Wie viel kostet ein Falcon 9. Wie viel hat SpaceX die Preise für Raketenstarts gesenkt

Der Start der Falcon 9, mit der SpaceX am 31. Januar einen weiteren Satelliten in die Umlaufbahn brachte, sollte experimentell sein. Die erste Stufe der Rakete landete nach dem planmäßigen Start auf wirtschaftlichere Weise zurück. Um bei Ausfällen die Offshore-Landeplattform nicht zu beschädigen, sollte die Stufe auf See gelandet werden, wo sie sinken würde. In der Praxis schwebte sie jedoch an der Oberfläche, und jetzt erwägt SpaceX, sie an Land zu schleppen. Über das, was passiert schreibt Elon Musk auf seinem Twitter-Account.

Diesmal wurde die erste Stufe für den Start verwendet, Seriennummer B1032, die zuvor zweimal für Starts von Falcon 9 verwendet worden war.Im Gegensatz zu früheren Fällen sollte B1032 jedoch nicht zur Wiederverwendung geborgen werden. Stattdessen führte das Unternehmen ein Experiment mit ihr durch: Sie musste sich schärfer und sparsamer hinsetzen als sonst. Heute werden die ersten Stufen der Falcon 9 von nur einem von neun Merlin 1D-Triebwerken angetrieben. Beim letzten Start musste die Rakete von drei Triebwerken gleichzeitig abgebremst werden. Dies ist ein komplizierterer Weg (Sie müssen die Impulse von drei verschiedenen Motoren koordinieren, damit die Bühne während der Landung nicht auf die Seite fällt). Aber es ist sparsamer: Schnelleres Bremsen bedeutet weniger Spritverbrauch bei der Landung, die Etappen haben weniger Zeit, gegen die Erdanziehungskraft anzukämpfen.

Da eine solche Landung die erste in der Geschichte war, war unklar, ob die Bühne die Offshore-Landeplattform von SpaceX beschädigen würde (wenn sie auf die Seite fallen würde). Aus diesem Grund wurde die Bühne ins Meer gepflanzt. Es sollte Telemetriedaten von der Rakete erhalten, die zeigen, wie erfolgreich die dreimotorige Verzögerungsmethode war, und dann akzeptieren, dass sie sinken würde. Wie auf dem Foto zu sehen, setzte sich die Stufe jedoch so glatt, dass sie nicht im Wasser versank und es nicht aufhob, als die Nähte zerstört wurden. Da die erste Stufe nach dem Auslaufen des Treibstoffs meist von innen mit leeren Tanks belegt ist, wiegt sie weniger als Wasser und schwimmt auf ihrer Oberfläche.

Elon Musk merkt an, dass das Unternehmen mit einer solchen Wendung der Ereignisse nicht gerechnet hatte und glaubte, dass die Bühne immer noch sinken würde. Die Fehlkalkulation lag daran, dass bisher niemand die Erfahrung einer kontrollierten Landung der ersten Stufen auf dem Wasser hatte. Um zu verstehen, wie sich dies auf die Parameter der Stufe auswirkt, plant SpaceX, ein Schiff dorthin zu schicken und es für eine detaillierte Studie an die Küste zu schleppen.

Aus der neuen Versuchslandung geht hervor, dass die gleichzeitige Landung mit drei funktionierenden Triebwerken sicher genug ist. In Zukunft will das Unternehmen auf diesem Weg erste Schritte setzen. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch, um die Etappe zu retten, und erhöht dadurch die Nutzlast der wiederverwendbaren Version des Falcon 9.

Ein weiterer Start der Trägerrakete Falcon 9 schlug fehl. Die Falcon-9-Rakete wurde von SpaceX, einem privaten US-Unternehmen, das von Elon Musk gegründet wurde, vorbereitet.

Falcon und die NASA

Bereits 2008 unterzeichnete die NASA einen Vertrag mit dem Unternehmen, um die Trägerrakete Falcon 9 und den Weltraum zu starten Drachenschiff. Die eigentliche Idee, diese Art von Trägerraketen zu produzieren, wird durch die Tatsache bestimmt, dass eine Reihe von erfolglosen Starts des Space Shuttle folgten. Und Elon Musk selbst plant, die Kosten für Weltraumflüge um das Zehnfache zu senken. Dieses Projekt wurde damals jedoch auf 1,6 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Der gescheiterte hat eine Reihe von Aufgaben vereitelt, die sich die NASA gestellt hat, mit Ausnahme des Starts des Space Shuttles zur ISS. Die Falcon 9-Rakete beförderte 1,8 Tonnen Fracht.

Die geplante Hauptaufgabe dieses Starts bestand darin, die Lebensmittelvorräte für Mitglieder der ISS aufzufüllen. Außerdem trug die Rakete den von Boeing entwickelten International Docking Adapter (IDA). Dieser 526 kg schwere Dockingport sollte das Andocken des Dragon-Raumschiffs an die ISS erleichtern. Für den gleichen Zweck versuchte Dragon auch, einen Raumanzug für Weltraumspaziergänge zu liefern. Zweifellos wird der Verlust solch wichtiger Komponenten den wissenschaftlichen Arbeitsplan an Bord der ISS beeinträchtigen.

Aber das ist nicht alles! Die Explosion der Falcon 9-Rakete zerstörte 8 von Planet Labs in Auftrag gegebene Flock 1f-Satelliten. Außerdem trug jeder von ihnen drei CubeSats, die die Erde im optischen Modus überwachen sollten.

Falcon 9-Spezifikationen

Das Design der Rakete ist so ausgelegt, dass in jeder Stufe Avionikgeräte und Bordcomputer installiert sind, die alle Flugparameter steuern sollen.

Die gesamte an Bord der Rakete verwendete Avionik wird von SpaceX hergestellt. Zusätzlich zum eigenen Navigationssystem wird auch GPS-Ausrüstung verwendet, um die Genauigkeit des Starts in die Umlaufbahn zu verbessern.

Außerdem hat jeder Motor einen eigenen Controller, der alle Parameter des Motors ständig überwacht. Und jeder Controller ist mit drei Prozessoreinheiten ausgestattet, um die Systemzuverlässigkeit zu verbessern.

Die Falcon 9-Rakete ist zweistufig, und diese Version hat zwei Modifikationen durchlaufen:

• Version 9 v1.0;
• Version 9 v1.1.

Der Unterschied zwischen der zweiten Version und der ersten besteht darin, dass eine fortschrittlichere Engine darauf installiert ist. Und sie zeichnen sich auch durch die Anordnung der Motoren in der unteren Stufe aus.

Und obwohl die Motoren in beiden Versionen mit Kerosin mit einem Oxidationsmittel aus flüssigem Sauerstoff betrieben werden, bringt die Falcon 9 v1.1-Rakete bereits 4,85 Tonnen Nutzlast in den Weltraum, während die US-amerikanische Falcon 9 v1.0-Rakete nur 3, 4 t.

Gleichzeitig beträgt die Länge der Version 1.1 68,4 Meter bei einem Startgewicht von 506 Tonnen.

Um diese Parameter zu verstehen, ist die russische Proton-M-Rakete um 10 Meter kürzer, das Startgewicht ist größer - 705 Tonnen. Aber Proton-M bringt 6,74 Tonnen Nutzlast in die Umlaufbahn.

Laut NASA belaufen sich die Kosten für den Start von Falcon 9 auf 60 Millionen US-Dollar, während Proton-M 30 Millionen US-Dollar mehr kostet.

Was ist also mit dem ersten Schritt?

Eine Falcon 9-Rakete wird von der NASA von zwei Startrampen aus gestartet. Einer befindet sich in Florida, der zweite in Kalifornien. Es wird auch daran gearbeitet, zwei weitere Startrampen einzusetzen.

Seit 2013 arbeitet SpaceX kontinuierlich daran, Technologien für die wiederverwendbare Verwendung von Komponenten von Falcon 9 v1.1 zu entwickeln. Der erste Versuch, die Falcon 9 zu retten, fand im Januar 2015 statt. Berechnungen zufolge sollte die Bühne im Bereich der schwimmenden Plattform landen. Aber schlechtes Wetter auf See erlaubte es nicht, die Stufe der Rakete aufzunehmen.

Bisher waren diese Bemühungen nicht erfolgreich. Keiner der durchgeführten Starts führte dazu, dass das Unternehmen die Bühne rettete.

Expertenmeinung

Obwohl Medien berichten, dass beim letzten erfolgreichen Start der Falcon 9 (im Dezember 2015) die untere Stufe der Rakete gerettet werden konnte, bezweifeln Experten den weiteren Einsatz der ersten Stufe. Experten glauben, dass angesichts der Erwärmungstemperatur des Raketenkörpers sowohl beim Start als auch während des Abstiegs nach dem Durchgang durch die Atmosphäre nur sehr geringe Chancen bestehen, dieses Element der Rakete wiederzuverwenden.

Aber das ist nicht alles. Für den wiederverwendbaren Einsatz werden zusätzliche Elemente benötigt - dies sind Landegestelle und die notwendige Kraftstoffversorgung. Und das wiederum reduziert die Nutzlast um bis zu 30 %.

Zuverlässige Rakete?

Von 2010 bis 2013 wurden fünf Starts durchgeführt, von denen vier völlig normal waren.

Doch der Start der Falcon 9 im Oktober 2012 wurde von Experten als „teilweise erfolgreich“ gewertet. Dann schickte die Rakete "Falcon 9" erstmals Ausrüstung auf einem Dragon-Truck zur ISS. Beim Start des Orbcomm-G2-Satelliten trat jedoch ein Fehler auf, wodurch der Satellit in eine niedrigere Umlaufbahn als geplant gestartet wurde.

Das Ergebnis dieser "teilweise erfolgreichen Operation" ist bedauerlich. Orbcomm-G2 blieb nicht lange im Orbit und verglühte am 12. Oktober desselben Jahres spurlos in der Erdatmosphäre.

Interessant ist in diesem Zusammenhang, wie SpaceX den Ausfall erklärte. Experten zufolge wurde ein Teil der Verkleidung von der Verkleidung in der Nähe des Triebwerks der ersten Stufe abgerissen.

Ursachen der Katastrophe

Die Explosion der Falcon 9-Rakete im Juni 2015 trug nicht zur Glaubwürdigkeit bei, sie blieb nicht lange im Flug - 2 Minuten 19 Sekunden. Sobald die Rakete in den Hyperschallmodus wechselte, ereignete sich eine Explosion, und nach 8 Sekunden fiel die Falcon 9 auseinander. Die NASA leitete zusammen mit SpaceX eine Untersuchung der Ursachen der Katastrophe ein.

Der Chef von SpaceX legte seine Version vor. Nach seiner Theorie ereignete sich der Unfall durch Überdruck in den Oxidationsmitteltanks der Oberstufe. Dies geschah zu einer Zeit, als sich die erste Stufe noch nicht getrennt hatte.

Andere Unfälle

Natürlich sind Unfälle in der Raumfahrtindustrie keine Seltenheit. Allein in den USA gab es dieses Jahr also drei Unfälle (unter Berücksichtigung der Katastrophe der Trägerrakete Falcon 9).

Im Oktober 2014 explodierte die private Trägerrakete Antares nach dem Start vom Weltraumbahnhof auf Wallops Island. Es sollte einen Cygnus-Truck (beide von Orbital Sciences hergestellt) in die Umlaufbahn zur ISS bringen.

Ebenfalls im Jahr 2014 stürzte ein weiteres SpaceShipTwo ab. Es wurde angenommen, dass darauf suborbitale Touristenflüge durchgeführt würden. Und die Entwicklerfirma Virgin Galactic versucht immer noch, die Ursachen des Absturzes zu beseitigen.

Die erste Proton-M fand am 7. April 2001 statt. Dann brachte die Rakete mit Oberstufe „Breeze-M“ erfolgreich den Satelliten „Ekran-M“ in die Umlaufbahn. Auf dieser Rakete wurde eine verbesserte Version des Steuersystems installiert, die es ermöglichte, die Tests auf der Basis von Heptyl zu verbessern, das, wie Sie wissen, sowohl für Menschen als auch für Menschen eine giftige Substanz ist Umfeld. Das neue System ermöglichte es auch, die Masse der in die Umlaufbahn gebrachten Nutzlast zu erhöhen.

Seitdem haben 90 Proton-M-Starts stattgefunden, aber nur 80 davon waren vollständig regulär. Der Hauptgrund für Notsituationen wird durch Fehlfunktionen in der Beschleunigungseinheit verursacht.

Zweifellos sind solche Statistiken kein erfolgreicher Indikator für Raketen mit einer so reichen Geschichte. In jedem Fall wird die Explosion der Falcon 9-Rakete dazu beitragen, ihre Fehlfunktionen besser zu verstehen und beim nächsten Start zu berücksichtigen.

Was weiter?

Auf der dieser Moment Lieferung der Fracht an die ISS in einem Zustand von:

• Russischer "Fortschritt";
• japanisches HTV;
• Drachen;
• Schwan.

Die NASA setzt große Hoffnungen auf Dragon als ein Fahrzeug, das Fracht von der ISS zur Erde zurückbringen kann. Der Vertrag mit diesem Unternehmen wurde bis 2017 verlängert, weitere 15 Starts sind geplant.

Das letzte Mal, dass die Trägerrakete Falcon 9 mit dem Dragon-Transporter ihre Mission am 22. Dezember 2015 erfolgreich abgeschlossen hat.

Die NASA hat keinen Zweifel daran, dass der Unfall mit der Falcon 9 die Schaffung bemannter Raumfahrzeuge in keiner Weise beeinträchtigen wird. Unter diesem Programm SpaceX beabsichtigt, die Falcon Heavy-Rakete zu starten. Dieser Start kann sowohl mit der russischen Proton als auch mit der europäischen Ariane 5 konkurrieren.

Der Unfall der amerikanischen Falcon 9-Rakete hat einmal mehr gezeigt, dass niemand in der Weltraumforschung vor einer Katastrophe gefeit ist.

Technik und Medien, 27. März 2018, 13:20 Uhr

Technik und Medien, 01.02.2018, 04:15

Technik und Medien, 14.09.2017, 13:33 Uhr

Kürzlich witzelte Elon Musk auf Twitter, dass SpaceX-Starts so viel billiger seien als Boeing/Lockheed-Dienste, dass man mit dem Unterschied einen Satelliten bauen könne.

Der Kostenunterschied von 300 Millionen US-Dollar zwischen SpaceX und Boeing/Lockheed übersteigt den Durchschnittswert eines Satelliten, sodass das Fliegen mit SpaceX bedeutet, dass der Satellit grundsätzlich kostenlos ist https://t.co/CaOulCf7ot

Elon Musk (@elonmusk) 16. Juni 2017

Im Jahr 2014 veröffentlichte das Audit Office einen Bericht, in dem die Kosten von Programmen der US Air Force zum Start klassifizierter Satelliten bewertet wurden, die ausschließlich von ULA gestartet wurden. Aufgrund der mangelnden Preistransparenz war es schwierig, die Preisschilder mit dem Angebot von SpaceX abzugleichen.

Die Regierung zahlt ULA einen festen Betrag, unabhängig davon, welche Rakete beim Start verwendet wurde – sei es eine Atlas V, eine Delta IV oder eine Delta IV Heavy. Hinzu kommt der EELV Launch Capability (ELC)-Vertrag, nach dem ULA jährlich 860 Millionen US-Dollar erhält, um den Zugang zum Weltraum zu ermöglichen, auch wenn es keine Starts gab. ULA erhielt außerdem insgesamt 5 Milliarden US-Dollar an sonstigen Ausgaben im Zusammenhang mit Ausrüstung zur Herstellung von Raketen.

Das ULA-Monopol endete, als SpaceX begann, um Nutzlaststarts für die nationale Sicherheit zu wetteifern. Der erste Start erfolgte im Mai dieses Jahres im Auftrag des National Reconnaissance Office in Form eines geheimen Satelliten NROL-76. Die Regierung schätzt, dass die Kosten für SpaceX-Starts im direkten Vergleich mit ULA deutlich niedriger sind.

Beispielsweise erteilte die US Air Force vor 14 Monaten SpaceX einen Auftrag über 83 Millionen US-Dollar für den Start eines GPS-3-Satelliten, und im März 2017 wurde ein weiterer Auftrag über 96,5 Millionen US-Dollar für den Start eines weiteren GPS-3-Satelliten gewonnen. Dies sind die gesamten Startkosten, die die Regierung zahlen wird, und nichts im Vergleich zu den 422 Millionen US-Dollar für einen einzelnen Start, die die Air Force für 2020 veranschlagt.

Wie werden Wettbewerber reagieren?

blauer Ursprung

RN New Glenn. Quelle: Blauer Ursprung

Das Ziel des Firmengründers Jeff Bezos ist keineswegs Profit vom Start kommerzieller Satelliten zu machen, sondern Millionen von Menschen das Leben und Arbeiten im Weltraum zu ermöglichen, er hat auch keine Ambitionen Regierungs- und Militärsatelliten zu starten und nur zu beliefern seine BE-4-Motoren für neue Rakete Träger (RN) ULA Vulcan. Die Entwicklung des BE-4-Raketentriebwerks, das mit einer Mischung aus flüssigem Sauerstoff und verflüssigtem Erdgas betrieben wird, begann 2011, und es wurden bereits mehr als 1 Milliarde US-Dollar für die Entwicklung ausgegeben.Der Schub der BE-4 wurde auf 550 tf at erhöht die Anfrage von ULA.

Derselbe Motor soll in der ersten Stufe der neuen Blue Origin New Glenn-Rakete verwendet werden, und der erste Start wird frühestens 2020 durchgeführt. Tonnen pro Geotransfer-Umlaufbahn (GTO).

Angesichts der Erfahrung mit suborbitalen Starts des New Shepard VTOL-Systems, als dieselbe Stufe fünfmal ohne wesentliche Änderungen gestartet wurde, wird uns diese Erfahrung ermöglichen, die Landung der ersten Stufen innerhalb weniger Jahre nach dem ersten Start von NG auszuarbeiten.

ULA

Vulkanische Trägerrakete. Quelle: UL

Der Einführungspreis für Regierungs- und kommerzielle Workloads ist sehr unterschiedlich. Musks Druck bei den Anhörungen mit einem Vorschlag, der russischen RD-180 den Flug für die Trägerrakete Atlas 5 zu verbieten und die völlig unrentable Delta IV zu verlassen, zahlte sich aus. Sie beschlossen, den Motor aufzugeben und stellten erhebliche Mittel bereit, um einen Ersatz zu schaffen. ULA entschied sich bei der Auswahl eines Triebwerks für seine neue Vulcan-Trägerrakete zwischen AR1 und BE-4 für Letzteres. AR1 hinkt der Entwicklung einige Jahre hinterher, impliziert keine Wiederverwendbarkeit, und die Entwicklungsfirma stützt sich im Gegensatz zum privaten BE-4 hauptsächlich auf öffentliche Gelder.

SMART-Triebwerksrettungsschema der ersten Stufe. Quelle: UL

ULA präsentierte das Triebwerksrettungskonzept der ersten Stufe und die Avionik SMART (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology). Die Triebwerke werden nach der Trennung der ersten und zweiten Stufe vom Booster getrennt. Es wird ein aufblasbarer Schutz offenbart, der hilft, den Fall des Motorblocks unter Überschallgeschwindigkeit zu verlangsamen, und ferner wird der Fallschirmblock durch einen Hubschrauber in der Luft gerettet.

Ohne die Häufigkeit der Markteinführungen zu erhöhen, sieht das Unternehmen keine Machbarkeit der Wiederverwendbarkeit. Die Gesamteinsparungen betragen bis zu 30 Prozent, für die Entwicklung der Technologie sind jedoch erhebliche Mittel erforderlich. ULA wird sich in diese Richtung bewegen, aber der erste Testflug wird frühestens 2024 stattfinden.

Aufgrund des Hypes um die Startpreise hat ULA eine Atlas 5-Raketenbauer-Website, rocketbuilder.com, erstellt. Es wird angegeben, dass eine leichte Rakete 109 Millionen US-Dollar kostet, und die schwerste mit fünf Boostern, die 8856 kg auf das GPO starten kann, 157 Millionen US-Dollar.Indirekt kann der hohe Preis der Starts durch die Tatsache angezeigt werden, dass seit 2010 von 52 Starts , nur 4 waren kommerziell. Tory Bruno, CEO von ULA, betonte, dass es ihnen in nur wenigen Jahren gelungen sei, den Mindestpreis von 191 Millionen US-Dollar auf 109 Millionen US-Dollar zu senken.

Europäische Weltraumorganisation (ESA)

Trägerrakete Ariane 6. Quelle: Airbus Safran Launchers (ASL)

Die Europäische Weltraumorganisation nutzt für Starts jetzt die Trägerraketen Vega und Ariane 5, deren Komponenten in einer ganzen Reihe von EU-Ländern produziert und recht großzügig subventioniert werden. Gleichzeitig kostet der kommerzielle Start von Ariane 5 180 bis 240 Millionen US-Dollar, aber es werden gleichzeitig 2 schwere Satelliten (insgesamt 10 Tonnen) gestartet, weshalb es auf dem Markt sehr gefragt ist.

Das Ariane-6-Design, das der Nachfolger der aktuellen Ariane 5 ist, wurde 2012 mit einem geplanten Erststart im Jahr 2020 vorgestellt. Ursprünglich umfasste das Design drei solide Booster in der ersten Stufe und einen in der zweiten Stufe, um 6500 kg zu liefern das Gruppenrichtlinienobjekt. Die Entwicklung wurde von der ESA gesponsert (das Projekt hatte einen Wert von 4 Milliarden Euro – jetzt reduziert auf 2,4 Milliarden Euro), und Airbas Safran Launchers (ASL) wurde als Hauptauftragnehmer ausgewählt. Anschließend wurde das Design im Hinblick auf die Expansion von SpaceX, das direkt um kommerzielle Starts konkurriert, zugunsten einer höheren Kosteneffizienz überarbeitet. Das endgültige Design umfasst 2 Versionen: Ariane A62 und Ariane A64 mit zwei und vier Festbrennstoff-Boostern. Preis und Nutzlast für das GPO betragen 5.000 kg für 75 Millionen Euro bzw. 10.500 kg für 90 Millionen Euro. Eine Reduzierung der Anlaufkosten soll auch durch die Neuorganisation der Produktion, eine Reduzierung der Mitarbeiterzahl um 30 % von 8.000 Personen, den Einsatz von 3D-Druck und den Verzicht auf vertikale Montage erfolgen. Die Rakete wird in Le Mirabeau horizontal zusammengebaut, bevor sie zur Integration von Booster und Nutzlast nach Französisch-Guayana transportiert wird. Es ist geplant, den Zeitplan von 11-12 Starts pro Jahr bis 2023 zu erreichen.

Die ESA hat die erste Tranche von 80 Millionen Euro für die Schaffung eines neuen wiederverwendbaren Raketentriebwerks Prometeus bereitgestellt, das von einem Brennstoffpaar aus Methan und flüssigem Sauerstoff angetrieben wird. Die Kosten für ein Triebwerk belaufen sich auf 1 Million Euro – nur ein Zehntel der Kosten des derzeitigen Wasserstoff-Erststufentriebwerks Vulcain 2 für die Trägerrakete Ariane 5. Die Zündtests beginnen 2020 mit einem Erstflug im Jahr 2030.

Roskosmos

Der Preis von Proton änderte sich je nach Marktbedingungen, um eine wettbewerbsfähige Fluggesellschaft zu bleiben. Im Jahr 2014 betrugen die Kosten also 115 Millionen US-Dollar, aber jetzt wurden sie auf 70 Millionen US-Dollar reduziert, als Gegensatz zur Trägerrakete Falcon 9 mit einem Festpreis von 62,5 Millionen US-Dollar.

Trotz der Tatsache, dass Proton bis 2025 fliegen wird, wurde beschlossen, bis 2020 günstigere Versionen von Proton Medium und Proton Light zu entwickeln. Es wurde beschlossen, die Tanks der ersten und dritten Stufe zu verlängern und die zweite vollständig loszuwerden. Dadurch wird die Nutzlast auf dem GPO mit der Falcon 9 vergleichbar sein. Khrunicheva glaubt, dass die Kosten der Rakete im Vergleich zur Trägerrakete Proton-M um 25 % gesenkt werden, was die Startkosten näher an 50 bis 55 Millionen US-Dollar bringen wird.

Vergleich der Modifikationen "Proton". Quelle: ILS

Nach dem Abbruch der Beziehungen zu YuzhMash wird im Rahmen von Phoenix R&D ein Ersatz für die mittelgroße Zenit-Trägerrakete entwickelt, die den niedrigsten Einführungspreis in ihrer Gewichtsklasse hatte und möglicherweise von Elon Musk inspiriert wurde. Die neue Sojus-5-Trägerrakete, auch bekannt als Sunkar, wird die Zenith-Startrampen sowohl in Baikonur als auch auf der schwimmenden Plattform Sea Launch nutzen. Flugtests der Sunkar sollen laut Roscosmos-Dokumenten im Jahr 2024 beginnen. Und bereits 2025 soll Sunkar in den kommerziellen Betrieb gehen. In einem Interview sagte Elon Musk, dass seine Lieblingsrakete nach der Falcon 9 (übersetzt als „Falke“) die Zenith sei. Sunkar wird aus dem Kasachischen als „Falke“ übersetzt. Zufall?

Was ist mit wiederverwendbaren Systemen? Die Trägerrakete Rossiyanka wurde 2007 eingeführt. Ein Merkmal des Projekts ist die Rückkehr und Landung der ersten Stufe mit wiederholtem Einschalten von Standardtriebwerken. GRC im. Makeev sollte als Hauptauftragnehmer einen Demonstrator einer ultraleichten Trägerrakete mit einer wiederverwendbaren ersten Stufe herstellen. Die Arbeiten sollten gemäß der Aufgabenstellung von TsNIIMASH im Jahr 2016 durchgeführt werden.

12. Dezember 2011 GRC im. Makeev präsentierte die Trägerrakete Rossiyanka beim Roskosmos-Wettbewerb für die Entwicklung des wiederverwendbaren Weltraumraketensystems (MRKS) der ersten Stufe. Nach den Ergebnissen des Wettbewerbs ging jedoch der Auftrag zur Entwicklung von MRKS an die gleichnamigen GKNPTs. Khrunichev mit dem Baikal-Angara-Projekt.
Der Demonstrator wurde nicht hergestellt. Es ist geplant, Design- und Sondierungsstudien zu Trägerraketen mit wiederverwendbaren ersten Stufen durchzuführen. Das Ergebnis wird die Entwicklung technischer Vorschläge und ein Konzeptentwurf für die Entwicklung des russischen Trägerraketensystems bis 2035 sein.

Sauerstoff-Wasserstoff-Motor RD0162D2A. Quelle: Roskosmos

Im Rahmen desselben MRKS-Programms wird vom Voronezh Chemical Automation Design Bureau der Sauerstoff-Wasserstoff-Motor RD0162D2A mit einem Schub von 85 Tonnen entwickelt. Im Jahr 2016 wurde die Zuteilung von 800 Millionen Rubel angekündigt. Der Vertrag läuft 3 Jahre mit Verlängerung. In Zukunft die Schaffung von Sustainer-Motoren mit einem Schub von bis zu 200 Tonnen für MRKS. Im Dezember desselben Jahres wurde der Demonstrator-Motor erfolgreich getestet. Es wurden 10 Motorstarts durchgeführt.

JAXA

Aktuelle und zukünftige Generationen japanischer Trägerraketen. Quelle: JAXA

Die japanische Raumfahrtbehörde (JAXA) unterzeichnete 2014 einen Vertrag mit Mitsubishi Heavy Industries (MHI) zur Schaffung einer neuen Generation von Trägerraketen H-3 mit dem ersten Start im Jahr 2020, die aus 2 Sauerstoff-Wasserstoff-Stufen und bis zu vier Feststoffen besteht Kraftstoff-Booster. Die erste Stufe wird je nach Konfiguration mit 2 oder 3 LE-9-Triebwerken mit einem Schub von jeweils 1470 kN und einem spezifischen Impuls von 426 Sekunden ausgestattet. Die maximale Nutzlast für das GPO wird 6,5 Tonnen betragen, und die leichteste Konfiguration soll 4 Tonnen zu einem geschätzten Preis von 5 Milliarden Yen (44 Millionen US-Dollar) im Jahr 2015 in eine sonnensynchrone Umlaufbahn bringen.

Außerdem wurde in den letzten drei Jahren daran gearbeitet, die Startkosten im Vergleich zur aktuellen H-2A-Trägerrakete um das Zweifache zu senken und gleichzeitig die Anzahl der Starts auf 8 pro Jahr zu verdoppeln. Die neuen Startplätze werden auf kommerzielle Satellitenstarts ausgerichtet sein. Der erste kommerzielle Start fand im November 2015 statt, als die Trägerrakete H2-A den kanadischen Telekommunikationssatelliten Telstar 12 Vantage in die Umlaufbahn brachte. 2 weitere Starts sind für 2018 und 2020 geplant.

RVT im Flug. Quelle: ISAS

Es ist bemerkenswert, dass JAXA von 1998 bis 2003 im Rahmen des Projekts Reusable Vehicle Testing (RVT) des Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) im Noshiro Rocket Testing Center im Norden Japans Forschungen zu wiederverwendbaren vertikalen Start- und Landesystemen durchführte . Für Boden- und Flugversuche wurden 4 Versuchsmuster gebaut. Die Proben erhielten viele Verbesserungen: eine aerodynamische Hülle, ein Stickstoffpositionssteuerungssystem, Wasserstoff- und Sauerstoffspeichertanks aus Verbundwerkstoffen, ein GPS-Navigationssystem und die Möglichkeit, den Motor im Flug neu zu starten. Im Flug wurde eine Höhe von 42 Metern erreicht und die Landegenauigkeit betrug 5 cm.Alle Entwicklungen sollten auf die nächste Generation angewendet werden, die eine Nutzlast von 100 kg auf eine Höhe von 100 km bringen kann. Trotz der vielversprechenden Technologien wurde das Projekt abgeschlossen. Es gibt keine Informationen darüber, ob JAXA den SpaceX-Ansatz kopieren oder seine alten Entwicklungen aufgreifen wird, obwohl dies jetzt relevanter denn je wird.

Ergebnisse

Die Reaktion der Gegner von SpaceX kommt etwas verspätet, was sich mit der konservativen Natur der Raumfahrtindustrie erklären lässt. Bis 2020-2021 werden viele Lösungen abheben: Hier sind Proton Light, Vulcan (ULA), New Glenn (Blue Origin) und Ariane 6 (Arianespace). Dies werden kostengünstigere Träger sein, aber SpaceX sitzt nicht tatenlos daneben. Das Unternehmen hat in diesem Jahr 10 Starts durchgeführt und wird 12 weitere durchführen, und für 2019 plant es 52 Starts, eine undenkbare Zahl. Die Messlatte wird vom Management hoch gelegt und oft nicht erreicht, aber ihre Zuversicht lässt sich erklären: Ende des Jahres soll die Falcon 9 Block 5 in den Flug gehen, die so ausgelegt ist, dass die erste Stufe 10 Mal mit gestartet werden kann minimale Wartung und ohne Austausch wesentlicher Komponenten. Auch im Jahr 2018 versprechen sie, die Kopfverkleidung zu retten, deren Kosten auf 5 bis 6 Millionen US-Dollar geschätzt werden.Der erste Neustart der gebrauchten ersten Stufe hat bereits die Hälfte der Kosten für den Bau einer neuen gekostet, obwohl sie zu erobern ist Auf dem Markt stehen nicht die Kosten der Trägerrakete im Vordergrund, sondern ihre Verfügbarkeit zum Starten der Ladung. Selbst bei einem einzigen Neustart der ersten Stufe erhöht sich die Flotte der verfügbaren Träger um das Zweifache. Jetzt hat SpaceX mehr als 50 Bestellungen im Launch-Manifest, Konkurrenten haben alles für die nächsten 2-3 Jahre geplant – was jetzt passiert, wird erst in ein paar Jahren Konsequenzen haben. Aber bereits jetzt können wir sagen, dass SpaceX den größten Teil des Marktes für kommerzielle Starts erobern wird, wenn es keine Unfälle mit Falcon 9 gibt.

UPD: Übersichtstabellen für die angezeigte Masse und den Preis für verschiedene Trägerraketen hinzugefügt.
Danke an @voyager-1 für die Tabellen.

Vorhandene Raketen:

Falcon 9 (aus dem Englischen - "Falke") - eine Familie von Einweg- und teilweise wiederverwendbaren schweren Serien der amerikanischen Firma SpaceX. Falcon 9 besteht aus zwei Stufen und verwendet RP-1-Kerosin (Treibstoff) und flüssigen Sauerstoff (Oxidationsmittel) als Treibstoffkomponenten. Die „9“ im Namen bezieht sich auf die Anzahl der Merlin-Flüssigkeitsraketentriebwerke, die in der ersten Stufe der Trägerrakete installiert sind.

Die Trägerrakete hat seit ihrem ersten Start zwei bedeutende Modifikationen erfahren. Die erste Version, Falcon 9 v1.0, lief zwischen 2010 und 2013 fünfmal und wurde von Falcon 9 v1.1 mit 15 Starts abgelöst; seine Nutzung wurde im Januar 2016 abgeschlossen. Die neueste Version, Falcon 9 Full Thrust (FT), die erstmals im Dezember 2015 auf den Markt kam, verwendet unterkühlte Treibmittelkomponenten und maximalen Triebwerksschub, um die Boosterleistung um 30 % zu steigern.

Falcon 9 wurde ursprünglich mit Blick auf die Wiederverwendbarkeit entwickelt. Bei den ersten Starts wurde die Möglichkeit untersucht, beide Stufen mit Fallschirmen zurückzubringen, aber diese Strategie hat sich nicht bewährt und wurde zugunsten der Verwendung der eigenen Triebwerke der Stufe für die Landung geändert. Die Ausrüstung für die Rückkehr und vertikale Landung auf dem Landeplatz oder der schwimmenden Plattform ist auf der ersten Stufe der Trägerrakete installiert . Die zweite Stufe ist wegwerfbar, eine Wiederverwendung ist nicht geplant, da dies die Leistung der Ausgangsnutzlast erheblich verringern wird.

Am 22. Dezember 2015 landete nach dem Start auf Orbcomm-G2 11 die erste Stufe einer Falcon 9 FT-Trägerrakete zum ersten Mal erfolgreich auf der Landezone 1.

Am 8. April 2016 landete im Rahmen der SpaceX-Mission CRS-8 die erste Stufe der Rakete Falcon 9 FT zum ersten Mal in der Geschichte der Raketenwissenschaft erfolgreich auf der Offshore-Plattform Of Course I Still Love You.

Am 30. März 2017 wurde dieselbe Stufe nach Wartungsarbeiten im Rahmen der SES-10-Mission wieder gestartet und erneut erfolgreich auf der Offshore-Plattform gelandet.

Die Falcon 9 wird für geostationäre kommerzielle Starts, Forschung, kommerzielle Nachschubdienste und auch zum Start ihrer bemannten Version Dragon V2 verwendet.

Der Preis für den Start eines kommerziellen Satelliten (bis zu 5,5 Tonnen pro GPO) mit einer Falcon 9-Trägerrakete, der auf der Website des Herstellers angegeben ist, beträgt 62 Millionen US-Dollar. Aufgrund zusätzlicher Anforderungen für Militär- und Regierungskunden sind die Kosten für den Start einer Trägerrakete höher als die kommerziellen. In den Jahren 2016 und 2017 wurden Startverträge für die US Air Force in Höhe von 82,7 Mio. USD bzw. 95,6 Mio. USD unterzeichnet.

Allgemeines Design

Erste Stufe

Verwendet RP-1-Kerosin als Brennstoff und flüssigen Sauerstoff als Oxidationsmittel. Gebaut nach dem Standardschema, wenn sich der Oxidationsmitteltank über dem Kraftstofftank befindet. Die Trennwand zwischen den Tanks ist üblich. Beide Tanks bestehen aus einer Aluminium-Lithium-Legierung, die Zugabe von Lithium zur Legierung erhöht die Festigkeit der Struktur und reduziert ihr Gewicht. Die Wände des Oxidationsmitteltanks selbst sind die tragende Struktur, während die Wände des Kraftstofftanks mit Rahmen und Längsträgern verstärkt sind, da der untere Teil der ersten Stufe die größte Last trägt. Der Oxidator gelangt über eine Rohrleitung, die auf ganzer Länge durch die Mitte des Kraftstofftanks verläuft, zu den Motoren. Komprimiertes Helium wird verwendet, um die Tanks unter Druck zu setzen.

Die erste Stufe der Falcon 9 verwendet neun Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke von Merlin. Je nach Version der Trägerrakete unterscheiden sich die Version der Motoren und deren Anordnung. Zum Starten von Motoren wird ein selbstzündendes Gemisch aus Triethylaluminium und Triethylboran (TEA-TEB) verwendet.

Die erste und zweite Stufe sind durch eine Übergangskammer verbunden, deren Hülle aus einem Aluminium-Kohlefaser-Verbund besteht. Es deckt das Triebwerk der zweiten Stufe ab und enthält die Stufentrennmechanismen. Trennmechanismen sind pneumatisch, im Gegensatz zu den meisten Raketen, die für solche Zwecke Zündpillen verwenden. Diese Art von Mechanismus ermöglicht das Testen und Steuern aus der Ferne, wodurch die Zuverlässigkeit der Stufentrennung erhöht wird.

Es ist in der Tat eine reduzierte Kopie der ersten Stufe, die dieselben Materialien, Produktionswerkzeuge und verwendet technologische Prozesse. Auf diese Weise können Sie die Produktions- und Wartungskosten der Trägerrakete erheblich senken und dadurch die Startkosten senken. Die Wände der Tanks für Brennstoff und Oxidator aus hochbelastbarer Aluminium-Lithium-Legierung sind die tragende Struktur der Bühne. Es verwendet auch Kerosin und flüssigen Sauerstoff als Brennstoffkomponenten.

Die zweite Stufe verwendet ein einzelnes Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk von Merlin Vacuum. Verfügt über eine deutlich vergrößerte Düse zur Optimierung der Motorleistung im Vakuum. Das Triebwerk kann mehrmals neu gestartet werden, um Nutzlasten auf verschiedene Umlaufbahnen zu bringen. Die zweite Stufe verwendet ebenfalls das TEA-TEB-Gemisch, um den Motor zu starten. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ist das Zündsystem doppelt redundant ausgeführt.

Zur Steuerung der räumlichen Position in der Phase des freien Orbitalflugs sowie zur Steuerung der Drehung der Stufe während des Betriebs des Haupttriebwerks wird ein Orientierungssystem verwendet.

Onboard-Systeme

Jede Stufe ist mit Avionik und Bordcomputern ausgestattet, die alle Flugparameter der Trägerrakete steuern. Die gesamte verwendete Avionik stammt aus eigener Produktion von SpaceX und ist dreifach redundant ausgeführt. GPS wird zusätzlich zum Trägheitsnavigationssystem verwendet, um die Genauigkeit beim Platzieren der Nutzlast in der Umlaufbahn zu verbessern. Flugcomputer arbeiten unter dem Betriebssystem Linux mit in C++ geschriebener Software.

Jeder Merlin-Motor hat seinen eigenen Controller, der die Leistung des Motors während seiner gesamten Lebensdauer überwacht. Der Controller besteht aus drei Prozessoreinheiten, die sich ständig gegenseitig auf ihre Leistung überprüfen, um die Ausfallsicherheit des Systems zu erhöhen.

Die Trägerrakete Falcon 9 kann den Flug sogar mit einer Notabschaltung von 2 der 9 Triebwerke der ersten Stufe erfolgreich abschließen. In einer solchen Situation führen die Flugcomputer eine Neuberechnung des Flugprogramms durch und die verbleibenden Triebwerke laufen länger, um die erforderliche Geschwindigkeit und Höhe zu erreichen. Das Flugprogramm der zweiten Stufe ändert sich in ähnlicher Weise. So wurde in der 79. Sekunde des SpaceX CRS-1-Flugs das erste Triebwerk nach dem Versagen der konischen Verkleidung und dem anschließenden Abfall des Betriebsdrucks abnormal gestoppt. Das Dragon-Raumschiff wurde aufgrund der längeren Betriebszeit der verbleibenden 8 Triebwerke erfolgreich in seine vorgesehene Umlaufbahn gebracht, obwohl der Orbcomm-G2-Satellit, der als Sekundärlast diente, in eine niedrigere Umlaufbahn gebracht wurde und nach 4 Tagen ausbrannte.

Wie bei der Trägerrakete Falcon 1 bietet die Startsequenz von Falcon 9 die Möglichkeit, den Startvorgang auf der Grundlage einer Überprüfung der Triebwerke und Systeme der Trägerrakete vor dem Start zu stoppen. Dazu ist die Startrampe mit vier speziellen Klemmen ausgestattet, die die Rakete noch einige Zeit halten, nachdem die Triebwerke mit voller Leistung gestartet wurden. Wenn eine Fehlfunktion erkannt wird, stoppt der Start und der Treibstoff und das Oxidationsmittel werden aus der Rakete gepumpt. Somit ist es für beide Stufen möglich, Prüfstandstests vor dem Flug wiederzuverwenden und durchzuführen. Ein ähnliches System wurde auch für Shuttle und Saturn V verwendet.

Verkleidung

Die konische Verkleidung befindet sich am oberen Ende der zweiten Stufe und schützt die Nutzlast während des Atmosphärenfluges vor aerodynamischen, thermischen und akustischen Einflüssen. Besteht aus zwei Hälften und trennt sich unmittelbar nach Verlassen der Atmosphäre. Trennmechanismen sind vollständig pneumatisch. Die Verkleidung besteht ebenso wie die Übergangskammer aus einem wabenförmigen, wabenförmigen Aluminiumboden mit einer mehrlagigen Carbonbeschichtung. Die Höhe einer Standardverkleidung Falcon 9 beträgt 13,1 m, Durchmesser - 5,2 m, Gewicht - etwa 1.750 kg. Das Radom wird beim Start des Dragon-Raumfahrzeugs nicht verwendet. SpaceX sucht nach einer Möglichkeit, Verkleidungsklappen sicher zur Wiederverwendung zurückzugeben.

Falcon 9-Varianten

Die komplette Reihe von Falcon-Trägerraketen.

Falcon 9 v1.0

Die erste Version der Trägerrakete, auch bekannt als Block 1. Von 2010 bis 2013 gab es 5 Starts dieser Version.

Die erste Stufe von Falcon 9 v1.0 verwendete 9 Merlin 1C-Triebwerke. Die Triebwerke waren nach dem Schema 3 mal 3 in einer Reihe angeordnet, der Gesamtschub der Triebwerke betrug etwa 3800 kN auf Meereshöhe und etwa 4340 kN im Vakuum, der spezifische Impuls auf Meereshöhe betrug 266 s im Vakuum - 304 s. Nennbetriebszeit der ersten Stufe - 170 s.

Die zweite Stufe verwendete 1 Merlin 1C Vakuummotor mit einem Schub von 420 kN und einem vakuumspezifischen Impuls von 336 s. Die Nennbetriebszeit der zweiten Stufe beträgt 345 s. Als Bühnenorientierungssystem wurden 4 Draco-Motoren verwendet.

Die Höhe der Rakete betrug 54,9 m, der Durchmesser 3,7 m. Das Startgewicht der Rakete betrug etwa 318 Tonnen.

Die Startkosten für 2013 betrugen 54-59,5 Millionen US-Dollar.

Die Masse der Ausgangsladung beim LEO - bis zu 9000 kg und beim GPO - bis zu 3400 kg. Tatsächlich wurde die Rakete nur verwendet, um das Dragon-Raumschiff in eine niedrige Referenzumlaufbahn zu bringen.

Während der Starts wurden Tests zur Wiederverwendung beider Stufen der Trägerrakete durchgeführt. Die ursprüngliche Strategie, eine leichte Hitzeschutzbeschichtung für die Stufen und das Fallschirmsystem zu verwenden, hat sich nicht gerechtfertigt (der Landevorgang erreichte nicht einmal die Öffnung der Fallschirme, die Stufe brach beim Eintritt in die dichten Schichten der Atmosphäre zusammen) und wurde durch eine kontrollierte Landestrategie mit eigenen Triebwerken ersetzt.

Die sogenannte Block 2, eine Version der Rakete mit verbesserten Merlin 1C-Triebwerken, die den Gesamtschub der Trägerrakete auf Meereshöhe auf 4940 kN erhöhen, mit einer Nutzlastmasse für LEO - bis zu 10.450 kg und für GPO - bis zu 4540 kg. Anschließend wurden die geplanten Entwicklungen auf die neue Version 1.1 übertragen.

Version 1.0 wurde 2013 mit dem Übergang zu Falcon 9 v1.1 eingestellt.

Falcon 9 v1.1

Die Anordnung der Motoren. Falcon 9 v1.0 (links) und v1.1 (rechts)

Die zweite Version der Trägerrakete. Die Erstaustrahlung erfolgte 2013.

Die Treibstoff- und Oxidationsmitteltanks sowohl für die erste als auch für die zweite Stufe der Trägerrakete Falcon 9 v1.1 wurden im Vergleich zur vorherigen Version 1.0 erheblich verlängert.

Die erste Stufe verwendete 9 Merlin 1D-Triebwerke mit erhöhtem Schub und spezifischem Impuls. Der neue Motortyp hat die Möglichkeit, von 100 % auf 70 % und möglicherweise sogar noch niedriger zu drosseln. Die Anordnung der Motoren wurde geändert: Anstelle von drei Reihen mit drei Motoren wird eine Anordnung mit einem zentralen Motor und der Anordnung des Rests in einem Kreis verwendet. Auch der Mittelmotor ist etwas tiefer montiert als die anderen. Das Schema ist benannt Octaweb vereinfacht es den gesamten Konstruktions- und Montageprozess des Motorraums der ersten Stufe. Der Gesamtschub der Triebwerke beträgt 5885 kN auf Meereshöhe und steigt im Vakuum auf 6672 kN an, der spezifische Impuls auf Meereshöhe beträgt 282 s, im Vakuum 311 s. Die Nennbetriebszeit der ersten Stufe beträgt 180 s. Die Höhe der ersten Stufe beträgt 45,7 m, das Trockengewicht der Stufe beträgt etwa 23 Tonnen (etwa 26 Tonnen für die (R)-Modifikation). Die eingebrachte Brennstoffmasse beträgt 395.700 kg, davon sind 276.600 kg flüssiger Sauerstoff und 119.100 kg Kerosin.

Die zweite Stufe verwendete 1 Merlin 1D Vakuummotor, Schub 801 kN mit einem vakuumspezifischen Impuls von 342 s. Die Nennbetriebszeit der zweiten Stufe beträgt 375 s. Anstelle von Draco-Motoren wurde ein Orientierungssystem mit komprimiertem Stickstoff verwendet. Die Höhe der zweiten Stufe beträgt 15,2 m, das Trockengewicht der Stufe beträgt 3900 kg. Die eingebrachte Brennstoffmasse beträgt 92.670 kg, davon sind 64.820 kg flüssiger Sauerstoff und 27.850 kg Kerosin.

Die Höhe der Rakete stieg auf 68,4 m, der Durchmesser änderte sich nicht - 3,7 m. Die Startmasse der Rakete stieg auf 506 Tonnen.

Die deklarierte Masse der auszuziehenden Ladung beträgt für LEO 13.150 kg und für GPO 4.850 kg.

Die Startkosten beliefen sich 2013 auf 56,5 Millionen US-Dollar, 2015 auf 61,2 Millionen US-Dollar.

Der letzte Start dieser Version erfolgte am 17. Januar 2016 von der Startrampe SLC-4E der Basis Vandenberg, der Satellit Jason-3 wurde erfolgreich in die Umlaufbahn gebracht.

Weitere Starts werden mit der Trägerrakete Falcon 9 FT durchgeführt.

Falcon 9 v1.1(R)

Titangitterruder und ein Gasdüsenblock des Orientierungssystems (unter der Flagge)

Falcon 9 v1.1(R) ( R aus dem Englischen. wiederverwendbar- wiederverwendbar) ist eine Modifikation der Version 1.1 zur kontrollierten Landung der ersten Stufe.

Modifizierte Elemente der ersten Stufe:

1. Die erste Stufe ist mit vier klappbaren Landebeinen ausgestattet, die für weiche Landungen verwendet werden. Das Gesamtgewicht der Gestelle erreicht 2100 kg;
2. Navigationsgeräte wurden installiert, um die Bühne zum Landepunkt zu verlassen.
3. Drei der neun Motoren sind zum Bremsen ausgelegt und haben eine Zündanlage zum Wiederstarten erhalten;
4. 1. Auf der ersten Stufe sind klappbare Gitterruder montiert, um die Rotation zu stabilisieren und das Handling während der Sinkphase zu verbessern, insbesondere wenn die Motoren ausgeschaltet sind (um Gewicht zu sparen, verwendeten die Ruder ein offenes Hydrauliksystem, das keinen hohen Hochdruck erforderte Pumps). Das Hydrauliksystem wurde später auf einen geschlossenen Kreislauf umgerüstet und die Aluminiumruder wurden durch Titan ersetzt, um die Wiederverwendbarkeit zu erleichtern. Die neuen Ruder sind etwas länger und schwerer als ihre Aluminium-Vorgänger, verbessern die Stufensteuerungsfähigkeiten, widerstehen Temperaturen ohne die Notwendigkeit einer ablativen Beschichtung und können unbegrenzt ohne Wartung zwischen den Flügen verwendet werden.
   2. Im oberen Teil der Bühne ist ein Orientierungssystem installiert - eine Reihe von Gasdüsen, die die Energie von komprimiertem Stickstoff nutzen, um die Position der Bühne im Raum vor dem Auslösen der Gitterruder zu steuern. Auf beiden Seiten der Bühne befindet sich ein Block mit jeweils 4 Düsen, die nach vorne, hinten, seitwärts und nach unten gerichtet sind. Nach unten gerichtete Düsen werden vor dem Start der drei Merlin-Triebwerke während Stufenverzögerungsmanövern im Weltraum verwendet. Der erzeugte Impuls senkt den Treibstoff auf den Boden der Tanks, wo er von den Triebwerkspumpen aufgefangen wird.

Falcon 9 voller Schub

Alle zurückgegebenen Falcon 9-Erststufen haben ein gestreiftes Aussehen. Weiße Farbe dunkelt durch Ruß von Motoren und Hitze nach. Aber auf dem Sauerstofftank bildet sich Reif, der ihn schützt und er bleibt weiß.

Eine aktualisierte und verbesserte Version der Trägerrakete, die die Möglichkeit bietet, die erste Stufe nach dem Start der Nutzlast in eine beliebige Umlaufbahn zurückzubringen, sowohl mit niedriger Referenz als auch mit Geotransfer. Die neue Version, inoffiziell bekannt als Falcon 9 FT (Full Thrust; aus dem Englischen – „voller Schub“) oder Falcon 9 v1.2, hat die Version 1.1 abgelöst.

Hauptänderungen: modifizierte Motorhalterung (Octaweb); Landebeine und erste Stufe sind verstärkt, um der erhöhten Masse der Rakete zu entsprechen; die Anordnung der Gitterruder wurde geändert; das Kompositfach zwischen den Stufen ist länger und stärker geworden; die Länge der Triebwerksdüse der zweiten Stufe wurde erhöht; Ein zentraler Schieber wurde hinzugefügt, um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Abdockens von Trägerraketenstufen zu verbessern.

Die Treibstofftanks der Oberstufe werden um 10% vergrößert, wodurch sich die Gesamtlänge der Trägerrakete auf 70 m erhöht.

Das Startgewicht stieg auf 549.054 kg aufgrund der Erhöhung der Kapazität der Kraftstoffkomponenten, die durch die Verwendung eines unterkühlten Oxidationsmittels erreicht wurde.

Die neue Version der Trägerrakete verwendet kühlere Treibmittelkomponenten. Flüssiger Sauerstoff wird von –183 °C auf –207 °C gekühlt, was die Dichte des Oxidationsmittels um 8–15 % erhöht. Kerosin wird von 21 °C auf -7 °C abgekühlt, seine Dichte nimmt um 2,5 % zu. Durch die erhöhte Dichte der Komponenten kann mehr Treibstoff in die Treibstofftanks gefüllt werden, was zusammen mit dem erhöhten Schub der Triebwerke die Leistung der Rakete deutlich erhöht.

Die erste Stufe der Falcon 9 FT wurde nach der Landung in die Montagehalle LC-39A geliefert und wird für den Testschuss vorbereitet. An manchen Stellen ist die Farbe abgeblättert, aber es gibt keine gravierenden Schäden.

Die neue Version verwendet modifizierte Merlin 1D-Triebwerke, die mit voller Schubkraft laufen (in vorherige Version Motorschub wurde bewusst begrenzt), wodurch die Schubleistung beider Stufen der Trägerrakete deutlich gesteigert werden konnte.

So stieg der Schub der ersten Stufe auf Meereshöhe auf 7607 kN, im Vakuum auf bis zu 8227 kN. Die Nennbetriebszeit der Stufe wurde auf 162 Sekunden reduziert.

Der Schub der zweiten Stufe im Vakuum stieg auf 934 kN, der spezifische Impuls im Vakuum - 348 s, die Motorbetriebszeit auf 397 Sekunden.

Die maximale Nutzlast, die in eine niedrige Referenzumlaufbahn (ohne die Rückkehr der ersten Stufe) gestartet werden kann, beträgt 22.800 kg, bei der Rückkehr der ersten Stufe wird sie um 30-40% abnehmen. Die maximale Nutzlast, die in die Geotransfer-Umlaufbahn gestartet wird, beträgt 8300 kg, während die erste Stufe zur schwimmenden Plattform zurückkehrt - 5500 kg. Die Nutzlast, die auf die Flugbahn gebracht werden kann, beträgt bis zu 4020 kg.

Der erste Start der FT-Version fand am 22. Dezember 2015 statt, während der Rückkehr der Trägerrakete Falcon 9 nach dem Absturz der SpaceX-Mission CRS-7. 11 Orbcomm-G2-Satelliten wurden erfolgreich in die Zielumlaufbahn gebracht, und zum ersten Mal landete die erste Stufe erfolgreich auf dem Landeplatz.

Falke schwer

Trägerrakete Falcon Heavy ( schwer aus dem Englischen. - "schwer") wird im Gegensatz zum Falcon 9 ein zusätzliches Paar Beschleuniger an der Seite angebracht haben, die auf der Grundlage der ersten Stufe des FT erstellt wurden.

Die Kosten für den Start eines bis zu 8 Tonnen schweren Satelliten zum GPO betragen 90 Millionen US-Dollar (2016). Für eine einmalige Version der Trägerrakete beträgt die Masse der Ausgangsfracht für LEO bis zu 63,8 Tonnen, für GPO - 26,7 Tonnen, für Mars bis zu 16,8 Tonnen und für bis zu 3,5 Tonnen.

Der erste Start von Falcon Heavy ist für 2017 geplant.

Falcon 9 Block 4

Falcon 9 Block 4 ist ein Übergangsmodell zwischen Falcon 9 Full Thrust (Block 3) und Falcon 9 Block 5. Der Erstflug fand am 14. August 2017 statt, Mission CRS-12.

Falcon 9 Block 5

Im Oktober 2016 sprach Elon Musk über die Falcon 9 Block 5-Version, die „viele kleine Verbesserungen hat, die in der Summe sehr wichtig sind, und die wichtigsten sind erhöhter Schub und verbesserte Landegestelle“. Im Januar 2017 fügte Elon Musk hinzu, dass der Block 5 „die Traktion und die Wiederverwendbarkeit erheblich verbessert“. Er beschrieb dieses Modell als die "endgültige" Version der Rakete. Die Produktion von Block 5 soll Anfang 2017 beginnen, mit ersten Flügen im zweiten oder dritten Quartal 2017.

Rückkehr und Landung der ersten Stufe

Nachdem die zweite Stufe mit der Nutzlast verteilt wurde, schaltet die erste Stufe die Motoren ab und trennt sich in einer Höhe von etwa 70 km. Das Abdocken erfolgt etwa 2,5 Minuten nach dem Start der Trägerrakete und hängt von der konkreten Aufgabe ab. Die Geschwindigkeit beim Abdocken der Bühne wird auch von den Problembedingungen bestimmt, insbesondere von der Zielumlaufbahn (LEO oder GPO), der Nutzlastmasse und dem Landeplatz der Bühne. Bei Starts mit relativ geringer Energie in eine niedrige Erdumlaufbahn beträgt die Geschwindigkeit der Trennstufe etwa 6.000 km / h (1.700 m / s; Mach 4,85), während bei Starts mit hoher Energie in die Geotransfer-Umlaufbahn bei der Landung auf einer entfernten schwimmenden Plattform in der Ocean ist ASDS erforderlich, die Geschwindigkeit erreicht 8350 km/h (2300 m/s; Mach 6,75). Nach dem Abdocken führt die erste Stufe der Trägerrakete unter Verwendung des Lageregelungssystems ein kleines Manöver durch, um der Flamme der zweiten Stufe auszuweichen, und macht mit den Triebwerken eine Vorwärtskurve, um die drei wichtigsten Verzögerungsmanöver vorzubereiten:

Schema der Rückkehr der Bühne auf die Plattform

Mit einer ausreichenden Treibstoffreserve wird ein zentraler Motor 30 Sekunden vor der Landung eingeschaltet und die Stufe wird langsamer, was eine sanfte Landung gemäß dem im Rahmen des Grasshopper-Projekts ausgearbeiteten Schema ermöglicht. Die Landebeine neigen sich einige Sekunden zurück, bevor sie den Landeplatz berühren. Beim Start in eine Geotransfer-Umlaufbahn wird für die schnellste Geschwindigkeitsreduzierung bei geringerem Kraftstoffverbrauch eine kurze Verzögerung von 10 Sekunden von drei Triebwerken gleichzeitig verwendet. Die beiden äußeren Triebwerke werden vor dem mittleren abgeschaltet, und die Stufe absolviert die letzten Flugmeter mit einem Triebwerk, das bis zu 40 % des maximalen Schubs drosseln kann. Vor dem endgültigen Bremsen zielt die Bühne nicht direkt auf die Plattform, um sie nicht zu beschädigen, wenn der Motor nicht startet. Das endgültige Rollen erfolgt nach dem Starten des Motors.

Zurückgegebene Stufen (von links nach rechts: Orbcomm 2, JCSAT-14, SpaceX CRS-8)

Die Rückkehr der ersten Stufe reduziert die maximale Nutzlast der Trägerrakete um 30-40%. Dies liegt an der Notwendigkeit, Kraftstoff für Bremsen und Landen zu reservieren, sowie an der zusätzlichen Masse der Landeausrüstung (Landebeine, Gitterruder, Strahlsteuersystem usw.).

SpaceX geht davon aus, dass mindestens die Hälfte aller Starts von Falcon 9 die Landung der ersten Stufe auf einer schwimmenden Plattform erfordern wird, insbesondere alle Starts in die Geotransfer-Umlaufbahn und über die Erdumlaufbahn hinaus.

Im Januar 2016, nach der gescheiterten Etappenlandung auf der Jason-3-Mission, äußerte Elon Musk seine Erwartung, dass 70 % der Etappenlandungsversuche im Jahr 2016 erfolgreich sein würden, wobei der Prozentsatz erfolgreicher Landungen im Jahr 2017 auf 90 steigen würde.

Startrampen

Derzeit werden Falcon 9-Starts von zwei Startrampen aus durchgeführt:

• (Cape Canaveral, Florida, USA) - LC-39A; seit April 2014 von der NASA geleast. Aufgerüstet für Starts von Falcon 9 und Falcon Heavy, wird für bemannte Flüge verwendet. Der erste Start von der Website erfolgte am 19. Februar 2017.
• (Kalifornien, USA) - SLC-4E; von der US Air Force geleast. Die Erstaustrahlung erfolgte am 29.09.2013. Es wird verwendet, um Satelliten (insbesondere Iridium NEXT) in polare Umlaufbahnen zu bringen.

Ein Standort wird nach einer Booster-Explosion im September 2016 gerade wieder aufgebaut:

• US Air Force Base in Cape Canaveral (Cape Canaveral, Florida, USA) - SLC-40; von der US Air Force geleast. Von hier aus erfolgte am 4. Juni 2010 der erste Start der Falcon 9. Dieser Startkomplex wurde zuvor zum Start der Raketen Titan III und Titan IV verwendet.

An einem weiteren Standort laufen Vorbereitungs-, Bau- und Montagearbeiten:

• SpaceX privater Weltraumbahnhof (Dorf Boca Chica in der Nähe von Brownsville, Texas, USA). Es ist im Bau. Die Baugenehmigung wurde im Juli 2014 erteilt.

Standort für suborbitale Flüge und Tests:

• McGregor-Testgelände in Texas. Es wurde verwendet, um die wiederverwendbaren Systeme der ersten Raketenstufen im Rahmen des Grasshopper-Projekts in den Jahren 2012-2014 zu testen.

Landeplätze

Landezone 1, Hauptlandeplatz

In Übereinstimmung mit der angekündigten Strategie für die Rückgabe und Wiederverwendung der ersten Stufe von Falcon 9 und Falcon Heavy schloss SpaceX einen Mietvertrag über die Nutzung und Renovierung von zwei Bodenstandorten an der West- und Ostküste der Vereinigten Staaten ab.

• Cape Canaveral Air Force Base - Landezone 1 (ehemals Launch Complex LC-13); von der US Air Force geleast. Die erste Stufe der Falcon 9 landete erstmals am 22. Dezember 2015. Es ist geplant, 2 weitere Landeplätze zu schaffen, die die Landung von seitlichen Boostern von Falcon Heavy ermöglichen.
• Basis Vandenberg – Startkomplex SLC-4-West; von der US Air Force geleast, befindet sich in der Zertifizierungsphase.

Bei Starts, deren Bedingungen es der ersten Stufe von Falcon 9 nicht erlauben, zum Startplatz zurückzukehren, erfolgt die Landung auf einer speziell angefertigten schwimmenden Plattform autonomes Raumhafen-Drohnenschiff, das ist ein umgebauter Lastkahn. Die installierten Motoren und GPS-Geräte ermöglichen es, es an den gewünschten Punkt zu liefern und dort zu halten, wodurch ein stabiler Landebereich entsteht. Die Breite der Plattformen erlaubt es ihnen nicht, den Panamakanal von der Vandenberg Base nach Cape Canaveral zu passieren, daher hat SpaceX derzeit zwei solcher Plattformen:

Autonomes unbemanntes Raumschiff. Sicht von oben

• „Of Course I Still Love You“ (Marmac 304), US-Atlantikküste, Heimathafen – Canaveral;
• "Lesen Sie einfach die Anweisungen" (Marmac 303), US-Pazifikküste, Heimathafen - Los Angeles.

Geschichte

Während einer Rede vor dem Senatsausschuss für Handel, Wissenschaft und Verkehr im Mai 2004 sagte Elon Musk, CEO von SpaceX: „Langfristige Pläne erfordern einen schweren und, wenn Nachfrage von Käufern besteht, sogar einen superschweren Träger.<…>Letztendlich glaube ich, dass Nutzlastkosten von 500 USD/lb (~1100 USD/kg) oder weniger erreichbar sind.“

SpaceX kündigte die Trägerrakete am 8. September 2005 offiziell an und beschrieb die Falcon 9 als "eine vollständig wiederverwendbare schwere Trägerrakete". Für die mittlere Version der Falcon 9 wurde das Gewicht der Fracht an LEO mit 9,5 Tonnen angegeben und der Preis betrug 27 Millionen US-Dollar pro Flug.

Am 12. April 2007 gab SpaceX bekannt, dass der Großteil der ersten Stufe von Falcon 9 fertiggestellt wurde. Die Wände der Tanks bestehen aus Aluminium, die Einzelteile werden durch Rührreibschweißen verbunden. Das Design wurde zum SpaceX-Zentrum in Waco (Texas, USA) transportiert, wo Benchfire-Tests der ersten Stufe durchgeführt wurden. Die ersten Tests mit zwei an die erste Stufe angebauten Triebwerken wurden am 28. Januar 2008 durchgeführt und erfolgreich abgeschlossen. Am 8. März 2008 wurden erstmals drei Merlin 1C-Motoren getestet, am 29. Mai fünf Motoren gleichzeitig und die ersten Tests aller neun Motoren der ersten Stufe, die am 31. Juli und 1. August durchgeführt wurden, wurden erfolgreich abgeschlossen. Am 22. November 2008 haben alle neun Triebwerke der ersten Stufe der Trägerrakete Falcon 9 Tests mit einer Dauer bestanden, die der Flugdauer (178 s) entspricht.

Ursprünglich waren der Erstflug der Falcon 9 und der Erstflug des Dragon Space Launch Vehicle (COTS) für Ende 2008 geplant, verzögerten sich aber aufgrund des enormen Arbeitsaufwands immer wieder. Laut Elon Musk Komplexität technologische Entwicklungen und gesetzliche Anforderungen für Starts von Cape Canaveral beeinflussten das Timing. Dies sollte der erste Start einer Falcon-Rakete von einem in Betrieb befindlichen Raumhafen sein.

Im Januar 2009 wurde die Trägerrakete Falcon 9 zum ersten Mal in vertikaler Position auf der Startrampe des SLC-40-Komplexes in Cape Canaveral installiert.

Am 22. August 2014 wurde auf dem McGregor-Testgelände (Texas, USA) während eines Testflugs das dreimotorige Fahrzeug F9R Dev1, ein Prototyp der wiederverwendbaren Trägerrakete Falcon 9 R, wenige Sekunden nach dem Start automatisch zerstört. Während der Tests sollte die Rakete nach dem Start zur Startrampe zurückkehren. Ein Ausfall der Triebwerke bedeutete den unvermeidlichen Absturz der Rakete in einem ungeplanten Gebiet. Laut SpaceX-Sprecher John Taylor war die Ursache der Explosion eine „Anomalie“, die im Motor gefunden wurde. Bei der Explosion wurde niemand verletzt. Dies war der fünfte Start des F9R Dev1-Prototyps. Elon Musk stellte später klar, dass der Unfall auf einen fehlerhaften Sensor zurückzuführen war, und wenn ein solcher Fehler im Falcon 9 aufgetreten wäre, wäre dieser Sensor als fehlerhaft blockiert worden, da seine Messwerte Daten anderer Sensoren widersprachen. Beim Prototyp fehlte dieses Sperrsystem.

Im Januar 2015 kündigte SpaceX seine Absicht an, den Merlin 1D-Motor zu verbessern, um seinen Schub zu erhöhen. Im Februar 2015 wurde bekannt gegeben, dass der erste Flug mit verbesserten Triebwerken der Start des Telekommunikationssatelliten SES-9 sein wird, der für das zweite Quartal 2015 geplant ist. Im März 2015 gab Elon Musk bekannt, dass Arbeiten im Gange seien, die es ermöglichen würden, die wiederverwendbare erste Stufe für GPO-Starts zu verwenden: eine Erhöhung des Triebwerksschubs um 15 %, ein tieferes Einfrieren des Oxidationsmittels und eine Erhöhung des Volumens von Tank der oberen Stufe um 10 %.

Im Oktober 2015 wurde entschieden, zunächst 11 Orbcomm-G2-Kommunikationssatelliten mit der neuen Version der Trägerrakete zu starten. Da die Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (ca. 750 km) operieren werden, erfordert ihr Start keinen Neustart der zweiten Stufe von Falcon 9. Dadurch konnte die verbesserte zweite Stufe nach Abschluss der Mission ohne Risiko für die Nutzlast neu gestartet und getestet werden . Ein Neustart der zweiten Stufe ist erforderlich, um Raumfahrzeuge in die Geotransfer-Umlaufbahn zu bringen (z. B. den Satelliten SES 9).

Erste Stufe im Hangar LC-39A

Am 22. Dezember 2015 kündigte Elon Musk auf einer Pressekonferenz nach der erfolgreichen Landung der ersten Stufe auf der Landezone 1 an, dass die gelandete Stufe für eine gründliche Untersuchung in den horizontalen Montagehangar des LC-39A-Startkomplexes gebracht werden würde. Danach ist ein kurzer Probelauf der Triebwerke auf der Startrampe des Komplexes geplant, um festzustellen, ob alle Systeme in gutem Zustand sind. Laut Musk wird diese Phase höchstwahrscheinlich nicht für Neustarts verwendet, sondern nach einer gründlichen Untersuchung als einzigartige erste Instanz am Boden belassen. Er kündigte auch die Möglichkeit eines Neustarts im Jahr 2016 eines derjenigen an, die nach zukünftigen Starts der ersten Stufe gelandet sind. Anfang Januar 2016 bestätigte Elon Musk, dass keine nennenswerten Schäden an der Bühne festgestellt wurden und dass sie für Testschüsse bereit war.

Rücklaufmotoren (Octaweb)

Am 16. Januar 2016 kehrte ein Testschuss der ersten Stufe der Falcon 9 FT zurück, nachdem die Orbcomm-G2-Mission im SLC-40-Startkomplex durchgeführt worden war. Im Allgemeinen wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, es wurden jedoch Schwankungen im Schub des Triebwerks Nr. 9 beobachtet, möglicherweise aufgrund der Aufnahme von Trümmern. Dies ist einer der externen Motoren, der bei Tormanövern aktiviert wird. Die Bühne wurde zum LC-39A-Hangar für die Boroskopie-Untersuchung des Triebwerks zurückgebracht.

Im Januar 2016 zertifizierte die US Air Force den Falcon 9 FT Booster für den Start von US-Militär- und Geheimdienstsatelliten der nationalen Sicherheit, wodurch SpaceX mit der United Launch Alliance (ULA) um Verteidigungsaufträge der Regierung konkurrieren konnte.

Drei zurückgekehrte Stufen im Hangar des Startkomplexes LC-39A

Am 8. April 2016, nach dem Start des Dragon-Raumschiffs im Rahmen der SpaceX-Mission CRS-8, gelang die erste erfolgreiche Landung der ersten Stufe von Falcon 9 auf einer schwimmenden Plattform. Das Landen auf einer schwimmenden Plattform ist schwieriger, da die Plattform kleiner ist als die Landefläche und aufgrund von Wellengang in ständiger Bewegung ist.

Am 27. April 2016 wurde ein Vertrag über 82,7 Millionen US-Dollar zwischen SpaceX und der US Air Force bekannt gegeben, um den GPS-3-Satelliten im Mai 2018 auf einer Falcon 9-Trägerrakete zu starten.

Am 6. Mai 2016 erfolgte im Rahmen der JCSAT-14-Mission die erste erfolgreiche Landung der ersten Stufe auf der Plattform, nachdem der Satellit in die Geotransfer-Umlaufbahn gebracht worden war. Das Rückkehrprofil war durch eine mehrfache Erhöhung der Temperaturbelastung der Stufe beim Eintritt in die dichten Schichten der Atmosphäre gekennzeichnet, sodass die Stufe im Vergleich zu den beiden anderen, die früher gelandet waren, die meisten äußeren Schäden erlitt. Zuvor war am 4. März 2016 nach dem Start des Satelliten SES-9 eine Landung nach ähnlichem Muster durchgeführt worden, die dann aber misslang.

28. Juli, auf dem SpaceX-Testgelände in Texas, ein vollwertiger Brand der ersten Stufe des Falcon 9 (Seriennummer F9-0024-S1), der nach dem Start des JCSAT-14-Satelliten zurückkehrte, den das Unternehmen verwendet B. für Bodentests, durchgeführt. Neun Stufentriebwerke arbeiteten 2,5 Minuten lang, was dem Segment der ersten Stufe beim Start entspricht.

Am 14. März 2017 wurde ein Vertrag über 96,5 Millionen US-Dollar mit der US Air Force bekannt gegeben, um im Februar 2019 einen weiteren GPS-3-Satelliten zu starten.