Американская ракета-носитель falcon heavy. досье

Характеристики

Falcon Heavy — двухступенчатая ракета-носитель. Высота (длина) — 70 м, ширина в основании — 12,2 м, диаметр одного блока — 3,66 м, стартовая масса — 1420,788 т.


Заявленная грузоподъемность Falcon Heavy: 63,8 т — на низкую опорную орбиту (НОО), 27,7 т — на геопереходную (ГПО), 16,8 т — на отлетную траекторию в сторону Марса и 3,5 т — в сторону Плутона. Таким образом, Falcon Heavy является сверхтяжелой ракетой-носителем: по наиболее распространенной классификации так называют ракеты, способные выводить более 50 т на НОО.

Как и базовая Falcon 9, она оснащена кислородно-керосиновыми ракетными двигателями производства SpaceX: Merlin 1D и Merlin Vacuum.

Первая ступень состоит из центрального и двух боковых блоков, представляющих собой модернизированные первые ступени Falcon 9. В общей сложности на первом этапе задействованы 27 двигателей — по девять в каждом блоке. Конструкция боковых блоков (ускорителей) немного упрощена, их двигатели работают меньше, чем двигательная установка центрального блока. Боковые ускорители первыми отделяются от ракеты. Все три блока первой ступени — многоразовые, для возвращения на Землю они оснащены раскладывающимися посадочными опорами.

Вторая ступень аналогична той, что используется в Falcon 9. Ее работу обеспечивает один двигатель Merlin Vacuum многократного включения. Топливные баки всех ступеней изготовлены из алюминий-литиевого сплава.

Головной обтекатель ракеты способен вместить как корабль Dragon разработки SpaceX, так и более тяжелый и объемный груз.

Планы по запускам

Помимо Космического центра им. Джона Кеннеди, SpaceX планирует проводить запуски Falcon Heavy с арендуемой компанией стартовой площадки базы ВВС Ванденберг (штат Калифорния). По оценкам Маска, один запуск Falcon Heavy с выводом полезного груза массой не более 10 т на ГПО будет обходиться примерно в $90 млн. Запуски тяжелых версий американских ракет Delta IV и Atlas V составляют около $400 млн и $230 млн соответственно. Стоимость запуска российского «Протона-М» оценивается в $65 млн.


Первоначально первый демонстрационный испытательный запуск Falcon Heavy планировалось осуществить в 2013 году. Но затем он неоднократно переносился. Это было связано с необходимостью доработок ракет Falcon 9.

В планы компании входит использование Falcon Heavy для запуска пилотируемой версии Dragon, в том числе с туристами на борту для облета Луны, а также запуск беспилотного корабля Red Dragon с миссией на Марс (для отработки будущих пилотируемых полетов на эту планету).

Инциденты

Частично неудачными были два запуска ракеты с мыса Канаверал в 2012 и 2014 годах, сопровождавшиеся потерей попутного груза (основной задачей был вывод на околоземную орбиту корабля Dragon). 8 октября 2012 года из-за аварийной остановки одного из девяти двигателей первой ступени Falcon 9 был потерян спутник связи Orbcomm компании SpaceX (для запуска использовалась версия Falcon 9 v1.1). 18 апреля 2014 года не удалось развернуть на орбите 104 фемтоспутника (сверхмалые аппараты массой до 100 г) — они сгорели внутри блок-кассеты, в которой размещались.

ЧП помещало американской ракете стать рекордсменом по количеству одновременно запущенных космических аппаратов. Всего Falcon 9 v1.1 (R) должна была вывести в космос 109 космических аппаратов: корабль Dragon, четыре малых аппарата и 104 фемтоспутника. В настоящее время мировой рекорд по количеству удачно выведенных одновременно на орбиту спутников принадлежит индийской ракете PSLV, с ее помощью 15 февраля 2017 года было запущено 104 аппарата (включая наноспутники).

Аварией завершился запуск 28 июня 2015 года. Стартовавшая с мыса Канаверал ракета Falcon 9 v1.1 (R) взорвалась на 139-й секунде полета, еще до отделения первой ступени. В результате были потеряны корабль Dragon и 8 малых спутников Flock 1f. Обломки ракеты и космических аппаратов упали в Атлантический океан. К аварии привел разрыв одного из стальных стержней, удерживающих баллон со сжатым гелием внутри бака с жидким кислородом в верхней ступени ракеты (гелий необходим для поддержания высокого давления в баке). Оторвавшийся баллон «выстрелил» в направлении верхней части бака, что привело к взрыву. После установления причины аварийного запуска SpaceX заявила о внесении изменений в конструкцию ракеты.

Неудачным был запуск, проведенный 8 января 2018 года с мыса Канаверал. Ракета Falcon 9 FT должна была вывести в космос военный спутник под названием Zuma, но он не был обнаружен на околоземной орбите Стратегическим командованием ВВС США. Компания SpaceX заявила, что ракета отработала штатно. В конце января ВВС сняли претензии к SpaceX за неудачный запуск. Как выяснилось, к потере Zuma привела неисправность в системе отделения спутника от верхней ступени ракеты. За эту систему ответственна фирма Northrop Grumman, построившая космический аппарат по заказу властей.

Кроме того, 1 сентября 2016 года произошло ЧП на пусковой площадке SpaceX на мысе Канаверал во время предстартовых испытаний. За два дня до запланированного запуска при заправке топливом взорвалась Falcon 9 v1.2. Никто не пострадал. Ракета и установленный на ней израильский спутник связи Amos-6 были разрушены, также повреждения получила стартовая площадка (эксплуатация возобновилась в декабре 2017 года после проведенного ремонта). На время расследования инцидента запуски Falcon 9 были приостановлены и не проводились более четырех месяцев. Специалисты SpaceX пришли к выводу, что к взрыву привело повреждение одного из баллонов системы подачи гелия в резервуар с жидким кислородом на второй ступени ракеты.

Запуски

Первый запуск

Внешние видеофайлы

Дебютный запуск Falcon 1 со студенческим спутником FalconSAT-2 состоялся 24 марта 2006 года в 22:30 UTC. Закончился неудачей на этапе работы первой ступени. Практически сразу после старта в области двигателя начался пожар, вызванный течью керосина из-за коррозии накидной гайки датчика давления топлива. Пожар вызвал потерю давления двигателя и тот отключился на 34 секунде полёта. Ракета упала в воду недалеко от места запуска.

После расследования причин аварии все подобные алюминиевые гайки были заменены на аналогичные из нержавеющей стали.

Второй запуск

Внешние видеофайлы

Второй раз Falcon 1 был запущен в 01:10 UTC 21 марта 2007 года. Полёт носителя закончился неудачей на этапе работы второй ступени — из-за нерасчётных условий при разделении ступеней вторая ступень вошла в режим автоколебаний, которые достигли такой степени, что топливо перестало поступать в двигатель. На 474 секунде полёта двигатель второй ступени отключился. Вторая ступень достигла пиковой высоты 289 км и максимальной скорости 5,1 км/с, была впервые успешно продемонстрирована большая часть наземных и полётных операций.

Попытка возврата первой ступени завершилась неудачно. GPS-локатор на первой ступени вышел из строя при предстартовом отсчёте, по данным телеметрии ступень приводнилась очень далеко от расчётной точки, вследствие чего спасательная команда не смогла найти ступень.

Третий запуск

Внешние видеофайлы

Третий запуск Falcon 1 состоялся 3 августа 2008 года в 03:35 UTC. Ракета несла военный американский спутник Trailblazer, два микроспутника NASA и груз праха для захоронения в космосе.

На этапе первой ступени полёт проходил нормально. При расстыковке ступеней из-за большего (чем ожидалось) импульса последействия двигателя, первая ступень после разделения «догнала» вторую и ударила по ней. Удар пришёлся на момент запуска двигателя второй ступени, вследствие чего вторая ступень вышла из строя и не смогла продолжать полёт. Новый двигатель Merlin 1С с регенеративным охлаждением был запущен впервые и время до полного отключения тяги у него оказалось больше, чем у двигателя Merlin 1A. Этот момент было сложно обнаружить при наземных тестах двигателя из-за наличия атмосферного давления. Для успешного продолжения миссии необходимо было начать расстыковку ступеней на несколько секунд позже, что и будет сделано при следующем запуске.

Четвёртый запуск

Внешние видеофайлы

Четвертый в целом и первый успешный запуск Falcon 1 состоялся в 23:15 UTC 28 сентября 2008 года. Через 9 минут 31 секунду после старта был выключен двигатель Kestrel и вторая ступень с макетом груза весом 165 кг (получившим название RatSat) была выведена на начальную орбиту c показателями 330 x 650 км. Затем, при достижении апогея орбиты, было успешно продемонстрировано повторное включение двигателя второй ступени. Итоговые показатели орбиты: 621×643 км, наклонение 9,3°.

Была успешно проведена симуляция отсоединения полезной нагрузки, но макет остался состыкован со второй ступенью, с целью не увеличивать количество космического мусора на орбите.

Первая ступень вероятнее всего не выжила при возврате в плотные слои атмосферы, к следующему запуску планировалось улучшить её термозащитное покрытие.

Пятый запуск

Внешние видеофайлы

В 03:35 UTC 14 июля 2009 года двухступенчатая ракета Falcon 1 успешно стартовала в космос с малайзийским спутником RazakSAT на борту. Спутник построен малайзийской компанией Astronautic Technology (M) Sdn Bhd (ATSB). Вес аппарата — 180 кг, а его диаметр и длина составляют 1,2 метра. Параметры орбиты: 667х691 км, наклонение 8,9°.

Модификации


Всего разработано пять модификаций космического носителя.

Запуски базовой версии ракеты — Falcon 9 v1.0 — проводились в 2010-2013 годах.

Затем появилась модификация Falcon 9 v1.1 (запускалась в 2013-2015 годы) и ее версия Falcon 9 v1.1 (R) с возвращаемой ступенью (2014-2016 годы). На запусках Falcon 9 v1.1 (R) отрабатывался спуск и посадка многоразовой ступени.

Следующим этапом стало создание Falcon 9 FT (FT — Full Thrust, «полная тяга»; другое обозначение: Falcon 9 v1.2). Эта модификация оснащена возвращаемой ступенью, которая способна выдерживать около двух-трех повторных запусков. Впервые Falcon 9 FT стартовала 22 декабря 2015 года, эта версия эксплуатируется в настоящее время.

В октябре 2016 года Илон Маск сообщил о разработке модификации Falcon 9 (Block 5), которая станет окончательной. Компания SpaceX рассчитывает использовать ее многоразовую ступень не менее 10 раз и проводить повторные запуски через 24 часа после посадки ступени. Переходной версией между третьей и пятой модификациями будет Falcon 9 (Block 4). Эта версия стартовала впервые сегодня, 14 августа 2017 года.

При расчетах использованы допущения:

# НАИМЕНОВАНИЕ КОМПОНЕНТА: F9 FH F9R FHR А Стоимость одного двигателя Мерлин 1.5 1.5

Б Стоимость одного двигателя Мерлин (вакуумный) 2.0 2.0

В Стоимость первой ступени 29.0 87.0 2.9 8.7

Г Стоимость второй ступени 9.5 9.5 9.5 9.5

Д Стоимость обтекателя * 5.5 5.5 5.5 5.5

Е Сумма компонентов (В+Г+Д) 44.0 102.0 17.9 23.7

Ж Стоимость тестовых, транспортных и пусковых операций 4.4 6.0 4.4 6.0

З Восстановление и подготовка б/у ступени 2.0 6.0

И Общая стоимость запуска 48.4 108.0 24.9 35.7

К Прибыль SpaceX (М — И) 13.6 27.0 37.1 54.3

Л Прибыль в процентах 22% 20% 60% 60%

М Стоимость контракта на запуск 62.0 135.0 62.0 90.0

* Стоимость обтекателя указана как для невозвращаемого. В то время, как при запуске SES10 половина обтекателя была возвращена при помощи небольших двигателей и управляемых парашютов. Означает ли это, что возвращаемым станет и обтекатель? Мой ответ — да. В скором будущем. Соответственно цена значительно снизится с $5,5 млн. до, возможно, $2 — $3 млн., что соответственно даст больше экономии.

Все расчеты указаны в миллионах долларов США. F9 — ракета Falcon 9, FH — ракета Falcon Heavy. Индекс R — ракета с возвращаемой ступенью.


Когда Маск видит (свою версию) подобной таблицы, расходы на вторую ступень должны удручать его, потому что это самая большая стоимость, которая безвозвратно теряется, даже в случае Falcon Heavy. Это, возможно, подтолкнет Маска попытаться возвращать и вторую ступень тоже, как это уже пытаются делать с такой простой, но такой дорогой конструкцией, как головной обтекатель.

НАУЧНАЯ РАБОТА: ПО МАТЕРИАЛАМ:

НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ:

Компоненты стоимости запуска (ракета используется впервые):

  • Стоимость оборудования:
    • Стоимость первой ступени
    • Стоимость второй ступени
    • Стоимость обтекателей
  • Аренда стартовой площадки
  • Расходы на запуск:
    • Топливо
    • Обслуживание стартовой площадки
    • Деятельность Центра управления
    • Прямая трансляция
    • Непредвиденные расходы, связанные с задержками
  • Транспортные расходы:
    • Транспортировка на тестовый полигон
    • Транспортировка на стартовую площадку
  • Тестирование и обеспечение качества:
    • Тестирование на полигоне МакГрегор
    • Тестирование в Хоторне, Калифорния
    • Проверка стартовой площадки
    • Статический прожиг (включая задержки или повторные затраты)

Конструкция

Первая ступень

Стенки топливных баков для керосина и жидкого кислорода изготовлены из алюминиевого сплава 2219, имеют общую перегородку и являются несущей конструкцией ракеты.

На первой ступени Falcon 1 установлен один двигатель Merlin. В двух первых запусках использовался двигатель Merlin 1A с абляционным охлаждением камеры сгорания и сопла, с тягой на уровне моря около 325 кН и около 370 кН в вакууме, удельным импульсом 245 с на уровне моря и 290 с в вакууме. С третьего запуска был использован более мощный двигатель Merlin 1C c регенеративным охлаждением, с тягой на уровне моря около 350 кН и около 395 кН в вакууме, удельным импульсом 256 с на уровне моря и 302,5 с в вакууме. Время работы первой ступени — 169 секунд.

В верхней части ступени расположена парашютная система из тормозного и основного парашютов, изготовленная компанией Irvin Aerospace. Планировалось, что первая ступень после расстыковки будет приводняться в океан с помощью парашюта, для последующих исследований на предмет повторного использования, но успешного возвращения ступени так ни разу и не состоялось.

Расстыковка ступеней производилась с помощью пироболтов и пневматических толкателей.

Вторая ступень

Falcon 1 в цехе

Во время первых двух запусков использовала ступень с топливными баками из алюминиевого сплава 2219, начиная с третьего запуска баков стали изготавливать из более стойкого к криогенному воздействию алюминиевого сплава 2014.

Ступень оснащена одним двигателем Kestrel с тягой в вакууме 31 кН и удельным импульсом 317 с. Двигатель может быть запущен многократно. Для запуска двигателя используют самовоспламеняющуюся смесь триэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB).

Запуски

Запуски Falcon 9 осуществляются с арендуемых SpaceX пусковых площадок базы Военно-воздушных сил США Ванденберг (штат Калифорния) и Космического центра им. Джона Кеннеди (расположен на острове Мерритт северо-западнее мыса Канаверал; в 2014 году компания заключила с NASA договор об аренде площадки Центра сроком на 20 лет). Ранее использовалась площадка базы ВВС на мысе Канаверал, но она была разрушена из-за взрыва ракеты 1 сентября 2016 года. Кроме того, компания с 2014 года ведет строительство собственного космодрома на юге штата Техас, недалеко от г. Браунсвилл в районе населенного пункта Бока Чика (он обойдется SpaceX примерно в $85 млн; ввод в строй ожидается в 2017-2018 гг.).

Стоимость одного запуска Falcon 9 составляет в среднем $60-65 млн (зависит от массы и объема выводимой полезной нагрузки). Примерно во столько же оценивается запуск «Протона-М» аналогичного класса (около $65 млн), но разница в том, что российская ракета — полностью одноразовая. SpaceX за счет повторного использования первой ступени своей ракеты планирует сократить стоимость запуска Falcon 9 примерно на 30%. На восстановление первой ступени сегодня затрачивается около четырех месяцев.

Впервые ракета стартовала 4 июня 2010 года с мыса Канаверал с прототипом корабля Dragon. В ходе второго запуска, 8 декабря того же года, на орбиту был выведен полноценный Dragon (первый демонстрационный полет корабля).

Всего к 14 августа 2017 года включительно проведено 38 запусков ракеты-носителя — 35 успешных, два частично успешных и один аварийный. Из них 13 — с кораблем Dragon (в т. ч. аварийный).

Предыдущий запуск Falcon 9 состоялся 6 июля 2017 года в 02:38 мск из Космического центра им. Джона Кеннеди. Ракета вывела на околоземную орбиту телекоммуникационный спутник Intelsat 35e международного консорциума Intelsat (штаб-квартира — Люксембург). Посадка первой возвращаемой ступени ракеты не проводилась.


С этим читают