Sokół 9 -Falcon 9

Sokół 9

Falcon 9 startujący z LC-39A z Demo-2
Funkcjonować	Pojazd orbitalny
Producent	SpaceX
Kraj pochodzenia	Stany Zjednoczone
Koszt uruchomienia	67 mln USD (2022)
Rozmiar
Wysokość
Średnica	3,7 m (12 stóp)
Masa
Gradacja	2
Pojemność
Ładunek na niską orbitę okołoziemską (LEO)
Nachylenie orbity	28,5°
Masa
Ładunek na geosynchroniczną orbitę transferową (GTO)
Nachylenie orbity	27,0°
Masa
Ładunek na orbitę transferową Marsa
Masa	FT : 4 t (8800 funtów)
Powiązane rakiety
Praca pochodna	Falcon Heavy
Uruchom historię
Status
Uruchom witryny
Suma uruchomień	216 FT : 196 v1.1 : 15 v1.0 : 5
Sukces (y)	214 FT : 196 v1.1 : 14 v1.0 : 4
awarie	1 ( v1.1 : CRS-7 w locie)
Częściowe awarie	1 ( v1.0 : CRS-1 )
Godne uwagi wyniki	1 ( FT : zniszczenie AMOS-6 przed lotem)
Lądowiska	173 / 182 próby
Pierwszy lot
Ostatni lot
Pierwszy etap
Zasilany przez
Maksymalny ciąg
Konkretny impuls
Czas palenia
Gaz pędny	LOX / RP-1
Drugi etap
Zasilany przez
Maksymalny ciąg
Konkretny impuls
Czas palenia
Gaz pędny	LOX / RP-1
[ edytuj na Wikidanych ]

Falcon 9 to częściowo wielokrotnego użytku ciężki pojazd nośny , który może przenosić ładunek i załogę na orbitę okołoziemską, wyprodukowany przez amerykańską firmę lotniczą SpaceX .

Rakieta ma dwa stopnie . Pierwszy stopień (booster) przenosi drugi stopień i ładunek na określoną wysokość, po czym drugi stopień podnosi ładunek do ostatecznego miejsca docelowego. Rakieta ewoluowała w kilku wersjach. V1.0 latała w latach 2010–2013, V1.1 latała w latach 2013–2016, a wersja V1.2 Full Thrust została wystrzelona po raz pierwszy w 2015 r., obejmując wariant Block 5 , latający od maja 2018 r.

Wzmacniacz może lądować pionowo, aby ułatwić ponowne użycie. Ten wyczyn został po raz pierwszy osiągnięty podczas lotu 20 w grudniu 2015 r. Od tego czasu SpaceX pomyślnie wylądował z dopalaczami ponad 100 razy. Poszczególne boostery wykonały aż 15 lotów. Oba stopnie są napędzane silnikami SpaceX Merlin , wykorzystującymi kriogeniczny ciekły tlen i naftę rakietową ( RP-1 ) jako paliwo.

Najcięższymi ładunkami wysłanymi na geostacjonarną orbitę transferową (GTO) były Intelsat 35e o masie 6761 kg (14905 funtów) i Telstar 19V o masie 7075 kg (15598 funtów). Ten pierwszy został wystrzelony na korzystną supersynchroniczną orbitę transferową , podczas gdy drugi wszedł na GTO o niższej energii, z apogeum znacznie poniżej wysokości geostacjonarnej.

Falcon 9 jest przystosowany do transportu astronautów NASA na ISS. Falcon 9 jest certyfikowany dla programu National Security Space Launch i NASA Launch Services Program jako „kategoria 3”, która może uruchamiać najdroższe, ważne i złożone misje NASA.

Pierwsza misja wystartowała 8 października 2012 r.

Według stanu na styczeń 2021 r. Falcon 9 miał najwięcej startów wśród amerykańskich rakiet. Jest to jedyna amerykańska rakieta certyfikowana do transportu ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną . Jest to jedyna komercyjna rakieta, która kiedykolwiek wyniosła ludzi na orbitę. 24 stycznia 2021 roku Falcon 9 ustanowił rekord największej liczby satelitów wystrzelonych przez jedną rakietę, wynosząc 143 na orbitę.

Historia rozwoju

Koncepcja i finansowanie

W październiku 2005 roku SpaceX ogłosił plany wystrzelenia Falcona 9 w pierwszej połowie 2007 roku. Pierwsze uruchomienie miało nastąpić dopiero w 2010 roku.

Podczas gdy SpaceX wydał własny kapitał na rozwój swojej poprzedniej rakiety nośnej, Falcon 1 , rozwój Falcona 9 został przyspieszony dzięki częściowemu finansowaniu NASA i zobowiązaniom do zakupu lotów po zademonstrowaniu określonych możliwości. Finansowanie rozpoczęło się od pieniędzy początkowych z programu Commercial Orbital Transportation Services (COTS) w 2006 r. Kontrakt miał formę umowy Space Act (SAA) „w celu opracowania i zademonstrowania komercyjnej usługi transportu orbitalnego”, w tym zakupu trzech lotów demonstracyjnych. Ogólna wartość kontraktu wyniosła 278 mln USD na trzy demonstracyjne starty Falcona 9 ze statkiem towarowym SpaceX Dragon . Później dodano kolejne kamienie milowe, podnosząc całkowitą wartość kontraktu do 396 mln USD.

W 2008 roku SpaceX wygrał kontrakt Commercial Resupply Services (CRS) w programie NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) na dostarczenie ładunku na ISS za pomocą Falcon 9/Dragon. Środki zostaną wypłacone dopiero po pomyślnym i gruntownym zakończeniu misji demonstracyjnych. Kontrakt opiewał na kwotę 1,6 miliarda USD na co najmniej 12 misji promowych do iz ISS .

W 2011 roku SpaceX oszacował, że koszty rozwoju Falcon 9 v1.0 były rzędu 300 milionów USD. NASA oszacowała koszty rozwoju na 3,6 miliarda USD, gdyby zastosowano tradycyjne podejście kontraktowe typu „koszt plus” . W raporcie NASA z 2011 r. „szacowano, że opracowanie rakiety takiej jak wzmacniacz Falcon 9 w oparciu o tradycyjne procesy kontraktowania NASA kosztowałoby agencję około 4 miliardów dolarów”, podczas gdy podejście „bardziej komercyjnego rozwoju” mogłoby pozwolić agencji zapłacić tylko USA 1,7 miliarda dolarów”.

W 2014 roku SpaceX ujawnił łączne koszty rozwoju Falcon 9 i Dragon. NASA przekazała 396 mln USD, a SpaceX ponad 450 mln USD.

Zeznania SpaceX złożone w Kongresie w 2017 r. Sugerowały, że niezwykły proces NASA polegający na „ustaleniu jedynie wysokiego poziomu wymagań dotyczących transportu ładunku na stację kosmiczną [przy] pozostawieniu szczegółów przemysłowi” pozwolił SpaceX wykonać zadanie przy znacznie niższych kosztach. „Według własnych, niezależnie zweryfikowanych danych NASA, koszty rozwoju rakiet Falcon 1 i Falcon 9 przez SpaceX oszacowano łącznie na około 390 milionów dolarów”.

Rozwój

SpaceX pierwotnie zamierzał podążać za swoim pojazdem nośnym Falcon 1 pojazdem o średniej pojemności, Falcon 5. W 2005 roku SpaceX ogłosił, że zamiast tego kontynuuje Falcon 9, „w pełni nadający się do wielokrotnego użytku ciężki pojazd nośny” i już zapewnił rządowi klient. Falcon 9 został opisany jako zdolny do wystrzelenia około 9500 kilogramów (20 900 funtów) na niską orbitę okołoziemską i miał kosztować 27 000 000 USD za lot z owiewką o ładowności 3,7 m (12 stóp) i 35 mln USD z 5,2 m ( 17 ft) owiewka. SpaceX ogłosił również ciężką wersję Falcona 9 o ładowności około 25 000 kilogramów (55 000 funtów). Falcon 9 miał wspierać misje LEO i GTO, a także misje załogowe i ładunkowe na ISS.

Testowanie

Pierwotny kontrakt NASA COTS przewidywał pierwszy lot demonstracyjny we wrześniu 2008 r. i ukończenie wszystkich trzech misji demonstracyjnych do września 2009 r. W lutym 2008 r. termin przesunął się na pierwszy kwartał 2009 r. Według Muska, złożoność i wymagania regulacyjne Cape Canaveral wymagania przyczyniły się do opóźnienia.

Pierwszy test wielosilnikowy (dwa silniki pracujące jednocześnie, podłączone do pierwszego stopnia) został zakończony w styczniu 2008 r. Kolejne testy doprowadziły do ​​178-sekundowego (długość misji) dziewięciu silników próbnych pożaru w listopadzie 2008 r. W październiku 2009 r. pierwszy ogień testowy z całkowicie gotowym do lotu silnikiem miał miejsce w ośrodku testowym w McGregor w Teksasie . W listopadzie SpaceX przeprowadził pierwszy test drugiego etapu, trwający czterdzieści sekund. W styczniu 2010 r. W McGregor przeprowadzono 329-sekundowe (długość misji) wystrzeliwanie z wstawieniem na orbitę drugiego stopnia.

Elementy stosu dotarły na miejsce startu w celu integracji na początku lutego 2010 r. Stos lotów został ustawiony pionowo w Space Launch Complex 40 na Przylądku Canaveral , aw marcu SpaceX przeprowadził statyczny test ogniowy, w którym pierwszy etap został wystrzelony bez startu. Test został przerwany w T-2 z powodu awarii wysokociśnieniowej pompy helu. Wszystkie systemy aż do przerwania działały zgodnie z oczekiwaniami i żadne dodatkowe problemy nie wymagały rozwiązania. Kolejny test przeprowadzony 13 marca uruchomił silniki pierwszego stopnia na 3,5 sekundy.

Produkcja

W grudniu 2010 roku linia produkcyjna SpaceX produkowała Falcon 9 (i statek kosmiczny Dragon) co trzy miesiące. Do września 2013 r. całkowita powierzchnia produkcyjna SpaceX wzrosła do prawie 93 000 m2 ⁽ 1 000 000 stóp kwadratowych), aby osiągnąć tempo produkcji 40 rdzeni rakietowych rocznie. Od listopada 2013 roku fabryka produkowała jednego Falcona 9 miesięcznie.

Do lutego 2016 roku tempo produkcji rdzeni Falcona 9 wzrosło do 18 rocznie, a liczba rdzeni pierwszego etapu, które można było zmontować za jednym razem, osiągnęła sześć.

Od 2018 roku SpaceX rutynowo ponownie wykorzystuje pierwsze stopnie, zmniejszając zapotrzebowanie na nowe rdzenie. W 2021 roku SpaceX wykonał 31 startów F9, używając tylko dwóch nowych boosterów. Z powodzeniem odzyskał wzmacniacz we wszystkich lotach z wyjątkiem jednego. Fabryka w Hawthorne produkuje jeden (zbywalny) drugi etap na każdy start.

Uruchom historię

Ta sekcja została przeniesiona z Listy startów Falcon 9 i Falcon Heavy . ( edytuj | historia )

Rakiety z rodziny Falcon 9 zostały wystrzelone 221 razy w ciągu 13 lat, co przyniosło 219 pełnych sukcesów misji ( 99,1%), jeden sukces częściowy ( SpaceX CRS-1 dostarczył swój ładunek na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), ale dodatkowy ładunek utknął na orbicie niższej niż planowano) i jedną całkowitą awarię ( statek kosmiczny SpaceX CRS-7 zaginął w locie w wyniku eksplozji). Dodatkowo jedna rakieta i jej ładunek AMOS-6 zostały zniszczone przed startem w ramach przygotowań do statycznego testu ogniowego na platformie . Obecnie aktywna wersja, Falcon 9 Block 5 , wykonała 160 misji i wszystkie zakończyły się sukcesem.

W 2022 roku Falcon 9 ustanowił nowy rekord 60 startów (wszystkie udane) tego samego typu pojazdu nośnego w roku kalendarzowym. Poprzedni rekord należał do Sojuza-U , który miał 47 startów (45 udanych) w 1979 roku.

Pierwsza wersja rakiety Falcon 9 v1.0 została wystrzelona pięć razy od czerwca 2010 do marca 2013, jej następca Falcon 9 v1.1 15 razy od września 2013 do stycznia 2016, a Falcon 9 Full Thrust 196 razy od grudnia 2015 do chwili obecnej. Najnowszy wariant Full Thrust, Block 5, został wprowadzony w maju 2018 r. Podczas gdy dopalacze Block 4 odbyły lot tylko dwa razy i wymagały kilkumiesięcznej renowacji, wersje Block 5 są zaprojektowane na 10 lotów po zaledwie kilku przeglądach.

Pochodna Falcon Heavy składa się ze wzmocnionego pierwszego stopnia Falcona 9 jako centralnego rdzenia, z dwoma dodatkowymi pierwszymi stopniami Falcona 9 używanymi jako dopalacze, z których oba są wyposażone w aerodynamiczny stożek nosowy zamiast zwykłego międzystopniowego Falcona 9.

Wzmacniacze pierwszego stopnia Falcona 9 wylądowały pomyślnie w 184 ze 195 prób ( 94,4%), przy 156 ze 161 ( 96,9%) dla wersji Falcon 9 Block 5. W sumie 159 ponownych lotów wzmacniaczy pierwszego stopnia pomyślnie wystrzeliło swoje ładunki.

Godne uwagi loty

• Lot 1, Dragon Spacecraft Qualification Unit — czerwiec 2010, pierwszy lot Falcona 9 i pierwszy test Dragona ,
• Lot 3, Dragon C2+ — pierwsza dostawa ładunku na Międzynarodową Stację Kosmiczną ,
• Lot 4, CRS-1 — pierwsza operacyjna misja ładunkowa na ISS i pierwsza demonstracja możliwości wyłączenia silnika rakiety z powodu awarii pierwszego stopnia silnika Merlin ,
• Lot 6, CASSIOPE — pierwsza rakieta v1.1 , pierwszy start z Vandenberg AFB , pierwsza próba powrotu pierwszego stopnia z napędem ,
• Lot 7, SES-8 - pierwszy start na geosynchroniczną orbitę transferową (GTO), pierwszy pozarządowy ładunek,
• Lot 9, CRS-3 — dodano nogi do lądowania, pierwsze w pełni kontrolowane zniżanie i pionowe przyziemienie na oceanie ,
• Lot 15, Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) — pierwsza misja hiperboliczna , wstrzyknięcie statku kosmicznego w punkt L1 ,
• Lot 19, CRS-7 — całkowita utrata misji z powodu awarii strukturalnej i nadciśnienia helu w drugim etapie,
• Lot 20 , Orbcomm OG-2 — pierwsze pionowe lądowanie rakiety orbitalnej,
• Lot 23, CRS-8 — pierwsze pionowe lądowanie osiągnięte na autonomicznym statku bezzałogowym w porcie kosmicznym na morzu,
• AMOS-6 — całkowita utrata pojazdu i ładunku przed statyczną próbą ogniową (byłby to lot 29),
• Lot 30, CRS-10 — pierwszy start z LC-39A w Kennedy Space Center ,
• Lot 32, SES-10 — pierwszy lot powtórny rakiety nośnej klasy orbitalnej ( B1021 , wcześniej używanej w SpaceX CRS-8 ), pierwsze odzyskanie owiewki,
• Lot 41, X-37B OTV-5 — pierwszy start samolotu kosmicznego ,
• Lot 54 Bangabandhu-1 — pierwszy lot wersji Block 5 ,
• Lot 58 Telstar 19V — najcięższy satelita komunikacyjny, jaki kiedykolwiek dostarczono do GEO,
• Flight 69 Crew Dragon Demo-1 — pierwszy start Crew Dragon (bez astronautów),
• Lot 72, RADARSAT Constellation — najcenniejszy komercyjny ładunek umieszczony na orbicie,
• Lot 81 - start Starlink , był udanym lotem, ale miał pierwszą awarię odzyskiwania wcześniej latającego i odzyskanego wzmacniacza,
• Lot 83 - udany start Starlink , pierwsza awaria silnika pierwszego stopnia Merlin 1D podczas wznoszenia i druga awaria silnika wznoszenia rakiety po CRS-1 w locie 4,
• Lot 85, Crew Dragon Demo-2 — pierwszy załogowy start Crew Dragon z dwoma astronautami,
• Lot 98, załoga-1 — pierwszy załogowy start operacyjny Crew Dragon, będący rekordzistą pod względem najdłuższego lotu kosmicznego pojazdu z załogą USA,
• Lot 101, CRS-21 — pierwszy start Cargo Dragon 2, wariantu Crew Dragon bez załogi,
• Lot 106, Transporter-1 — pierwszy dedykowany start małego satelity, ustanowił rekord największej liczby wystrzelonych satelitów podczas jednego startu z 143 satelitami, przewyższając poprzedni rekord 108 satelitów posiadanych przez wystrzelenie Antaresa 17 listopada 2018 r . ,
• Lot 108 - rutynowy start Starlink , w którym wystąpiło przedwczesne wyłączenie pierwszego stopnia silnika Merlin 1D podczas wznoszenia z powodu uszkodzeń, ale nadal dostarczano ładunek na orbitę docelową,
• Lot 126, Inspiracja 4 — pierwszy orbitalny lot kosmiczny całkowicie prywatnej załogi,
• Lot 129, DART — pierwsza misja obrony planetarnej przed obiektami bliskimi Ziemi ,
• Lot 134, CRS-24 — setne udane pionowe lądowanie rakiety klasy orbitalnej, w szóstą rocznicę pierwszego lądowania w 2015 r.,
• Lot 199 — najcięższy potwierdzony ładunek Bloku 517 400 kg , 56 satelitów Starlink .

Projekt

F9 to dwustopniowa rakieta nośna z napędem LOX / RP-1 .

Silnik

Oba stopnie są wyposażone w silniki rakietowe Merlin 1D . Każdy silnik Merlina wytwarza ciąg 854 kN (192 000 funtów _siły ). Każdy silnik wykorzystuje piroforyczną mieszaninę trietyloglinu - trietyloboranu (TEA-TEB) jako zapłonnik silnika.

Stopień wspomagania ma 9 silników, podczas gdy drugi stopień ma 1 wersję przystosowaną do podciśnienia. Silniki wspomagające są ułożone w coś, co SpaceX nazywa Octaweb .

Falcon 9 jest w stanie stracić 2 silniki i nadal ukończyć misję. Silniki Merlin 1D mogą sterować wektorem ciągu, aby dostosować trajektorię.

Każdy silnik rakietowy Merlin jest kontrolowany przez trzy głosujące komputery, z których każdy ma 2 procesory, które stale sprawdzają pozostałe 2 z trio.

czołgi

Ściany i kopuły zbiorników paliwa są wykonane ze stopu aluminiowo-litowego . SpaceX wykorzystuje całkowicie spawany zbiornik z mieszaniem tarciowym, ze względu na swoją wytrzymałość i niezawodność. Czołg drugiego stopnia jest krótszą wersją czołgu pierwszego stopnia. Wykorzystuje większość tych samych narzędzi, materiałów i technik produkcji.

Przedział międzystopniowy F9, który łączy górny i dolny stopień, to struktura kompozytowa z rdzeniem aluminiowym z włókna węglowego, która zawiera tulejki separujące wielokrotnego użytku i pneumatyczny system popychacza. Oryginalny system separacji stopni miał dwanaście punktów mocowania, zredukowanych do trzech w wersji 1.1.

Upominek

F9 wykorzystuje owiewkę ładunku (stożek przedni) do ochrony satelitów (innych niż Dragon) podczas startu. Owiewka ma 13 m (43 stopy) długości, 5,2 m (17 stóp) średnicy, waży około 1900 kg i jest zbudowana z poszycia z włókna węglowego nałożonego na aluminiowy rdzeń o strukturze plastra miodu. SpaceX zaprojektował i produkuje owiewki w Hawthorne. Testy zakończono wiosną 2013 r. w stacji NASA Plum Brook Station , gdzie wstrząs akustyczny i wibracje mechaniczne podczas startu oraz warunki wyładowań elektrostatycznych zostały zasymulowane na pełnowymiarowym przedmiocie testowym w komorze próżniowej .

Systemy kontrolne

SpaceX wykorzystuje wiele redundantnych komputerów pokładowych w konstrukcji odpornej na awarie . Oprogramowanie działa w systemie Linux i jest napisane w języku C++ . Aby zapewnić elastyczność, zamiast części utwardzanych promieniowaniem stosuje się dostępne w handlu części i konstrukcję odporną na promieniowanie dla całego systemu . Każdy stopień ma komputery pokładowe na poziomie sceny, oprócz sterowników silnika specyficznych dla Merlina, o tej samej odpornej na uszkodzenia konstrukcji triady do obsługi funkcji sterowania sceną. Każdy procesor mikrokontrolera silnika działa na architekturze PowerPC .

Nogi / płetwy

Dopalacze, które będą celowo wydatkowane, nie mają nóg ani płetw. Odzyskiwalne dopalacze obejmują cztery wysuwane nogi do lądowania przymocowane wokół podstawy. Aby kontrolować zejście rdzenia przez atmosferę, SpaceX wykorzystuje płetwy siatkowe , które wysuwają się z pojazdu chwilę po rozdzieleniu się stopni.

Wersje

V1.0 odbył pięć udanych startów orbitalnych w latach 2010–2013. Znacznie większy V1.1 wykonał swój pierwszy lot we wrześniu 2013 r. Misja demonstracyjna przewoziła mały 500 kg (1100 funtów) główny ładunek, satelitę CASSIOPE . Potem nastąpiły większe ładunki, począwszy od wystrzelenia satelity komunikacyjnego SES-8 GEO . Zarówno wersja 1.0, jak i wersja 1.1 wykorzystywały jednorazowe pojazdy nośne (ELV). Falcon 9 Full Thrust odbył swój pierwszy lot w grudniu 2015 roku. Pierwszy stopień wersji Full Thrust był wielokrotnego użytku . Obecna wersja, znana jako Falcon 9 Block 5 , wykonała swój pierwszy lot w maju 2018 roku.

wersja 1.0

F9 v1.0 był jednorazowym pojazdem nośnym rozwijanym w latach 2005–2010. Po raz pierwszy poleciał w 2010 roku. V1.0 wykonał pięć lotów, po czym przeszedł na emeryturę. Pierwszy stopień był napędzany dziewięcioma silnikami Merlin 1C ułożonymi w siatce 3 × 3. Każdy miał ciąg na poziomie morza 556 kN (125 000 funtów · _siły ) przy całkowitym ciągu startowym około 5000 kN (1100 000 funtów · _siły ). Drugi stopień był napędzany pojedynczym silnikiem Merlin 1C, zmodyfikowanym do pracy w próżni , ze stopniem rozprężania 117:1 i nominalnym czasem spalania 345 sekund. Silniki napędzane gazowym N2 _zastosowano w drugim stopniu jako system kontroli reakcji (RCS).

Wczesne próby dodania lekkiego systemu ochrony termicznej do stopnia wspomagania i odzyskiwania spadochronu nie powiodły się.

W 2011 roku SpaceX rozpoczął formalny program rozwoju Falcona 9 wielokrotnego użytku , początkowo koncentrując się na pierwszym etapie.

wersja 1.1

Wersja 1.1 jest o 60% cięższa i ma o 60% większy ciąg niż wersja 1.0. Jego dziewięć (mocniejszych) silników Merlin 1D zostało przestawionych w „ośmiokątny” wzór, który SpaceX nazwał Octaweb . Ma to na celu uproszczenie i usprawnienie produkcji. Zbiorniki paliwa były o 60% dłuższe, przez co rakieta była bardziej podatna na zginanie podczas lotu.

Pierwszy stopień w wersji 1.1 oferował całkowity ciąg na poziomie morza podczas startu 5885 kiloniutonów (1323000 lbf ₎ , przy czym silniki paliły się przez nominalne 180 sekund, podczas gdy ciąg etapu wzrasta do 6672 kN (1500000 lbf ₎ w miarę wznoszenia się wzmacniacza poza atmosferą.

System separacji etapów został przeprojektowany, aby zmniejszyć liczbę punktów mocowania z dwunastu do trzech, a pojazd miał ulepszoną awionikę i oprogramowanie.

Te ulepszenia zwiększyły ładowność z 9 000 kg (20 000 funtów) do 13 150 kg (28 990 funtów). Prezes SpaceX, Gwynne Shotwell, stwierdził, że wersja 1.1 ma o około 30% większą ładowność niż opublikowano w jej cenniku, z dodatkowym marginesem zarezerwowanym na powracające etapy poprzez ponowne wejście z zasilaniem .

Testy rozwojowe pierwszego etapu zakończono w lipcu 2013 r. Pierwsze uruchomienie miało miejsce we wrześniu 2013 r.

Przewody paliwa zapalnika drugiego stopnia zostały później zaizolowane, aby lepiej wspierać ponowne uruchomienie w kosmosie po fazach długiego wybrzeża dla manewrów na trajektorii orbitalnej. Cztery wysuwane nogi do lądowania z włókna węglowego / aluminium o strukturze plastra miodu zostały uwzględnione w późniejszych lotach, podczas których próbowano lądować.

Specyfikacje cen i ładowności SpaceX opublikowane dla wersji 1.1 w marcu 2014 r. Zawierały o około 30% wyższą wydajność niż wskazano w opublikowanym cenniku; SpaceX zarezerwował dodatkową wydajność do przeprowadzenia testów możliwości ponownego użycia . W wersji 1.1 wprowadzono wiele zmian technicznych w celu obsługi ponownego użycia i odzyskiwania pierwszego etapu ^.

V1.2/Pełny ciąg

Aktualizacja do wersji 1.2, znana również jako Full Thrust (FT), wprowadziła poważne zmiany. Dodano kriogeniczne chłodzenie paliwa napędowego, aby zwiększyć gęstość, umożliwiając o 17% większy ciąg, ulepszono system separacji stopni, rozciągnięto drugi stopień, aby pomieścić dodatkowe paliwo napędowe, oraz wzmocniono rozpórki do mocowania butelek z helem, które, jak się uważa, były zaangażowane w awarię lotu 19. Oferował pierwszy stopień wielokrotnego użytku . Plany ponownego wykorzystania drugiego stopnia zostały porzucone, ponieważ ciężar osłony termicznej i innego sprzętu zbytnio zmniejszyłby ładowność. Wzmacniacz wielokrotnego użytku został opracowany przy użyciu systemów i oprogramowania przetestowanych na prototypach Falcona 9.

Autonomiczny system bezpieczeństwa lotu (AFSS) zastąpił naziemny personel i sprzęt kontroli lotów misji. AFSS oferował pokładowe źródła pozycjonowania, nawigacji i pomiaru czasu oraz logikę decyzyjną. Korzyści z AFSS obejmowały zwiększone bezpieczeństwo publiczne, zmniejszoną zależność od infrastruktury zasięgu, zmniejszony koszt transportu kosmicznego, zwiększoną przewidywalność i dostępność harmonogramu, elastyczność operacyjną i elastyczność czasu startowego”.

Pojemność FT pozwoliła SpaceX wybrać między zwiększeniem ładowności, spadkiem ceny startowej lub jednym i drugim.

Jego pierwsze udane lądowanie miało miejsce w grudniu 2015 r., A pierwszy lot w marcu 2017 r. W lutym 2017 r. Wystrzelenie CRS-10 było pierwszym startem operacyjnym z wykorzystaniem AFSS. Wszystkie starty SpaceX po 16 marca korzystały z AFSS. Misja z 25 czerwca przyniosła drugą partię dziesięciu satelitów Iridium NEXT , w których aluminiowe płetwy siatkowe zostały zastąpione większymi wersjami tytanowymi , aby poprawić autorytet kontroli i tolerancję na ciepło podczas ponownego wejścia .

Blok 4

W 2017 roku SpaceX zaczął wprowadzać stopniowe zmiany, wewnętrznie nazwany Block 4. Początkowo tylko drugi stopień został zmodyfikowany do standardów Block 4, latając na szczycie pierwszego stopnia Block 3 na trzy misje: NROL-76 i Inmarsat- 5 F5 w maju 2017 i Intelsat 35e w lipcu 2017. Blok 4 został opisany jako przejście między Full Thrust v1.2 Block 3 i Block 5 . Obejmuje stopniowe ulepszenia ciągu silnika prowadzące do Bloku 5. Dziewiczym lotem pełnego projektu Bloku 4 (pierwszy i drugi etap) była misja SpaceX CRS-12 14 sierpnia.

Blok 5

W październiku 2016 roku Musk opisał Blok 5 jako zawierający „wiele drobnych udoskonaleń, które łącznie są ważne, ale najbardziej znaczące są zwiększony ciąg i ulepszone nogi”. W styczniu 2017 roku Musk dodał, że Block 5 „znacząco poprawia wydajność i łatwość ponownego użycia”. Dziewiczy lot odbył się 11 maja 2018 roku z satelitą Bangabandhu Satellite-1 . Drugi stopień Block 5 obejmował ulepszenia, które umożliwiły mu pozostanie na orbicie i ponowne uruchomienie silnika trzy lub więcej razy.

Możliwości

Wydajność

Wersja	v1.0 (wycofany)	v1.1 (na emeryturze)	v1.2 lub pełny ciąg
			Blok 3 i Blok 4 (na emeryturze)	Blok 5 (aktywny)
Silniki etapu 1	9 × Merlin 1C	9 × Merlin 1D	9 × Merlin 1D (ulepszony)	9 × Merlin 1D (ulepszony)
Masa 1 stopnia			Sucha masa 22,2 t (49 000 funtów)
Silniki etapu 2	1 × odkurzacz Merlin 1C	1 × Odkurzacz Merlin 1D	1 × odkurzacz Merlin 1D (ulepszony)	1 × odkurzacz Merlin 1D (ulepszony)
Masa etapu 2			Sucha masa 4 t (8800 funtów)
Maks. wysokość (m)	53	68,4	70	70
Średnica (m)	3,66	3,66	3,66	3,66
Początkowy ciąg	3,807 mln ton (388,2 tf )	5,9 mln ton (600 tf )	6,804 mln ton (693,8 tf )	7,6 mln ton (770 tf )
Masa startowa	318 ton (701 000 funtów)	506 ton (1116000 funtów)	549 ton (1210000 funtów)	549 ton (1210000 funtów)
Średnica owiewki (m)	—	5.2	5.2	5.2
Masa owiewkowa			3,7 t (8200 funtów)
Ładowność do LEO (kg) (z Cape Canaveral )	8500–9 000	13150	22800 (zbywalne)	≥ 22 800 (jednorazowe) ≥ 17 400 (wielokrotnego użytku)
Ładowność do GTO (kg)	3400	4850	8300 (jednorazowe) Około 5300 (wielokrotnego użytku)	≥ 8300 (jednorazowe) ≥ 5800 (wielokrotnego użytku)
Współczynnik sukcesu	5 / 5	14 / 15	36 / 36 (1 wykluczone)	160 / 160

Niezawodność

Na dzień 7 kwietnia 2023 r. Falcon 9 osiągnął 214 z 216 pełnych sukcesów misji ( 99,1%). SpaceX CRS-1 odniósł sukces w swojej głównej misji, ale pozostawił dodatkowy ładunek na niewłaściwej orbicie, podczas gdy SpaceX CRS-7 został zniszczony w locie. Ponadto AMOS-6 rozpadł się na platformie startowej podczas tankowania do testu silnika. Opierając się na oszacowaniu niezawodności punktu Lewisa , Falcon 9 Full Thrust stał się najbardziej niezawodnym orbitalnym pojazdem nośnym, jaki wówczas działał. Blok 5 ma wskaźnik sukcesu 100% (160/160). Dla porównania, wzorcowa w branży seria Sojuz przeprowadziła 1880 startów ze wskaźnikiem sukcesu 95,1% (wskaźnik sukcesu najnowszego Sojuza-2 wynosi 94%), rosyjska seria Proton wykonała 425 startów ze wskaźnikiem sukcesu 88,7% ( wskaźnik sukcesu najnowszego Proton-M wynosi 90,1%), europejski Ariane 5 wykonał 110 startów ze wskaźnikiem sukcesu 95,5%, a chiński Long March 3B wykonał 85 startów ze wskaźnikiem sukcesu 95,3% .

Sekwencja startowa F9 obejmuje funkcję przytrzymania, która umożliwia pełny zapłon silnika i sprawdzenie układów przed startem. Po uruchomieniu silnika pierwszego stopnia wyrzutnia jest przytrzymywana i nie zwalniana do lotu, dopóki wszystkie układy napędowe i pojazdu nie potwierdzą, że działają normalnie. Podobne systemy przytrzymujące były stosowane w pojazdach nośnych, takich jak Saturn V i prom kosmiczny . W przypadku wykrycia jakichkolwiek nienormalnych warunków następuje automatyczne bezpieczne wyłączenie i rozładowanie paliwa. Przed datą startu SpaceX zazwyczaj kończy cykl testowy, którego kulminacją jest statyczne odpalenie silnika pierwszego stopnia trwające trzy i pół sekundy.

F9 ma potrójnie nadmiarowe komputery pokładowe i nawigację bezwładnościową , z nakładką GPS dla dodatkowej dokładności.

Możliwość wyłączenia silnika

Podobnie jak Saturn , wiele silników pozwala na ukończenie misji, nawet jeśli jeden się nie powiedzie. Upubliczniono szczegółowe opisy destrukcyjnych trybów awarii silnika i zaprojektowanych możliwości wyłączania silnika.

SpaceX podkreślił, że pierwszy etap został zaprojektowany z myślą o możliwości „wyłączenia silnika”. CRS-1 w październiku 2012 był częściowym sukcesem po silniku nr. 1 stracił ciśnienie po 79 sekundach, a następnie się wyłączył. Aby zrekompensować wynikającą z tego utratę przyspieszenia, pierwszy stopień musiał palić się o 28 sekund dłużej niż planowano, a drugi stopień musiał palić się o dodatkowe 15 sekund. Ten dodatkowy czas spalania zmniejszył rezerwy paliwa, tak że prawdopodobieństwo, że było wystarczająco dużo paliwa do wykonania misji, spadło z 99% do 95%. Ponieważ NASA kupiła start i tym samym kontrolowała umownie kilka punktów decyzyjnych misji, NASA odrzuciła prośbę SpaceX o ponowne uruchomienie drugiego etapu i próbę dostarczenia dodatkowego ładunku na właściwą orbitę. W rezultacie dodatkowy ładunek ponownie wszedł do atmosfery.

Silniki Merlin 1D uległy dwóm przedwczesnym wyłączeniu podczas wznoszenia. Żaden z nich nie wpłynął na główną misję, ale obie próby lądowania zakończyły się niepowodzeniem. Podczas misji Starlink 18 marca 2020 r. Jeden z silników pierwszego stopnia uległ awarii na 3 sekundy przed wyłączeniem z powodu zapłonu alkoholu izopropylowego , który nie został odpowiednio oczyszczony po czyszczeniu. Podczas innej misji Starlink 15 lutego 2021 r. Gorące gazy spalinowe dostały się do silnika z powodu dziury w pokrywie spowodowanej zmęczeniem. SpaceX stwierdził, że nieudana osłona miała „najwyższą… liczbę lotów, jaką widział ten konkretny projekt [okładki] bagażnika”.

Wielokrotnego użytku

SpaceX od początku planował, aby oba etapy były wielokrotnego użytku. Pierwsze etapy wczesnych lotów Falcona były wyposażone w spadochrony i pokryte warstwą korka ablacyjnego , aby umożliwić im przetrwanie ponownego wejścia w atmosferę . Zostały one pokonane przez towarzyszące naprężenia aerodynamiczne i ogrzewanie. Etapy były odporne na korozję w słonej wodzie.

Pod koniec 2011 roku SpaceX wyeliminował spadochrony na rzecz opadania z napędem . Projekt był gotowy do lutego 2012 roku.

Lądowania z napędem zostały najpierw przetestowane w locie za pomocą suborbitalnej rakiety Grasshopper . W latach 2012-2013 ten demonstracyjny pojazd testowy na małej wysokości i małej prędkości wykonał osiem pionowych lądowań , w tym 79-sekundowy lot w obie strony na wysokość 744 m (2441 stóp). W marcu 2013 r. SpaceX ogłosił, że od pierwszego lotu w wersji 1.1 każdy wzmacniacz będzie wyposażony w możliwość opadania z napędem.

Testy w locie po misji i próby lądowania

W przypadku lotu 6 we wrześniu 2013 r., Po rozdzieleniu etapów, plan lotu przewidywał, że pierwszy etap wymagał wypalenia w celu zmniejszenia prędkości powrotu, a następnie drugiego wypalenia tuż przed dotarciem do wody. Chociaż nie był to pełny sukces, scena była w stanie zmienić kierunek i dokonać kontrolowanego wejścia w atmosferę. Podczas ostatniego spalania podczas lądowania silniki RCS nie były w stanie pokonać wirowania wywołanego aerodynamiką. Siła odśrodkowa pozbawiła silnik paliwa, co doprowadziło do przedwczesnego wyłączenia silnika i silnego rozbryzgu.

Po czterech kolejnych testach lądowania na oceanie, wzmacniacz CRS-5 podjął próbę lądowania na pływającej platformie ASDS w styczniu 2015 r. Rakieta zawierała (po raz pierwszy w misji orbitalnej) aerodynamiczne powierzchnie sterowe płetw siatkowych i pomyślnie skierowała się na statek , zanim skończy się płyn hydrauliczny i uderzy w platformę. Druga próba miała miejsce w kwietniu 2015 roku na CRS-6 . Po starcie zawór bipropelenta utknął, uniemożliwiając systemowi sterowania reakcję wystarczająco szybką, aby pomyślnie wylądować.

Pierwsza próba wylądowania wzmacniacza na płycie naziemnej w pobliżu miejsca startu miała miejsce podczas lotu 20 w grudniu 2015 r. Lądowanie zakończyło się sukcesem, a wzmacniacz odzyskano. To był pierwszy przypadek w historii , kiedy po wystrzeleniu misji orbitalnej pierwszy stopień osiągnął kontrolowane pionowe lądowanie . Pierwsze udane lądowanie boostera na ASDS miało miejsce w kwietniu 2016 r. na statku bezzałogowym Of Course I Still Love You podczas CRS-8 .

W latach 2013-2016 przeprowadzono szesnaście lotów testowych, z których sześć zakończyło się miękkim lądowaniem i przywróceniem wspomagania. Od stycznia 2017 r., z wyjątkiem środkowego rdzenia z lotu testowego Falcon Heavy , misji Falcon Heavy USAF STP-2 , misji zaopatrzeniowej Falcon 9 CRS-16 oraz misji Starlink -4 i 5, każda próba lądowania kończyła się sukcesem. Jedyna strata pierwszego stopnia po wylądowaniu miała miejsce na Falcon Heavy Arabsat-6A po tym, jak środkowy rdzeń wypadł za burtę podczas wzburzonego morza podczas podróży na ląd.

Wznowienie

Pierwsze wznowienie operacyjne wcześniej używanego wzmacniacza miało miejsce w marcu 2017 r. Z B1021 podczas misji SES-10 po CRS-8 w kwietniu 2016 r. Po drugim wylądowaniu został wycofany. W czerwcu 2017 r. wzmacniacz B1029 pomógł przenieść satelitę BulgariaSat-1 w kierunku GTO po misji Iridium NEXT LEO w styczniu 2017 r., ponownie wykorzystując i lądując odzyskany wzmacniacz. Trzeci lot ponownego wykorzystania odbył się w listopadzie 2018 r. w ramach misji SSO-A . Rdzeń misji, Falcon 9 B1046 , był pierwszym wyprodukowanym wzmacniaczem Block 5 i początkowo latał w misji Bangabandhu Satellite-1 .

W maju 2021 pierwszy booster osiągnął 10 misji. Musk wskazał, że SpaceX zamierza latać dopalaczami, dopóki nie zobaczą awarii w misjach Starlink. Według stanu na grudzień 2022 r. Rekord to 15 lotów tym samym wzmacniaczem.

Regeneracja drugich stopni i owiewek

Pomimo publicznych oświadczeń, że dołożą wszelkich starań, aby drugi stopień nadawał się do ponownego użycia, pod koniec 2014 roku SpaceX ustalił, że masa potrzebna na osłonę termiczną, silniki do lądowania i inny sprzęt wspomagający odbudowę drugiego stopnia była zaporowa i porzucony wysiłki na rzecz ponownego użycia w drugim etapie.

SpaceX opracował owiewki ładunkowe wyposażone w sterowany spadochron, a także silniki RCS, które można odzyskać i ponownie wykorzystać. Połowę owiewki ładunku odzyskano po miękkim lądowaniu w oceanie po raz pierwszy w marcu 2017 r., po SES-10 . Następnie rozpoczęto prace nad systemem opartym na statkach, obejmującym masywną sieć, w celu wyłapywania powracających owiewek. Dwa dedykowane statki zostały wyposażone do tej roli, dokonując pierwszych połowów w 2019 r. Jednak po mieszanym sukcesie SpaceX powrócił do lądowania na wodzie i odzyskiwania na mokro.

Uruchom witryny

Na początku 2018 roku F9 regularnie startował z trzech orbitalnych miejsc startowych : Launch Complex 39A w Kennedy Space Center , Space Launch Complex 4E w Vandenberg Air Force Base oraz Space Launch Complex 40 w Cape Canaveral Air Force Station . Ten ostatni został uszkodzony w wypadku AMOS-6 we wrześniu 2016 r., Ale ponownie działał do grudnia 2017 r.

cennik

W czasie dziewiczego lotu F9 w 2010 roku cena uruchomienia wersji 1.0 wynosiła od 49,9 do 56 mln USD. Następnie cena katalogowa wzrosła do 54–59,5 mln USD (2012). 56,5 mln USD (wersja 1.1, sierpień 2013 r.), 61,2 mln USD (czerwiec 2014 r.), 62 mln USD (Full Thrust, maj 2016 r.) do 67 mln USD (2022 r.). Misje Dragon cargo na ISS mają średni koszt 133 milionów w ramach umowy o stałej cenie z NASA , wliczając w to koszt statku kosmicznego. Misja DSCOVR z 2013 r. , wystrzelona wraz z Falconem 9 dla Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA), kosztowała 97 mln USD.

W 2004 roku Elon Musk stwierdził: „Ostatecznie uważam, że 500 za funt (1100 / kg) [ładunku dostarczonego na orbitę] lub mniej jest bardzo osiągalne”. Przy cenie startowej z 2016 r. z pełnym ładunkiem LEO, koszty uruchomienia z pełnym ciągiem osiągnęły 1200 USD/funt (2600 USD/kg).

W 2011 roku Musk oszacował, że paliwo i utleniacz do wersji 1.0 kosztują około 200 000. W pierwszym etapie wykorzystuje się 245 620 l (54 030 galonów IMP; 64 890 galonów amerykańskich) ciekłego tlenu i 146 020 l (32 120 galonów IMP; 38 570 galonów amerykańskich) paliwa RP-1 , podczas gdy w drugim etapie wykorzystuje się 28 000 l (6200 galonów IMP; 7400 US) gal) ciekłego tlenu i 17 000 l (3700 galonów IMP; 4500 galonów amerykańskich) RP-1.

Do 2018 roku obniżone koszty uruchomienia F9 przyciągnęły konkurentów. Arianespace rozpoczęła pracę nad Ariane 6 , United Launch Alliance (ULA) nad Vulcan Centaur oraz International Launch Services (ILS) nad Proton Medium .

26 czerwca 2019 r. Jonathan Hofeller (wiceprezes SpaceX ds. Sprzedaży komercyjnej) powiedział, że rabaty cenowe udzielane wczesnym klientom na misji z ponownie użytymi dopalaczami stały się ceną standardową. W październiku 2019 r. „Cena bazowa” Falcona 9, wynosząca 62 mln USD za start, została obniżona do 52 mln USD za loty zaplanowane w 2021 r. I później.

10 kwietnia 2020 r. Administrator Roskosmosu Dmitrij Rogozin powiedział, że jego zespół obniża ceny o 30%, twierdząc, że SpaceX dumping cenowy, obciążając klientów komercyjnych 60 mln USD za lot, podczas gdy NASA pobiera od 1,5 do 4 razy więcej za ten sam lot. Musk zaprzeczył twierdzeniu i odpowiedział, że różnica w cenie odzwierciedla fakt, że F9 były w 80% wielokrotnego użytku, podczas gdy rosyjskie rakiety były jednorazowego użytku. Dyrektor generalny ULA, Tory Bruno, stwierdził: „Nasze szacunki obejmują około 10 lotów jako średnią floty, aby osiągnąć stały próg rentowności… i nikt nie zbliżył się do tego”. Jednak Elon Musk odpowiedział: „Zmniejszenie ładowności ze względu na możliwość ponownego użycia wzmacniacza i owiewki wynosi <40% dla Falcona 9, a regeneracja i renowacja <10%, więc jesteś mniej więcej równy przy 2 lotach, zdecydowanie do przodu z 3”. CNBC poinformowało w kwietniu 2020 r., Że starty Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych kosztowały 95 mln USD ze względu na potrzebne dodatkowe zabezpieczenia. Dyrektor wykonawczy SpaceX, Christopher Couluris, stwierdził, że ponowne użycie rakiet może obniżyć ceny, że „wystrzelenie go kosztuje 28 milionów, to wszystko”.

Ładunki wtórne

Usługi ładunków F9 obejmują ładunki drugorzędne i trzeciorzędne montowane za pośrednictwem pierścienia EELV Secondary Payload Adapter (ESPA), tego samego adaptera międzystopniowego, który po raz pierwszy był używany do wystrzeliwania dodatkowych ładunków w misjach US DoD , które wykorzystują Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV) Atlas V i Delta IV . Umożliwia to drugorzędne, a nawet trzeciorzędne misje przy minimalnym wpływie na pierwotną misję. W 2011 roku SpaceX ogłosił ceny ładunków zgodnych z ESPA.

Historyczne artefakty i muzeum Falcon 9s

SpaceX po raz pierwszy wystawił Falcona 9 (B1019) na publiczną wystawę w swojej siedzibie głównej w Hawthorne w Kalifornii w 2016 roku.

W 2019 roku SpaceX przekazał Falcon 9 (B1035) do Space Center Houston w Houston w Teksasie . Był to wzmacniacz, który odbył dwie misje, „11. i 13. misję zaopatrzeniową na Międzynarodową Stację Kosmiczną [i był] pierwszą rakietą Falcon 9, którą NASA zgodziła się polecieć po raz drugi”.

W 2021 roku SpaceX przekazał boczny wzmacniacz Falcon Heavy (B1023) do kompleksu turystycznego Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego .

Godne uwagi ładunki

• AMOS-17
• Satelita Bangabandhu-1
• Lądownik księżycowy Beresheet
• Boeinga X-37
• Smok załogi i ładunku
• CRS-7
• Test podwójnego przekierowania asteroidy (DART)
• EchoStar 23
• Uruchomienie GPS IIIA
• Konstelacja Iridium NEXT
• Startuje dla US National Reconnaissance Office , NROL
• Orbcomm OG2
• Konstelacja RADARSATA
• SES-10
• Premiera Sirius XM
• SpaceX Starlink
• Tranzytujący satelita do badań egzoplanet (TESS)
• Zuma

Zobacz też

• Porównanie orbitalnych systemów startowych
• Lista dopalaczy pierwszego stopnia Falcona 9
• Pojazdy startowe SpaceX

Notatki

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Oficjalna strona Falcona 9
• SAOCOM 1B | Start i lądowanie
• Odpalanie próbne dwóch silników Merlin 1C podłączonych do pierwszego stopnia Falcona 9, film 1 , film 2 (18 stycznia 2008)
• Komunikat prasowy zapowiadający projekt (9 września 2005)
• SpaceX ma nadzieję dostarczyć ISS nową ciężką wyrzutnię Falcon 9 (Flight International, 13 września 2005)
• SpaceX wystrzeliwuje Falcona 9 z klientem zarchiwizowanym 11 czerwca 2007 r. W Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 września 2005 r.)