Falcon 9 Full Thrust (также известная как Falcon 9 v1.2 ) — частично многоразовая двухступенчатая ракета - носитель средней грузоподъемности [a], разработанная и произведенная в США компанией SpaceX . Это третья основная версия семейства Falcon 9 , разработанная в 2014 году, с первыми пусковыми операциями в декабре 2015 года. Позднее она была усовершенствована в Block 4 и Block 5. По состоянию на 5 ноября 2024 года все варианты Falcon 9 Full Thrust (включая Block 4 и 5) выполнили 371 запуск, при этом произошел только один сбой: Starlink Group 9-3 .
22 декабря 2015 года версия Full Thrust семейства Falcon 9 стала первой ракетой-носителем на орбитальной траектории, которая успешно вертикально посадила первую ступень . Посадка следовала программе разработки технологий, проводившейся с 2013 по 2015 год. Некоторые из требуемых технологических достижений, такие как посадочные опоры, были впервые применены в версии Falcon 9 v1.1, но эта версия так и не приземлилась в целости и сохранности. Начиная с 2017 года, ранее запущенные ускорители первой ступени повторно использовались для запуска новых полезных нагрузок на орбиту. [9] [10] Это быстро стало рутиной, в 2018 и 2019 годах более половины всех полетов Falcon 9 повторно использовали ускоритель. В 2020 году доля повторно используемых ускорителей увеличилась до 81%.
Falcon 9 Full Thrust — это существенное усовершенствование по сравнению с предыдущей ракетой Falcon 9 v1.1 , которая совершила свою последнюю миссию в январе 2016 года. Благодаря улучшенным двигателям первой и второй ступени, большему топливному баку второй ступени и уплотнению топлива, ракета может выводить значительные полезные грузы на геостационарную орбиту и выполнять реактивную посадку для восстановления. [11]
Основной целью новой конструкции было обеспечение возможности повторного использования ускорителя для более широкого спектра миссий, включая доставку больших спутников связи на геосинхронную орбиту . [12]
Как и в более ранних версиях Falcon 9, а также в серии Saturn из программы Apollo , наличие нескольких двигателей первой ступени может позволить завершить миссию, даже если один из двигателей первой ступени откажет в середине полета. [13]
Третья версия Falcon 9 была разработана в 2014–2015 годах и совершила свой первый полет в декабре 2015 года. Falcon 9 Full Thrust — это модифицированный многоразовый вариант семейства Falcon 9 с возможностями, которые превосходят Falcon 9 v1.1, включая возможность «посадить первую ступень для миссий на геостационарную переходную орбиту (GTO) на беспилотный корабль » [14] [15] Ракета была спроектирована с использованием систем и программных технологий, которые были разработаны в рамках программы разработки многоразовой пусковой системы SpaceX , частной инициативы SpaceX для содействия быстрому повторному использованию как первой, так и в долгосрочной перспективе второй ступени ракет-носителей SpaceX. [16] Различные технологии были испытаны на демонстраторе технологий Grasshopper , а также в нескольких полетах Falcon 9 v1.1, на которых проводились испытания управляемого спуска ускорителя после миссии . [17]
В 2015 году SpaceX внесла ряд изменений в существующую ракету Falcon 9 v1.1. Новая ракета получила внутреннее название Falcon 9 Full Thrust, [18] а также известна как Falcon 9 v1.2, Enhanced Falcon 9, Full-Performance Falcon 9, [14] и Falcon 9 Upgrade. [19]
Основной целью новой конструкции было обеспечение возможности повторного использования ускорителя для более широкого спектра миссий, включая доставку больших спутников связи на геосинхронную орбиту . [12]
Изменения в обновленной версии включают в себя:
Модифицированная конструкция получила дополнительные 1,2 метра (3 фута 11 дюймов) высоты, достигнув ровно 70 метров (230 футов), включая обтекатель полезной нагрузки, [13] при этом общая производительность возросла на 33 процента. [19] Новый двигатель первой ступени имеет значительно увеличенное отношение тяги к весу.
Первая ступень ракеты-носителя с полной тягой могла бы достичь низкой околоземной орбиты как одноступенчатая ракета-носитель, если бы она не несла верхнюю ступень и тяжелый спутник. [23]
Версии, запущенные в 2017 году, включали экспериментальную систему восстановления для половин обтекателя полезной нагрузки. 30 марта 2017 года SpaceX впервые восстановила обтекатель с миссии SES-10 благодаря двигателям и управляемому парашюту, помогающему ему плавно приземлиться на воду. [24]
В полете 25 июня 2017 года ( Iridium NEXT 11–20) алюминиевые решетчатые ребра были заменены титановыми версиями для улучшения управляемости и лучшего совладания с теплом во время входа в атмосферу . [25] После послеполетных проверок Илон Маск объявил, что новые решетчатые ребра, скорее всего, не потребуют обслуживания между полетами. [26]
SpaceX уже некоторое время разрабатывает альтернативную автономную систему для замены традиционных наземных систем , которые использовались для всех запусков в США на протяжении более шести десятилетий. Автономная система использовалась в некоторых суборбитальных испытательных полетах SpaceX VTVL в Техасе и параллельно летала в ряде орбитальных запусков в рамках процесса тестирования системы для получения одобрения на использование в эксплуатационных полетах.
В феврале 2017 года запуск CRS-10 компании SpaceX стал первым эксплуатационным запуском с использованием новой автономной системы безопасности полетов (AFSS) на « восточном или западном полигоне Космического командования ВВС ». Следующий полет SpaceX, EchoStar 23 в марте, был последним запуском SpaceX с использованием исторической системы наземных радаров, компьютеров слежения и персонала в стартовых бункерах, которая использовалась более шестидесяти лет для всех запусков с Восточного полигона. Для всех будущих запусков SpaceX AFSS заменила «наземный персонал и оборудование управления полетами миссий на бортовые источники позиционирования, навигации и синхронизации и логику принятия решений. Преимущества AFSS включают в себя повышение общественной безопасности, снижение зависимости от инфраструктуры полигона, снижение стоимости космических перевозок на дальность, повышение предсказуемости и доступности расписания, эксплуатационную гибкость и гибкость слотов запуска». [27] [28]
В 2017 году SpaceX начала вносить постепенные изменения в версию Falcon 9 Full Thrust, назвав их «Block 4». [29] Сначала только вторая ступень была модифицирована до стандартов Block 4, летая поверх первой ступени «Block 3» в трех миссиях: NROL -76 и Inmarsat-5 F4 в мае 2017 года и Intelsat 35e в июле. [30] Block 4 был описан как переход между Full Thrust v1.2 «Block 3» и следующим Falcon 9 Block 5. Он включает в себя постепенные улучшения тяги двигателя, ведущие к окончательной тяге для Block 5. [31] Первым полетом полной конструкции Block 4 (первая и вторая ступени) стала миссия NASA CRS-12 14 августа 2017 года. [32]
SpaceX объявила в 2017 году, что разрабатывается еще одна серия дополнительных улучшений, версия Falcon 9 Block 5 , которая пришла на смену переходной Block 4. Самые большие изменения между Block 3 и Block 5 — это более высокая тяга на всех двигателях и улучшения на посадочных опорах. Кроме того, многочисленные небольшие изменения помогут оптимизировать восстановление и повторное использование ускорителей первой ступени . Изменения направлены на увеличение скорости производства и эффективности повторного использования. SpaceX стремится запустить каждый ускоритель Block 5 десять раз, проводя только проверки между ними, и до 100 раз с восстановлением. [33] [34]
Вторые ступени блока 5 могут быть построены с использованием комплекта расширения миссии , что позволит увеличить продолжительность работы и/или увеличить количество запусков двигателя.
Технические характеристики Falcon 9 Full Thrust следующие: [13] [30] [35]
Falcon 9 Full Thrust использует промежуточную ступень длиной 4,5 метра [35] , которая длиннее и прочнее, чем промежуточная ступень Falcon 9 v1.1. Это « композитная структура , состоящая из алюминиевого сотового сердечника, окруженного слоями лицевой обшивки из углеродного волокна ». [13] Общая длина ракеты при запуске составляет 70 метров, а общая заправленная масса — 549 000 кг. [35] Используемый алюминиево-литиевый сплав — 2195-T8 . [37]
Модернизированный корабль Falcon 9 Full Thrust «включает системы восстановления первой ступени , позволяющие SpaceX возвращать первую ступень на стартовую площадку после завершения основных требований миссии. Эти системы включают четыре развертываемые посадочные опоры , которые фиксируются на баке первой ступени во время подъема. Избыточное топливо, зарезервированное для операций по восстановлению первой ступени Falcon 9, будет перенаправлено для использования на основной цели миссии, если потребуется, обеспечивая достаточный запас производительности для успешных миссий». [13] Номинальная грузоподъемность на геостационарной переходной орбите составляет 5500 килограммов (12 100 фунтов) с восстановлением первой ступени (цена за запуск составляет 62 миллиона долларов США) по сравнению с 8300 килограммами (18 300 фунтов) с одноразовой первой ступенью. [35]
Еще в марте 2014 года цены и спецификации полезной нагрузки SpaceX, опубликованные для одноразовой ракеты Falcon 9 v1.1, фактически включали примерно на 30 процентов больше производительности, чем указано в опубликованном прайс-листе. В то время дополнительная производительность была зарезервирована для SpaceX для проведения испытаний на повторное использование с Falcon 9 v1.1, при этом все еще достигая указанных полезных нагрузок для клиентов. Многие инженерные изменения для поддержки повторного использования и восстановления первой ступени были сделаны в этой более ранней версии v1.1. SpaceX указала, что у них есть возможность увеличить производительность полезной нагрузки для Falcon 9 Full Thrust или снизить цену запуска, или и то, и другое. [38]
В 2015 году SpaceX анонсировала ряд модификаций предыдущей версии ракеты-носителя Falcon 9 v1.1 . Некоторое время новая ракета была известна внутри компании как Falcon 9 v1.1 Full Thrust , [18] но также была известна под различными названиями, включая Falcon 9 v1.2 , [39] Enhanced Falcon 9 , Full-Performance Falcon 9 , [14] Upgraded Falcon 9 , [40] и Falcon 9 Upgrade . [19] [41] С момента первого полета «обновленной версии с полной тягой» SpaceX называла эту версию просто Falcon 9. [42]
Президент SpaceX Гвинн Шотвелл объяснила в марте 2015 года, что новый дизайн приведет к оптимизации производства, а также повышению производительности: [15]
Итак, мы получили двигатели с более высокой тягой, закончили разработку, мы находимся на [квалификационных испытаниях]. Мы также немного модифицируем структуру. Я хочу строить только две версии или два ядра на моем заводе, большее количество было бы не очень хорошо с точки зрения клиента. Это примерно 30%-ное увеличение производительности, может быть, немного больше. Что он делает, так это позволяет нам приземлять первую ступень для миссий GTO на беспилотный корабль . [14]
Согласно заявлению SpaceX в мае 2015 года, Falcon 9 Full Thrust, скорее всего, не потребует повторной сертификации для запуска по государственным контрактам США. Шотвелл заявила, что «это итеративный процесс [с агентствами]» и что «сертификация новых версий ракеты-носителя будет становиться все быстрее и быстрее». [43] ВВС США сертифицировали модернизированную версию ракеты-носителя для использования на военных запусках США в январе 2016 года на основе одного успешного запуска на сегодняшний день и продемонстрированной «способности проектировать, производить, квалифицировать и поставлять новую систему запуска и предоставлять поддержку по обеспечению миссии, необходимую для доставки спутников NSS (космос национальной безопасности) на орбиту». [44]
Модернизированная первая ступень начала приемочные испытания на объекте SpaceX в Макгрегоре в сентябре 2015 года. Первое из двух статических огневых испытаний было завершено 21 сентября 2015 года и включало в себя переохлажденное топливо и улучшенные двигатели Merlin 1D. [45] Ракета достигла полной мощности во время статического огня и была запланирована к запуску не ранее 17 ноября 2015 года. [46]
SES SA , владелец и оператор спутника, объявила в феврале 2015 года о планах запустить свой спутник SES-9 в первом полете Falcon 9 Full Thrust. [47] В этом случае SpaceX решила запустить SES-9 во втором полете Falcon 9 Full Thrust и запустить вторую группировку Orbcomm OG2 в первом полете . Как объяснил Крис Бергин из NASASpaceFlight, SES-9 требовал более сложного профиля сгорания второй ступени, включающего один перезапуск двигателя второй ступени, в то время как миссия Orbcomm «позволила бы второй ступени провести дополнительные испытания перед более сложной миссией SES-9». [48]
Falcon 9 Full Thrust совершил свой первый полет 22 декабря 2015 года, выведя на орбиту полезную нагрузку Orbcomm из 11 спутников и приземлив первую ступень ракеты в целости и сохранности в Landing Zone 1 компании SpaceX на мысе Канаверал. [40] Вторая миссия, SES-9 , состоялась 4 марта 2016 года. [49]
По состоянию на 5 ноября 2024 года версия Falcon 9 Full Thrust выполнила 371 миссию с показателем успешности 99,7%. Первая ступень была восстановлена в 348 из них. Одна ракета была разрушена во время предстартовых испытаний и не засчитывается как одна из выполненных миссий. Одна миссия достигла более низкой, чем предполагалось, орбиты, что стало единственной аварией в полете версии Full Thrust.
1 сентября 2016 года ракета с AMOS-6 компании Spacecom взорвалась на стартовой площадке ( стартовый комплекс 40 ) во время заправки в ходе подготовки к статическому огневому испытанию. Испытание проводилось в рамках подготовки к запуску 29-го полета Falcon 9 3 сентября 2016 года. Ракета и полезная нагрузка стоимостью 200 млн долларов были уничтожены взрывом. [50] Последующее расследование показало, что основной причиной было возгорание твердого или жидкого кислорода, сжатого между слоями углеродного волокна обертки погруженных гелиевых баков. [51] Чтобы решить эту проблему для дальнейших полетов, SpaceX внесла изменения в конструкцию баков и изменила процедуру их заправки.
SpaceX впервые использовала стартовый комплекс 40 на станции ВВС на мысе Канаверал и космический стартовый комплекс 4E на базе ВВС Ванденберг для ракет Falcon 9 Full Thrust, как и ее предшественница Falcon 9 v1.1. После аварии 2016 года на LC-40 запуски с Восточного побережья были переведены на отремонтированную площадку LC-39A в Космическом центре Кеннеди , арендованную у NASA. [52]
Архитектурные и инженерные проектные работы по изменениям в LC-39A начались в 2013 году, контракт на аренду площадки у NASA был подписан в апреле 2014 года, а строительство началось позднее в 2014 году, [53] включая строительство большого горизонтального интеграционного комплекса (HIF) для размещения как ракет-носителей Falcon 9, так и Falcon Heavy с соответствующим оборудованием и полезными нагрузками во время обработки. [54] Первый запуск состоялся 19 февраля 2017 года с миссией CRS-10 . Работы по Crew Access Arm и White Room еще предстоит завершить до пилотируемых запусков с капсулой SpaceX Dragon 2, запланированных на 2019 год.
Дополнительная частная стартовая площадка , предназначенная исключительно для коммерческих запусков, была запланирована в деревне Бока-Чика около Браунсвилла , штат Техас [55] после многоштатного процесса оценки в 2012–середине 2014 года, в ходе которого рассматривались Флорида , Джорджия и Пуэрто-Рико . [56] [57] Однако фокус площадки был изменен с запусков Falcon 9 и Falcon Heavy на испытательные полеты VTOL субмасштабного испытательного транспортного средства Starship Hopper . Очень маловероятно, что она когда-либо будет использоваться для полетов Falcon 9 или Heavy, поскольку текущие стартовые площадки обеспечивают более чем достаточную возможность запуска.
SpaceX завершила строительство посадочной зоны на станции ВВС на мысе Канаверал, известной как LZ-1 . Зона, состоящая из площадки диаметром 282 фута (86 м), была впервые использована 16 декабря 2015 года с успешной посадкой Falcon 9 Full Thrust. [58] Посадка на LZ-1 была первой в целом успешной попыткой Falcon 9 и третьей попыткой посадки на твердую поверхность. По состоянию на 4 июня 2020 года [update]только одна попытка посадки оказалась неудачной. Ракета-носитель приземлилась недалеко от берега. В последующие несколько дней ее отбуксировали обратно в Порт-Канаверал, подняли из воды с помощью двух кранов и доставили обратно в ангар SpaceX.
Прямо рядом с LZ-1 SpaceX построила LZ-2, чтобы обеспечить одновременную посадку ускорителей после полетов Falcon Heavy. По состоянию на ноябрь 2022 года [update]в LZ-2 приземлились четыре ускорителя.
SpaceX также создала посадочную площадку на бывшем стартовом комплексе SLC-4W на авиабазе Ванденберг . В 2014 году стартовая площадка была снесена для реконструкции в качестве посадочной площадки. [59] 8 октября 2018 года ракета-носитель Falcon 9 впервые успешно приземлилась на новой наземной площадке, известной как LZ-4 . [60]
Начиная с 2014 года, SpaceX заказала строительство автономных беспилотных кораблей-космодромов (ASDS) из палубных барж, оснащенных двигателями для удержания на месте и большой посадочной платформой. Корабли, которые размещаются в сотнях километров от цели, позволяют осуществлять восстановление первой ступени на высокоскоростных миссиях, которые не могут вернуться на место запуска. [61] [62]
У SpaceX есть три действующих беспилотных корабля: Just Read the Instructions , Of Course I Still Love You и A Shortfall of Gravitas . [63] Оба корабля , A Shortfall of Gravitas и Just Read the Instructions, используются в Атлантике для запусков с мыса Канаверал, в то время как Of Course I Still Love You эксплуатируется в Тихом океане из порта Ванденберг.
{{cite web}}
: CS1 maint: unfit URL (link)