Falcon 9 | |
---|---|
| |
Generel information | |
Land | USA |
Familie | Falk |
Formål | booster |
Udvikler | SpaceX |
Fabrikant | SpaceX |
Startomkostninger | |
Hovedkarakteristika | |
Antal trin | 2 |
Længde (med MS) |
|
Diameter | 3,7 m |
startvægt |
|
Nyttelast vægt | |
• hos LEO |
|
• hos GPO |
|
• til Mars | FT: 4020 kg |
Starthistorik | |
Stat | nuværende |
Startsteder | |
Antal lanceringer |
|
• vellykket |
|
• mislykkedes | 1 ( v1.1 , CRS-7 ) |
• delvist mislykket |
1 ( v1.0 , CRS-1 ) |
Første start |
|
Sidste løbetur | 28. oktober 2022 ( Starlink 4-31 ) |
landingshistorie | |
Landing | første etape |
Landingssteder |
Landingszone 1 , Landingszone 4 , ASDS -platforme |
Antal landinger | 151 |
• vellykket | 142 |
• på jorden | 17 ( FT ) |
• til platformen | 74 ( FT ) |
• mislykkedes | 9 |
• på jorden | 1 ( FT ) |
• til platformen |
|
Første etape (Falcon 9 FT (Blok 5)) | |
Tørvægt | ~22,2 t |
startvægt | ~431,7 t |
Marcherende motorer | 9 × Merlin 1D+ |
fremstød |
havniveau: 7686 kN vakuum: 8227 kN |
Specifik impuls |
havniveau: 282 s vakuum: 311 s |
Arbejdstimer | 162 sek |
Brændstof | petroleum |
Oxidationsmiddel | flydende ilt |
Anden etape (Falcon 9 FT (blok 5)) | |
Tørvægt | ~4 t |
startvægt | ~111,5 t |
sustainer motor | Merlin 1D+ støvsuger |
fremstød | vakuum: 981 kN |
Specifik impuls | vakuum: 348 s |
Arbejdstimer | 397 sek |
Brændstof | petroleum |
Oxidationsmiddel | flydende ilt |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Falcon 9 ( [ˈfælkən naɪn] , falk fra engelsk - "falcon") er en familie af engangs- og delvist genanvendelige løfteraketter af tung klasse af Falcon -serien af det amerikanske firma SpaceX . Falcon 9 består af to trin og bruger petroleum af RP-1 kvalitet ( brændstof ) og flydende oxygen ( oxidationsmiddel ) som brændstofkomponenter. "9" i navnet refererer til antallet af Merlin flydende raketmotorer installeret i løfterakettens første fase.
Falcon 9's første trin kan genbruges, udstyret med udstyr til reentry og lodret landing på en landingsplads eller flydende flydende platform for et autonomt rumhavns droneskib . Den 22. december 2015, efter at have opsendt 11 Orbcomm-G2- satellitter i kredsløb , landede første etape af en Falcon 9 FT løfteraket med succes på Landing Zone 1- stedet for første gang . Den 8. april 2016, som en del af SpaceX CRS-8- missionen , landede første etape af en Falcon 9 FT-raket med succes på offshoreplatformen " Of course I Still Love You " for første gang i raketvidenskabens historie. Den 30. marts 2017 blev samme etape, efter vedligeholdelse, relanceret som en del af SES-10- missionen og landede igen med succes på offshore-platformen. I alt blev der i 2017-2019 gennemført 24 relanceringer af første etape. I 2020 havde 21 ud af 26 opsendelser den første etape genbrugt, en af etaperne blev brugt 5 gange i løbet af året og to etaper blev søsat for syvende gang. I 2021 brugte kun to ud af 31 opsendelser den nye første etape, en af etaperne blev affyret for ellevte gang.
Falcon 9 bruges til at opsende geostationære kommercielle kommunikationssatellitter , forskningsrumfartøjer, Dragon -fragtrumfartøjet under Commercial Resupply Services-programmet for at forsyne den internationale rumstation og opsende det bemandede rumfartøj Crew Dragon . Rekordnyttelasten i form af masse, opsendt i et lavt referencekredsløb (LEO), er en flok af 60 Starlink -satellitter med en samlet vægt på 15.600 kilogram [3] . Sådanne bundter SpaceX har regelmæssigt opsendt 290 km i kredsløb siden 2019 og sigter mod 24 sådanne opsendelser i 2020. Rekorden i geotransfer orbit (GTO) er Intelsat 35e - 6761 kg [a] .
Bruger RP-1 petroleum som brændstof og flydende oxygen som oxidationsmiddel. Bygget i henhold til standardskemaet, når oxidationstanken er placeret over brændstoftanken. Bunden mellem tankene er fælles. Begge tanke er lavet af aluminium-lithium legering, tilsætning af lithium til legeringen øger den specifikke styrke af materialet og reducerer vægten af strukturen [4] . Oxidationstankens vægge er bærende, brændstoftankens vægge er forstærket med rammer og langsgående bjælker på grund af det faktum, at den nederste del af det første trin har den største pressebelastning. Oxidationsmidlet kommer ind i motorerne gennem en rørledning, der løber gennem midten af brændstoftanken langs hele dens længde. Komprimeret helium bruges til at sætte tankene under tryk [5] [6] .
Falcon 9's første trin bruger ni Merlin raketmotorer med flydende drivgas [7] . Afhængigt af versionen af løfteraketten er versionen af motorerne og deres layout forskellig. For at starte motorer anvendes en selvantændende blanding af triethylaluminium og triethylboran (TEA-TEB) [6] .
Det første og andet trin er forbundet med et overgangsrum, hvis skal er lavet af en aluminium-kulfiber-komposit. Den dækker anden trins motor og indeholder trinseparationsmekanismerne. Adskillelsesmekanismer er pneumatiske, i modsætning til de fleste raketter, der bruger squibs til sådanne formål . Denne type mekanisme tillader dens fjerntestning og kontrol, hvilket øger pålideligheden af trinseparation [6] [7] .
Det er i virkeligheden en forkortet kopi af den første fase, der bruger de samme materialer, produktionsværktøjer og teknologiske processer. Dette giver dig mulighed for betydeligt at reducere omkostningerne til produktion og vedligeholdelse af løfteraketten og som et resultat reducere omkostningerne ved dets lancering. På samme måde som det første trin er tankene lavet af aluminium-lithium-legering, væggene i brændstoftanken er forstærket med et langsgående og tværgående kraftsæt, oxidationstankens vægge er uforstærkede. Den bruger også petroleum og flydende ilt som brændstofkomponenter [6] .
Det andet trin bruger en enkelt Merlin Vacuum [7] [8] raketmotor med flydende drivmiddel . Har en dyse med et stærkt øget ekspansionsforhold for at optimere motorydelsen i et vakuum. Motoren kan genstartes flere gange for at levere nyttelast til forskellige driftsbaner. Andet trin bruger også den selvantændende blanding TEA-TEB til at starte motoren. For at forbedre pålideligheden er tændingssystemet dobbelt redundant [7] .
For at kontrollere den rumlige position i fasen af fri kredsløbsflyvning, samt til at styre rotationen af scenen under driften af hovedmotoren, anvendes et orienteringssystem , hvis gasjetmotorer arbejder på komprimeret nitrogen [5 ] [6] .
Hver etape er udstyret med flyelektronik og indbyggede flyvecomputere, der styrer alle flyveparametre for løfteraketten. Al brugt flyelektronik er SpaceX's egen produktion og er lavet med tredobbelt redundans. GPS bruges i tillæg til inertinavigationssystemet til at forbedre nøjagtigheden af at placere nyttelasten i kredsløb . Flycomputere fungerer under Linux -operativsystemet med software skrevet i C++ [6] .
Hver Merlin-motor har sin egen controller, der overvåger motorens ydeevne gennem hele dens levetid. Controlleren består af tre processorenheder, der konstant kontrollerer hinandens ydeevne for at øge systemets fejltolerance [6] .
Falcon 9 løfteraket er i stand til at gennemføre flyvningen med succes selv med en nødstop af to af de ni første trins motorer [9] [10] . I en sådan situation genberegner flyvecomputerne flyveprogrammet, og de resterende motorer kører længere for at opnå den nødvendige hastighed og højde. Flyveprogrammet for anden etape ændrer sig på lignende måde. Så i det 79. sekund af SpaceX CRS-1 's flyvning blev motor nummer 1 i første fase unormalt stoppet efter svigt af dens kåbe og det efterfølgende fald i driftstryk. Dragon - rumfartøjet blev med succes opsendt i sin tilsigtede bane på grund af den øgede driftstid for de resterende otte motorer, selvom Orbcomm-G2-satellitten, der tjente som en sekundær belastning, blev opsendt i en lavere bane og brændte op i atmosfæren efter 4. dage [11] .
Ligesom med Falcon 1 løfteraket giver Falcon 9 affyringssekvensen mulighed for at stoppe opsendelsesproceduren baseret på en kontrol af løfterakettens motorer og systemer inden opsendelsen. For at gøre dette er affyringsrampen udstyret med fire specielle klemmer, der holder raketten i nogen tid, efter at motorerne er startet med fuld kraft. Hvis der opdages en funktionsfejl, stoppes opsendelsen, og brændstoffet og oxidationsmidlet pumpes ud af raketten. For begge stadier er det således muligt at genbruge og udføre bænktest før flyvning [12] . Et lignende system blev også brugt til Shuttle og Saturn V.
Den koniske næsebeklædning er placeret på toppen af andet trin og beskytter nyttelasten mod aerodynamiske, termiske og akustiske påvirkninger under atmosfærisk flyvning. Den består af to halvdele og adskilles umiddelbart efter, at raketten forlader atmosfærens tætte lag. Adskillelsesmekanismer er fuldt pneumatiske. Beklædningen er ligesom overgangsrummet lavet af en honeycomb, honeycomb aluminium base med en flerlags kulfiberbelægning. Højden på en standard Falcon 9 kåbe er 13,1 m, den ydre diameter er 5,2 m, den indre diameter er 4,6 m, og vægten er omkring 1750 kg [5] [6] [13] . Hver kåbeklap er udstyret med nitrogen-thrustere til vakuumstillingskontrol og et parafoil -kontrolsystem, der giver jævn, kontrolleret nedsprøjtning på et givet punkt med en nøjagtighed på 50 m. For at undgå kontakt med vand, forsøger SpaceX at fange den i en 40.000 sq. fod [14] (~ 3716 m 2 ), strakt som en trampolin over højhastighedsfartøjer. Til denne opgave bruger SpaceX entreprenører, som allerede har erfaring inden for kontrolleret landing af faldskærme med en belastning på op til 10.000 kg [15] . Beklædningen bruges ikke ved opsendelsen af Dragon - rumfartøjet .
Løftefartøjet har gennemgået to væsentlige modifikationer siden den første lancering. Den første version, Falcon 9 v1.0, kørte fem gange mellem 2010 og 2013, og blev efterfulgt af Falcon 9 v1.1 med 15 lanceringer; dets brug blev afsluttet i januar 2016. Den næste version, Falcon 9 Full Thrust (FT), der blev lanceret første gang i december 2015, bruger superkølede brændstofkomponenter og maksimalt motortryk for at øge løfterakettens nyttelast med 30 %. I maj 2018 blev den første lancering af den endelige version af løfteraketten, Falcon 9 Block 5, udført, som omfattede adskillige forbedringer, der hovedsageligt havde til formål at fremskynde og forenkle genbrugen af første etape, samt at forbedre pålideligheden, med formålet med certificering for bemandede flyvninger.
Første version af løfteraketten, også kendt som Block 1 . Der var 5 lanceringer af denne version fra 2010 til 2013.
Falcon 9 v1.0 første trin brugte 9 Merlin 1C-motorer . Motorerne var arrangeret i en række i henhold til skemaet 3 gange 3. Motorernes samlede tryk var omkring 3800 kN ved havoverfladen, og omkring 4340 kN i vakuum, den specifikke impuls ved havoverfladen var 266 s, i vakuum - 304 s [16] . Den nominelle driftstid for første trin er 170 sek.
Det andet trin brugte 1 Merlin 1C Vacuum -motor med et tryk på 420 kN og en vakuumspecifik impuls på 336 s. Den nominelle driftstid for andet trin er 345 s [16] . 4 Draco-motorer [6] blev brugt som et sceneorienteringssystem .
Rakettens højde var 54,9 m, diameteren var 3,7 m. Rakettens affyringsvægt var omkring 318 tons [16] [17] .
Lanceringsomkostningerne for 2013 var $54-59,5 millioner [17] .
Massen af udgående last til LEO er op til 9000 kg og til GPO er op til 3400 kg [16] . Faktisk blev raketten kun brugt til at opsende Dragon-rumfartøjet i lav referencebane.
Under opsendelserne blev der udført tests for genbrug af løfterakettens begge trin. Den oprindelige strategi med at bruge en let varmeafskærmende belægning til etaperne og faldskærmssystemet retfærdiggjorde ikke sig selv (landingsprocessen nåede ikke engang åbningen af faldskærmene, scenen blev ødelagt, når den kom ind i de tætte lag af atmosfæren [18 ] ), og blev erstattet af en kontrolleret landingsstrategi med sine egne motorer [19 ] [20] .
Den såkaldte Block 2 var planlagt , en version af raketten med forbedrede Merlin 1C-motorer , der øgede løfterakettens samlede fremdrift til 4940 kN ved havoverfladen, med en nyttelastmasse for LEO - op til 10.450 kg og for GPO - op til 4540 kg [17] [21] . Efterfølgende blev de planlagte bebyggelser overført til den nye version 1.1.
Version 1.0 blev udgået i 2013 med overgangen til Falcon 9 v1.1.
Den anden version af løfteraketten. Den første lancering fandt sted den 29. september 2013.
Brændstof- og oxidationstankene til både første og anden trin af Falcon 9 v1.1 løfteraket er blevet væsentligt forlænget sammenlignet med den tidligere version 1.0. [6]
Det første trin brugte 9 Merlin 1D-motorer med øget tryk og specifik impuls. Den nye type motor har fået mulighed for at drosle fra 100 % til 70 %, og muligvis endnu lavere. Arrangementet af motorer er blevet ændret: I stedet for tre rækker af tre motorer bruges et layout med en central motor og arrangementet af resten i en cirkel. Den centrale motor er også monteret lidt lavere end de andre. Ordningen kaldes Octaweb , den forenkler den overordnede design- og monteringsproces af det første trins motorrum [22] . Motorernes samlede tryk er 5885 kN ved havoverfladen og stiger til 6672 kN i vakuum, den specifikke impuls ved havoverfladen er 282 s, i vakuum 311 s. Den nominelle driftstid for det første trin er 180 sek. Højden af det første trin er 45,7 m, trinets tørvægt er omkring 23 tons (ca. 26 tons for (R) modifikationen). Massen af det anbragte brændstof er 395.700 kg, hvoraf 276.600 kg er flydende ilt og 119.100 kg er petroleum [6] .
Det andet trin brugte 1 Merlin 1D Vakuummotor , tryk 801 kN med en vakuumspecifik impuls på 342 s. Den nominelle driftstid for andet trin er 375 s. I stedet for Draco-motorer blev der brugt et orienteringssystem med komprimeret nitrogen. Højden på anden etape er 15,2 m, scenens tørvægt er 3900 kg. Massen af det anbragte brændstof er 92.670 kg, hvoraf 64.820 kg er flydende ilt og 27.850 kg er petroleum [6] .
Rakettens højde steg til 68,4 m, diameteren ændrede sig ikke - 3,7 m. Rakettens affyringsmasse steg til 506 tons [6] .
Den deklarerede masse af udgående last for LEO er 13.150 kg og for GPO er 4850 kg [6] .
Lanceringsomkostningerne var 56,5 millioner dollars i 2013 [23] , 61,2 millioner dollars i 2015 [24] .
Den sidste opsendelse af denne version fandt sted den 17. januar 2016 fra affyringsrampen SLC-4E ved Vandenberg-basen, Jason-3- satellitten blev med succes leveret i kredsløb [25] . I alt lavede raketten 15 opsendelser, og den eneste fejl var SpaceX CRS-7- missionen .
Yderligere opsendelser blev foretaget ved hjælp af Falcon 9 FT løfteraket.
Falcon 9 v1.1(R)Falcon 9 v1.1(R) ( R står for genanvendelig - genanvendelig) er en modifikation af version 1.1 til kontrolleret landing af første etape.
Ændrede elementer i første fase:
En opdateret og forbedret version af løfteraketten, designet til at give mulighed for at returnere det første trin efter opsendelse af nyttelasten til enhver bane, både lav reference og geotransfer . Den nye version, uofficielt kendt som Falcon 9 FT (Full Thrust [32] ; fra engelsk - "full thrust") eller Falcon 9 v1.2, erstattede version 1.1.
Vigtigste ændringer: modificeret motorophæng (Octaweb); landingsben og første trin er forstærket for at matche rakettens øgede masse; arrangementet af gitterror er blevet ændret; kompositrummet mellem trinene er blevet længere og stærkere; længden af anden trins motordyse er blevet forøget; en central pusher er blevet tilføjet for at forbedre pålideligheden og nøjagtigheden af løfteraketets trin fra dokken [33] .
Brændstoftankene på det øverste trin øges med 10 %, hvilket skyldes, at løfterakettens samlede længde er steget til 70 m [7] .
Affyringsvægten steg til 549.054 kg [7] på grund af en stigning i kapaciteten af brændstofkomponenterne, hvilket blev opnået ved brug af et underkølet oxidationsmiddel.
I den nye version af løfteraketten køles drivmiddelkomponenterne til lavere temperaturer. Flydende oxygen afkøles fra -183°C til -207°C, hvilket vil øge oxidationsmidlets densitet med 8-15%. Petroleum afkøles fra 21 °C til -7 °C, dens massefylde vil stige med 2,5 %. Komponenternes øgede tæthed gør det muligt at placere mere brændstof i brændstoftankene, hvilket sammen med motorernes øgede fremdrift øger rakettens ydeevne markant [34] .
Den nye version bruger modificerede Merlin 1D-motorer, der opererer med fuld trækkraft (i den tidligere version var trækkraften af motorerne bevidst begrænset), hvilket betydeligt øgede trækevnen for begge trin af løfteraketten [33] .
Således steg kraften af den første etape ved havoverfladen til 7607 kN , i vakuum - op til 8227 kN . Den nominelle driftstid for scenen blev reduceret til 162 sekunder.
Andet trins tryk i vakuum steg til 934 kN , den specifikke impuls i vakuum - 348 s, motorens driftstid steg til 397 sekunder [7] .
Den maksimale nyttelast, der skal sendes ind i en lav referencebane (uden retur af første trin) er 22.800 kg; ved tilbagevenden af første trin vil den falde med 30-40 % [36] . Den maksimale nyttelast, der skal lanceres i geotransfer-kredsløb , er 8300 kg, mens første etape vender tilbage til den flydende platform - 5500 kg. Nyttelasten, der kan sættes på flyvebanen til Mars, vil være op til 4020 kg [37] .
Den første lancering af FT-versionen fandt sted den 22. december 2015, da Falcon 9 løfteraket vendte tilbage til flyvningen efter crashet af SpaceX CRS-7- missionen . 11 Orbcomm-G2- satellitter blev med succes opsendt i målkredsløbet , og første etape landede med succes på landingsstedet ved Cape Canaveral [30] for første gang .
Denne version af løfteraketten gennemgik en serie på fem væsentlige opgraderinger, i virksomheden omtalt som " Blok ". Forbedringer blev introduceret sekventielt fra 2016 til 2018. Den første etape med serienummer B1021, som første gang blev genbrugt under opsendelsen af SES-10- satellitten i marts 2017, tilhørte således blok 2 [38] .
Falcon 9 Blok 4Falcon 9 Block 4 er en overgangsmodel mellem Falcon 9 Full Thrust (Block 3) og Falcon 9 Block 5. Den første flyvning fandt sted den 14. august 2017, mission CRS-12 .
I alt blev der produceret 7 første trin af denne version, som gennemførte 12 lanceringer (5 trin blev genbrugt). Den sidste Falcon 9-lancering med Block 4-fasen fandt sted den 29. juni 2018 på en SpaceX CRS-15- genforsyningsmission . Alle efterfølgende opsendelser udføres af Block 5-raketter [39] .
Falcon 9 Blok 5Den endelige version af løfteraketten, rettet mod at forbedre pålideligheden og lette genbrug. Efterfølgende større ændringer af raketten er ikke planlagt, selvom mindre forbedringer er mulige under drift. Det forventes, at der vil blive bygget 30-40 [40] Falcon 9 Block 5 første etaper, som vil foretage omkring 300 opsendelser inden for 5 år før færdiggørelsen. Den første fase af blok 5 er designet til "ti eller flere" opsendelser uden vedligeholdelse mellem flyvninger [41] [42] .
Den første opsendelse fandt sted den 11. maj 2018 kl. 20:14 UTC , hvor den første bangladeshiske geostationære kommunikationssatellit Bangabandhu-1 [43] med succes blev opsendt i et geotransfer-kredsløb .
I oktober 2016 talte Elon Musk første gang om Falcon 9 Block 5-versionen, som har "en masse små forbedringer, der er meget vigtige i summen, og de vigtigste er øget fremdrift og forbedrede landingsstativer." I januar 2017 tilføjede Elon Musk, at Block 5 "betydeligt forbedrer trækkraft og nem genbrug." I øjeblikket bruges blok 5 af NASA til at levere mennesker og last til ISS ved hjælp af Crew Dragon-rumfartøjet .
Større ændringer i blok 5 [38] [42] :
Falcon Heavy ( tung fra engelsk - "heavy") er en to -trins super -tung klasse løfteraket designet til at opsende rumfartøjer i lav reference , geotransitionelle , geostationære og heliocentriske baner. Dens første fase er en strukturelt forstærket central blok baseret på første fase af Falcon 9 FT løfteraket, modificeret til at understøtte to sideboostere. De genanvendelige første trin af Falcon 9 løfteraket med en sammensat beskyttende kegle i toppen bruges som sideboostere [47] [48] . Anden fase af Falcon Heavy svarer til den, der blev brugt på Falcon 9. Alle undtagen de første Falcon Heavy-missioner vil bruge Block 5-boostere [45] .
Omkostningerne ved at opsende en satellit, der vejer op til 8 tons, til GPO vil være $90 millioner (2016) [37] . For en engangsversion af løfteraketten vil massen af nyttelasten til LEO være op til 63,8 tons, til GPO - 26,7 tons, op til 16,8 tons til Mars og op til 3,5 tons til Pluto [47] .
Den første opsendelse af Falcon Heavy fandt sted natten til den 7. februar 2018 [49] . Mere end 500 millioner dollars blev brugt på udviklingen og skabelsen af den første version af raketten fra SpaceX's egne midler [50] .
Efter at have accelereret anden etape med nyttelasten, slukker første etape motorerne og adskiller i en højde på ca. 70 km, ca. 2,5 minutter efter affyringen af løfteraketten, de nøjagtige værdier for tid, højde og Adskillelseshastigheden afhænger af flyveopgaven, især af målkredsløbet ( LEO eller GPO ), nyttelastmasse og scenelandingssteder. Under opsendelser i lav kredsløb om jorden er scenens adskillelseshastighed omkring 6.000 km / ;[30])4.85Machm/s(1.700t [51] . Efter afdocking udfører første trin af løfteraketten, ved hjælp af indstillingskontrolsystemet, en lille manøvre for at undgå anden trins motorudstødning og drejer motorerne fremad for at forberede sig på tre hoveddecelerationsmanøvrer [33] :
Når man vender tilbage til opsendelsesstedet til landingsstedet , kort efter afdokningen, bruger scenen en lang (~40 s) aktivering af tre motorer til at ændre retningen af sin bevægelse til den modsatte, og udfører en kompleks sløjfe med en tophøjde på ca. 200 km, med en maksimal afstand fra affyringsrampen på op til 100 km i vandret retning [30] .
I tilfælde af landing på en flydende platform efter opsendelse i lav kredsløb om Jorden, fortsætter scenen med at bevæge sig langs en ballistisk bane ved inerti op til en højde på cirka 140 km. Når man nærmer sig apogee, bremses tre thrustere for at reducere vandret hastighed og indstille retningen til platformen, der ligger cirka 300 km fra opsendelsesstedet. Motorernes varighed er omkring 30-40 sekunder [52] [53] .
Når en satellit opsendes ind i GEO, kører det første trin længere, idet der bruges mere brændstof for at nå en højere hastighed før afdocking, reserven af resterende brændstof er begrænset og tillader ikke vandret hastighedsnulstilling. Efter afdokningen bevæger etapen sig langs en ballistisk bane (uden at bremse) mod platformen, der ligger 660 km fra opsendelsesstedet [51] [54] .
Som forberedelse til indtrængen i atmosfærens tætte lag bremser første etape ved at tænde for tre motorer i en højde af omkring 70 km, hvilket sikrer indtrængen i atmosfærens tætte lag med en acceptabel hastighed [33] . I tilfælde af en opsendelse i et geotransfer-kredsløb, på grund af fraværet af en tidligere decelerationsmanøvre, er etapehastigheden ved indtræden i atmosfæren to gange (2 km/s mod 1 km/s), og den termiske belastning er 8 gange højere end de tilsvarende værdier under opsendelse i lav kredsløb om jorden [51] . Den nederste del af første etape og landingsstiverne er lavet af varmebestandige materialer, der gør det muligt at modstå den høje temperatur, som sceneelementerne opvarmes til under indtrængen i atmosfæren og bevægelse i den [33] .
Varigheden af motordrift varierer også afhængigt af tilstedeværelsen af en tilstrækkelig reserve af brændstof: fra længere (25-30 s) for LEO-opsendelser til korte (15-17 s) for missioner til GPO [30] [51] .
På samme trin åbnes gitterrorene og begynder deres arbejde med at kontrollere giring , stigning og rotation . I en højde af omkring 40 km slukker motorerne og etapen fortsætter med at falde, indtil den når sluthastigheden, og gitterrorene fortsætter med at arbejde indtil landingen [33] .
Med en tilstrækkelig reserve af brændstof tændes en central motor 30 sekunder før landing, og scenen sænker farten, hvilket giver en blød landing i henhold til det skema, der er udarbejdet som en del af Grasshopper- projektet . Landingsbenene læner sig tilbage et par sekunder, før de berører landingspuden [53] .
Ved opsendelse i et geotransfer-kredsløb, for den hurtigste hastighedsreduktion med mindre brændstofforbrug, bruges en kort deceleration på 10 sekunder af tre motorer på én gang. De to ydre motorer slukkes før den midterste, og etapen afslutter de sidste meters flyvning ved hjælp af én motor, som er i stand til at drosle op til 40% af det maksimale tryk [51] [55] [56] .
Før den endelige bremsning sigter scenen ikke direkte mod platformen for at undgå at beskadige den, hvis motoren ikke starter. Den endelige taxing finder sted, efter at motoren er startet.
Retur af første etape reducerer løfterakettens maksimale nyttelast med 30-40 % [36] . Dette skyldes behovet for at reservere brændstof til bremsning og landing samt den ekstra masse af landingsudstyr (landingsben, gitterror, jetkontrolsystem osv.).
SpaceX forventer, at mindst halvdelen af alle Falcon 9-opsendelser vil kræve, at første etape lander på en flydende platform, især alle opsendelser i geotransfer-kredsløb og ud over Jordens kredsløb [52] [57] .
I januar 2016, efter den mislykkede etapelanding på Jason-3- missionen , udtrykte Elon Musk forventningen om, at 70% af etapelandingsforsøgene i 2016 ville være succesfulde, hvor procentdelen af vellykkede landinger steg til 90 i 2017 [58] .
I øjeblikket er Falcon 9 opsendelser lavet af tre affyringsramper:
Site for suborbitale flyvninger og test:
I overensstemmelse med den annoncerede strategi for returnering og genbrug af første etape af Falcon 9 og Falcon Heavy, indgik SpaceX en lejekontrakt om brug og renovering af to grundpladser på USA's vest- og østkyst [60 ] .
Under opsendelser, hvis forhold ikke tillader, at Falcon 9's første etape kan vende tilbage til opsendelsesstedet, udføres landing på en specialfremstillet autonom flydende flydende platform for droneskib til rumhavne , som er en ombygget pram. De installerede motorer og GPS-udstyr gør det muligt at levere det til det krævede sted og opbevares der, hvilket skaber et stabilt landingsområde [62] . SpaceX har i øjeblikket tre sådanne platforme:
Prisen for at opsende en kommerciel satellit (op til 5,5 tons pr. GPO) med en Falcon 9 løfteraket angivet på producentens hjemmeside er $67 millioner [37] [K 1] . På grund af yderligere krav, for militære og statslige kunder, er omkostningerne ved at opsende en løfteraket højere end kommercielle kontrakter om opsendelse af GPS -satellitter for det amerikanske luftvåben til et beløb på $82,7 millioner [63] [64] [65] , 96,5 millioner dollars [ 66] [67] [68] [69] og 290,6 millioner dollars (3 lanceringer) [70] [71] [72] underskrevet i henholdsvis 2016, 2017 og 2018.
Under en tale for Senatets udvalg for handel, videnskab og transport i maj 2004 sagde SpaceX CEO Elon Musk: "Langsigtede planer kræver et tungt og, hvis der er efterspørgsel fra købere, endda et supertungt luftfartsselskab. <...> I sidste ende tror jeg, at prisen for en nyttelast sat i kredsløb på 500 USD / pund (~ 1100 USD/kg) og mindre er ganske opnåelig” [73] .
SpaceX annoncerede formelt løfteraketten den 8. september 2005 og beskrev Falcon 9 som "en fuldt genanvendelig tung løfteraket" [74] . For den mellemstore version af Falcon 9 blev vægten af lasten til LEO angivet til 9,5 tons, og prisen var $27 millioner per flyvning.
Den 12. april 2007 meddelte SpaceX, at hoveddelen af Falcon 9's første etape var afsluttet [75] . Tankenes vægge er lavet af aluminium, de enkelte dele er forbundet med friktionsrørsvejsning [76] . Strukturen blev transporteret til SpaceX Center i Waco , Texas , hvor første etape blev brandtestet . De første tests med to motorer knyttet til første etape blev udført den 28. januar 2008 og endte med succes. Den 8. marts 2008 blev tre Merlin 1C-motorer testet for første gang, fem motorer blev testet samtidigt den 29. maj, og de første test af alle ni motorer i første etape, som blev udført den 31. juli og 1. august, blev gennemført med succes [77] [78] [79] . Den 22. november 2008 bestod alle ni motorer i første etape af Falcon 9 løfteraket tests med en varighed svarende til flyvevarigheden (178 s) [80] .
Oprindeligt var den første flyvning af Falcon 9 og den første flyvning af Dragon Space Launch Vehicle ( COTS ) planlagt til slutningen af 2008, men blev gentagne gange forsinket på grund af den store mængde arbejde, der skulle udføres. Ifølge Elon Musk påvirkede kompleksiteten af den teknologiske udvikling og lovkrav til opsendelser fra Cape Canaveral timingen [81] . Dette skulle være den første opsendelse af en Falcon-raket fra en operationel rumhavn.
I januar 2009 blev Falcon 9 løfteraket installeret i lodret position for første gang på affyringsrampen på SLC-40- komplekset ved Cape Canaveral.
Den 22. august 2014, på McGregor teststedet (Texas, USA), under en testflyvning, blev F9R Dev1 tre-motoret køretøj, en prototype af Falcon 9 R genanvendelige løfteraket, automatisk ødelagt få sekunder efter opsendelsen. Under testene skulle raketten vende tilbage til affyringsrampen efter start. Et svigt i motorerne betød det uundgåelige fald af raketten i et uplanlagt område. Ifølge SpaceX-talsmand John Taylor var årsagen til eksplosionen en eller anden "anomali" fundet i motoren. Ingen kom til skade ved eksplosionen. Dette var den femte lancering af F9R Dev1-prototypen [82] [83] .
Elon Musk præciserede senere, at ulykken skyldtes en defekt sensor [84] , og hvis en sådan fejl var opstået i Falcon 9, ville denne sensor være blevet blokeret som en defekt, da dens aflæsninger modsige data fra andre sensorer. På prototypen var dette blokeringssystem fraværende.
I januar 2015 annoncerede SpaceX sin hensigt om at forbedre Merlin 1D-motoren for at øge dens fremdrift. I februar 2015 blev det annonceret, at den første flyvning med forbedrede motorer ville være opsendelsen af telekommunikationssatellitten SES-9, planlagt til andet kvartal af 2015 [85] . I marts 2015 meddelte Elon Musk, at der var arbejde i gang, som ville gøre det muligt at bruge det første trin, der kan returneres til lanceringer til GPO : en stigning i motorkraften med 15 %, en dybere fastfrysning af oxidationsmidlet og en stigning i volumen af det øverste trins tank med 10 % [86] .
I oktober 2015 blev det besluttet, at 11 Orbcomm-G2 kommunikationssatellitter først skulle opsendes ved hjælp af den nye version af løfteraketten . Da satellitterne vil operere i lav kredsløb om jorden (ca. 750 km), vil deres opsendelse ikke kræve en genstart af Falcon 9 anden etape. Dette gjorde det muligt at genstarte og afprøve den opgraderede anden etape, efter at missionen var afsluttet uden risiko for nyttelasten . En gentagen genstart af anden fase er nødvendig for at opsende rumfartøjer ind i en geotransfer-bane (for eksempel SES 9-satellitten) [87] .
Den 22. december 2015, på en pressekonference [88] efter den vellykkede landing af første etape på landingszone 1 , meddelte Elon Musk, at landingstrinnet ville blive taget til LC-39A horisontale montagehangar for en grundig undersøgelse. Derefter er der planlagt en kort prøvebrænding af motorerne på affyringsrampen i komplekset for at finde ud af, om alle systemer er i god stand. Ifølge Musk vil denne fase højst sandsynligt ikke blive brugt til relancering, efter en grundig undersøgelse vil den blive efterladt på jorden som en unik første instans. Han annoncerede også muligheden for en relancering i 2016 af en af dem, der landede efter fremtidige lanceringer af første etape. I begyndelsen af januar 2016 bekræftede Elon Musk, at der ikke blev fundet væsentlige skader på scenen, og at den var klar til prøveskydning [35] [89] [90] .
Den 16. januar 2016 vendte en prøveskydning af den første fase af Falcon 9 FT tilbage, efter at Orbcomm-G2- missionen blev udført ved SLC-40- lanceringskomplekset. Generelt blev der opnået tilfredsstillende resultater, men der blev observeret udsving i trækkraften af motor nr. 9, muligvis på grund af indtagelse af affald. Dette er en af de eksterne motorer, der aktiveres under portmanøvrer. Scenen blev returneret til LC-39A [91] [92] hangaren til motorboreskopisk undersøgelse .
I januar 2016 certificerede det amerikanske luftvåben Falcon 9 FT-boosteren til at opsende amerikanske militær- og efterretningssatellitter for national sikkerhed, hvilket gjorde det muligt for SpaceX at konkurrere med United Launch Alliance (ULA) om offentlige forsvarskontrakter [93] .
Den 8. april 2016, efter opsendelsen af Dragon-rumfartøjet som en del af SpaceX CRS-8- missionen , blev den første succesrige landing af Falcon 9's første etape foretaget på en flydende platform [52] . Landing på en flydende platform er vanskeligere, fordi platformen er mindre end landingsområdet og er i konstant bevægelse på grund af bølger.
Den 27. april 2016 blev der annonceret en kontrakt på 82,7 millioner dollars mellem SpaceX og det amerikanske luftvåben om at opsende en GPS-3- satellit på en Falcon 9 løfteraket i maj 2018 [94] [95] .
Den 6. maj 2016, som en del af JCSAT-14- missionen, blev den første vellykkede landing af den første etape på platformen foretaget efter opsendelsen af satellitten i geotransfer-kredsløb [51] [96] . Returprofilen var karakteriseret ved en multipel stigning i temperaturbelastningen på scenen, når den kom ind i de tætte lag af atmosfæren, så etapen fik den største ydre skade sammenlignet med de to andre, der landede tidligere [97] . Tidligere blev en landing i henhold til en lignende ordning foretaget den 4. marts 2016 efter opsendelsen af SES-9- satellitten , men så endte det i fiasko [98] .
28. juli på SpaceX-teststedet i Texas, en fuldgyldig afbrænding af første etape af Falcon 9 (serienummer F9-0024-S1), som vendte tilbage efter opsendelsen af JCSAT-14- satellitten , som virksomheden bruger til jordforsøg, blev udført. Ni-trinsmotorer kørte i 2,5 minutter, hvilket svarer til segmentet af det første trin under opsendelsen [99] .
Den 14. marts 2017 blev en kontrakt på 96,5 millioner dollar annonceret med det amerikanske luftvåben om at opsende endnu en GPS-3-satellit i februar 2019 [100] [101] .
I januar 2018 blev den anden kategori certificering for Falcon 9-raketten afsluttet, hvilket er nødvendigt for at opsende NASAs mellemsvære videnskabelige rumfartøj [102] .
I november 2018 bestod Falcon 9-boosteren kategori 3-certificering for at lancere NASAs mest kritiske klasse A- og B-videnskabsmissioner [103] .
Den 16. november 2020 blev en Falcon 9-boosterraket opsendt fra Cape Canaveral-opsendelsesstedet i Florida med det amerikanske bemandede rumfartøj Crew Dragon of SpaceX. Skibet leverede fire astronauter til den internationale rumstation (ISS) [104] .
Den 8. april 2022 blev en Falcon 9-raket med Crew Dragon opsendt fra John F. Kennedy Space Center . Han leverede den første private besætning til ISS som en del af Axiom-1 missionen [105] .
Dette afsnit indeholder information om de seneste 3 udførte opsendelser, samt en foreløbig tidsplan for de næste planlagte opsendelser. En komplet liste over løfteraketter er i en separat artikel .
Rediger starttabelIngen. | Dato og klokkeslæt ( UTC ) | Version | affyringsrampe | Nyttelast | Kredsløb | Kunde | Resultat | Første etape landing |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
trin | ||||||||
182 | 20. oktober 2022 , 14:50 | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Starlink 4-36 | NOU | SpaceX | Succes | til platformen |
B1062-10 | ||||||||
Vellykket opsendelse af 54 Starlink version 1.5 kommunikationssatellitter i kredsløb med en hældning på 53,2°. Den første etape landede på ASOG offshore platformen , der ligger 650 km fra opsendelsesstedet i Atlanterhavet [106] . | ||||||||
183 | 28. oktober 2022 01:14 | FT/blok 5 | Vandenberg Base , SLC-4E | Starlink 4-31 | NOU | SpaceX | Succes | til platformen |
B1063-8 | ||||||||
Vellykket opsendelse af 53 Starlink version 1.5 kommunikationssatellitter i kredsløb med en hældning på 53,2°. Den første etape foretog en vellykket landing på OCISLY offshore platformen , der ligger 672 km fra opsendelsesstedet i Stillehavet [107] . | ||||||||
184 | 3. november 2022 05:22 | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Hotbird 13G | GPO | Eutelsat | Succes | til platformen |
B1067-7 | ||||||||
Vellykket opsendelse af den anden geostationære kommunikationssatellit fremstillet af Airbus Defence and Space . Satellitten på 4500 kg er udstyret med 80-Ku- og L-båndstranspondere til den europæiske geostationære navigationsdækningstjeneste EGNOS . Den første etape landede på JRTI offshore platformen , der ligger 670 km fra opsendelsesstedet i Atlanterhavet [108] . | ||||||||
Planlagte lanceringer | ||||||||
8. november 2022 [109] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Galaxy 31 og | GPO | Intelsat | ikke planlagt | ||
Lancering af to geostationære C-båndskommunikationssatellitter. | ||||||||
18. november 2022 [109] | FT/blok 5 | KC Kennedy , LC-39A | SpaceX CRS-26 ( Dragon 2 - fartøj ) |
NOU | NASA | til platformen planlagt | ||
Dragon 2 fragt rumfartøj opsendelse som en del af Mission 26 af ISS kommercielle genforsyningsprogram . | ||||||||
22. november 2022 [110] [109] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | HAKUTO-R M1 | ispace | til jorden planlagt | |||
Lancering af ispace månelanderen med Rashid måne-roveren ( UAE ). | ||||||||
november 2022 [109] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Eutelsat 10B | Eutelsat | ||||
Lancering af kommunikationssatellit for Eutelsat. | ||||||||
november 2022 [106] [109] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Starlink 4-37 | NOU | SpaceX | til platformen planlagt | ||
Lancering af næste parti Starlink kommunikationssatellitter version 1.5 i kredsløb med en hældning på 53,2°. | ||||||||
5. december 2022 [109] [111] | FT/blok 5 | Vandenberg Base , SLC-4E | SWOT | MTR | NASA | til jorden planlagt | ||
Fjernmålingssatellit til den globale undersøgelse af jordens overfladevand og måling af niveauet af verdenshavene [112] [113] . | ||||||||
december 2022 [109] [114] [115] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | O3b mPower 1 & 2 | SÅ | SES | til platformen planlagt | ||
Første lancering af O3b mPower-konstellation [116] [117] . | ||||||||
december 2022 [109] [118] | FT/blok 5 | Vandenberg Base , SLC-4E | SDA-tranche 0 | NOU | Space Development Agency | til jorden planlagt | ||
Opsendelse af 14 demonstranter af det fremtidige amerikanske forsvarsministeriums satellitkonstellation for at spore missilopsendelser og videresende signalet. | ||||||||
december 2022 [109] [119] [109] | FT/blok 5 | Cape Canaveral , SLC-40 | Transportør-6 | MTR | SpaceX | til platformen planlagt | ||
Klyngelancering af små rumfartøjer fra forskellige kunder. | ||||||||
Ingen. | Dato og klokkeslæt ( UTC ) | Version | affyringsrampe | Nyttelast | Kredsløb | Kunde | Resultat | Første etape landing |
trin |
løfteraket | Land | Første start | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ariane 5 | EU | 1996 | 12 | otte | 12 | 6 | ti | 12 | ti | ti | 9 |
Proton-M | Rusland | 2001 | otte | 7 | elleve | otte | otte | 7 | 3 | 3 | 0 [b] |
Soyuz-2 | Rusland | 2006 | en | 5 | fire | 5 | otte | 6 | 5 | 5 | 5 |
PSLV | Indien | 2007 [c] | en | 2 | 2 | 2 | en | 3 | 3 | 2 | 3 |
Falcon 9 | USA | 2010 | 0 | 0 | 0 | 2 | fire | 5 | otte | 12 | 16 |
Vega | EU | 2012 | 0 | 0 | 0 [d] | en | en | 2 | 2 | fire | 2 |
Andre [e] | - | - | 7 | ti | 5 | 7 | 5 | 6 | 6 | fire | 5 |
Hele Marked | 29 | 32 | 34 | 31 | 37 | 41 | 37 | 40 | 41 |
Ordbøger og encyklopædier |
---|
SpaceX | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transportere |
| |||||||||||||||
Motorer |
| |||||||||||||||
Missioner |
| |||||||||||||||
affyringsramper _ | ||||||||||||||||
landingspuder _ | ||||||||||||||||
Kontrakter | ||||||||||||||||
Programmer | ||||||||||||||||
Personer |
| |||||||||||||||
Ikke-flyvende køretøjer og fremtidige missioner er i kursiv . †-tegnet angiver mislykkede missioner, ødelagte køretøjer og forladte steder. |
raket- og rumteknologi | Amerikansk||
---|---|---|
Betjening af løfteraketter | ||
Lancering af køretøjer under udvikling | ||
Forældede løfteraketter | ||
Booster blokke | ||
Acceleratorer | ||
* - Japanske projekter, der bruger amerikanske raketter eller scener; kursiv - projekter aflyst før den første flyvning |
løfteraketter og scener | Genanvendelige|
---|---|
Drift |
|
Tidligere brugt | |
Planlagt | |
Annulleret |