Falcon 9

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Falcon 9
Запуск Iridium NEXT 1
Запуск Iridium NEXT 1
Призначення космічна ракета-носій
Виробник SpaceX
Країна США
вартість запуску () FT: $62 млн.
Розміри
Висота FT: 70 м;
v1.1: 68,4 м; v1.0: 54,9 м
Діаметр 3,7 м
Маса FT: 549'054 кг;
v1.1: 505'846 кг; v1.0: 333'400 кг
Вантаж
Вантаж на
ННО
FT: 22'800 кг;
v1.1: 13'150 кг; v1.0: 10'450 кг
Вантаж на
ГПО
FT: 5'500 кг (рекорд 7'000),
8'300 кг (без поверн. 1 ст.);
v1.1: 4'850 кг; v1.0: 4'540 кг
Споріднені ракети
Родина Falcon
Історія запусків
Статус FT Block 5: діюча;
FT Block 3, Block 4: недіюча;
v1.1: недіюча; v1.0: недіюча
Космодроми
Всього запусків 62 (FT: 42), Посадок: 28/33
(остання 09.10.18), 18 на ASDS;
v1.1: 15; v1.0: 5
Успішних 60 (FT: 42; v1.1: 14; v1.0: 4)
Невдалих v1.1: CRS-7
Частково невдалих v1.0: CRS-1; (FT: Amos-6[en] зруйновано перед запуском)
Перший запуск FT Block 5: 11 травня 2018;
FT Block 3: 22 грудня 2015;
v1.1: 29 вересня 2013;
v1.0: 4 червня 2010
Останній запуск FT Block 5: 9 жовтня 2018;
FT Block 4: 29 червня 2018;
FT Block 3: 22 лютого 2018;
v1.1: 17 січня 2016;
v1.0: 1 березня 2013
Перший ступінь
Довжина FT: 42,6 м
Маса порожнього FT: 22'200 кг
Повна маса FT: 433'200 кг
Двигуни FT: 9 Merlin 1D+ (х845 кН, вакуум: 914 кН);
v1.1: 9 Merlin 1D; v1.0: 9 Merlin 1C
Тяга FT: рів. моря: 7'607 кН,
вакуум: 8'227 кН;
v1.1: 5'885 кН; v1.0: 4'940 кН
Питомий імпульс FT, v1.1: рів. моря: 282 с, вакуум: 311 c;
v1.0: рів. моря: 275 с,
вакуум: 304 с
Тривалість горіння загалом FT: 162 c;
v1.1: 180 c; v1.0: 170 с
Паливо гас RP-1/рідкий кисень
Другий ступінь
Довжина FT: 27,4 м
Маса порожнього FT: 4'000 кг
Повна маса FT: 115'854 кг
Двигуни FT: 1 Merlin 1D Vac+;
v1.1: 1 Merlin 1D Vac;
v1.0: 1 Merlin 1C Vac
Тяга FT: 934; v1.1: 801; v1.0: 617 кН
Питомий імпульс FT: 348;
v1.1: 340; v1.0: 342 с
Тривалість горіння FT: 397;
v1.1: 375; v1.0: 345 с
Паливо гас RP-1/рідкий кисень

Falcon 9 (англ. falcon — «сокіл») — група одноразових і частково багаторазових[1] ракет-носіїв (РН) сімейства Falcon американської компанії SpaceX. «9» — це кількість двигунів, встановлених на першому ступені ракети.

Дану РН залежно від поведінки її першого ступеня можна віднести до середнього або важкого класу. А все тому, що у поточній версії ракети — Block 5 — 1-й ступінь після запуску і виконання своєї місії по підйому вантажу (супутника, тощо) може повертатися на спеціальний майданчик (на землі чи на той, що плаває в океані ASDS) і використовуватися повторно (10 або й більше разів).

У 2008 році SpaceX підписала контракти із НАСА щодо постачання вантажів до МКС в рамках програми Commercial Resupply Services. Доставка здійснюється космічним кораблем Dragon, який наразі запускається на орбіту ракетою-носієм Falcon 9 FT.[2] Також за допомогою ракет Falcon 9 SpaceX збирається запускати пілотовані КК Dragon 2 до МКС за програмою Commercial Crew Development.

Варіанти Falcon 9[ред. | ред. код]

Falcon 9 v1.0 (block 1) — складався з першого ступеня без бокових прискорювачів і другого ступеня. Двигуни Merlin 1C, вага ракети 318 тонн. Передбачалося, що вартість запуску цього РН складе $56 млн, маса виведеного вантажу на НОО — 9 т і на ГПО — 3,4 т.
Falcon 9 v1.1 (Block 2) — складався з подовженого (у порівнянні з v1.0) першого ступеню і другого ступеню. Двигуни Merlin 1D, вага ракети 480 т. Змінено розташування двигунів. Замість трьох рядів по три двигуни викор-ся компоновка з центральним двигуном і розташуванням решти по колу. Маса виведеного вантажу на НОО — 13 т і на ГПО — 4,8 т.
Falcon 9 Full Thrust Block 3 (v1,2) — версія, на якій вдалося вперше успішно посадити перший ступінь.
Falcon 9 Block 4 — перехідний етап до Block 5.
Falcon 9 Block 5 — є завершальною версією для ракет сімейства Falcon. Її двигуни мають збільшену тягу (у порівнянні із Block 3), а сама ракета — ще більш покращений термозахист та малий проміжок часу на відновлення між запусками.
Falcon Heavy (англ. Heavy, Важкий) — має додаткову пару приєднаних збоку бічних прискорювачів на базі першого ступеня. Тобто, Heavy оснащений 27-ма двигунами Merlin 1D+, загальною тягою на рівні моря — 22'819 кН. Вартість запуску цього РН $90-135 млн, маса виведеного вантажу на НОО — 63,8 т і на ГПО — 26,7 т. Falcon Heavy наразі — найпотужніша із існуючих ракет у світі і друга за потужністю в історії після Сатурн V (тобто з усіх РН, що коли-небудь виводили вантаж на НОО без довиведення).

Історія створення та розвитку[ред. | ред. код]

Після того, як Ілон Маск зрозумів, що для спрощення і здешевлення польотів у космос необхідно застосовувати ракети, конструкційні елементи яких можна використати повторно (Програма розвитку системи багаторазового запуску[en]), його компанія SpaceX взялася до розробки такої ракети-носія.[3] Спочатку її конфігурація, схема розміщення на ній двигунів, самі двигуни та елементи пального були дещо іншими, ніж зараз. Але численні тести та вже проведені вдалі і невдалі запуски призвели до появи ракети Falcon 9 Full Thrust, на якій було встановлено 1-й ступінь, що зміг вперше успішно повернутися на Землю.

Маск оглядає зруйнований після тестування ступінь

У 2013 році почалися випробування посадки першого ступеня ракети-носія Falcon. 2 травня 2014 р. SpaceX поділилася відео другого тестового польоту (зліт і посадка) 1-го ступеню[4] на території космопорту Америка[en]. Висота підйому порівняно з попереднім разом зросла в чотири рази і досягла 1000 м.

14 вересня 2017 року SpaceX опублікувала відео, яке ілюструє весь тяжкий шлях, що довелося здолати їх команді, для досягнення можливості повторного використання 1-го ст.

Nuvola apps kaboodle.svg Зовнішні відеофайли
Nuvola apps kaboodle.svg Logo YouTube por Hernando.svg Як не варто саджати перший ступінь
Nuvola apps kaboodle.svg Logo YouTube por Hernando.svg Запуск та вдале приземлення 1-ст. (місія OTV-5)
Посадка після місії Iridium NEXT 1-10[en][5]

22 грудня 2015 року, після того, як Falcon 9 Full Thrust успішно вивела на орбіту 11 супутників (місія Orbcomm OG2[en]), 1-й ступінь ракети вперше зумів здійснити вертикальне приземлення на посадкову зону 1[en], що знаходиться на базі ВПС США на мисі Канаверал.[6][7]

8 квітня 2016 року (місія CRS-8) вперше було здійснено повернення і м'яку посадку 1-го ступеню ракети-носія Falcon 9 FT на плаваючу платформу Autonomous spaceport drone ship «Of Course I Still Love You», яка відпливла в океан так, що відстань між нею і стартовим майданчиком склала 660 км.[8][9]

Перший ступінь[ред. | ред. код]

Як пальне на 1-му ст. використовується очищений гас RP-1 (m=123,57 т, t=-7 °C), а як окисник — надохолоджений рідкий кисень (m=287,43 т, t=-207 °C). Значне охолодження елементів палива дозволяє помістити більшу їх масу в той самий об'єм паливних баків. Щоб зберегти низьку температуру, заправка окисника починається за ~35 хвилин, а пального — за ~30 хвилин до старту. Під час польоту середня витрата палива становить
2'450 кг/с.[10]

Перший ступінь в ангарі

Обидва баки, в яких знаходяться паливні елементи, виконані із алюміній-літієвого сплаву (літій додає міцності конструкціїї і зменшує її вагу).[11] Стінки верхнього баку самі по собі є несучою конструкцією, а от стінки нижнього підсилені шпангоутами і повздовжніми балками, так як саме до нижньої частини 1-го ступеню прикладається найбільше навантаження. Окисник надходить до двигунів трубопроводом, що проходить по осі паливного баку. Для створення підвищеного тиску в баках застосовується стиснений гелій.

Двигуни у схемі octaweb

У нижньому торці 1-го ступеню по схемі octaweb установлені 9 двигунів Merlin 1D+ (саме тому у назві ракети присутня цифра «9») зі збільшеною тягою і питомим імпульсом. Така схема значно спрощує процес збирання відсіку для двигунів. Для їх запуску використовується самозапалювальна суміш триетилалюмінію і триетилборану.[12] При посадці задіяно три двигуни, що мають систему запалювання для повторного запуску.

Зліт

Система керування польотом 1-го ст. оснащена трьома резервними комп'ютерами на кожному двигуні. Вони постійно перевіряють одне одного, що значно підвищує відмовостійкість. На цих комп'ютерах встановлена операційна система Linux. Інерціальна навігація та GPS, що встановлені на 1-му ст., співпрацюють із основним бортовим комп'ютером другого ступеню і використовуються під час посадки.

Послідовність процесів запуску ракети передбачає можливість зупинки цієї процедури, керуючись даними перевірки стану двигунів і різноманітних систем ракети-носія.[13] З цією метою стартовий майданчик оснащений чотирма спеціальними зажимами, які ще деякий час утримують 1-ий ст. після початку роботи двигунів. Якщо будуть виявлені якісь неполадки, запуск зупиняється і пальне з баків відкачується. Таким чином проводяться стендові випробування[14] і проявляється можливість повторного використання ракети. Система керування польотом працює так, що політ буде здійснюватись навіть в разі відмови двох двигунів за рахунок довшого ввімкнення інших семи. Наприклад, під час першого запуску КК Dragon із місією CRS-1 на 79 секунді польоту у період максимального аеродинамічного спротиву відбувся зрив захисного конічного обтікача одного із двигунів. Через втрату у ньому тиску його робота була зупинена. Тому іншим восьми двигунам першого ступеню, а також двигуну другого ступеня, довелося працювати довше. І, хоча, додатковий вантаж не вдалося доставити на заплановану орбіту, основна місія по підйому КК Dragon до МКС була здійснена.[15]

З'єднання 1-го ст. з другим здійснюється через перехідний ступінь (4,5 м довжиною), виготовлений з алюмінію, вкритого вуглецевим волокном.[16] Він має витримувати вагу 2-го ступеню та корисного вантажу. В перехідному ступені розміщується двигун Merlin 1D Vacuum+ другого ступеню, гідравлічне оснащення решітчастих плавників та холодногазова РСК. SpaceX намагається уникати використання піротехніки, тому відстикування ступенів здійснюється пневматичними штовхачами, що розділяють цангові з'єднання. На Falcon 9 FT присутні чотири такі точки контакту.

Реактивна система керування (РСК) на першому ступені ракет-носіїв сімейства Falcon 9 використовує охолоджений стиснений азот. Він під тиском випускається із восьми газових сопел, розміщених у двох блоках (попереду, позаду, з одного вільного боку і знизу кожного блоку). Робота сопел, що направлені вниз, здійснює поштовх пального згори донизу (до забірного отвору) у баках, щоб відбувся перезапуск основних двигунів Merlin 1D+ і почалося гальмування. Позаяк блоки РСК розташовані по боках у верхній частині ступеню, то вони можуть використовуватися для керування польотом у трьох площинах.[7]

Графік старту і посадки

Розглядаючи запуск[10] 30 жовтня 2017 року, можна побачити, що перші 15 с після старту ракета летить вертикально, потім нахиляється і лягає на заданий курс. Протягом підйому вона досягає швидкості звуку, але уповільнюється на 76 с польоту, долаючи Максимальне динамічне навантаження. Після 2 хвилин, 30 секунд польоту на висоті 67 км, коли швидкість становить 2282 м/с відбувається вимкнення основних двигунів (МЕСО). Через три секунди після цього здійснюється відстикування 1-го ст. і він, вмикаючи на кілька секунд центральний двигун і керуючись рушіями РСК робить маневр, щоб уникнути впливу полум'я від двигуна 2-го ступеню. Піднімаючись до максимальної висоти у 119 км, 1-ий ст. розвертається у напрямку ASDS, зменшуючи таким чином витрати пального.

Решітчасті плавники

Потім, рухаючись двигунами уперед, він входить у атмосферу, де і починають працювати чотири титанові решітчасті плавники (керма висоти) розміром 159 см х123 см.[17] Вони розташовані у верхній частині ступеню і спочатку притулені до його боків. Після відстикування від 2-го ст. решітчасті плавники розкриваються і під час спуску в атмосфері (особливо, коли вимкнені двигуни), рухаючись, стабілізують обертання 1-го ступеню (крен, тангаж та рискання) і можуть змінювати його кут атаки для прицільного приземлення в задану точку. Їх рух керується замкненою гідравлічною системою, а термостійкість сприяє повторному використанню.[18]

Знизившись до висоти у 58 км (6 хв. 28 с польоту), 1-ий ст. вмикає три двигуни на 22 с, зменшивши свою швидкість із 1450 м/с до 857 м/с.

Перед останнім увімкненням двигунів 1-ий ступінь не націлюється безпосередньо на посадковий майданчик, щоб в разі, якщо вони не увімкнуться, не зруйнувати його при падінні. Щоб здійснити посадку на відмічене символом «Х» місце приземлення, 1-ий ст. на фінальному відрізку польоту вмикає центральний двигун і починає знижувати швидкість до ~2 м/с, спрямовуючись на ціль.

Знизу, по ободу 1-го ступеню, симетрично прикріплені чотири посадкові ноги, які мають сукупну масу 2,1 т. Вони виготовлені із алюмінієвого каркасу з отворами у формі стільників, що вкритий вуглецевими волокнами. Ноги складені під час транспортування до космодрому і підйому в небо, але розгортаються вниз і вбік за 10 секунд перед посадкою. Це робить можливим здійснити її вертикально і м'яко.[19]

Плаваюча платформа ASDS для прийому 1-го ст. відпливає від берега в Тихий або Атлантичний океан на відстань 300—660 км. Після посадки 1-ий ступінь фіксується на ASDS, транспортується в порт, знімається з платформи краном і перевозиться в ангар. Там здійснюється його огляд і можливий ремонт, після чого 1-ий ступінь готовий до повторного використання.

Другий ступінь[ред. | ред. код]

Другий ступінь

Другий ступінь поточної версії Falcon 9 по своїй конструкції і матеріалам складових є зменшеним аналогом першого ступеню. Паливо — гас RP-1/рідкий кисень. Двигун — 1 Merlin 1D Vac+, що має збільшене сопло для продуктивнішої роботи у вакуумі. Після відстикування першого ступеню другий ступінь продовжує підйом КВ на заплановану орбіту. Досягнувши її, другий ступінь відштовхує КВ і, вмикаючи двигун, спрямовується в атмосферу, згораючи там. Ілон Маск повідомив про намір зробити його також відновлюваним, здійснюючи посадку за допомогою повітряної кулі.

Обтікач корисного вантажу[ред. | ред. код]

Обтікач КВ виготовляється із алюмінієвого каркасу з отворами у формі стільників, що вкритий вуглецевими волокнами. Його стандартна висота складає 13,1 м, діаметр — 5,2 м (внутрішній — 4,6 м), вага — ~1750 кг.[20] У разі запуску КК Dragon обтікач не застовується.

Через високу вартість обтікача (~$6 млн., що складає 10 % від вартості ракети[21]) SpaceX робить спроби посадити його на Землю. 30 березня 2017 року після чергового запуску ракети одна з половинок обтікача, оснащена Реактивною системою керування, а також керованим парафойлом, була посаджена у задану точку в океан. На початку 2018 року SpaceX почала використовувати спеціальний човен «Mr Steven» із натягнутою над ним сіткою, щоб спійматм туди половинку обтікача. Спроби поки невдалі.

Космодроми[ред. | ред. код]

Космодроми розташовують ближче до екватору, щоб використати енергію обертання Землі. Компанія SpaceX використовує кілька стартових комплексів:

Посадка першого ступеню відбувається на:

  • Autonomous spaceport drone ship — безпілотний корабель-космопорт, який відпливає в океан у задану точку, куди повинен «приземлитися» 1-ий ст. Це необхідно для економії палива, щоб не витрачати його на «дотягування» до суші. Існує два ASDS: '«Just Read the Instructions», що плаває у Тихому океані, і «Of Course I Still Love You» у Атлатничному океані.

Запуски[ред. | ред. код]

Перший запуск. Перший демонстраційний політ РН «Falcon 9» відбувся 4 червня 2010 року з мису Канаверал 18:45 за UTC. У 18:54 відокремилась друга ступінь і макет корисного навантаження успішно вийшов на орбіту. Ракета була запущена з другої спроби. Перша спроба запуску була скасована за кілька секунд до старту через технічні неполадки.

Другий запуск. відбувся 8 грудня 2010 року в рамках програми НАСА «COTS». Корисне навантаження — комерційний корабель Dragon. Капсула SpaceX Dragon|Dragon двічі облетіла Землю, після чого ввійшла в атмосферу і приводнилася в Тихому океані. Досі повертані космічні кораблі вдавалося побудувати тільки державним космічним агентствам Росії, США, Китаю, Японії та Індії, а також Європейському Космічному Агентству.

Третій запуск. 22 травня 2012 в 7:44:38 UTC (11:44:38 за київським часом) з майданчика SLC-40 космодрому на мисі Канаверал стартовими розрахунками компанії SpaceX з другої спроби здійснено пуск ракети-носія Falcon-9 з кораблем COTS Demo Flight 2. Виведення корабля на орбіту зайняло десять хвилин. Космічний корабель Dragon успішно відокремився від останнього ступеня ракети-носія Falcon 9 і вийшов на навколоземну орбіту з параметрами 346 x 297 км. Нахил — 51,6 град.

Четвертий запуск. 8 жовтня 2012 — перший операційний політ для SpaceX у рамках програми Commercial Resupply Services під контрактом з NASA. Космічний корабель SpaceX CRS-1 було виведено на потрібну орбіту і через кілька днів він доставив вантаж на МКС.[22] Однак через раннє відключення двигунів другорядний вантаж було виведено на неправильну орбіту.

П'ятий запуск відбувся 1 березня 2013 року. Другий операційний політ для SpaceX у рамках програми Commercial Resupply Services під контрактом з NASA. Космічний корабель CRS SpX-2 було виведено на орбіту і 3 березня він пристикувався до МКС, доставивши необхідний вантаж.

Шостий запуск. Демонстраційний/комерційний запуск. 11.02.2015 з Бази Ванденберг запущено супутник DSCOVR. Перший політ ракети Falcon 9 модифікації v1.1, з новими двигунами Merlin 1D і можливістю виводу на низьку опорну орбіту до 13 т вантажів. Супутник вдало виведено на орбіту. Здійснювалося випробування елементів вертикальної посадки першої ступені. Експеримент невдалий, перший ступінь зруйновано.[23]

Посадка ракети після успішного запуску, 22.12.2015

Дев'ятнадцятий запуск 28 червня 2015 року SpaceX CRS-7 закінчився невдачею. На 139-й секунді польоту почався нештатний викид палива або окисника з баків, котрий закінчився через 8 секунд вибухом.[24]


Двадцять перший запуск. 17 січня 2016 року перший ступінь ракети Falcon 9 вивела на орбіту супутник Jason-3 для вивчення підвищення рівня моря. Після цього ракета повернулася на плавучу платформу у Тихому океані ASDS. Після контакту з платформою одна із опор не витримала і ракета впала та вибухнула при ударі об землю.[25]

Інформація про подальші польоти ракети розміщена у Списку запусків Falcon 9 та Falcon Heavy

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Drako. SpaceX втретє запустила і посадила перший ступінь Falcon 9, який вже літав. Процитовано 29 листопада 2017. 
  2. SpaceX і NASA 7 жовтня здійснять запуск у рамках місії постачання до Космічної Станції. nasa.gov. 20 вересня 2012. (англ.)
  3. "Аномалія" стала причиною вибуху ракети Falcon 9 під час тестувань на Флориді. voanews.com. 1 вересня 2016 року. 
  4. Тестування польоту на 1000 м. SpaceX у Youtube. 2 травня 2014 року. 
  5. Місія iridium-1. spacex.com. 14 січня 2017 року. (англ.)
  6. Ракета Falcon здійснила безпечне приземлення. reuters.com. 22 грудня 2015 року. (англ.)
  7. а б День, що повинен запам'ятатися: SpaceX досягла повернення першого степеню ракети. spaceflight101.com. 22 грудня 2015 року. (англ.)
  8. SpaceX вперше успішно посадила нижній ступінь ракети на морську платформу. unian.ua. 9 квітня 2016 року. 
  9. SpaceX вперше успішно посадила ступінь ракети на платформу в морі. bbc.com. 9 квітня 2016 року. 
  10. а б Falcon 9 успішно запустила супутник Koreasat 5a. spaceflight101.com. 30 жовтня 2017. (англ.)
  11. Структура Falcon 9. spacex.com. 26 березня 2013 року. (англ.)
  12. Двигуни. spacex.com. 26 березня 2013 року. (англ.)
  13. Rhianjuly, Jason (5 липня 2017 року). 10 запусків за 7 місяців: SpaceX запускає INTELSAT 35E. spaceflightinsider.com. (англ.)
  14. Falcon 9, статичне запалювання. SpaceX у Youtube. 19 вересня 2013 року. 
  15. Foust, Jeff (8 жовтня 2012). Комерційні польоти стають можливими для бізнесу. thespacereview.com. Процитовано 9 грудня 2017. (англ.)
  16. Ракета Falcon 9. spaceflight101.net. (англ.)
  17. Відмінності між модифікаціями решітчастих плавників. Space.stackexchange.com. 15 липня 2017. (англ.)
  18. Повідомлення Ілона Маска у Twitter 25 червня 2017(англ.)
  19. Посадкові ноги. spacex.com. 26 березня 2013 року. (англ.)
  20. Обтікач. SpaceX. 2013-04-12. (англ.)
  21. Досягнення Falcon 9: повторний запуск і приземлення, а також, відновлення обтікача. Spaceflight101. 31 березня 2017. (англ.)
  22. Pasztor, Andy (7 July 2012). SpaceX здійснює доставку вантажу на МКС. Wall Street Journal. Процитовано 8 October 2012. (англ.)
  23. Stephen Clark (18 May 2012). Q&A with SpaceX founder and chief designer Elon Musk. SpaceflightNow. Архів оригіналу за 2012-11-21. Процитовано 29 June 2012. (англ.)
  24. Огляд місії SpaceX CRS-7 (pdf). nasa.gov. Процитовано 8 грудня 2017. (англ.)
  25. У SpaceX показали відео жорсткої посадки першого щабля ракети-носія Falcon 9. ukrinform.ua. 18 січня 2016. 

Посилання[ред. | ред. код]