Falcon 9 — частично многоразовая ракета-носитель средней грузоподъемности , способная доставлять грузы и экипаж на околоземную орбиту , [A] разработанная, изготовленная и запущенная американской аэрокосмической компанией SpaceX . Его также можно использовать в качестве одноразовой ракеты-носителя тяжелого класса . [B] Первый запуск Falcon 9 состоялся 4 июня 2010 года. Первая коммерческая миссия по снабжению Falcon 9 на Международную космическую станцию (МКС) стартовала 8 октября 2012 года. [17] В 2020 году она стала первой коммерческой ракетой, запустившей людей на Международную космическую станцию (МКС). орбите и остается единственным таким аппаратом. [18] Это единственная ракета в США, сертифицированная для перевозки людей на МКС. [19] [20] [21] В 2022 году она стала ракетой США с наибольшим количеством запусков в истории и с лучшими показателями безопасности, потерпев всего один отказ в полете. [22]
Ракета имеет две ступени . Первая (разгонная) ступень доставляет вторую ступень и полезную нагрузку на заранее заданную скорость и высоту, после чего вторая ступень разгоняет полезную нагрузку до целевой орбиты. Ракета -носитель способна приземляться вертикально для облегчения повторного использования. Впервые этот подвиг был достигнут во время полета 20 в декабре 2015 года. По состоянию на 30 января 2024 года SpaceX успешно приземлила ускорители Falcon 9 254 раза. [C] Отдельные бустеры совершили 19 полетов. [23] Обе ступени оснащены двигателями SpaceX Merlin , использующими криогенный жидкий кислород и ракетный керосин ( RP-1 ) в качестве топлива. [24] [25]
Самыми тяжелыми 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 [26] , а второй перешел на GTO с более низкой энергией, с апогеем значительно ниже геостационарной высоты. [27] 24 января 2021 года Falcon 9 установил рекорд по количеству спутников, запущенных одной ракетой, выведя на орбиту 143 спутника . [28]
Falcon 9 предназначен для перевозки астронавтов НАСА на МКС. Falcon 9 сертифицирован для программы космических запусков национальной безопасности [29] и программы запуска НАСА как «Категория 3», которая может запускать самые дорогие, важные и сложные миссии НАСА. [30]
Было построено и запущено несколько версий Falcon 9: версия 1.0 летала в 2010–2013 годах, версия 1.1 летала в 2013–2016 годах, а версия 1.2 Full Thrust впервые была запущена в 2015 году и включает вариант Block 5 , который находился в эксплуатации. Эксплуатация с мая 2018 года.
В октябре 2005 года SpaceX объявила о планах запустить Falcon 9 в первой половине 2007 года. [31] Первоначальный запуск состоится не раньше 2010 года. [32]
В то время как SpaceX потратила собственный капитал на разработку и запуск своей предыдущей ракеты-носителя Falcon 1 , SpaceX разработала Falcon 9 с помощью частного капитала, но ей помогли обязательства НАСА о покупке нескольких полетов, как только будут продемонстрированы конкретные возможности. Платежи за конкретные этапы были предоставлены в рамках программы коммерческих орбитальных транспортных услуг (COTS) в 2006 году . ] включая покупку трех демонстрационных полетов. [35] Общая сумма контракта составила 278 миллионов долларов США на проведение трех демонстрационных запусков Falcon 9 с грузовым космическим кораблем SpaceX Dragon . Позже были добавлены дополнительные этапы, в результате чего общая стоимость контракта выросла до 396 миллионов долларов США. [36] [37]
В 2008 году SpaceX выиграла контракт на услуги коммерческого снабжения (CRS) в рамках программы NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) по доставке грузов на МКС с помощью Falcon 9/Dragon. [37] [38] Средства будут выплачиваться только после успешного и тщательного завершения демонстрационных миссий. Сумма контракта составила 1,6 миллиарда долларов США как минимум на 12 миссий по доставке грузов на МКС и обратно . [39]
В 2011 году SpaceX подсчитала, что затраты на разработку Falcon 9 v1.0 составят порядка 300 миллионов долларов США. [40] НАСА оценило затраты на разработку в 3,6 миллиарда долларов США при использовании традиционного подхода «затраты плюс контракт» . [41] В отчете НАСА за 2011 год «по оценкам, разработка такой ракеты, как ракета-носитель Falcon 9, на основе традиционных контрактных процессов НАСА обойдется агентству примерно в 4 миллиарда долларов США», в то время как подход «более коммерческого развития» мог бы позволить агентству заплатить всего 1,7 миллиарда долларов США». [42]
В 2014 году SpaceX опубликовала совокупную стоимость разработки Falcon 9 и Dragon. НАСА предоставило 396 миллионов долларов США, а SpaceX предоставила более 450 миллионов долларов США. [43]
Свидетельства SpaceX в Конгрессе в 2017 году показали, что необычный процесс НАСА «установления только общих требований к транспортировке грузов на космическую станцию, [оставляя детали на усмотрение промышленности]» позволил SpaceX выполнить задачу с существенно меньшими затратами. «Согласно независимым данным НАСА, затраты SpaceX на разработку ракет Falcon 1 и Falcon 9 в общей сложности оцениваются примерно в 390 миллионов долларов». [42]
Первоначально SpaceX намеревалась вслед за своей ракетой-носителем Falcon 1 создать ракету средней грузоподъемности Falcon 5. Линейка транспортных средств Falcon названа в честь « Тысячелетнего сокола » , вымышленного космического корабля из серии фильмов «Звездные войны ». [45] В 2005 году SpaceX объявила, что вместо этого приступила к созданию Falcon 9, «полностью многоразовой тяжелой ракеты-носителя», и уже нашла государственного заказчика. Falcon 9 описывался как способный вывести на низкую околоземную орбиту около 9 500 кг (20 900 фунтов), и его прогнозируемая цена составляла 27 миллионов долларов США за полет с обтекателем полезной нагрузки длиной 3,7 м (12 футов) и 35 миллионов долларов США с обтекателем длиной 5,2 м (12 футов). 17 футов) обтекатель. SpaceX также анонсировала тяжелую версию Falcon 9 с грузоподъемностью около 25 000 кг (55 000 фунтов). [46] Falcon 9 предназначался для поддержки миссий LEO и GTO, а также полетов экипажа и груза на МКС. [44]
Первоначальный контракт НАСА COTS предусматривал первый демонстрационный полет в сентябре 2008 года и завершение всех трех демонстрационных миссий к сентябрю 2009 года. [47] В феврале 2008 года срок сдвинулся на первый квартал 2009 года. По словам Маска, сложность и Задержке способствовали нормативные требования мыса Канаверал . [48]
Первое испытание нескольких двигателей (два двигателя, работающие одновременно, подключенные к первой ступени) было завершено в январе 2008 года . ] В октябре 2009 года на испытательном полигоне в МакГрегоре, штат Техас, состоялся первый испытательный запуск всех двигателей, готовых к полету . В ноябре SpaceX провела первые испытательные стрельбы второй ступени, продолжавшиеся сорок секунд. В январе 2010 года в МакГрегоре был проведен 329-секундный (продолжительность полета) запуск второй ступени на орбиту. [51]
Элементы штабеля прибыли на стартовую площадку для сборки в начале февраля 2010 года. [52] Полетный комплект поднялся вертикально на космическом стартовом комплексе 40 на мысе Канаверал , [53] а в марте SpaceX провела статическое огневое испытание. , где первая ступень была запущена без пуска. Испытание было прервано на Т-2 из-за отказа гелиевого насоса высокого давления. Все системы вплоть до прерывания работали как положено, и никаких дополнительных проблем не требовалось решать. В ходе последующего испытания, состоявшегося 13 марта, двигатели первой ступени заработали на 3,5 секунды. [54]
В декабре 2010 года производственная линия SpaceX производила по одному Falcon 9 (и космическому кораблю Dragon) каждые три месяца. [55] 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. [56] По состоянию на ноябрь 2013 года завод производил один Falcon 9 в месяц [обновлять]. [57]
К февралю 2016 года темп производства ядер Falcon 9 увеличился до 18 в год, а количество ядер первой ступени, которые можно было собрать за один раз, достигло шести. [58]
С 2018 года SpaceX регулярно повторно использует первые ступени, снижая потребность в новых ядрах. В 2021 году SpaceX выполнила 31 запуск Falcon 9, только в двух из которых использовались новые ускорители, и успешно восстановила ракету-носитель во всех полетах, кроме одного. [ требуется обновление ] Завод в Хоторне продолжает производить одну (расходную) вторую ступень для каждого запуска.
Ракеты семейства Falcon 9 запускались 304 раза за 14 лет, в результате чего было 302 полных успеха ( 99,3%), одна неудача в полете ( SpaceX CRS-7 ) и один частичный успех ( SpaceX CRS-1 доставил свой груз на Международная космическая станция (МКС), но вторичная полезная нагрузка застряла на орбите ниже запланированной). Кроме того, одна ракета и ее полезная нагрузка AMOS-6 были уничтожены перед запуском в рамках подготовки к статическим огневым испытаниям на площадке . Активная версия Falcon 9 Block 5 совершила 239 вылетов, все успешные.
В 2022 году Falcon 9 установил новый рекорд - 60 запусков (все успешные) одним и тем же типом ракеты-носителя за календарный год. Предыдущий рекорд принадлежал «Союзу-У» , осуществившему 47 запусков (45 успешных) в 1979 году. [59] В 2023 году семейство Falcon 9 установило новый рекорд - 96 запусков (все успешные) того же семейства ракет-носителей за календарный год. . Предыдущий рекорд принадлежал ракетам семейства Р-7 , совершившим 63 пуска (61 успешный) в 1980 году. [a] [60]
Первая версия ракеты Falcon 9 v1.0 запускалась пять раз с июня 2010 года по март 2013 года, ее преемница Falcon 9 v1.1 — 15 раз с сентября 2013 года по январь 2016 года, а Falcon 9 Full Thrust — 275 раз с декабря 2015 года по настоящее время. Последний вариант полной тяги, Block 5, был представлен в мае 2018 года. [61] В то время как ускорители Block 4 летали только дважды и требовали нескольких месяцев ремонта, версии Block 5 были сертифицированы для выдерживания 10 полетов и с тех пор были повторно сертифицированы для 15 полетов. а затем 20 полетов на один разгонный блок. [62] SpaceX в настоящее время планирует увеличить количество повторных полетов Falcon до 40 полетов на одну ракету-носитель, как только будет достигнуто 20 полетов. [63]
Модификация Falcon Heavy состоит из усиленной первой ступени Falcon 9 в качестве центрального ядра и двух дополнительных первых ступеней Falcon 9, прикрепленных и используемых в качестве ускорителей, обе из которых оснащены аэродинамическим носовым обтекателем вместо обычного межступенчатого Falcon 9 . [64]
Ракеты-носители первой ступени Falcon 9 успешно приземлились в 269 из 280 попыток ( 96,1%), при этом версия Falcon 9 Block 5 — в 244 из 248 ( 98,4%). В общей сложности в ходе 242 повторных полетов ракет-носителей первой ступени были успешно запущены полезные нагрузки.
.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 развивает тягу 854 кН (192 000 фунтов силы ). [74] В качестве воспламенителя двигателя используется пирофорная смесь триэтилалюминий - триэтилборан (ТЭА-ТЭБ). [75]
Разгонная ступень имеет 9 двигателей, расположенных в конфигурации, которую SpaceX называет Octaweb . [76] Вторая ступень Falcon 9 имеет одно короткое или обычное сопло, версия двигателя Merlin 1D Vacuum .
Falcon 9 способен потерять до 2 двигателей и при этом завершить миссию, дольше сжигая оставшиеся двигатели.
Каждый ракетный двигатель «Мерлин» управляется тремя компьютерами для голосования , каждый из которых имеет два процессора, которые постоянно проверяют два других в трио. Двигатели Merlin 1D могут использовать вектор тяги для корректировки траектории.
Стенки и купола топливного бака изготовлены из алюминиево-литиевого сплава . SpaceX использует сварной бак, сваренный трением , из-за его прочности и надежности. [4] Бак второй ступени представляет собой укороченную версию бака первой ступени. Он использует большинство тех же инструментов, материалов и технологий производства. [4]
Промежуточная ступень F9, соединяющая верхнюю и нижнюю ступени, представляет собой композитную конструкцию из углеродного волокна с алюминиевым сердечником, в которой установлены многоразовые сепарационные цанги и система пневматического толкателя. Исходная система разделения ступеней имела двенадцать точек крепления, а в версии 1.1 их количество сократилось до трех. [77]
Falcon 9 использует обтекатель полезной нагрузки (носовой обтекатель) для защиты спутников (не Dragon) во время запуска. Обтекатель имеет длину 13 м (43 фута), диаметр 5,2 м (17 футов), весит около 1900 кг и изготовлен из обшивки из углеродного волокна, наложенной на алюминиевый сотовый сердечник. [78] SpaceX спроектировала и изготовила обтекатели в Хоторне. Испытания были завершены на станции НАСА Плам-Брук весной 2013 года, где акустический удар и механическая вибрация при запуске, а также условия электромагнитного статического разряда были смоделированы на полноразмерном испытательном образце в вакуумной камере . [79] С 2019 года обтекатели предназначены для повторного входа в атмосферу Земли и повторно используются для будущих миссий.
SpaceX использует несколько резервных бортовых компьютеров в отказоустойчивой конструкции . Программное обеспечение работает под управлением Linux и написано на C++ . [80] Для обеспечения гибкости вместо радиационно -закаленных деталей используются имеющиеся в продаже детали и общесистемная радиационно-устойчивая конструкция . [80] Каждая ступень имеет бортовые компьютеры уровня ступени, в дополнение к специальным контроллерам двигателей Merlin, одной и той же отказоустойчивой триадной конструкции для выполнения функций управления ступенью. Каждый процессор микроконтроллера двигателя работает на архитектуре PowerPC . [81]
Ускорители, которые будут намеренно израсходованы, не имеют ног и плавников. Возвращаемые ускорители включают в себя четыре выдвижные посадочные опоры, прикрепленные вокруг основания. [82]
Чтобы контролировать спуск ядра через атмосферу, SpaceX использует решетчатые ребра , которые выдвигаются из корабля [83] через несколько мгновений после отделения ступени. [84] Первоначально версия Falcon 9 V1.2 Full Thrust была оснащена решетчатыми ребрами из алюминия, которые в конечном итоге были заменены более крупными, более аэродинамически эффективными и прочными титановыми ребрами. Модернизированные ребра из титановой решетки, отлитые и вырезанные из цельного куска титана, обеспечивают значительно лучшую маневренность и живучесть в условиях экстремальной жары при входе в атмосферу, чем ребра из алюминиевой решетки, и могут использоваться повторно неограниченное время с минимальным ремонтом. [85] [86] [87]
V1.0 совершил пять успешных орбитальных запусков в 2010–2013 годах. Гораздо более крупный V1.1 совершил свой первый полет в сентябре 2013 года. Демонстрационная миссия несла небольшую основную полезную нагрузку массой 500 кг (1100 фунтов) - спутник CASSIOPE . [77] Последовали более крупные полезные нагрузки, начиная с запуска спутника связи SES-8 GEO . [88] И в версии 1.0, и в версии 1.1 использовались 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 — одноразовая ракета-носитель, разрабатывавшаяся в 2005–2010 годах. Впервые он совершил полет в 2010 году. V1.0 совершил пять полетов, после чего был списан. Первая ступень была оснащена девятью двигателями Merlin 1C , расположенными по схеме 3×3. Каждый из них имел тягу на уровне моря 556 кН (125 000 фунтов силы ) при общей взлетной тяге около 5 000 кН (1 100 000 фунтов силы ). [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. На второй ступени в качестве системы управления реакцией (СУР) использовались газообразные двигатели N 2 . [89]
Ранние попытки добавить легкую систему тепловой защиты к разгонной ступени и восстановлению парашюта не увенчались успехом. [90]
В 2011 году SpaceX начала официальную программу разработки многоразового Falcon 9 , первоначально сосредоточившись на первом этапе. [84]
.jpg/1280px-Launch_of_Falcon_9_carrying_CASSIOPE_(130929-F-ET475-012).jpg)
V1.1 на 60% тяжелее и на 60% больше тяги, чем v1.0. [77] Его девять (более мощных) двигателей Merlin 1D были перекомпонованы в «восьмиугольную» схему [91] [92] , которую SpaceX назвала Octaweb . Это сделано для упрощения и оптимизации производства. [93] [94] Топливные баки стали на 60% длиннее, что сделало ракету более склонной к изгибу во время полета. [77]
Первая ступень v1.1 обеспечивала общую тягу на уровне моря при взлете 5885 кН (1323000 фунтов силы ), при этом двигатели работали номинально 180 секунд. Тяга ступени выросла до 6672 кН (1500000 фунтов силы ), когда ракета-носитель вышла из атмосферы. [3]
Была переработана система отделения ступеней, чтобы уменьшить количество точек крепления с двенадцати до трех [77] , а на машине были модернизированы авионика и программное обеспечение. [77]
Эти улучшения увеличили грузоподъемность с 9000 кг (20 000 фунтов) до 13 150 кг (28 990 фунтов). [3] Президент SpaceX Гвинн Шотвелл заявила, что у версии 1.1 грузоподъемность примерно на 30% больше, чем указано в прайс-листе, при этом дополнительная маржа зарезервирована для возврата ступеней посредством принудительного входа в атмосферу . [95]
Опытно-конструкторские испытания первой ступени завершились в июле 2013 года [96] [97] , а первый полет она совершила в сентябре 2017 года.
Линии воспламенителя второй ступени позже были изолированы, чтобы лучше поддерживать перезапуск в космосе после длительных фаз выбега для маневров по орбитальной траектории. [98] На более поздних рейсах, где предпринимались попытки приземления, были включены четыре выдвижные посадочные опоры из углеродного волокна и сотового алюминия. [99] [100] [101]
Спецификации цен и полезной нагрузки SpaceX, опубликованные для версии 1.1 по состоянию на март 2014 года, [обновлять]включали примерно на 30% большую производительность, чем указано в опубликованном прайс-листе; SpaceX зарезервировала дополнительную производительность для проведения испытаний на возможность повторного использования . В версии 1.1 было внесено множество инженерных изменений для поддержки возможности повторного использования и восстановления первой ступени.
.jpg/1280px-Second-generation_titanium_grid_fins,_Iridium-2_Mission_(35533873795).jpg)
Обновление v1.2, также известное как Full Thrust (FT), [102] [103] внесло серьезные изменения. Было добавлено криогенное охлаждение топлива для увеличения плотности, что позволило увеличить тягу на 17%, улучшена система разделения ступеней, удлинена вторая ступень для хранения дополнительного топлива и усилены стойки для удержания баллонов с гелием, которые, как полагают, были причиной аварии полета 19. [104 ] ] Он предлагал многоразовую первую ступень . От планов повторного использования второй ступени отказались, поскольку вес теплового экрана и другого оборудования слишком сильно уменьшил бы полезную нагрузку. [105] Многоразовый ускоритель был разработан с использованием систем и программного обеспечения, протестированных на прототипах Falcon 9.
Автономная система безопасности полета (AFSS) заменила наземный персонал и оборудование управления полетом. AFSS предлагал бортовые источники позиционирования, навигации и синхронизации, а также логику принятия решений. Преимущества AFSS включают повышение общественной безопасности, снижение зависимости от инфраструктуры полигона, снижение стоимости космических перевозок, повышение предсказуемости и доступности расписания, эксплуатационную гибкость и гибкость слотов для запуска». [106]
Возможности FT позволили SpaceX выбирать между увеличением полезной нагрузки, снижением цены запуска или тем и другим. [107]
Его первая успешная посадка произошла в декабре 2015 года [108] , а первый повторный полет — в марте 2017 года . [109] В феврале 2017 года запуск CRS-10 стал первым оперативным запуском с использованием AFSS. Все запуски SpaceX после 16 марта использовали AFSS. Миссия 25 июня доставила вторую партию из десяти спутников Iridium NEXT , для которых алюминиевые ребра решетки были заменены более крупными титановыми версиями, чтобы улучшить контроль и устойчивость к жаре при входе в атмосферу . [85]
В 2017 году SpaceX начала вносить постепенные изменения, получившие внутреннее название Block 4. [110] Первоначально только вторая ступень была модифицирована в соответствии со стандартами Block 4 и летала поверх первой ступени Block 3 для трех миссий: NROL-76 и Inmarsat-5. F5 в мае 2017 года и Intelsat 35e в июле 2017 года. [111] Блок 4 был описан как переход между блоком 3 Full Thrust v1.2 и блоком 5 . Он включает в себя поэтапную модернизацию тяги двигателя, ведущую к созданию Блока 5. [112] Первым полетом полной конструкции Блока 4 (первая и вторая ступени) стала миссия SpaceX CRS-12 14 августа. [113]
В октябре 2016 года Маск описал Block 5 как «содержащий множество мелких усовершенствований, которые в совокупности важны, но наиболее значительными являются повышенная тяга и улучшенные опоры». [114] В январе 2017 года Маск добавил, что Block 5 «значительно повышает производительность и упрощает повторное использование». [115] Первый полет состоялся 11 мая 2018 года, [116] спутника Bangabandhu Satellite-1 . [117]
По состоянию на 30 января 2024 года Falcon 9 достиг 293 из 295 полных успешных миссий ( 99,3%). SpaceX CRS-1 успешно выполнил свою основную миссию, но оставил вторичную полезную нагрузку на неправильной орбите, а SpaceX CRS-7 был уничтожен в полете. Кроме того, AMOS-6 распался на стартовой площадке во время заправки для испытания двигателя. Согласно оценке Льюиса [ сомнительно ] надежности, Falcon 9 Full Thrust стала самой надежной орбитальной ракетой-носителем, находившейся на тот момент в эксплуатации. [131] Блок 5 имеет показатель успеха 100% (239/239). Для сравнения, эталонная серия «Союз» выполнила 1880 запусков [132] с вероятностью успеха 95,1% (успешность последнего корабля «Союз-2 » составляет 94%), [133] российская серия «Протон» выполнила 425 запусков с показатель успеха 88,7% (уровень успеха последнего Протона-М составляет 90,1%), европейский Ariane 5 выполнил 110 запусков с показателем успеха 95,5%, а китайский Long March 3B выполнил 85 запусков с показателем успеха 95,5%. 95,3%.
Последовательность запуска F9 включает функцию удержания, которая позволяет полностью зажечь двигатель и проверить системы перед взлетом. После запуска двигателя первой ступени пусковую установку удерживают в нажатом состоянии и не отпускают в полет до тех пор, пока не будет подтверждена нормальная работа всех двигательных установок и систем корабля. Подобные системы удержания использовались на таких ракетах-носителях, как «Сатурн-5» [134] и «Спейс Шаттл» . При обнаружении каких-либо аномальных условий происходит автоматическое безопасное отключение и выгрузка топлива. [4] Перед датой запуска SpaceX обычно завершает испытательный цикл, кульминацией которого является статический запуск двигателя первой ступени в течение трех с половиной секунд. [135] [136]
F9 оснащен бортовыми компьютерами с тройным резервированием и инерциальной навигацией 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] [137] Были обнародованы подробные описания режимов разрушительного отказа двигателя и предусмотренных возможностей выхода двигателя из строя. [138]
SpaceX подчеркнула, что первая ступень спроектирована с возможностью «выключения двигателя». [4] CRS-1 в октябре 2012 года имел частичный успех после двигателя №. 1 потерял давление на 79 секундах, а затем отключился. Чтобы компенсировать возникшую потерю ускорения, первой ступени пришлось проработать на 28 секунд дольше, чем планировалось, а второй ступени - дополнительно на 15 секунд. Это дополнительное время горения уменьшило запасы топлива, так что вероятность того, что топлива будет достаточно для выполнения миссии, упала с 99% до 95%. Поскольку НАСА приобрело запуск и, следовательно, по контракту контролировало несколько моментов принятия решения о миссии, НАСА отклонило запрос SpaceX на перезапуск второй ступени и попытку доставить вторичную полезную нагрузку на правильную орбиту. В результате вторичная полезная нагрузка снова вошла в атмосферу. [8]
Двигатели Merlin 1D дважды отключались преждевременно при подъеме. Ни то, ни другое не повлияло на основную миссию, но обе попытки приземления провалились. Во время миссии Starlink 18 марта 2020 года один из двигателей первой ступени вышел из строя за 3 секунды до отключения из-за возгорания некоторого количества изопропилового спирта , который не был должным образом продут после очистки. [139] Во время другой миссии Starlink 15 февраля 2021 года горячие выхлопные газы попали в двигатель из-за усталостной дыры в его крышке. [140] SpaceX заявила, что неудачная крышка имела «самое большое... количество полетов, которое видел этот конкретный дизайн ботинка [крышки]». [141]
SpaceX с самого начала планировала сделать обе ступени многоразовыми. [142] Первые этапы ранних полетов «Соколов» были оснащены парашютами и покрыты слоем абляционной пробки, позволяющей им пережить повторный вход в атмосферу . Они были побеждены сопутствующим аэродинамическим напряжением и нагревом. [90] Ступени были устойчивы к коррозии в соленой воде. [142]
В конце 2011 года SpaceX отказалась от парашютов в пользу принудительного спуска . [143] [144] Проектирование было завершено к февралю 2012 года. [84]
Приземления с двигателем были впервые испытаны в полете с помощью суборбитальной ракеты Grasshopper . [145] В период с 2012 по 2013 год этот низковысотный и низкоскоростной демонстрационный испытательный автомобиль совершил восемь вертикальных посадок , включая 79-секундный полет туда и обратно на высоту 744 м (2441 фут). В марте 2013 года SpaceX объявила, что начиная с первого полета версии 1.1 каждая ракета-носитель будет оборудована для механизированного спуска. [100]
.jpg/1280px-CRS-8_first_stage_landing_(26366878046).jpg)
Для рейса 6 в сентябре 2013 года, после разделения ступеней, план полета предусматривал, что первая ступень должна выполнить сжигание, чтобы уменьшить скорость входа в атмосферу, а затем второе сжигание непосредственно перед достижением воды. Хотя это и не полный успех, сцена смогла изменить направление и совершить контролируемый вход в атмосферу. [146] Во время финального приземления двигатели RCS не смогли преодолеть аэродинамически вызванное вращение. Центробежная сила лишила двигатель топлива, что привело к преждевременному останову двигателя и жесткому приводнению. [146]
После еще четырех испытаний на посадку в океане в январе 2015 года ракета -носитель CRS-5 попыталась приземлиться на плавучую платформу ASDS. Ракета имела (впервые в орбитальной миссии) решетчатые аэродинамические поверхности управления и успешно направилась к кораблю. , прежде чем у него кончилась гидравлическая жидкость и он врезался в платформу. [147] Вторая попытка произошла в апреле 2015 года на CRS-6 . После запуска двухкомпонентный клапан заклинил, что не позволило системе управления среагировать достаточно быстро для успешной посадки. [148]
Первая попытка посадить ракету-носитель на площадку возле стартовой площадки произошла во время рейса 20 в декабре 2015 года. Приземление прошло успешно, ракета-носитель была восстановлена. [149] [150] Это был первый случай в истории , когда после запуска орбитальной миссии первая ступень достигла управляемой вертикальной посадки . Первая успешная посадка ракеты-носителя на ASDS произошла в апреле 2016 года на корабле-дроне « Конечно, я все еще люблю тебя» во время CRS-8 .
С 2013 по 2016 год было проведено шестнадцать испытательных полетов, шесть из которых завершились мягкой посадкой и возвратом ракеты-носителя. С января 2017 года, за исключением центрального ядра испытательного полета Falcon Heavy , миссии Falcon Heavy USAF STP-2 , миссии по снабжению Falcon 9 CRS-16 и миссий Starlink -4, 5 и 19, [151] [ 152] каждая попытка приземления была успешной. Два ускорителя были потеряны или уничтожены в море после приземления: центральное ядро, использованное во время миссии Arabsat-6A , [153] и B1058 после завершения полета Starlink. [154]
.jpg/1280px-SES-10_Launch_-_world's_first_reflight_of_an_orbital_class_rocket_(32915200224).jpg)
Первый оперативный перезапуск ранее летавшей ракеты-носителя был осуществлен в марте 2017 года [155] с B1021 в миссии SES-10 после CRS-8 в апреле 2016 года. [156] После второй посадки он был списан. [157] В июне 2017 года ракета-носитель B1029 помогла доставить BulgariaSat-1 к GTO после миссии Iridium NEXT LEO в январе 2017 года, снова обеспечив повторное использование и посадку восстановленной ракеты-носителя. [158] Третий повторный полет состоялся в ноябре 2018 г. в рамках миссии SSO-A . Ядро миссии, Falcon 9 B1046 , было первой произведенной ракетой-носителем Block 5 и первоначально летало в рамках миссии Bangabandhu Satellite-1 . [159]
В мае 2021 года первая ракета-носитель выполнила 10 миссий. Маск отметил, что SpaceX намерена запускать ускорители до тех пор, пока не увидит провал миссий Starlink. [160] [161] По состоянию на декабрь 2023 года [обновлять]рекорд составляет 19 полетов одной и той же ракеты-носителя.
Несмотря на публичные заявления о том, что они постараются сделать и вторую ступень многоразовой, к концу 2014 года SpaceX определила, что масса, необходимая для теплового экрана, посадочных двигателей и другого оборудования для восстановления второй ступени, непомерно высока, и от нее отказались. усилия по повторному использованию на втором этапе. [105] [162]
SpaceX разработала обтекатели полезной нагрузки, оснащенные управляемым парашютом, а также двигатели RCS, которые можно восстанавливать и использовать повторно. Половина обтекателя полезной нагрузки была восстановлена после мягкой посадки в океане в марте 2017 года после SES-10 . [66] Впоследствии началась разработка корабельной системы с использованием массивной сети для ловли возвращающихся обтекателей. Для этой роли были оборудованы два специализированных корабля, первые уловы которых были сделаны в 2019 году. [163] Однако после неоднозначного успеха SpaceX вернулась к посадкам на воду и восстановлению на воде. [164]
.jpg/1280px-Launch_of_Falcon_9_carrying_ABS-EUTELSAT_(16510241270).jpg)
К началу 2018 года F9 регулярно запускался с трёх орбитальных стартовых площадок : Стартового комплекса 39А Космического центра Кеннеди , [165] Космического стартового комплекса 4E базы ВВС Ванденберг , [166] [146] и Космического стартового комплекса 40 на мысе Канаверал. Станция ВВС . Последний был поврежден в результате аварии AMOS-6 в сентябре 2016 года, но к декабрю 2017 года снова заработал. [167] [168]
21 апреля 2023 года Космические силы США , Space Launch Delta 30, предоставили SpaceX разрешение на аренду космического стартового комплекса Ванденберг 6 для запусков Falcon 9 и Falcon Heavy. [169] SLC-6, скорее всего, станет четвертой стартовой площадкой для Falcon 9.
На момент первого полета F9 в 2010 году цена запуска версии 1.0 составляла 49,9–56 миллионов долларов США. [4] После этого прейскурантная цена увеличилась до 54–59,5 миллионов долларов США (2012 г.). [170] 56,5 млн (версия 1.1, август 2013 г.), [171] 61,2 млн долларов США (июнь 2014 г.), [172] 62 млн долларов США (Full Thrust, май 2016 г.), [173] до 67 млн долларов США (2022 г.). [1] Миссии с грузом Dragon на МКС имеют среднюю стоимость 133 миллиона долларов по контракту с фиксированной ценой с НАСА , включая стоимость космического корабля. [174] Миссия DSCOVR 2013 года , запущенная с помощью Falcon 9 для Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), обошлась в 97 миллионов долларов США. [175]
В 2004 году Илон Маск заявил: «В конечном счете, я считаю, что 500 фунтов на фунт (1100 кг) [полезной нагрузки, доставленной на орбиту] или меньше вполне достижимы». [176] При стартовой цене 2016 года с полной полезной нагрузкой на околоземной орбите затраты на запуск Full Thrust достигли 1200 долларов США за фунт (2600 долларов США за кг).
В 2011 году Маск подсчитал, что топливо и окислитель для версии 1.0 будут стоить около 200 000 долларов. [177] На первой ступени используется 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 РП-1 , [178] а на второй ступени используется 28 000 л ( 6200 имп галлонов; 7400 галлонов США) жидкого кислорода и 17 000 л (3700 имп галлонов; 4500 галлонов США) RP-1. [1]
К 2018 году снижение затрат на запуск F9 привлекло конкурентов. Arianespace начала работу над Ariane 6 , United Launch Alliance (ULA) над Vulcan Centaur и International Launch Services (ILS) над Proton Medium . [179]
26 июня 2019 года Джонатан Хофеллер (вице-президент SpaceX по коммерческим продажам) заявил, что ценовые скидки, предоставляемые первым клиентам, отправляющимся в миссию с повторно использованными ускорителями, стали стандартной ценой. [180] В октябре 2019 года «базовая цена» Falcon 9 в 62 миллиона долларов США за запуск была снижена до 52 миллионов долларов США для полетов, запланированных на 2021 год и последующие годы. [181]
10 апреля 2020 года администратор Роскосмоса Дмитрий Рогозин заявил, что его компания снижает цены на 30%, утверждая, что SpaceX проводила демпинг цен, взимая с коммерческих клиентов 60 миллионов долларов США за полет, в то время как НАСА взимало за тот же полет от 1,5 до 4 раз больше. [182] Маск опроверг это утверждение и ответил, что разница в цене отражает то, что F9 на 80% были многоразовыми, тогда как российские ракеты были одноразовыми. [183] Генеральный директор ULA Тори Бруно заявил: «По нашим оценкам, средний парк самолетов должен составлять около 10 рейсов для достижения постоянной точки безубыточности... и что никто даже близко не приблизился». [184] Однако Илон Маск ответил: «Уменьшение полезной нагрузки из-за возможности повторного использования ускорителя и обтекателя составляет <40% для Falcon 9, а восстановление и модернизация - <10%, так что вы примерно равны с двумя полетами и определенно впереди с тремя». [185] В апреле 2020 года канал CNBC сообщил, что запуски ВВС США обошлись в 95 миллионов долларов США из-за необходимости дополнительной безопасности. Исполнительный директор SpaceX Кристофер Кулурис заявил, что повторное использование ракет может привести к еще большему снижению цен, что «запуск стоит 28 миллионов долларов, и это все». [185]
Службы полезной нагрузки F9 включают вторичную и третичную полезную нагрузку, установленную через кольцо адаптера вторичной полезной нагрузки EELV (ESPA), тот же межступенчатый адаптер, который впервые использовался для запуска вторичных полезных нагрузок в миссиях Министерства обороны США , в которых используются усовершенствованные одноразовые ракеты-носители (EELV) Atlas V и Delta IV . Это позволяет выполнять второстепенные и даже третичные миссии с минимальным влиянием на первоначальную миссию. В 2011 году SpaceX объявила цены на полезную нагрузку, совместимую с ESPA. [186]
SpaceX впервые выставила Falcon 9 ( B1019 ) на всеобщее обозрение в своей штаб-квартире в Хоторне, Калифорния , в 2016 году. [187]
В 2019 году SpaceX подарила Космическому центру Хьюстона Falcon 9 (B1035) в Хьюстоне, штат Техас . Это была ракета-носитель, которая совершила два полета: «11-ю и 13-ю миссии снабжения Международной космической станции [и была] первой ракетой Falcon 9, которую НАСА согласилось запустить во второй раз». [188] [189]
В 2021 году SpaceX подарила комплексу посетителей Космического центра Кеннеди боковую ракету-носитель Falcon Heavy ( B1023 ) . [190]
В 2023 году Falcon 9 ( B1021 ) [191] был выставлен на всеобщее обозрение возле штаб-квартиры Dish Network в Литтлтоне, штат Колорадо . [192]
Orbcomm
попросила SpaceX вывести на борт один из своих небольших спутников (весом несколько сотен фунтов по сравнению с Dragon весом более 12 000 фунтов)... Чем выше орбита, тем больше тестовых данных [Orbcomm] сможет собрать, поэтому они попросили нас попытаться перезапустить и поднять высоту.
НАСА согласилось это разрешить, но только при условии наличия значительных запасов топлива, поскольку орбита будет находиться недалеко от
Международной космической станции
.
Важно понимать, что
Orbcomm
с самого начала понимала, что маневр по поднятию на орбиту был предварительным.
Они признали, что существует высокий риск того, что их спутник останется на орбите вывода Дракона...
Запуск также ознаменовал первый полет Falcon 9 Full Thrust, известного внутри компании только как «Модернизированный Falcon 9».
В эту статью включен текст из этого источника, который находится в открытом доступе : «Подробные данные миссии – демонстрация первого полета Falcon-9 ELV». НАСА. Архивировано из оригинала 16 октября 2011 года . Проверено 26 мая 2010 г.Второе горение, продолжавшееся почти минуту, началось через 28 минут после старта, чтобы разогнать DART до скорости более 24 000 миль в час (39 000 километров в час), выведя DART на траекторию, позволяющую избежать действия земной гравитации.
начальная орбита: гелиоцентрическая
22.07.18 Falcon 9 v1.2 F9-59 Telstar 19V 7.075 CC 40 GTO-
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) В эту статью включен текст из источника, находящегося в свободном доступе : Дэвид Дж. Франкель (26 апреля 2010 г.). «Протокол Комитета по коммерческой космонавтике НАК» (PDF) . НАСА. Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 года . Проверено 24 июня 2017 г.Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Конкурс демонстраций COTS 2006». НАСА. 18 января 2006 г. Архивировано из оригинала 22 июня 2017 г. . Проверено 24 июня 2017 г. В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Технологии исследования космоса (SpaceX)». НАСА. 24 октября 2016 г. Архивировано из оригинала 24 октября 2016 г. Проверено 24 июня 2017 г. В эту статью включен текст из этого источника, который находится в открытом доступе : «Заявление Уильяма Х. Герстенмайера, заместителя 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. . Проверено 8 сентября 2016 г.«Правительство является необходимым якорным арендатором коммерческих грузов, но его недостаточно для построения новой экономической экосистемы», — говорит Скотт Хаббард, исследователь аэронавтики из Стэнфордского университета в Калифорнии и бывший директор Исследовательского центра Эймса НАСА в Моффетт-Филд, Калифорния.
Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Оценка стоимости ракеты-носителя Falcon 9 NAFCOM» (PDF) . НАСА.gov. Август 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 2 марта 2012 г. Проверено 28 февраля 2012 г.«НАСА в конечном итоге предоставило нам около 396 миллионов долларов; SpaceX вложила более 450 миллионов долларов… [на] ракету-носитель класса EELV… а также капсулу».
В эту статью включен текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Соглашение о космическом акте между НАСА и Space Exploration Technologies, Inc. для демонстрации коммерческих орбитальных транспортных услуг» (PDF) . НАСА. 30 мая 2006 г. Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 г. . Проверено 24 июня 2017 г.В течение года нам нужно вывести его из того состояния, где оно находится сейчас, то есть примерно по одному ядру ракеты каждые четыре недели, до ядра ракеты каждые две недели... К концу 2015 года, говорит президент SpaceX
Гвинн Шотвелл
, компания планирует увеличить производство до 40 ядер в год.
Центральное ядро первой ступени Falcon Heavy и ускорители имеют посадочные опоры, которые позволяют безопасно приземлить каждое ядро на Землю после взлета.
«После четвертого запуска Falcon I первая ступень была готова, поэтому мы собираемся усилить систему тепловой защиты (TPS). К шестому полету мы думаем, что весьма вероятно, что мы восстановим первую ступень, и когда мы ее получим. вернемся, посмотрим, что выжило при входе в атмосферу, а что поджарилось, и продолжим процесс, вот только первую ступень сделать многоразовой, со второй ступенью будет еще сложнее – там надо иметь полный теплозащитный экран, он должен будет иметь двигательную установку для спуска с орбиты и связь».
Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Ежегодный сборник коммерческих космических перевозок: 2012» (PDF) . Федеральная авиационная администрация. Февраль 2013 г. Архивировано (PDF) из оригинала 24 февраля 2017 г. . Проверено 24 июня 2017 г.SpaceX в настоящее время производит один автомобиль в месяц, но ожидается, что в ближайшие пару кварталов это число увеличится до «18 в год».
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 )Вышеупомянутому второму этапу во время этой миссии будет поручена напряженная роль по выводу космического корабля SES-9 массой 5300 кг на геостационарную переходную орбиту.
AMOS-6 весом 5,3 тонны является крупнейшим спутником связи, когда-либо созданным IAI.
Запуск
AMOS-6 запланирован на начало 2016 года с
мыса Канаверал
на борту ракеты-носителя Space-X Falcon 9, он
заменит
AMOS-2
, срок службы которого приближается к концу 16 лет.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Оценка надежности миссии космического корабля «Союз»» (PDF) . НАСА. Январь 2010 г. Рисунок 2: Исторические данные о запусках ракет (семейство ракет «Союз»). Архивировано (PDF) из оригинала 16 февраля 2015 года . Проверено 4 мая 2015 г. В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Прижимные рычаги и мачты хвостового обслуживания». НАСА. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года . Проверено 24 июня 2017 г.SpaceX проводит статические огневые испытания, которые обычно заканчиваются 3,5-секундным запуском двигателя, перед каждым запуском, чтобы выявить проблемы с ракетой и наземными системами.
Упражнения также помогают инженерам подготовиться к реальному дню запуска.
«Как только у нас будут все девять двигателей и ступень, работающие как система, мы проведем тщательные испытания на возможность «выключения двигателя». Это включает в себя взрывные и огневые испытания барьеров, которые отделяют двигатели друг от друга и от транспортного средства… Следует сказать, что все виды отказов, которые мы наблюдали на испытательном стенде Merlin 1C , относительно безопасны – турбонасос, камера сгорания и сопло не взрываются даже в экстремальных условиях. Бензогенератор (который приводит в действие узел турбонасоса) взрывается во время запуска (нет никаких средств предотвращения этого), но это небольшое устройство, которое вряд ли способно нанести серьезный ущерб собственному двигателю, не говоря уже о том, чтобы Тем не менее, как и в случае с гондолами двигателей на коммерческих самолетах, противопожарные/взрывные барьеры будут предполагать, что вся камера разлетится наихудшим возможным способом.Нижние закрывающие панели предназначены для направления любой силы или пламени вниз, подальше от соседних двигателей и самой сцены. ... 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 преимуществом для клиентов. За исключением « Шаттла» и «Союза» , ни одна из существующих [2007] ракет-носителей не может позволить себе потерять хотя бы одну камеру тяги, не приводя к потере миссии».
Обе ступени ракеты вернутся на стартовую площадку и приземлятся вертикально под действием ракеты на шасси после доставки космического корабля на орбиту
.
Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе : Свидетельство Илона Маска (5 мая 2004 г.). «Спейс шаттл и будущее космических ракет-носителей». Сенат США. Архивировано из оригинала 9 сентября 2012 года . Проверено 4 марта 2010 г. В эту статью включен текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Экологическая оценка, разгон и посадка первой ступени Falcon 9 на SLC-4 West» (PDF) . SpaceX. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2017 года . Проверено 2 апреля 2018 г.SpaceX... разработала цены на полеты 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 геостационарную переходную орбиту (GTO).
По его словам, спутник класса ESPA весом до 180 килограммов будет стоить 4–5 миллионов долларов для миссий LEO и 7–9 миллионов долларов для миссий GTO.
