительно ниже геостационарной высоты. [23] 24 января 2021 года Falcon 9 установил рекорд по количеству спутников, запущенных одной ракетой, выведя на орбиту 143 спутника. [24]
Falcon 9 рассчитан на доставку астронавтов НАСА на МКС, сертифицирован для программы Национальной безопасности космических запусков [25] , а в Программе пусковых услуг НАСА он отнесен к ракете-носителю «категории 3» (низкий риск), что позволяет ему запускать самые дорогие, важные и сложные миссии агентства. [26]
Было построено и запущено несколько версий Falcon 9: v1.0 летала с 2010 по 2013 год, v1.1 летала с 2013 по 2016 год, а v1.2 Full Thrust впервые была запущена в 2015 году, включая вариант Block 5 , который находится в эксплуатации с мая 2018 года.
В октябре 2005 года SpaceX объявила о планах запустить Falcon 9 в первой половине 2007 года. [27] Первоначальный запуск не состоялся до 2010 года. [28]
SpaceX потратила собственный капитал на разработку и запуск своей предыдущей ракеты-носителя Falcon 1 без каких-либо заранее оговоренных продаж услуг по запуску. SpaceX разработала Falcon 9 также с частным капиталом, но имела заранее оговоренные обязательства со стороны NASA о покупке нескольких рабочих полетов после демонстрации определенных возможностей. В 2006 году в рамках программы Commercial Orbital Transportation Services (COTS) были предоставлены платежи по определенным этапам. [29] [30] Контракт с NASA был структурирован как Соглашение о космическом акте (SAA) «для разработки и демонстрации услуг коммерческой орбитальной транспортировки», [30] включая покупку трех демонстрационных полетов. [31] Общая сумма контракта составила 278 миллионов долларов США на обеспечение трех демонстрационных запусков Falcon 9 с грузовым космическим кораблем SpaceX Dragon . Позже были добавлены дополнительные этапы, увеличив общую стоимость контракта до 396 миллионов долларов США. [32] [33]
В 2008 году SpaceX выиграла контракт на Commercial Resupply Services (CRS) в программе NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) по доставке грузов на МКС с использованием Falcon 9/Dragon. [33] [34] Средства будут выплачены только после успешного и полного завершения демонстрационных миссий. Общая сумма контракта составила 1,6 млрд долларов США на минимум 12 миссий по доставке грузов на МКС и обратно . [35]
В 2011 году SpaceX подсчитала, что затраты на разработку Falcon 9 v1.0 составили приблизительно 300 миллионов долларов США. [36] NASA оценило затраты на разработку в 3,6 миллиарда долларов США, если бы использовался традиционный подход «издержки плюс контракт ». [37] В отчете NASA за 2011 год «подсчитано, что агентству обошлось бы около 4 миллиардов долларов США, чтобы разработать ракету, подобную ускорителю Falcon 9, на основе традиционных процессов заключения контрактов NASA», в то время как «более коммерческий подход к разработке» мог бы позволить агентству заплатить только 1,7 миллиарда долларов США». [38]
В 2014 году SpaceX опубликовала совокупные затраты на разработку Falcon 9 и Dragon. NASA выделила 396 миллионов долларов США, в то время как SpaceX выделила более 450 миллионов долларов США. [39]
Показания SpaceX в Конгрессе в 2017 году показали, что необычный процесс NASA, заключающийся в «установлении только высоких требований к транспортировке грузов на космическую станцию [и] оставлении деталей промышленности», позволил SpaceX выполнить задачу по существенно более низкой цене. «Согласно собственным независимо проверенным данным NASA, затраты SpaceX на разработку ракет Falcon 1 и Falcon 9 оценивались примерно в 390 миллионов долларов в общей сложности». [38]
SpaceX изначально намеревалась последовать за своей ракетой-носителем Falcon 1 с помощью ракеты средней грузоподъемности Falcon 5. [ 40] Линейка ракет Falcon названа в честь « Тысячелетнего сокола» , вымышленного звездолета из серии фильмов «Звездные войны» . [41] В 2005 году SpaceX объявила, что вместо этого она приступает к работе над Falcon 9, «полностью многоразовой тяжелой ракетой-носителем», и уже обеспечила себе государственного заказчика. Falcon 9 была описана как способная выводить на низкую околоземную орбиту около 9500 килограммов (20 900 фунтов) и, по прогнозам, будет стоить 27 миллионов долларов США за полет с обтекателем полезной нагрузки 3,7 м (12 футов) и 35 миллионов долларов США с обтекателем 5,2 м (17 футов). SpaceX также анонсировала тяжелую версию Falcon 9 с грузоподъемностью около 25 000 килограммов (55 000 фунтов). [42] Ракета Falcon 9 была предназначена для поддержки миссий на низкой околоземной орбите и геопереходе, а также для миссий по доставке экипажа и грузов на МКС. [40]
Первоначальный контракт NASA COTS предусматривал первый демонстрационный полет в сентябре 2008 года и завершение всех трех демонстрационных миссий к сентябрю 2009 года. [43] В феврале 2008 года дата сдвинулась на первый квартал 2009 года. По словам Маска, задержке способствовали сложность и нормативные требования мыса Канаверал . [44]
Первое многодвигательное испытание (два двигателя, работающих одновременно, подключенных к первой ступени) было завершено в январе 2008 года. [45] Последующие испытания привели к 178-секундному (продолжительность миссии) испытательному запуску девяти двигателей в ноябре 2008 года. [46] В октябре 2009 года первое испытание полностью готовых к полету двигателей было проведено на испытательном полигоне в Макгрегоре, штат Техас . В ноябре SpaceX провела первоначальное испытательное включение второй ступени, длившееся сорок секунд. В январе 2010 года в Макгрегоре было проведено 329-секундное (продолжительность миссии) включение второй ступени для вывода на орбиту. [47]
Элементы стека прибыли на стартовую площадку для интеграции в начале февраля 2010 года. [48] Полетный стек перешел в вертикальное положение на космодроме 40 , мыс Канаверал , [49] а в марте SpaceX провела статический огневой тест, в ходе которого первая ступень была запущена без запуска. Тест был прерван в точке T−2 из-за отказа в гелиевом насосе высокого давления. Все системы до момента прерывания работали, как и ожидалось, и никаких дополнительных проблем не требовалось решать. Последующий тест 13 марта запустил двигатели первой ступени на 3,5 секунды. [50]
В декабре 2010 года производственная линия SpaceX производила Falcon 9 (и космический корабль Dragon) каждые три месяца. [51] К сентябрю 2013 года общая производственная площадь SpaceX увеличилась почти до 93 000 м 2 (1 000 000 кв. футов), чтобы поддерживать производственную мощность 40 ядер ракет в год. [52] По состоянию на ноябрь 2013 года завод производил один Falcon 9 в месяц [обновлять]. [53]
К февралю 2016 года темпы производства ядер Falcon 9 возросли до 18 в год, а количество ядер первой ступени, которые можно было собрать одновременно, достигло шести. [54]
С 2018 года SpaceX регулярно повторно использовала первые ступени, что снизило спрос на новые ядра. В 2023 году SpaceX осуществила 91 запуск Falcon 9, и только 4 из них использовали новые ускорители, и успешно восстановила ускоритель во всех полетах. Завод в Хоторне продолжает производить одну (расходную) вторую ступень для каждого запуска.
Ракеты семейства Falcon 9 запускались 395 раз за 14 лет, что привело к 392 полным успехам ( 99,24%), двум отказам в полете ( SpaceX CRS-7 и Starlink Group 9-3) и одному частичному успеху ( SpaceX CRS-1 , которая доставила свой груз на Международную космическую станцию (МКС), но вторичная полезная нагрузка застряла на более низкой, чем планировалось, орбите). Кроме того, одна ракета и ее полезная нагрузка ( AMOS-6 ) были уничтожены перед запуском в ходе подготовки к статическому огневому испытанию на стартовой площадке . Действующая версия ракеты, Falcon 9 Block 5 , совершила 326 успешных полетов.
В 2022 году Falcon 9 установил новый рекорд, выполнив 60 успешных запусков одним и тем же типом ракеты-носителя за календарный год. Это превзошло предыдущий рекорд, установленный «Союзом-У» , у которого было 47 запусков (45 успешных) в 1979 году. [55] В 2023 году семейство ракет Falcon (включая Falcon Heavy) имело 96 успешных запусков, превзойдя 63 запуска (61 успешный) семейства ракет Р-7 в 1980 году. [c] [56]
Falcon 9 прошла через несколько версий: v1.0 запускалась пять раз с 2010 по 2013 год, v1.1 запускалась 15 раз с 2013 по 2016 год, Full Thrust запускалась 36 раз с 2015 по 2015 год. Последняя версия, Block 5, была представлена в мае 2018 года. [57] С каждой итерацией Falcon 9 становилась более мощной и способной к вертикальной посадке. Поскольку вертикальные посадки стали более распространенными, SpaceX сосредоточилась на оптимизации процесса восстановления ускорителей, сделав его более быстрым и экономически эффективным. [58]
Производная Falcon Heavy — это ракета-носитель большой грузоподъемности, состоящая из трех ускорителей первой ступени Falcon 9. Центральный сердечник усилен, а боковые ускорители оснащены аэродинамическим носовым конусом вместо обычного промежуточного звена . [59]
Первая ступень ускорителей Falcon 9 успешно приземлилась в 356 из 368 попыток ( 96,7%), а версия Falcon 9 Block 5 — в 331 из 336 ( 98,5%). В общей сложности 332 повторных полета первой ступени ускорителей завершились успешным запуском вторых ступеней и, за исключением одного, полезных нагрузок.
.jpg/1280px-ORBCOMM-2_First-Stage_Landing_(23271687254).jpg)
F9 — двухступенчатая ракета-носитель с двигателем LOX / RP -1 .
Обе ступени оснащены ракетными двигателями Merlin 1D . Каждый двигатель Merlin выдает 854 кН (192 000 фунт- сил ) тяги. [70] Они используют пирофорную смесь триэтилалюминия - триэтилборана (TEA-TEB) в качестве воспламенителя двигателя. [71]
Ступень разгона имеет 9 двигателей, расположенных в конфигурации, которую SpaceX называет Octaweb . [72] Вторая ступень Falcon 9 имеет 1 короткое или обычное сопло, версию двигателя Merlin 1D Vacuum .
Falcon 9 способен потерять до двух двигателей и все равно завершить миссию, используя оставшиеся двигатели дольше.
Каждый ракетный двигатель Merlin управляется тремя голосующими компьютерами, каждый из которых имеет 2 ЦП, которые постоянно проверяют два других в трио. Двигатели Merlin 1D могут векторизовать тягу для корректировки траектории.
Стенки и купола топливного бака изготовлены из алюминиево-литиевого сплава . SpaceX использует бак, полностью сваренный трением с перемешиванием , для его прочности и надежности. [4] Бак второй ступени представляет собой укороченную версию бака первой ступени. Он использует большую часть тех же инструментов, материалов и методов производства. [4]
Промежуточная ступень F9, которая соединяет верхнюю и нижнюю ступени, представляет собой композитную конструкцию из углеродного волокна с алюминиевым сердечником, которая содержит многоразовые разделительные цанги и пневматическую систему толкателя. Первоначальная система разделения ступеней имела двенадцать точек крепления, сокращенных до трех для v1.1. [73]
Falcon 9 использует обтекатель полезной нагрузки (носовой конус) для защиты спутников (не Dragon) во время запуска. Обтекатель имеет длину 13 м (43 фута), диаметр 5,2 м (17 футов), весит приблизительно 1900 кг и изготовлен из оболочки из углеродного волокна, наложенной на алюминиевый сотовый сердечник. [74] SpaceX проектирует и изготавливает обтекатели в Хоторне. Испытания были завершены на объекте NASA Plum Brook Station весной 2013 года, где акустический удар и механическая вибрация запуска, а также условия электромагнитного статического разряда были смоделированы на полноразмерном испытательном образце в вакуумной камере . [75] С 2019 года обтекатели проектируются для повторного входа в атмосферу Земли и повторно используются для будущих миссий.
SpaceX использует несколько избыточных бортовых компьютеров в отказоустойчивой конструкции . Программное обеспечение работает на Linux и написано на C++ . [76] Для гибкости вместо радиационно-устойчивых деталей используются коммерческие готовые детали и общесистемная радиационно-устойчивая конструкция. [76] Каждая ступень имеет бортовые компьютеры уровня ступени, в дополнение к контроллерам двигателей Merlin, специфичным для той же отказоустойчивой триады конструкции для обработки функций управления ступенью. Каждый процессор микроконтроллера двигателя работает на архитектуре PowerPC . [77]
Ускорители, которые будут преднамеренно израсходованы, не имеют ног или плавников. Возвращаемые ускорители включают четыре выдвижные посадочные ноги, прикрепленные вокруг основания. [78]
Для управления спуском ядра через атмосферу SpaceX использует решетчатые ребра , которые раскрываются из транспортного средства [79] через несколько мгновений после разделения ступеней. [80] Первоначально версия V1.2 Full Thrust ракеты Falcon 9 была оснащена решетчатыми ребрами из алюминия, которые в конечном итоге были заменены более крупными, более аэродинамически эффективными и прочными титановыми ребрами. Модернизированные титановые решетчатые ребра, отлитые и вырезанные из цельного куска титана, обеспечивают значительно лучшую маневренность и выживаемость при экстремальном нагреве при входе в атмосферу, чем алюминиевые решетчатые ребра, и могут использоваться повторно неограниченное количество времени с минимальным восстановлением. [81] [82] [83]
Falcon 9 претерпел пять основных модификаций: v1.0 , v1.1 , Full Thrust (также называемый Block 3 или v1.2), Block 4 и Block 5 .
V1.0 совершил пять успешных орбитальных запусков с 2010 по 2013 год. Гораздо более крупный V1.1 совершил свой первый полет в сентябре 2013 года. Демонстрационная миссия несла небольшую основную полезную нагрузку весом 500 кг (1100 фунтов) — спутник CASSIOPE . [73] Затем последовали более крупные полезные нагрузки, начиная с запуска спутника связи SES-8 GEO . [84] И v1.0, и v1.1 использовали одноразовые ракеты-носители (ELV). Falcon 9 Full Thrust совершил свой первый полет в декабре 2015 года. Первая ступень версии Full Thrust была многоразовой . Текущая версия, известная как Falcon 9 Block 5 , совершила свой первый полет в мае 2018 года.
F9 v1.0 была одноразовой ракетой-носителем, разрабатывавшейся с 2005 по 2010 год. Впервые она полетела в 2010 году. V1.0 совершила пять полетов, после чего была снята с эксплуатации. Первая ступень была оснащена девятью двигателями Merlin 1C, расположенными в сетке 3 × 3. Каждый имел тягу на уровне моря 556 кН (125 000 фунт- сил ) для общей тяги при взлете около 5000 кН (1 100 000 фунт -сил ). [4] Вторая ступень была оснащена одним двигателем Merlin 1C, модифицированным для работы в вакууме , со степенью расширения 117:1 и номинальным временем горения 345 секунд. Газообразные двигатели N 2 использовались на второй ступени в качестве системы управления реакцией (RCS). [85]
Ранние попытки добавить легкую систему тепловой защиты к ступени разгона и парашютному спасению не увенчались успехом. [86]
В 2011 году SpaceX начала официальную программу разработки многоразовой ракеты Falcon 9 , изначально сосредоточившись на первой ступени. [80]
.jpg/1280px-Launch_of_Falcon_9_carrying_CASSIOPE_(130929-F-ET475-012).jpg)
V1.1 на 60% тяжелее и имеет на 60% большую тягу, чем v1.0. [73] Его девять (более мощных) двигателей Merlin 1D были перестроены в «восьмиугольную» схему [87] [88] , которую SpaceX назвала Octaweb . Это сделано для упрощения и оптимизации производства. [89] [90] Топливные баки стали на 60% длиннее, что сделало ракету более подверженной изгибу во время полета. [73]
Первая ступень v1.1 обеспечивала общую тягу на уровне моря при старте в 5885 кН (1323000 фунт- сила ), при этом двигатели работали в течение номинальных 180 секунд. Тяга ступени возросла до 6672 кН (1500000 фунт- сила ), когда ускоритель поднялся из атмосферы. [3]
Система разделения ступеней была переработана, чтобы сократить количество точек крепления с двенадцати до трех, [73] а также транспортное средство получило модернизированную авионику и программное обеспечение. [73]
Эти усовершенствования увеличили грузоподъемность с 9000 кг (20000 фунтов) до 13150 кг (28990 фунтов). [3] Президент SpaceX Гвинн Шотвелл заявила, что v1.1 имеет примерно на 30% больше грузоподъемности, чем указано в ее прайс-листе, с дополнительной маржой, зарезервированной для возвращаемых ступеней посредством активного повторного входа в атмосферу . [91]
Испытания первой ступени были завершены в июле 2013 года, [92] [93] а первый полет состоялся в сентябре 2013 года.
Линии подачи топлива воспламенителя второй ступени были позже изолированы для лучшей поддержки перезапуска в космосе после длительных фаз пассивного движения для маневров на орбитальной траектории. [94] Четыре выдвижные посадочные опоры из углеродного волокна/алюминиевого сотового каркаса были включены в более поздние полеты, где были предприняты попытки посадки. [95] [96] [97]
Спецификации цен и полезной нагрузки SpaceX, опубликованные для v1.1 по состоянию на март 2014 года, [обновлять]включали производительность на 30% выше, чем указано в опубликованном прайс-листе; SpaceX зарезервировала дополнительную производительность для проведения испытаний на повторное использование . Для v1.1 было сделано много инженерных изменений для поддержки повторного использования и восстановления первой ступени.
.jpg/1280px-Second-generation_titanium_grid_fins,_Iridium-2_Mission_(35533873795).jpg)
Модернизация Full Thrust (также известная как FT, v1.2 или Block 3) [98] [99] внесла существенные изменения. Она добавила криогенное охлаждение топлива для увеличения плотности, что позволило увеличить тягу на 17%, улучшила систему разделения ступеней, удлинила вторую ступень для размещения дополнительного топлива и усилила стойки для размещения баллонов с гелием, которые, как полагают, были связаны с неудачей полета 19. [100] Она предлагала многоразовую первую ступень . Планы по повторному использованию второй ступени были отклонены, поскольку вес теплового экрана и другого оборудования слишком сильно уменьшил бы полезную нагрузку. [101] Многоразовый ускоритель был разработан с использованием систем и программного обеспечения, протестированных на прототипах Falcon 9.
Автономная система безопасности полетов (AFSS) заменила наземный персонал и оборудование управления полетами. AFSS предлагала бортовые источники позиционирования, навигации и синхронизации, а также логику принятия решений. Преимущества AFSS включали повышение общественной безопасности, снижение зависимости от инфраструктуры полигона, снижение стоимости космических перевозок на дальность, повышение предсказуемости и доступности расписания, эксплуатационную гибкость и гибкость слота запуска». [102]
Возможности FT позволили SpaceX выбирать между увеличением полезной нагрузки, снижением цены запуска или и тем, и другим. [103]
Его первая успешная посадка состоялась в декабре 2015 года [104] , а первый повторный полет — в марте 2017 года. [105] В феврале 2017 года запуск CRS-10 стал первым эксплуатационным запуском с использованием AFSS. Все запуски SpaceX после 16 марта использовали AFSS. Миссия 25 июня вывела на орбиту вторую партию из десяти спутников Iridium NEXT , для которых алюминиевые решетчатые ребра были заменены более крупными титановыми версиями для улучшения управления и устойчивости к нагреву во время входа в атмосферу . [81]
В 2017 году SpaceX начала вносить постепенные изменения в Full Thrust, получившую внутреннее название Block 4. [106] Первоначально только вторая ступень была модифицирована до стандартов Block 4, летая поверх первой ступени Block 3 в трех миссиях: NROL-76 и Inmarsat-5 F5 в мае 2017 года и Intelsat 35e в июле 2017 года. [107] Block 4 был описан как переход между Full Thrust v1.2 Block 3 и Block 5. Он включает в себя постепенные улучшения тяги двигателей, ведущие к Block 5. [108] Первым полетом полной конструкции Block 4 (первая и вторая ступени) стала миссия SpaceX CRS-12 14 августа. [109]
В октябре 2016 года Маск описал Block 5 как идущий с «множеством мелких усовершенствований, которые в совокупности важны, но повышенная тяга и улучшенные опоры являются наиболее значительными». [110] В январе 2017 года Маск добавил, что Block 5 «значительно улучшает производительность и упрощает повторное использование». [111] Первый полет состоялся 11 мая 2018 года [112] со спутником Bangabandhu Satellite-1 . [113]
По состоянию на 18 октября 2024 года Falcon 9 достигла 381 из 384 полных успехов миссии ( 99,2%). SpaceX CRS-1 успешно выполнила свою основную миссию, но оставила вторичную полезную нагрузку на неправильной орбите, в то время как SpaceX CRS-7 была разрушена в полете. Кроме того, AMOS-6 распалась на стартовой площадке во время заправки для испытания двигателя. У блока 5 показатель успешности составляет 99,7% (327/328). Для сравнения, отраслевой эталон серии «Союз» осуществил 1880 запусков [127] с показателем успешности 95,1% (показатель успешности последнего «Союза-2» составляет 94%), [128] российская серия «Протон» осуществила 425 запусков с показателем успешности 88,7% (показатель успешности последнего «Протона-М» составляет 90,1%), европейская Ariane 5 осуществила 117 запусков с показателем успешности 95,7%, а китайская Long March 3B осуществила 85 запусков с показателем успешности 95,3%.
Последовательность запуска F9 включает функцию удержания, которая обеспечивает полное зажигание двигателя и проверку систем перед стартом. После запуска двигателя первой ступени пусковая установка удерживается и не выпускается для полета до тех пор, пока не будет подтверждено, что все двигательные и транспортные системы работают нормально. Похожие системы удержания использовались на ракетах-носителях, таких как Saturn V [129] и Space Shuttle . Автоматическое безопасное отключение и выгрузка топлива происходят в случае обнаружения каких-либо ненормальных условий. [4] До даты запуска SpaceX иногда завершает цикл испытаний, завершающийся статическим запуском двигателя первой ступени в течение трех с половиной секунд. [130] [131]
F9 имеет тройной резервный бортовой компьютер и инерциальную навигацию с наложением GPS для дополнительной точности. [4]
Как и в семействе ракет «Сатурн» , несколько двигателей позволяют завершить миссию, даже если один из них выйдет из строя. [4] [132] Были опубликованы подробные описания разрушительных режимов отказа двигателя и заложенных в конструкцию возможностей отказа двигателя. [133]
SpaceX подчеркнула, что первая ступень разработана для возможности «выход двигателя». [4] CRS-1 в октябре 2012 года был частично успешным после того, как двигатель номер 1 потерял давление на 79 секунде, а затем отключился. Чтобы компенсировать возникшую потерю ускорения, первая ступень должна была гореть на 28 секунд дольше, чем планировалось, а вторая ступень должна была гореть на дополнительные 15 секунд. Это дополнительное время горения сократило запасы топлива, так что вероятность того, что топлива будет достаточно для выполнения миссии, упала с 99% до 95%. Поскольку NASA выкупило запуск и, следовательно, по контракту контролировало несколько точек принятия решения о миссии, NASA отклонило запрос SpaceX на перезапуск второй ступени и попытку доставить вторичную полезную нагрузку на правильную орбиту. В результате вторичная полезная нагрузка вернулась в атмосферу. [134]
Двигатели Merlin 1D дважды преждевременно останавливались при подъеме. Ни один из них не повлиял на основную миссию, но обе попытки посадки провалились. В миссии Starlink 18 марта 2020 года один из двигателей первой ступени отказал за 3 секунды до отключения из-за возгорания некоторого количества изопропилового спирта , который не был должным образом очищен после очистки. [135] В другой миссии Starlink 15 февраля 2021 года горячие выхлопные газы попали в двигатель из-за отверстия в его крышке, образовавшегося из-за усталости. [136] SpaceX заявила, что у неисправной крышки было «самое большое... количество полетов, которое видела эта конкретная конструкция чехла [крышки]». [137]
SpaceX с самого начала планировала сделать обе ступени многоразовыми. [138] Первые ступени ранних полетов Falcon были оснащены парашютами и были покрыты слоем абляционной пробки, чтобы позволить им пережить возвращение в атмосферу . Они были разрушены сопутствующим аэродинамическим напряжением и нагревом. [86] Ступени были устойчивы к коррозии в соленой воде. [138]
В конце 2011 года SpaceX отказалась от парашютов в пользу автоматического спуска . [139] [140] Проектирование было завершено к февралю 2012 года. [80]
Первые летные испытания посадок с использованием двигателей были проведены на суборбитальной ракете Grasshopper . [141] В период с 2012 по 2013 год этот демонстрационный испытательный аппарат на низкой высоте и низкой скорости совершил восемь вертикальных посадок , включая 79-секундный полет туда и обратно на высоту 744 м (2441 фут). В марте 2013 года SpaceX объявила, что с первого полета v1.1 каждый ускоритель будет оборудован для спуска с использованием двигателей. [96]
.jpg/1280px-CRS-8_first_stage_landing_(26366878046).jpg)
Для полета 6 в сентябре 2013 года после разделения ступеней план полета предусматривал, что первая ступень должна будет произвести включение для снижения скорости входа в атмосферу, а затем второе включение непосредственно перед достижением воды. Хотя это не было полным успехом, ступень смогла изменить направление и совершить контролируемый вход в атмосферу. [142] Во время последнего включения при посадке двигатели RCS не смогли преодолеть аэродинамически вызванное вращение. Центробежная сила лишила двигатель топлива, что привело к преждевременному отключению двигателя и жесткому приводнению. [142]
После еще четырех испытаний на посадку в океан, ускоритель CRS-5 попытался приземлиться на плавающую платформу ASDS в январе 2015 года. Ракета включала (впервые в орбитальной миссии) аэродинамические поверхности управления с решетчатым ребром и успешно направилась к кораблю, прежде чем у нее закончилась гидравлическая жидкость, и она врезалась в платформу. [143] Вторая попытка произошла в апреле 2015 года на CRS-6 . После запуска двухкомпонентный клапан застрял, что не позволило системе управления достаточно быстро среагировать для успешной посадки. [144]
Первая попытка посадки ускорителя на наземную площадку вблизи места запуска была предпринята во время полета 20 в декабре 2015 года. Посадка прошла успешно, и ускоритель был восстановлен. [145] [146] Это был первый случай в истории , когда после запуска орбитальной миссии первая ступень достигла контролируемой вертикальной посадки . Первая успешная посадка ускорителя на ASDS произошла в апреле 2016 года на беспилотном корабле Of Course I Still Love You во время CRS-8 .
С 2013 по 2016 год было проведено шестнадцать испытательных полетов, шесть из которых достигли мягкой посадки и восстановления ускорителя. С января 2017 года, за исключением центрального ядра из испытательного полета Falcon Heavy , миссии Falcon Heavy USAF STP-2 , миссии пополнения запасов Falcon 9 CRS-16 и миссий Starlink -4, 5 и 19, [147] [148] каждая попытка посадки была успешной. Два ускорителя были потеряны или уничтожены в море после посадки: центральное ядро, использовавшееся во время миссии Arabsat-6A , [149] и B1058 после завершения полета Starlink. [150]
.jpg/1280px-SES-10_Launch_-_world's_first_reflight_of_an_orbital_class_rocket_(32915200224).jpg)
Первый оперативный повторный запуск ранее запущенного ускорителя был выполнен в марте 2017 года [151] с B1021 в миссии SES-10 после CRS-8 в апреле 2016 года. [152] После второй посадки он был выведен из эксплуатации. [153] В июне 2017 года ускоритель B1029 помог вывести BulgariaSat-1 на геостационарную орбиту после миссии Iridium NEXT LEO в январе 2017 года, снова обеспечив повторное использование и посадку восстановленного ускорителя. [154] Третий повторный запуск состоялся в ноябре 2018 года в миссии SSO-A . Ядро миссии, Falcon 9 B1046 , было первым произведенным ускорителем Block 5 и первоначально летало в миссии Bangabandhu Satellite-1 . [155]
В мае 2021 года первый ускоритель совершил 10 полетов. Маск указал, что SpaceX намерена запускать ускорители до тех пор, пока не увидит сбой в миссиях Starlink. [156] [157] По состоянию на 18 октября 2024 года рекорд составляет 23 полета одного и того же ускорителя.
SpaceX разработала обтекатели полезной нагрузки, оснащенные управляемым парашютом, а также двигателями RCS, которые можно восстанавливать и использовать повторно. Половина обтекателя полезной нагрузки была восстановлена после мягкой посадки в океане в первый раз в марте 2017 года после SES-10 . [61] Впоследствии началась разработка системы на базе корабля, включающей массивную сеть, для улавливания возвращающихся обтекателей. Для этой роли были оборудованы два специальных корабля, которые совершили свои первые уловы в 2019 году. [158] Однако после неоднозначного успеха SpaceX вернулась к посадкам на воду и восстановлению во влажной среде. [159]
Несмотря на публичные заявления о том, что они попытаются сделать вторую ступень многоразовой, к концу 2014 года SpaceX определила, что масса, необходимая для теплового экрана, посадочных двигателей и другого оборудования для поддержки возвращения второй ступени, является непомерно высокой, и отказалась от попыток повторного использования второй ступени. [101] [160]
.jpg/1280px-Launch_of_Falcon_9_carrying_ABS-EUTELSAT_(16510241270).jpg)
К началу 2018 года F9 регулярно запускался с трех орбитальных стартовых площадок : стартовый комплекс 39A Космического центра Кеннеди , [ 161] космический стартовый комплекс 4E базы ВВС Ванденберг , [162] [142] и космический стартовый комплекс 40 на станции ВВС на мысе Канаверал . Последний был поврежден в результате аварии AMOS-6 в сентябре 2016 года, но снова был в рабочем состоянии к декабрю 2017 года. [163] [164]
21 апреля 2023 года Космические силы США , Space Launch Delta 30, предоставили SpaceX разрешение на аренду космодрома Ванденберг 6 для запусков Falcon 9 и Falcon Heavy. [165] SLC-6, вероятно, станет четвертой стартовой площадкой для Falcon 9.
Во время первого полета Falcon 9 в 2010 году цена запуска v1.0 составляла от 49,9 до 56 миллионов долларов США. [4] После этого цена увеличилась до 54–59,5 миллионов долларов США (2012). [166] 56,5 миллионов долларов США (v1.1, август 2013 г.), [167] 61,2 миллиона долларов США (июнь 2014 г.), [168] 62 миллиона долларов США (Full Thrust, май 2016 г.), [169] до <30 миллионов долларов США (2024 г.). [170] [171] Средняя стоимость грузовых миссий Dragon на МКС составляет 133 миллиона долларов США по контракту с фиксированной ценой с NASA , включая стоимость космического корабля. [172] Миссия DSCOVR 2013 года , запущенная с помощью Falcon 9 для Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), обошлась в 97 миллионов долларов США. [173]
В 2004 году Илон Маск заявил: «В конечном итоге, я считаю, что 500 за фунт (1100/кг) [полезной нагрузки, доставленной на орбиту] или меньше вполне достижимы». [174] При цене запуска 2016 года с полной полезной нагрузкой на НОО стоимость запуска Full Thrust достигла 1200 долларов США/фунт (2600 долларов США/кг).
В 2011 году Маск подсчитал, что топливо и окислитель для v1.0 стоят около 200 000 долларов США. [175] Первая ступень использует 245 620 л (54 030 имп галлонов; 64 890 галлонов США) жидкого кислорода и 146 020 л (32 120 имп галлонов; 38 570 галлонов США) топлива RP-1 , [176] тогда как вторая ступень использует 28 000 л (6 200 имп галлонов; 7 400 галлонов США) жидкого кислорода и 17 000 л (3 700 имп галлонов; 4 500 галлонов США) RP-1. [1]
К 2018 году снижение стоимости запуска F9 привлекло конкурентов. Arianespace начала работать над Ariane 6 , United Launch Alliance (ULA) над Vulcan Centaur , а International Launch Services (ILS) над Proton Medium . [177]
26 июня 2019 года Джонатан Хофеллер (вице-президент SpaceX по коммерческим продажам) заявил, что скидки, предоставляемые первым клиентам, использующим повторно используемые ускорители, стали стандартной ценой. [178] В октябре 2019 года «базовая цена» Falcon 9 в размере 62 миллионов долларов США за запуск была снижена до 52 миллионов долларов США для полетов, запланированных на 2021 год и далее. [179]
10 апреля 2020 года администратор Роскосмоса Дмитрий Рогозин заявил, что его компания снижает цены на 30%, утверждая, что SpaceX демпингует цены, взимая с коммерческих клиентов 60 миллионов долларов США за полет, в то время как NASA взимает от 1,5 до 4 раз больше за тот же полет. [180] Маск отверг это утверждение и ответил, что разница в цене отражает тот факт, что Falcon 9 на 80% пригодны для повторного использования, в то время как российские ракеты одноразовые. [181] Генеральный директор ULA Тори Бруно заявил: «Наша оценка по-прежнему составляет около 10 полетов в среднем по флоту для достижения стабильной точки безубыточности... и что никто не приблизился к этому». [182] Однако Илон Маск ответил: «Сокращение полезной нагрузки из-за повторного использования ускорителя и обтекателя составляет <40% для Falcon 9, а восстановление и восстановление — <10%, так что вы примерно равны с 2 полетами, определенно впереди с 3». [183] В апреле 2020 года CNBC сообщил, что запуски ВВС США обходятся в 95 миллионов долларов США из-за дополнительной безопасности. Руководитель SpaceX Кристофер Кулурис заявил, что повторное использование ракет может привести к еще более низким ценам, что «запуск обходится в 28 миллионов долларов, и это со всем». [183]
В 2024 году было заявлено, что внутренние затраты SpaceX на запуск Falcon 9 составили «значительно меньше 20 миллионов долларов», что было достигнуто за счет повторного использования первой ступени ракеты и обтекателей полезной нагрузки. [184]
SpaceX предлагает две программы совместных поездок, регулярно запланированные полеты Falcon 9 для развертывания малых спутников: Transporter и Bandwagon. Программа Transporter стартовала в 2021 году и специализируется на доставке полезных грузов на солнечно-синхронные орбиты, в первую очередь обслуживая миссии по наблюдению за Землей, при этом полеты обычно выполняются каждые четыре месяца. Программа Bandwagon стартовала в 2024 году, предлагает доступ к орбитам со средним наклоном приблизительно в 45 градусов, при этом полеты обычно выполняются каждые шесть месяцев. [185] [186] В отличие от традиционных схем вторичной полезной нагрузки, эти программы не полагаются на основную миссию. Вместо этого SpaceX предлагает уникальную опцию «торт-топпер» для более крупных спутников весом от 500 до 2500 килограммов (от 1100 до 5500 фунтов). [187]
SpaceX также предлагает более традиционные совместные поездки, когда небольшие спутники подключаются к запуску большой основной полезной нагрузки. [185] В прошлом компания предлагала клиентам возможность установки полезных нагрузок с помощью кольца адаптера вторичной полезной нагрузки EELV (ESPA), того же самого межступенчатого адаптера, который впервые использовался для запуска вторичных полезных нагрузок в миссиях Министерства обороны США , использующих усовершенствованные одноразовые ракеты-носители (EELV) Atlas V и Delta IV . [188]
Несмотря на то, что Falcon 9 является ракетой-носителем средней грузоподъемности, благодаря этим программам SpaceX стала ведущим поставщиком совместных запусков. Учитывая частые запуски компании и низкие цены, операторам ракет-носителей малой грузоподъемности стало трудно конкурировать. [187]
SpaceX впервые выставила Falcon 9 ( B1019 ) на всеобщее обозрение в своей штаб-квартире в Хоторне, Калифорния , в 2016 году. [189]
В 2019 году SpaceX пожертвовала Falcon 9 (B1035) Космическому центру Хьюстона в Хьюстоне, штат Техас . Это был ускоритель, который совершил две миссии, «11-ю и 13-ю миссии по доставке грузов на Международную космическую станцию [и был] первой ракетой Falcon 9, которую NASA согласилось запустить во второй раз». [190] [191]
В 2021 году компания SpaceX передала в дар комплексу посетителей Космического центра Кеннеди боковой ускоритель Falcon Heavy ( B1023 ) . [192]
В 2023 году Falcon 9 ( B1021 ) [193] будет выставлен на всеобщее обозрение возле штаб-квартиры Dish Network в Литтлтоне, штат Колорадо . [194]
Российское космическое агентство приступило к разработке ракеты «Союз-7» («Амур») , которая во многом схожа с Falcon 9, включая многоразовую первую ступень, которая будет приземляться вертикально с помощью опор. [195] Первый запуск запланирован на 2028–2030 годы. [196]
Китайская компания Beijing Tianbing Technology разрабатывает Tianlong-3 , которая будет сравниваться с Falcon 9. [197] В 2024 году центральное правительство Китая определило коммерческий космос как ключевую отрасль для поддержки, при этом многоразовые пусковые установки средней грузоподъемности необходимы для развертывания запланированных Китаем мегасозвездий связи на низкой околоземной орбите . [198]
также ознаменовал первый полет Falcon 9 Full Thrust, внутри компании известной только как "Upgraded Falcon 9"
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в открытом доступе : «Подробные данные о миссии – Демонстрация первого полета Falcon-9 ELV». NASA. Архивировано из оригинала 16 октября 2011 г. Получено 26 мая 2010 г.22.07.18 Falcon 9 v1.2 F9-59 Telstar 19V 7.075 CC 40 GTO-.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : Дэвид Дж. Франкель (26 апреля 2010 г.). «Протоколы Комитета по коммерческому космосу NAC» (PDF) . NASA. Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 г. Получено 24 июня 2017 г.В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «COTS 2006 Demo Competition». NASA. 18 января 2006 г. Архивировано из оригинала 22 июня 2017 г. Получено 24 июня 2017 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Space Exploration Technologies (SpaceX)». NASA. 24 октября 2016 г. Архивировано из оригинала 24 октября 2016 г. Получено 24 июня 2017 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Заявление Уильяма Х. Герстенмайера, помощника администратора по космическим операциям, перед Комитетом по науке, космосу и технологиям, Подкомитетом по космосу и аэронавтике Палаты представителей США» (PDF) . Палата представителей США. 26 мая 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 8 сентября 2016 г. Получено 8 сентября 2016 г.«Правительство является необходимым якорным арендатором для коммерческих грузовых перевозок, но его недостаточно для создания новой экономической экосистемы», — говорит Скотт Хаббард, исследователь в области аэронавтики из Стэнфордского университета в Калифорнии и бывший директор Исследовательского центра Эймса НАСА в Моффетт-Филд, Калифорния.
В этой статье использован текст из этого источника, который находится в открытом доступе : «Falcon 9 Launch Vehicle NAFCOM Cost Estimates» (PDF) . nasa.gov. Август 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 2 марта 2012 г. Получено 28 февраля 2012 г.«В конечном итоге НАСА выделило нам около 396 миллионов долларов; SpaceX вложила более 450 миллионов долларов... [на] ракету-носитель класса EELV... а также капсулу».
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Соглашение о космическом акте между NASA и Space Exploration Technologies, Inc., для демонстрации услуг коммерческой орбитальной транспортировки» (PDF) . NASA. 30 мая 2006 г. Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 г. Получено 24 июня 2017 г.течение года нам нужно довести его с того места, где он находится сейчас, а именно примерно по одному ядру ракеты каждые четыре недели, до одного ядра ракеты каждые две недели... К концу 2015 года, говорит президент SpaceX
Гвинн Шотвелл
, компания планирует увеличить производство до 40 ядер в год.
Центральный блок первой ступени Falcon Heavy и ускорители оснащены посадочными опорами, которые безопасно приземлят каждый блок на Землю после взлета.
«Во время четвертого запуска Falcon I первая ступень сгорела, поэтому мы собираемся усилить систему тепловой защиты (TPS). Мы считаем, что к шестому полету мы с большой вероятностью восстановим первую ступень, и когда получим ее обратно, посмотрим, что выжило при входе в атмосферу, а что сгорело, и продолжим процесс. Это только для того, чтобы сделать первую ступень многоразовой, со второй ступенью будет еще сложнее — у нее должен быть полный теплозащитный экран, она должна иметь двигательную установку для схода с орбиты и связь».
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Ежегодный сборник коммерческих космических перевозок: 2012» (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. Февраль 2013 г. Архивировано (PDF) из оригинала 24 февраля 2017 г. Получено 24 июня 2017 г.В настоящее время SpaceX производит один корабль в месяц, но ожидается, что это число увеличится до «18 в год в течение следующих нескольких кварталов». По ее словам, к концу 2014 года SpaceX будет производить 24 ракеты-носителя в год.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Вышеупомянутая вторая ступень будет выполнять сложную задачу во время этой миссии, выводя 5300-килограммовый космический корабль SES-9 на геостационарную переходную орбиту.
весе 5,3 тонны AMOS-6 является крупнейшим спутником связи, когда-либо построенным IAI. Запуск AMOS-6 запланирован на начало 2016 года с
мыса Канаверал
на борту ракеты-носителя Space-X Falcon 9.
AMOS-6
заменит
AMOS-2
, 16-летний срок службы которого подходит к концу.
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в открытом доступе : «Оценка надежности миссии космического корабля «Союз»» (PDF) . NASA. Январь 2010 г. Рисунок 2: Исторические данные о запусках ракет (семейство ракет «Союз»). Архивировано (PDF) из оригинала 16 февраля 2015 г. Получено 4 мая 2015 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Hold-Down Arms and Tail Service Masts». NASA. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года . Получено 24 июня 2017 года .проводит статический огневой тест — который обычно заканчивается 3,5-секундным запуском двигателя — перед каждым запуском, чтобы устранить проблемы с ракетой и наземными системами. Упражнение также помогает инженерам репетировать перед настоящим днем запуска.
«Как только все девять двигателей и ступень будут работать как единая система, мы проведем обширные испытания на «выход двигателя». Это включает взрывные и огневые испытания барьеров, которые отделяют двигатели друг от друга и от транспортного средства. ... Следует сказать, что все режимы отказов, которые мы наблюдали на сегодняшний день на испытательном стенде для Merlin 1C , относительно безобидны — турбонасос, камера сгорания и сопло не разрываются взрывом даже при воздействии экстремальных обстоятельств. Мы видели, как газогенератор (который приводит в действие узел турбонасоса) разлетался на части во время последовательности запуска (нет никаких проверок, чтобы предотвратить это), но это небольшое устройство, вряд ли способное нанести серьезный ущерб своему собственному двигателю, не говоря уже о соседних. Тем не менее, как и в случае с гондолами двигателей на коммерческих самолетах, огне-/взрывные барьеры будут предполагать, что вся камера разлетится на части наихудшим из возможных способов. Нижние закрывающие панели спроектированы так, чтобы направлять любую силу или пламя вниз, в сторону от соседних двигателей и самой ступени. ... мы обнаружили, что способность Falcon 9 выдерживать один или даже несколько отказов двигателя, как это делают коммерческие авиалайнеры, и при этом выполнять свою миссию, является убедительным аргументом для покупателей. За исключением Space Shuttle и Soyuz , ни одна из существующих [2007] ракет-носителей не может позволить себе потерять даже одну камеру сгорания без потери миссии".
запросил
, чтобы SpaceX вывел один из своих небольших спутников (весом в несколько сотен фунтов, в то время как Dragon весил более 12 000 фунтов)... Чем выше орбита, тем больше тестовых данных [Orbcomm] может собрать, поэтому они запросили, чтобы мы попытались перезапустить и поднять высоту. NASA согласилось разрешить это, но только при условии наличия значительных запасов топлива, поскольку орбита будет близка к
Международной космической станции
. Важно понимать, что
Orbcomm
с самого начала понимал, что маневр по подъему орбиты был предварительным. Они признали, что существует высокий риск того, что их спутник останется на орбите выведения Dragon...
ступени ракеты вернутся на стартовую площадку и приземлятся вертикально, под действием ракетной тяги, на шасси после доставки космического корабля на орбиту
.
{{cite news}}: CS1 maint: url-status ( ссылка ){{cite news}}: CS1 maint: url-status ( ссылка ) В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : Свидетельство Илона Маска (5 мая 2004 г.). «Space Shuttle and the Future of Space Launch Vehicles». Сенат США. Архивировано из оригинала 9 сентября 2012 г. Получено 4 марта 2010 г. В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «Оценка воздействия на окружающую среду, обратный запуск и посадка первой ступени Falcon 9 на SLC-4 West» (PDF) . SpaceX. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2017 года . Получено 2 апреля 2018 года .SpaceX ... разработала цены на запуск этих вторичных полезных нагрузок ... P-POD будет стоить от 200 000 до 325 000 долларов для миссий на НОО или от 350 000 до 575 000 долларов для миссий на геосинхронную переходную орбиту (GTO). Спутник класса ESPA весом до 180 килограммов будет стоить 4–5 миллионов долларов для миссий на НОО и 7–9 миллионов долларов для миссий на ГТО, сказал он.
