سرعة صاروخ فالكون 9. ما مقدار انخفاض أسعار إطلاق الصواريخ من سبيس إكس

Falcon 9 Block 5 على منصة الإطلاق قبل الاختبار

قبل أيام قليلة ، تحدث رئيس SpaceX ، Elon Musk ، عن خطط للمستقبل. كانت القصة مفصلة للغاية ، مع تفاصيل مالية. وفقًا لماسك ، على مدى السنوات الثلاث المقبلة ، ستنخفض تكلفة إطلاق Falcon 9 إلى 5-6 ملايين دولار ، وستكون هذه التوقعات واقعية إذا أصبحت المزيد من عناصر مركبة الإطلاق قابلة لإعادة الاستخدام.

الآن أغلى عنصر في الصاروخ هو المرحلة الأولى ، والتي تعلم ممثلو سبيس إكس بالفعل كيفية العودة. يمثل حوالي 60 ٪ من سعر الصاروخ ، على التوالي ، سعره له التأثير الأكبر على تكلفة الإطلاق. بالإضافة إلى 20٪ أخرى هي المرحلة الثانية و 10٪ هي إنسيابية الرأس وعناصر أخرى ، والتي بدونها يكون الإطلاق مستحيلًا. نسبة الـ 10٪ المتبقية عبارة عن وقود وتكلفة كل شيء مرتبط بطريقة ما بعملية الإطلاق.

من المقرر أن يتم تشغيل تعديل صاروخ Block 5 بشكل أكبر - في المجموع ، ستقوم SpaceX بتنفيذ حوالي 300 عملية إطلاق ، بما في ذلك تلك التي سيتم تنفيذها باستخدام المراحل المستخدمة بالفعل. الآن ، وفقًا لممثلي الشركة ، يمكن تشغيل المرحلة الأولى حوالي عشر مرات دون إصلاح. إذا تم إصلاحه بانتظام ، فمن الممكن زيادة عدد مرات الإطلاق حتى مائة مرة. حتى عام 2019 ، ستجري الشركة تجربة مثيرة للاهتمام - لإطلاق Block 5 مرتين في يوم واحد بنفس المرحلة الأولى.

يمكن أيضًا استخدام الإصدار السابق من المرحلة ، بلوك 4 ، حتى عشر مرات متتالية ، لكن هذا يتطلب إصلاحات تجميلية بين الرحلات. الآن لا يوجد عمل مطلوب - يمكن استخدام المرحلة على الفور بمجرد عودتها إلى الأرض. الشيء الوحيد الذي يحتاجه الصاروخ للطيران هو الوقود. تمتلئ خزانات المسرح وتطير مرة أخرى.

بلوك 5 فالكون 9 ، وفقًا لماسك ، هو التعديل الأكثر تقدمًا لمركبة الإطلاق فالكون. لأول مرة ، طار الصاروخ المحدث إلى الفضاء قبل بضعة أيام. وضعت أول قمر صناعي لبنجلاديش في مدار أرضي ثابت بالنسبة للأرض ، وأطلق عليها اسم Bangabandhu-1.

هناك بعض الالتباس في ترقيم تعديلات المرحلة الأولى. على الرغم من أنه يسمى Block 5 ، إلا أنه الإصدار السادس بالفعل. يتم إجراء جميع التحسينات والتحسينات على أساس المعلومات الواردة سابقًا. بالمناسبة ، أخذ ماسك كلمة "بلوك" من مفردات رواد الفضاء وعلماء الصواريخ الروس.

الآن تم تحسين محركات المرحلة الأولى ، وزادت قوتها بنسبة 8٪. بالنسبة للمرحلة الثانية ، هنا تم تحسين المحركات ، قوتها أعلى بنسبة 5٪. من الممكن زيادة قوة المحرك - فهم يخططون لزيادة قوة الدفع بنسبة 10٪.

وفقًا لممثلي SpaceX ، تم أيضًا زيادة سلامة الخطوات ، والآن يتوافق تصنيعها وتشغيلها تمامًا مع جميع متطلبات ناسا. أصبح إنتاجها أسهل قليلاً ، مما قلل من مقدار الوقت اللازم للإنتاج. تشمل التغييرات الأخرى أرجلًا قابلة للطي لن تحتاج إلى إزالتها بمجرد هبوط المرحلة على الأرض.

الإصدار الحالي من Falcon هو الإصدار الأخير. اتضح أنه كان ناجحًا للغاية لدرجة أن SpaceX لن يعدلها بعد الآن ، مما يجعلها ثابتة في الوقت المناسب. وبدلاً من ذلك ، سيكون لدى الشركة المزيد من الوقت لتنفيذ مشاريع شبكة الأقمار الصناعية Big Falcon Rocket و Starlink. إذا لزم الأمر ، يمكن إجراء بعض التغييرات على تصميم Falcon 9 ، لكن من غير المحتمل أن تكون كبيرة. قال ماسك: "لن يكون هناك Block 6. قررنا التمسك بإصدار Block 5 ولا نخطط لإجراء تغييرات كبيرة على تصميمه في المستقبل".

بالمناسبة ، أعلن الصينيون مؤخرًا عن خطط لإنشاء مرحلة أولى قابلة للإرجاع على غرار فالكون 9. بعد كل شيء ، تعد الصين قوة فضائية ، ولا أحد يعارض توفير بضع عشرات من الملايين من الدولارات الأمريكية عند الإطلاق. في الآونة الأخيرة ، قال مهندس التصميم الصيني Long Lehao من الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا إطلاق المركبات (CALT) إن تطوير مركبة الإطلاق Long March 8 بخطوة أولى قابلة لإعادة الاستخدام. يمكن إجراء أول اختبار إطلاق في وقت مبكر من عام 2020.

بحلول عام 2035 ، تهدف مؤسسة علوم وتكنولوجيا الفضاء (CASC) إلى تحقيق ذلك إعادة استخدامجميع مركبات الإطلاق في البلاد.

فشل إطلاق آخر لمركبة الإطلاق Falcon 9. تم إعداد صاروخ فالكون 9 بواسطة شركة سبيس إكس ، وهي شركة أمريكية خاصة أسسها إيلون ماسك.

فالكون وناسا

في عام 2008 ، وقعت ناسا عقدًا مع الشركة لإطلاق مركبة الإطلاق Falcon 9 و سفينة فضائيةتنين. إن فكرة إنتاج هذا النوع من مركبات الإطلاق تمليها حقيقة أن سلسلة من عمليات الإطلاق غير الناجحة لمكوك الفضاء تبعتها. ويخطط إيلون ماسك نفسه لخفض تكلفة الرحلات الفضائية 10 مرات. ومع ذلك ، فقد قدر هذا المشروع في ذلك الوقت بنحو 1.6 مليار دولار.

أحبطت المهمة الفاشلة عددًا من المهام التي حددتها ناسا لنفسها ، باستثناء إطلاق مكوك الفضاء إلى محطة الفضاء الدولية. حمل صاروخ فالكون 9 حمولة 1.8 طن.

كانت المهمة الرئيسية التي كان من المخطط أن يؤديها هذا الإطلاق هي تجديد الإمدادات الغذائية لأعضاء محطة الفضاء الدولية. بالإضافة إلى ذلك ، حمل الصاروخ أيضًا محول الإرساء الدولي (IDA) ، الذي طورته شركة Boeing. كان من المفترض أن يسهل ميناء الإرساء هذا الذي يبلغ وزنه 526 كجم عملية إرساء مركبة Dragon الفضائية بمحطة الفضاء الدولية. لنفس الغرض ، حاول Dragon أيضًا تقديم بدلة فضاء للسير في الفضاء. مما لا شك فيه أن فقدان مثل هذه المكونات الهامة سيؤثر سلبًا على الرسومات أعمال علميةعلى متن محطة الفضاء الدولية.

لكن هذا ليس كل شيء! دمر انفجار صاروخ فالكون 9 8 أقمار صناعية Flock 1f بتكليف من Planet Labs. علاوة على ذلك ، حمل كل منهم ثلاثة CubeSats ، والتي كان من المفترض أن تراقب الأرض في الوضع البصري.

مواصفات فالكون 9

تم تصميم تصميم الصاروخ بطريقة يتم فيها تثبيت أجهزة إلكترونيات الطيران وأجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة في كل مرحلة ، والتي تم تصميمها للتحكم في جميع معلمات الرحلة.

جميع إلكترونيات الطيران المستخدمة على متن الصاروخ تصنعها شركة سبيس إكس. بالإضافة إلى نظام الملاحة الخاص بها ، تُستخدم معدات GPS لتحسين دقة الإطلاق في المدار.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي كل محرك على وحدة تحكم خاصة به ، والتي تراقب باستمرار جميع معلمات المحرك. وكل وحدة تحكم مزودة بثلاث وحدات معالج لتحسين موثوقية النظام.

يتكون صاروخ فالكون 9 من مرحلتين و هذه النسخةتم إجراء تعديلين:

الإصدار 9 v1.0 ؛
الإصدار 9 v1.1.

الفرق بين الإصدار الثاني والأول هو أنه تم تثبيت محرك أكثر تقدمًا عليه. وتتميز أيضًا بموقع المحركات في المرحلة الدنيا.

وعلى الرغم من أن كلا الإصدارين يعملان على الكيروسين مع عامل مؤكسد من الأكسجين السائل ، فإن صاروخ Falcon 9 v1.1 يطلق بالفعل 4.85 طن من الحمولة في الفضاء ، بينما الصاروخ الأمريكي Falcon 9 v1.0 - فقط 3 ، 4 أطنان.

في نفس الوقت ، يبلغ طول الإصدار 1.1 68.4 مترًا ، ويبلغ وزن الإطلاق 506 أطنان.

لفهم هذه المعلمات ، فإن صاروخ Proton-M الروسي أقصر بمقدار 10 أمتار ، ووزن الإطلاق أكبر - 705 أطنان. لكن Proton-M تضع 6.74 طن من الحمولة في المدار.

وفقًا لوكالة ناسا ، تبلغ تكلفة إطلاق Falcon 9 60 مليون دولار ، بينما تكلف Proton-M 30 مليون دولار أكثر.

إذن ماذا عن الخطوة الأولى؟

أطلقت ناسا صاروخ فالكون 9 من منصتي إطلاق. تقع واحدة في فلوريدا ، والثانية في ولاية كاليفورنيا. يجري العمل أيضًا لنشر منصتي إطلاق إضافيتين.

منذ عام 2013 ، تعمل SpaceX باستمرار على إنشاء تقنية للاستخدام القابل لإعادة الاستخدام لمكونات Falcon 9 v1.1. جرت المحاولة الأولى لإنقاذ Falcon 9 في يناير 2015. وفقًا للحسابات ، كان من المفترض أن تهبط المرحلة في منطقة المنصة العائمة. لكن سوء الأحوال الجوية في البحر لم يسمح باختيار مرحلة الصاروخ.

حتى الآن ، لم تنجح هذه الجهود. لم تؤد أي من عمليات الإطلاق التي تم إجراؤها إلى إنقاذ الشركة.

رأي الخبراء

على الرغم من أن وسائل الإعلام تشير إلى أن الإطلاق الناجح الأخير لفالكون 9 (في ديسمبر 2015) جعل من الممكن إنقاذ المرحلة الأدنى من الصاروخ ، فإن الخبراء يشككون في الاستخدام الإضافي للمرحلة الأولى. يعتقد الخبراء أنه نظرًا لدرجة حرارة تسخين جسم الصاروخ عند الإطلاق وأثناء الهبوط ، بعد مروره عبر الغلاف الجوي ، هناك فرصة ضئيلة للغاية لحدوث ذلك. إعادة استخدامهذا العنصر من الصاروخ.

لكن هذا ليس كل شيء. للاستخدام القابل لإعادة الاستخدام ، هناك حاجة إلى عناصر إضافية - وهي رفوف الهبوط وإمدادات الوقود اللازمة. وهذا بدوره يقلل من الحمولة بنسبة تصل إلى 30٪.

صاروخ موثوق؟

من عام 2010 إلى عام 2013 ، تم إجراء خمس عمليات إطلاق ، كانت أربع منها طبيعية تمامًا.

لكن إطلاق Falcon 9 في أكتوبر 2012 كان يعتبر "ناجحًا جزئيًا" من قبل الخبراء. ثم أرسل صاروخ "فالكون 9" لأول مرة معدات إلى محطة الفضاء الدولية على متن شاحنة دراجون. ولكن أثناء إطلاق القمر الصناعي Orbcomm-G2 ، حدث فشل ، ونتيجة لذلك ، تم إطلاق القمر الصناعي في مدار أقل من المخطط له.

إن نتيجة هذه "العملية الناجحة جزئياً" مؤسفة. لم يبقى Orbcomm-G2 في المدار لفترة طويلة وفي 12 أكتوبر من نفس العام احترق دون أن يترك أثرا في الغلاف الجوي للأرض.

في هذا الصدد ، من المثير للاهتمام كيف فسرت SpaceX الفشل. وفقًا للخبراء ، تمزق جزء من الغلاف الخارجي بالقرب من محرك المرحلة الأولى.

أسباب الكارثة

لم يضف انفجار صاروخ فالكون 9 في يونيو 2015 مصداقية ، ولم يبق في الطيران لمدة دقيقتين و 19 ثانية. بمجرد دخول الصاروخ في وضع تفوق سرعة الصوت ، حدث انفجار ، وبعد 8 ثوانٍ ، انهار صاروخ فالكون 9. أطلقت وكالة ناسا مع سبيس إكس تحقيقًا في أسباب الكارثة.

طرح رئيس SpaceX نسخته. وفقًا لنظريته ، وقع الحادث نتيجة الضغط الزائد في خزانات المؤكسد في المرحلة العليا. حدث هذا في وقت لم تكن فيه المرحلة الأولى قد انفصلت بعد.

حوادث أخرى

بطبيعة الحال ، فإن الحوادث في صناعة الفضاء ليست نادرة الحدوث. نعم ، فقط في الولايات المتحدة السنة الحاليةكانت هناك ثلاث حوادث (مع الأخذ في الاعتبار الكارثة التي تعرضت لها مركبة الإطلاق Falcon 9).

في أكتوبر 2014 ، بعد الإطلاق من ميناء فضائي في جزيرة والوبس ، انفجرت مركبة الإطلاق الخاصة Antares. كان من المتوقع إطلاق شاحنة Cygnus (كلاهما من صنع Orbital Sciences) في مدار نحو محطة الفضاء الدولية.

أيضًا في عام 2014 ، تحطمت SpaceShipTwo أخرى. كان من المفترض أن يتم القيام برحلات سياحية شبه مدارية على متنها. ولا تزال شركة المطورين Virgin Galactic تحاول القضاء على أسباب الانهيار.

وقع أول Proton-M في 7 أبريل 2001. ثم أطلق الصاروخ ذو المرحلة العليا "Breeze-M" بنجاح القمر الصناعي "Ekran-M" إلى المدار. تم تثبيت نسخة محسنة من نظام التحكم على هذا الصاروخ ، مما جعل من الممكن تحسين الاختبار بناءً على مادة هيبتيل ، والتي ، كما تعلم ، مادة سامة لكل من البشر ولأجل بيئة. أيضًا ، مكّن النظام الجديد من زيادة كتلة الحمولة التي يتم إطلاقها في المدار.

منذ ذلك الحين ، تم إطلاق 90 عملية إطلاق لـ Proton-M ، لكن 80 منها فقط كانت منتظمة بالكامل. السبب الرئيسي حالات طارئةبسبب عطل في وحدة التسريع.

مما لا شك فيه أن مثل هذه الإحصاءات ليست مؤشرًا ناجحًا للصواريخ ذات التاريخ الثري. على أي حال ، فإن انفجار صاروخ فالكون 9 سيساعد على فهم أعطاله بشكل أفضل وأخذها في الاعتبار عند الإطلاق التالي.

ماذا بعد؟

في الوقت الحالي ، يمكن لتسليم البضائع إلى محطة الفضاء الدولية:

"التقدم" الروسي ؛
HTV اليابانية ؛
تنين.
البجعة.

ناسا تعلق آمالا كبيرة على Dragon كمركبة قادرة على إعادة البضائع من محطة الفضاء الدولية إلى الأرض. تم تمديد العقد مع هذه الشركة حتى عام 2017 ، ومن المقرر إطلاق 15 مرة أخرى.

في آخر مرةأكملت مركبة الإطلاق Falcon 9 مع Dragon Transportation مهمتها بنجاح في 22 ديسمبر 2015.

لا تشك ناسا في أن حادث فالكون 9 لن يتدخل بأي حال من الأحوال في إنشاء مركبة فضائية مأهولة. تحت هذا البرنامج سبيس اكستعتزم إطلاق صاروخ فالكون الثقيل. هذا الإطلاق قادر على التنافس مع كل من البروتون الروسي وآريان 5 الأوروبية.

أظهر الحادث الذي تعرض له الصاروخ الأمريكي فالكون 9 مرة أخرى أنه لا يوجد أحد في مأمن من كارثة استكشاف الفضاء.

هناك الكثير من الضجيج غير الضروري حول صاروخ فالكون 9. عشاق ستاردست لديهم الوقت لابتلاع كل حركات إيلون ماسك. أدى الإطلاق غير الناجح أمس إلى ظهور موجة جديدة حول صاروخ أرض-فضاء. إذن سوف نقيس أنفسنا بالفشل؟

فالكون 9: ذهب العمل

مركبة الإطلاق Falcon 9

تم إطلاق المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق Falcon 9 من فاندنبرغ في كاليفورنيا شركة أمريكيةسبيس إكس ، التي كان من المفترض أن تطلق القمر الصناعي ناسا جيسون 3 ، الذي تم تطويره في الولايات المتحدة وفرنسا ، لمراقبة سطح محيطات العالم ، لم تتمكن من الهبوط بنجاح منصة عائمةفى المحيط.

بالحكم على التقارير الأولى ، أثناء الهبوط ، أضرت مرحلة الصاروخ بإحدى رجليه. من المحتمل أن إحدى أرجل الهبوط لم تسد أثناء الهبوط ، مما تسبب في انقلاب مرحلة الصاروخ. لن نكون مثل ذلك الجزء من Runet الذي يرحب بأي جنون بنكهة غربية ويبتهج بكل سوء تقدير للوطن. من الأفضل أن تفهم ما حدث بدون غضب وإدمان.

في 22 ديسمبر 2015 ، أجرت شركة الفضاء الأمريكية الخاصة Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX) أول هبوط أفقي ناجح للمرحلة الأولى من صاروخها Falcon 9 في كيب كانافيرال.خطوتها الأولى.

تلقى مؤسس شركة SpaceX ومالك شركة تصنيع السيارات الكهربائية Tesla والمغامر التكنولوجي Elon Musk دعاية عالمية بين عشية وضحاها. جميع المحاولات السابقة للهبوط بالمرحلة الأولى على منصة تقع في المحيط فشلت حرفياً فشلاً ذريعاً ، على الرغم من أنه كان من الممكن جلبهم بنجاح إلى سطح المحيط.

لقد بدأ المجتمع "الإبداعي" يستحوذ على ما هو أكثر من مياه المحيطات وتراكم على الويب مجموعة كاملة من الأقوال المأثورة بالبهجة. بدأ الناس في Aliluy يتحدثون عن رحلات جوية مفترضة "رخيصة" إلى الفضاء. على الرغم من أن الناس العاقلين يفهمون أن سنونو واحد لا يصنع الربيع بعد وأن "ندفة ثلجية واحدة لم تتساقط بعد."

والأكثر تسلية كانت محاولات متطوعي الشبكة لتقديم إنجازات ماسك كفرصة حقيقية لإنشاء صاروخ أرض-فضاء يمكن أن يهبط على هذا الكوكب. لماذا لا نذكرهم عندما حدثت أول هبوط ناعم على سطح القمر؟ قامت المحطة الأوتوماتيكية السوفيتية "Luna-9" بذلك ، بعد إخفاقات عديدة ، في 3 فبراير 1966. كان "لونا -16" يمشي بشكل عام ذهابًا وإيابًا.

لكن خبراء الأرائك كتبوا عن كل هذا ، الذين ابتهجوا عندما انهار "بروتون" وتغلب عليه "الحزن" عندما لم يجلس "الفضاء" الخاص بهم هكذا. هنا ، تم خلط سياسة الخدمة الذاتية والبعيدة عن الصدق مع الأمية الفنية. ماهو الذي ليس جيد. بعد كل شيء ، كما تعلم ، فإن الصدق هو أفضل سياسة (الصدق هو أفضل سياسة).

بي آر إيلون ماسك

وإليكم حجج الناس الذين يفهمون قضايا الملاحة الفضائية. بادئ ذي بدء ، يرتبط "الترويج" بالكامل - بغض النظر عن نجاح أو فشل مساحته - بنهج تجاري بحت للأعمال. حأندري إيونين ، مراسل أكاديمية تسيولكوفسكي الروسية للملاحة الفضائيةفي مقابلة مع مراسل Pravda.Ru ، أشار إلى أن ما يفعله ماسك "في كثير من النواحي ليس له معنى اقتصادي كبير". "لأنه ، من ناحية ، يتم توفير محركات الصواريخ باهظة الثمن إلى حد ما ، ولكن في نفس الوقت ، من المهم أن يعترف ماسك نفسه ، مع تساوي جميع الأشياء الأخرى ، يتم تقليل كتلة الحمولة الناتجة ، عمليًا بالمقدار الذي تم توفيره يقول أيونين: "لدى ماسك فكرة رائعة ، هدفه الشخصي هو الذهاب إلى المريخ.

لهذا السبب ، يستخدم Musk ، وفقًا لأندري أيونين ، تقنيات وأساليب الهبوط التي تختلف عن تلك المستخدمة في المكوكات الأمريكية و Burans. هناك جو متخلخل للغاية على المريخ ، ويبدو لخبيرنا "أن ماسك يطور إلى حد كبير هذه التقنيات للرحلات المستقبلية إلى المريخ ، حيث الهبوط بمحركات الصواريخ النفاثة هو حقًا الطريقة الوحيدة للهبوط للأجسام الثقيلة التي تزن عشرات الأطنان. "

أثناء محادثة مع حالكتانأوم-مراسلأومالأكاديمية الروسية للملاحة الفضائية تحمل اسم تسيولكوفسكي أندريهتأكلايونينالعاشرلم يتمكن موقع Pravda.Ru من تجاهل بعض التفاصيل الفنية. هل سيتمكن معزز Falcon 9 من الإقلاع مرة أخرى ، على الرغم من كل تأكيدات Musk؟

في إشارة إلى أنه "من نواح كثيرة ، هذا هو المكان الذي انهار فيه مشروع مكوك الفضاء" ، لاحظ عضو مناظر في أكاديمية رواد الفضاء: "إن تكلفة اختبار جميع هذه العناصر القابلة لإعادة الاستخدام تتناسب أحيانًا مع تكلفة تصنيع عناصر جديدة. التكلفة من إطلاق واحد مركبة فضائيةبدلا من الانكماش في الواقع زاد. إن عملية إطلاق مكوك الفضاء تكلف نحو مليار دولار ".

أما بالنسبة للاستخدام الثانوي للصقر نفسه ، حسب إيونين ، "هذا لا يزال سؤال مفتوح. عندما يبدأ Musk حقًا في إعادة استخدام خطواته ، فسيكون من الواضح ما إذا كانت هناك وفورات هنا ، أو ربما ، على العكس من ذلك ، سنحصل على زيادة إضافية في التكلفة. لكني أقول إن المسك ، في رأيي ، يحل مشاكل مختلفة تمامًا. العالم كله مهتم بهذا الموضوع. في الواقع ، بمساعدة عمليات الإنزال المتكررة ، الناجحة أحيانًا ، وأحيانًا غير الناجحة ، يحصل ماسك على تأثير كبير في العلاقات العامة. تقريبا مقابل القليل من المال ".

Falcon 9 (من الإنجليزية - "falcon") - عائلة من فئة ثقيلة يمكن التخلص منها وقابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا لشركة SpaceX الأمريكية. يتكون Falcon 9 من مرحلتين ويستخدم الكيروسين RP-1 (الوقود) والأكسجين السائل (المؤكسد) كمكونات للوقود. يشير الرقم "9" في الاسم إلى عدد محركات صاروخ ميرلين السائل التي تم تركيبها في المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق.

مرت مركبة الإطلاق بتعديلين مهمين منذ إطلاقها لأول مرة. تم تشغيل الإصدار الأول ، Falcon 9 v1.0 ، خمس مرات بين عامي 2010 و 2013 ، وخلفه Falcon 9 v1.1 بـ 15 عملية إطلاق ؛ اكتمل استخدامه في يناير 2016. احدث اصدارتم إطلاق Falcon 9 Full Thrust (FT) لأول مرة في ديسمبر 2015 ، ويستخدم مكونات دافعة فائقة التبريد وأقصى قوة دفع للمحرك لزيادة أداء مركبة الإطلاق بنسبة 30٪.

تم تصميم Falcon 9 في الأصل مع مراعاة إمكانية إعادة الاستخدام. خلال عمليات الإطلاق الأولى ، تمت دراسة إمكانية إعادة كلتا المرحلتين باستخدام المظلات ، لكن هذه الإستراتيجية لم تبرر نفسها وتم تغييرها لصالح استخدام محركات المرحلة الخاصة للهبوط. يتم تثبيت معدات العودة والهبوط العمودي في موقع الهبوط أو المنصة العائمة في المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق . المرحلة الثانية يمكن التخلص منها ، وليس من المخطط إعادة استخدامها ، لأن هذا سيقلل بشكل كبير من أداء حمولة المخرجات.

في 22 ديسمبر 2015 ، بعد إطلاق Orbcomm-G2 11 ، هبطت المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق Falcon 9 FT بنجاح على منطقة الهبوط 1 لأول مرة.

في 8 أبريل 2016 ، كجزء من مهمة SpaceX CRS-8 ، هبطت المرحلة الأولى من صاروخ Falcon 9 FT بنجاح على منصة Of Course I Still Love You البحرية لأول مرة في تاريخ علوم الصواريخ.

30 مارس 2017 نفس المرحلة بعد اعمال صيانة، أعيد إطلاقه كجزء من مهمة SES-10 وهبط بنجاح مرة أخرى على منصة بحرية.

يتم استخدام Falcon 9 لإطلاق برامج خدمات تجارية وبحثية وإعادة إمداد تجارية ثابتة بالنسبة للأرض ، وسيتم استخدامه أيضًا لإطلاق إصدار Dragon V2 المأهول.

سعر إطلاق قمر صناعي تجاري معلن على موقع الشركة المصنعة (بحد أقصى 5.5 طن لكل GPO) مركبة إطلاق فالكون 9 - 62 مليون دولار. نظرًا للمتطلبات الإضافية للعملاء العسكريين والحكوميين ، فإن تكلفة إطلاق مركبة الإطلاق أعلى من التكلفة التجارية ، وتم توقيع عقود إطلاق للقوات الجوية الأمريكية بمبلغ 82.7 مليون دولار و 95.6 مليون دولار في عامي 2016 و 2017 على التوالي.

التصميم العام

المرحلة الأولى

يستخدم الكيروسين RP-1 كوقود والأكسجين السائل كمؤكسد. تم بناؤه وفقًا للمخطط القياسي ، عندما يكون خزان المؤكسد أعلى خزان الوقود. التقسيم بين الخزانات شائع. كلا الخزانين مصنوعان من سبائك الألومنيوم والليثيوم ، كما أن إضافة الليثيوم إلى السبيكة يزيد من قوة الهيكل ويقلل من وزنه. إن جدران الخزان المؤكسد هي نفسها الهيكل الداعم ، بينما جدران خزان الوقود معززة بإطارات وعوارض طولية ، نظرًا لأن الجزء السفلي من المرحلة الأولى يتحمل أكبر حمولة. يصل المؤكسد إلى المحركات عبر خط أنابيب يمر عبر مركز خزان الوقود بطوله بالكامل. يستخدم الهيليوم المضغوط لضغط الخزانات.

تستخدم المرحلة الأولى من Falcon 9 تسعة محركات صاروخية تعمل بالوقود السائل من Merlin. اعتمادًا على إصدار مركبة الإطلاق ، يختلف إصدار المحركات وتصميمها. لبدء تشغيل المحركات ، يتم استخدام خليط ذاتي الاشتعال من ثلاثي إيثيل الألومنيوم وثلاثي إيثيل بوران (TEA-TEB).

ترتبط المرحلتان الأولى والثانية بحجرة انتقالية ، يتكون غلافها من مركب من ألياف الكربون والألمنيوم. يغطي محرك المرحلة الثانية ويحتوي على آليات فصل المرحلة. آليات الفصل تعمل بالهواء المضغوط ، على عكس معظم الصواريخ التي تستخدم الحجارة الصغيرة لمثل هذه الأغراض. يسمح هذا النوع من الآليات بالاختبار والتحكم عن بُعد ، مما يزيد من موثوقية فصل المرحلة.

إنها ، في الواقع ، نسخة مصغرة من المرحلة الأولى ، باستخدام نفس المواد وأدوات الإنتاج و العمليات التكنولوجية. يتيح لك ذلك تقليل تكلفة إنتاج وصيانة مركبة الإطلاق بشكل كبير ، وبالتالي تقليل تكلفة إطلاقها. جدران خزانات الوقود والمؤكسد المصنوعة من سبائك الألومنيوم والليثيوم شديدة التحمل هي الهيكل الحامل للمرحلة. كما تستخدم الكيروسين والأكسجين السائل كمكونات وقود.

تستخدم المرحلة الثانية محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل Merlin Vacuum. يتميز بفوهة مكبرة بشكل كبير لتحسين أداء المحرك في الفراغ. يمكن إعادة تشغيل المحرك عدة مرات لتوصيل الحمولات إلى مدارات تشغيل مختلفة. تستخدم المرحلة الثانية أيضًا خليط TEA-TEB لبدء تشغيل المحرك. لزيادة الموثوقية ، يكون نظام الإشعال زائداً عن الحاجة.

للتحكم في الموقع المكاني في مرحلة الطيران المداري الحر ، وكذلك للتحكم في دوران المرحلة أثناء تشغيل المحرك الرئيسي ، يتم استخدام نظام توجيه.

أنظمة على متن الطائرة

تم تجهيز كل مرحلة بإلكترونيات الطيران وأجهزة الكمبيوتر على متن الطائرة التي تتحكم في جميع معلمات الرحلة لمركبة الإطلاق. جميع إلكترونيات الطيران المستعملة منتجاتنا SpaceX ومصنوع من التكرار الثلاثي. يستخدم GPS بالإضافة إلى نظام الملاحة بالقصور الذاتي لتحسين دقة وضع الحمولة في المدار. يتم التحكم في أجهزة كمبيوتر الرحلة بواسطة نظام التشغيللينكس ج البرمجياتمكتوب بلغة C ++.

يحتوي كل محرك من محركات Merlin على وحدة تحكم خاصة به تراقب أداء المحرك طوال حياته. تتكون وحدة التحكم من ثلاث وحدات معالج تتحقق باستمرار من أداء بعضها البعض من أجل زيادة القدرة على تحمل أخطاء النظام.

إن مركبة الإطلاق Falcon 9 قادرة على إكمال الرحلة بنجاح حتى مع الإغلاق الطارئ لاثنين من محركات المرحلة الأولى التسعة. في مثل هذه الحالة ، تعيد أجهزة كمبيوتر الرحلة حساب برنامج الرحلة ، وتعمل المحركات المتبقية لفترة أطول لتحقيق السرعة والارتفاع المطلوبين. برنامج رحلة المرحلة الثانية يتغير بطريقة مماثلة. لذلك ، في الثانية 79 من رحلة SpaceX CRS-1 ، توقف المحرك الأول بشكل غير طبيعي بعد فشل الانسيابية المخروطية والانخفاض اللاحق في ضغط التشغيل. تم إطلاق مركبة Dragon الفضائية بنجاح إلى مدارها المقصود بسبب زيادة وقت التشغيل للمحركات الثمانية المتبقية ، على الرغم من إطلاق القمر الصناعي Orbcomm-G2 ، الذي كان بمثابة حمولة ثانوية ، في مدار منخفض وتم حرقه بعد 4 أيام.

كما هو الحال مع مركبة الإطلاق Falcon 1 ، يوفر تسلسل الإطلاق Falcon 9 إمكانية إيقاف إجراء الإطلاق بناءً على فحص محركات وأنظمة مركبة الإطلاق قبل الإطلاق. للقيام بذلك ، تم تجهيز منصة الإطلاق بأربعة مشابك خاصة تحمل الصاروخ لبعض الوقت بعد بدء تشغيل المحركات القوة الكاملة. إذا تم الكشف عن عطل ، يتوقف الإطلاق ويتم ضخ الوقود والمؤكسد من الصاروخ. وبالتالي ، في كلتا المرحلتين ، من الممكن إعادة استخدام وإجراء اختبارات مقاعد البدلاء قبل الرحلة. تم استخدام نظام مماثل أيضًا للمكوك و Saturn V.

هدية

يقع الانسياب المخروطي في الجزء العلوي من المرحلة الثانية ويحمي الحمولة من التأثيرات الديناميكية الهوائية والحرارية والصوتية أثناء الطيران الجوي. يتكون من نصفين ويفصلان فور خروجه من الغلاف الجوي. آليات الفصل تعمل بالهواء المضغوط بالكامل. الهدية ، مثل المقصورة الانتقالية ، مصنوعة من قاعدة من الألومنيوم على شكل قرص العسل مع طلاء كربون متعدد الطبقات. يبلغ ارتفاع هدية Falcon 9 القياسية 13.1 مترًا ، وقطرها - 5.2 مترًا ، ووزنها - حوالي 1750 كجم. لا يتم استخدام الرادوم عند إطلاق مركبة دراجون الفضائية. تبحث SpaceX عن طريقة لإعادة اللوحات الانسيابية بأمان لإعادة استخدامها.

متغيرات فالكون 9

الخط الكامل لمركبات الإطلاق من طراز فالكون.

فالكون 9 v1.0

الإصدار الأول من مركبة الإطلاق ، والمعروف أيضًا باسم كتلة 1. كان هناك 5 عمليات إطلاق لهذا الإصدار من عام 2010 إلى عام 2013.

استخدمت المرحلة الأولى من Falcon 9 v1.0 9 محركات Merlin 1C. تم ترتيب المحركات على التوالي ، وفقًا لمخطط 3 × 3. وكان الدفع الكلي للمحركات حوالي 3800 كيلو نيوتن عند مستوى سطح البحر ، وحوالي 4340 كيلو نيوتن في الفراغ ، وكان الدافع المحدد عند مستوى سطح البحر 266 ثانية ، في الفراغ - 304 ق. وقت التشغيل المقدر للمرحلة الأولى - 170 ثانية.

استخدمت المرحلة الثانية محرك 1 Merlin 1C Vacuum ، بقوة دفع تبلغ 420 كيلو نيوتن ونبضة فراغ محددة تبلغ 336 ثانية. وقت التشغيل الاسمي للمرحلة الثانية هو 345 ثانية. تم استخدام 4 محركات Draco كنظام توجيه المرحلة.

كان ارتفاع الصاروخ 54.9 م وقطره 3.7 م ووزن إطلاق الصاروخ حوالي 318 طناً.

كانت تكلفة الإطلاق لعام 2013 ما بين 54-59.5 مليون دولار.

كتلة البضائع الناتجة في المدار الأرضي المنخفض تصل إلى 9000 كجم وفي GPO - تصل إلى 3400 كجم. في الواقع ، تم استخدام الصاروخ فقط لإطلاق مركبة دراجون الفضائية في مدار مرجعي منخفض.

خلال عمليات الإطلاق ، أجريت اختبارات لإعادة استخدام مرحلتي مركبة الإطلاق. الإستراتيجية الأولية لاستخدام درع حراري خفيف الوزن للخطوات و نظام المظلةلم يبرر نفسه (عملية الهبوط لم تصل حتى إلى فتح المظلات ، وتم تدمير المرحلة عند دخول الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي) ، وتم استبدالها بإستراتيجية هبوط محكومة باستخدام محركاتها الخاصة.

ما يسمى ب القالب 2، نسخة من الصاروخ مع محركات Merlin 1C المحسنة ، والتي تزيد من قوة الدفع الإجمالية لمركبة الإطلاق إلى 4940 كيلو نيوتن عند مستوى سطح البحر ، مع كتلة حمولة لـ LEO - تصل إلى 10450 كجم و GPO - ما يصل إلى 4540 كجم. بعد ذلك ، تم نقل التطورات المخطط لها إلى الإصدار الجديد 1.1.

تم إيقاف الإصدار 1.0 في عام 2013 مع الانتقال إلى Falcon 9 v1.1.

فالكون 9 v1.1

تخطيط المحركات. فالكون 9 v1.0 (يسار) و v1.1 (يمين)

الإصدار الثاني من مركبة الإطلاق. تم الإطلاق الأول في عام 2013.

تم إطالة خزانات الوقود والمؤكسد لكل من المرحلتين الأولى والثانية من مركبة الإطلاق Falcon 9 v1.1 بشكل كبير مقارنة بالإصدار السابق 1.0.

استخدمت المرحلة الأولى 9 محركات Merlin 1D ، مع قوة دفع ودفع محدد. تم منح النوع الجديد من المحركات القدرة على الاختناق من 100٪ إلى 70٪ ، وربما حتى أقل من ذلك. تم تغيير ترتيب المحركات: بدلاً من ثلاثة صفوف من ثلاثة محركات ، يتم استخدام تصميم بمحرك مركزي وترتيب الباقي في دائرة. تم تركيب المحرك المركزي أيضًا بشكل أقل قليلاً من المحركات الأخرى. تم تسمية المخطط اوكتويب، فهو يبسط التصميم العام وعملية التجميع لمقصورة المحرك في المرحلة الأولى. يبلغ إجمالي الدفع للمحركات 5885 كيلو نيوتن عند مستوى سطح البحر ويزيد إلى 6672 كيلو نيوتن في الفراغ ، ويكون الدافع المحدد عند مستوى سطح البحر 282 ثانية ، ويبلغ في الفراغ 311 ثانية. وقت التشغيل الاسمي للمرحلة الأولى هو 180 ثانية. يبلغ ارتفاع المرحلة الأولى 45.7 مترًا ، ويبلغ الوزن الجاف للمرحلة حوالي 23 طنًا (حوالي 26 طنًا لتعديل (R)). تبلغ كتلة الوقود الموضوعة 395700 كجم ، منها 276600 كجم عبارة عن أكسجين سائل و 119100 كجم كيروسين.

استخدمت المرحلة الثانية محرك 1 Merlin 1D Vacuum ، بقوة 801 كيلو نيوتن مع دفعة فراغ محددة تبلغ 342 ثانية. وقت التشغيل الاسمي للمرحلة الثانية هو 375 ثانية. بدلاً من محركات Draco ، تم استخدام نظام توجيه باستخدام النيتروجين المضغوط. ارتفاع المرحلة الثانية 15.2 م والوزن الجاف للمرحلة 3900 كغ. كتلة الوقود الموضوعة هي 92،670 كجم ، منها 64،820 كجم عبارة عن أكسجين سائل و 27،850 كجم كيروسين.

زاد ارتفاع الصاروخ إلى 68.4 مترًا ، ولم يتغير القطر - 3.7 مترًا ، وزادت كتلة إطلاق الصاروخ إلى 506 أطنان.

الكتلة المعلنة للبضائع التي سيتم سحبها من المدار الأرضي المنخفض هي 13،150 كجم وللحصول على GPO 4،850 كجم.

بلغت تكلفة الإطلاق 56.5 مليون دولار في عام 2013 ، مقابل 61.2 مليون دولار في عام 2015.

تم الإطلاق الأخير لهذا الإصدار في 17 يناير 2016 من منصة الإطلاق SLC-4E في قاعدة فاندنبرغ ، وتم تسليم القمر الصناعي Jason-3 بنجاح إلى المدار.

سيتم إجراء المزيد من عمليات الإطلاق باستخدام مركبة الإطلاق Falcon 9 FT.

فالكون 9 v1.1 (R)

الدفة الشبكية المصنوعة من التيتانيوم وكتلة فوهات الغاز لنظام التوجيه (تحت العلم)

فالكون 9 v1.1 (R) ( صمن الانجليزية. قابلة لإعادة الاستخدام- قابل لإعادة الاستخدام) هو تعديل للإصدار 1.1 للهبوط المتحكم به للمرحلة الأولى.

عناصر المرحلة الأولى المعدلة:

المرحلة الأولى مجهزة بأربع أرجل هبوط قابلة للطي تستخدم للهبوط السلس. يصل الوزن الإجمالي للرفوف إلى 2100 كجم ؛
تم تركيب معدات الملاحة للخروج من المرحلة إلى نقطة الهبوط ؛
تم تصميم ثلاثة من المحركات التسعة للفرملة وقد تلقت نظام إشعال لإعادة التشغيل ؛
1. يتم تثبيت الدفات الشبكية القابلة للطي أعلى المرحلة الأولى لتثبيت الدوران وتحسين المناولة أثناء مرحلة الهبوط ، خاصةً عند إيقاف تشغيل المحركات (لتوفير الوزن ، استخدمت الدفات نظامًا هيدروليكيًا مفتوحًا لا يتطلب مضخات ضغط عالي ثقيل). تمت ترقية النظام الهيدروليكي لاحقًا إلى دائرة مغلقة وتم استبدال الدفات المصنوعة من الألومنيوم بأخرى من التيتانيوم ، مما يجعل إعادة الاستخدام أسهل. تتميز أسطح التحكم الجديدة بأنها أطول وأثقل قليلاً من سابقاتها المصنوعة من الألمنيوم ، وتزيد من إمكانيات التحكم في المرحلة ، وتتحمل درجات الحرارة دون الحاجة إلى طلاء جرّ ، ويمكن استخدامها إلى أجل غير مسمى دون الحاجة إلى صيانة بين الرحلات.
2. يتم تثبيت نظام توجيه في الجزء العلوي من المرحلة - مجموعة من فوهات الغاز باستخدام طاقة النيتروجين المضغوط للتحكم في موضع المرحلة في الفضاء قبل إطلاق الدفات الشبكية. يوجد على جانبي المسرح كتلة ، لكل منها 4 فوهات موجهة للأمام والخلف والجانب والأسفل. تُستخدم الفوهات المتجهة للأسفل قبل إطلاق محركات Merlin الثلاثة أثناء مناورات التباطؤ المرحلي في الفضاء ، حيث يسقط النبض المتولد الوقود إلى قاع الخزانات ، حيث يتم التقاطه بواسطة مضخات المحرك.

فالكون 9 اقتحام كامل

جميع المراحل الأولى التي تم إرجاعها من Falcon 9 لها مظهر مخطط. يظلم الطلاء الأبيض بسبب السخام الناتج عن المحركات والحرارة. لكن يتشكل الصقيع على خزان الأكسجين الذي يحميه ويبقى أبيض اللون.

نسخة محدثة ومحسنة من مركبة الإطلاق ، مصممة لتوفير القدرة على إعادة المرحلة الأولى بعد إطلاق الحمولة إلى أي مدار ، سواء مرجعية منخفضة أو نقل جغرافي. الإصدار الجديد ، المعروف بشكل غير رسمي باسم Falcon 9 FT (Full Thrust ؛ من اللغة الإنجليزية - "التوجه الكامل") أو Falcon 9 v1.2 ، حل محل الإصدار 1.1.

التغييرات الرئيسية: تعديل محرك جبل (Octaweb) ؛ يتم تعزيز أرجل الهبوط والمرحلة الأولى لتتناسب مع الكتلة المتزايدة للصاروخ ؛ تم تغيير ترتيب الدفات الشبكية ؛ أصبحت الحجرة المركبة بين الدرجات أطول وأقوى ؛ تم زيادة طول فوهة محرك المرحلة الثانية ؛ تمت إضافة دافع مركزي لتحسين موثوقية ودقة مراحل فصل مركبة الإطلاق.

تمت زيادة خزانات الوقود في المرحلة العليا بنسبة 10 ٪ ، مما أدى إلى زيادة الطول الإجمالي لمركبة الإطلاق إلى 70 مترًا.

زاد وزن الإطلاق إلى 549054 كجم بسبب الزيادة في قدرة مكونات الوقود ، والتي تم تحقيقها من خلال استخدام مؤكسد فائق التبريد.

في نسخة جديدةتستخدم مركبات الإطلاق مكونات دافعة مبردة. سيتم تبريد الأكسجين السائل من -183 درجة مئوية إلى -207 درجة مئوية ، مما سيزيد من كثافة المؤكسد بنسبة 8-15٪. سيتم تبريد الكيروسين من 21 درجة مئوية إلى -7 درجة مئوية ، وستزيد كثافته بنسبة 2.5٪. تسمح الكثافة المتزايدة للمكونات بوضع المزيد من الوقود في خزانات الوقود ، مما يؤدي ، إلى جانب الدفع المتزايد للمحركات ، إلى زيادة أداء الصاروخ بشكل كبير.

تم تسليم المرحلة الأولى من Falcon 9 FT إلى حظيرة التجميع LC-39A بعد الهبوط ويتم تحضيرها لاختبار الإطلاق. تقشر الطلاء في بعض الأماكن ، لكن لا توجد أضرار جسيمة.

يستخدم الإصدار الجديد محركات Merlin 1D المعدلة التي تعمل بالدفع الكامل (في الإصدار السابق ، كان الدفع للمحركات محدودًا بشكل متعمد) ، مما زاد بشكل كبير من أداء الدفع لكلتا المرحلتين من مركبة الإطلاق.

وهكذا ، زاد دفع المرحلة الأولى عند مستوى سطح البحر إلى 7607 كيلو نيوتن ، في الفراغ - حتى 8227 كيلو نيوتن. تم تقليل الوقت الاسمي لتشغيل المرحلة إلى 162 ثانية.

زادت قوة دفع المرحلة الثانية في الفراغ إلى 934 كيلو نيوتن ، والنبض المحدد في الفراغ - 348 ثانية ، وزاد وقت تشغيل المحرك إلى 397 ثانية.

الحمولة القصوى التي سيتم إطلاقها في مدار مرجعي منخفض (بدون عودة المرحلة الأولى) هي 22800 كجم ، عند عودة المرحلة الأولى ستنخفض بنسبة 30-40٪. يبلغ الحد الأقصى للحمولة الصافية التي يتم إطلاقها في مدار النقل الجغرافي 8300 كجم ، بينما تعود المرحلة الأولى إلى المنصة العائمة - 5500 كجم. سوف تصل الحمولة التي يمكن إحضارها إلى مسار الرحلة إلى 4020 كجم.

تم الإطلاق الأول لنسخة FT في 22 ديسمبر 2015 ، أثناء العودة إلى رحلة مركبة الإطلاق Falcon 9 بعد تحطم مهمة SpaceX CRS-7. تم إطلاق 11 قمرا صناعيا Orbcomm-G2 بنجاح في المدار المستهدف ، وللمرة الأولى هبطت المرحلة الأولى بنجاح على موقع الهبوط.

فالكون هيفي

مركبة الإطلاق فالكون الثقيلة ( ثقيلمن الانجليزية. - "ثقيل") ، على عكس Falcon 9 ، سيكون له زوج إضافي من المسرعات متصل بالجانب ، تم إنشاؤه على أساس المرحلة الأولى من FT.

تبلغ تكلفة إطلاق قمر صناعي يصل وزنه إلى 8 أطنان إلى GPO 90 مليون دولار (2016). بالنسبة لنسخة لمرة واحدة من مركبة الإطلاق ، ستصل كتلة الحمولة إلى المدار الأرضي المنخفض إلى 63.8 طنًا ، إلى GPO - 26.7 طنًا ، وحتى 16.8 طنًا إلى المريخ وحتى 3.5 طنًا.

من المقرر إطلاق أول صاروخ فالكون ثقيل في عام 2017.

فالكون 9 بلوك 4

Falcon 9 Block 4 هو نموذج انتقالي بين Falcon 9 Full Thrust (Block 3) و Falcon 9 Block 5. تمت الرحلة الأولى في 14 أغسطس 2017 ، مهمة CRS-12.

فالكون 9 بلوك 5

في أكتوبر 2016 ، تحدث Elon Musk عن إصدار Falcon 9 Block 5 ، الذي يحتوي على "الكثير من التحسينات الصغيرة المهمة جدًا في المجمل ، والأهم من ذلك هو زيادة الدفع وتحسين رفوف الهبوط." في يناير 2017 ، أضاف إيلون ماسك أن الكتلة 5 "تحسن بشكل كبير من قوة الجر وسهولة إعادة الاستخدام." ووصف هذا النموذج بأنه الإصدار "النهائي" للصاروخ. من المتوقع أن يبدأ إنتاج البلوك 5 في أوائل عام 2017 ، مع الرحلات الأولى في الربع الثاني أو الثالث من عام 2017.

عودة وهبوط المرحلة الاولى

بعد تشتيت المرحلة الثانية مع الحمولة ، تقوم المرحلة الأولى بإيقاف تشغيل المحركات وفصلها على ارتفاع حوالي 70 كم. يحدث إلغاء الإرساء بعد حوالي 2.5 دقيقة من إطلاق مركبة الإطلاق ويعتمد على المهمة المحددة. يتم تحديد السرعة أثناء فك المرحلة أيضًا من خلال ظروف المشكلة ، على وجه الخصوص ، من خلال المدار المستهدف (LEO أو GPO) ، وكتلة الحمولة ، وموقع هبوط المرحلة. للإطلاقات منخفضة الطاقة نسبيًا إلى مدار أرضي منخفض ، تبلغ سرعة مرحلة الفصل حوالي 6000 كم / ساعة (1700 م / ث ؛ 4.85 ماخ) ، بينما للإطلاقات عالية الطاقة إلى مدار النقل الجغرافي ، عند الهبوط على منصة عائمة عن بعد في المحيط مطلوب ASDS ، تصل السرعة إلى 8350 كم / ساعة (2300 م / ث ؛ 6.75 ماخ). بعد فك الإرساء ، تقوم المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق ، باستخدام نظام التحكم في الموقف ، بمناورة صغيرة لتجنب شعلة المرحلة الثانية ، وتقوم بالدوران إلى الأمام مع المحركات استعدادًا لمناورات التباطؤ الرئيسية الثلاث:

مخطط إعادة المرحلة إلى المنصة

1. الدافع لعكس المسارعند العودة إلى موقع الإطلاق إلى موقع الهبوط ، بعد فترة وجيزة من فك الإرساء ، تستخدم المرحلة تنشيطًا طويلاً (حوالي 40 ثانية) لثلاثة محركات لتغيير اتجاه حركتها إلى الاتجاه المعاكس ، مما يؤدي إلى تنفيذ حلقة معقدة بارتفاع ذروة يبلغ حوالي 200 كم ، مع أقصى مسافة من منصة الإطلاق تصل إلى 100 كم في الاتجاه الأفقي. في حالة الهبوط على منصة عائمة بعد الإطلاق في مدار أرضي منخفض ، تستمر المرحلة في التحرك على طول مسار باليستي بالقصور الذاتي حتى ارتفاع 140 كم تقريبًا. عند الاقتراب من نقطة الأوج ، يتم كبح ثلاث دفعات لتقليل السرعة الأفقية وتعيين الاتجاه إلى المنصة ، التي تقع على بعد 300 كيلومتر تقريبًا من موقع الإطلاق. مدة المحركات حوالي 30-40 ثانية. عندما يتم إطلاق قمر صناعي في مدار النقل الجغرافي ، تعمل المرحلة الأولى لفترة أطول ، باستخدام المزيد من الوقود الدافع لكسب المزيد السرعه العاليهقبل فك الإرساء ، يكون احتياطي الوقود المتبقي محدودًا ولا يسمح بإعادة ضبط السرعة الأفقية. بعد فك الإرساء ، تتحرك المرحلة على طول مسار باليستي (بدون كبح) باتجاه المنصة الواقعة على بعد 660 كم من موقع الإطلاق. 2. الدافع العودةاستعدادًا للدخول إلى طبقات الغلاف الجوي الكثيفة ، يتم فرملة المرحلة الأولى من خلال تشغيل ثلاثة محركات على ارتفاع حوالي 70 كم ، مما يضمن الدخول إلى الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي بسرعة مقبولة. في حالة الإطلاق إلى مدار النقل الجغرافي ، نظرًا لعدم وجود مناورة تباطؤ سابقة ، تكون سرعة المرحلة عند الدخول إلى الغلاف الجوي مرتين (2 كم / ثانية مقابل 1 كم / ثانية) ، والحمل الحراري 8 مرات أكبر من القيم المقابلة أثناء الإطلاق في مدار أرضي منخفض. يتم تصنيع الجزء السفلي من المرحلة الأولى ودعامات الهبوط باستخدام مواد مقاومة للحرارة تجعل من الممكن تحمل درجات الحرارة المرتفعة التي تسخن بها عناصر المرحلة أثناء الدخول إلى الغلاف الجوي والحركة فيه. تختلف مدة تشغيل المحرك أيضًا اعتمادًا على توافر احتياطي وقود كافٍ ، من الأطول (25-30 ثانية) لإطلاق المدار الأرضي المنخفض إلى القصيرة (15-17 ثانية) لبعثات المدار الأرضي المنخفض. في نفس المرحلة ، يتم فتح الدفات الشبكية ويبدأ عملها للتحكم في الانعراج والنغمة والدوران. على ارتفاع حوالي 40 كم ، يتم إيقاف تشغيل المحركات وتستمر المرحلة في السقوط حتى الوصول إلى السرعة النهائية ، وتستمر الدفات الشبكية في العمل حتى الهبوط نفسه. 3. الدافع الهبوط

مع وجود احتياطي كافٍ من الوقود ، يتم تشغيل المحرك المركزي لمدة 30 ثانية قبل الهبوط وتتباطأ المرحلة ، مما يوفر هبوطًا سلسًا وفقًا للمخطط الذي تم وضعه كجزء من مشروع Grasshopper. تنحني أرجل الهبوط بضع ثوانٍ قبل لمس منصة الهبوط. عند الانطلاق في مدار النقل الجغرافي ، من أجل تقليل السرعة بأسرع ما يمكن مع استهلاك أقل للوقود ، يتم استخدام تباطؤ قصير مدته 10 ثوانٍ بواسطة ثلاثة محركات في وقت واحد. يتم إيقاف تشغيل المحركين الخارجيين قبل المحرك المركزي ، وتكمل المرحلة الأمتار الأخيرة من الرحلة باستخدام محرك واحد ، وهو قادر على خنق ما يصل إلى 40٪ من الحد الأقصى للدفع. قبل الكبح النهائي ، لا تهدف المرحلة مباشرة إلى المنصة لتجنب إتلافها إذا فشل المحرك في البدء. يحدث التاكسي النهائي بعد بدء تشغيل المحرك.

المراحل التي تم إرجاعها (من اليسار إلى اليمين: Orbcomm 2 و JCSAT-14 و SpaceX CRS-8)

تقلل عودة المرحلة الأولى من الحمولة القصوى لمركبة الإطلاق بنسبة 30-40٪. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى الاحتفاظ بالوقود للفرملة والهبوط ، فضلاً عن الكتلة الإضافية لمعدات الهبوط (أرجل الهبوط ، والدفات الشبكية ، ونظام التحكم في الطائرات ، وما إلى ذلك).

تتوقع سبيس إكس أن نصف عمليات إطلاق فالكون 9 على الأقل ستتطلب المرحلة الأولى من الهبوط على منصة عائمة ، ولا سيما جميع عمليات الإطلاق في مدار النقل الجغرافي وما وراء مدار الأرض.

في يناير 2016 ، بعد فشل مرحلة الهبوط في مهمة Jason-3 ، أعرب Elon Musk عن توقعه بأن 70٪ من محاولات الهبوط على مراحل في عام 2016 ستنجح ، مع زيادة نسبة عمليات الإنزال الناجحة إلى 90 في عام 2017.

منصات الإطلاق

حاليًا ، يتم إطلاق Falcon 9 من منصتي إطلاق:

(كيب كانافيرال ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية) - LC-39A ؛ مستأجرة من وكالة ناسا منذ أبريل 2014. تمت ترقيتها لإطلاق Falcon 9 و Falcon Heavy ، وستستخدم في الرحلات المأهولة. تم الإطلاق الأول من الموقع في 19 فبراير 2017.
(كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية) - SLC-4E ؛ مستأجرة من القوات الجوية الأمريكية. تم الإطلاق الأول في 29 سبتمبر 2013. يتم استخدامه لإطلاق الأقمار الصناعية (على وجه الخصوص ، Iridium NEXT) في المدارات القطبية.

موقع واحد قيد إعادة البناء بعد انفجار معزز في سبتمبر 2016:

قاعدة القوات الجوية الأمريكية في كيب كانافيرال (كيب كانافيرال ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية) - SLC-40 ؛ مستأجرة من القوات الجوية الأمريكية. من هنا ، في 4 يونيو 2010 ، تم إطلاق أول صاروخ Falcon 9. تم استخدام مجمع الإطلاق هذا سابقًا لإطلاق صواريخ Titan III و Titan IV.

في موقع آخر ، تجري الأعمال التحضيرية والبناء والتركيب:

ميناء الفضاء الخاص سبيس إكس (قرية بوكا تشيكا بالقرب من براونزفيل ، تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية). إنه قيد الإنشاء. تم الحصول على رخصة البناء في يوليو 2014.

موقع الرحلات والاختبارات تحت المدارية:

مكجريجور بروفينج جراوند في تكساس. تم استخدامه لاختبار الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام في المراحل الأولى من الصاروخ كجزء من مشروع Grasshopper في 2012-2014.

منصات الهبوط

منطقة الهبوط 1 ، الهبوط الرئيسي

وفقًا للاستراتيجية المعلنة لإعادة وإعادة استخدام المرحلة الأولى من Falcon 9 و Falcon Heavy ، دخلت SpaceX في عقد إيجار لاستخدام وتجديد موقعين أرضيين ، على السواحل الغربية والشرقية للولايات المتحدة.

قاعدة كيب كانافيرال الجوية - منطقة الهبوط 1 (سابقًا مجمع الإطلاق LC-13) ؛ مستأجرة من القوات الجوية الأمريكية. بدأت المرحلة الأولى من Falcon 9 في الهبوط لأول مرة في 22 ديسمبر 2015. من المخطط إنشاء موقعين إضافيين للهبوط ، مما سيسمح بإنزال التعزيزات الجانبية من Falcon Heavy.
قاعدة فاندنبرغ - مجمع الإطلاق SLC-4-West ؛ مستأجرة من القوات الجوية الأمريكية ، في مرحلة التصديق.

أثناء عمليات الإطلاق ، التي لا تسمح شروطها لـ Falcon 9 بالعودة إلى موقع الإطلاق ، يتم الهبوط على منصة عائمة مصنوعة خصيصًا سفينة بدون طيار ذات ميناء فضاء مستقل، وهو بارجة محولة. تسمح المحركات المثبتة ومعدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بتسليمها إلى النقطة المطلوبة والاحتفاظ بها هناك ، مما يؤدي إلى إنشاء منطقة هبوط مستقرة. لا يسمح عرض المنصات لهم بعبور قناة بنما من قاعدة فاندنبرغ إلى كيب كانافيرال ، لذلك لدى سبيس إكس حاليًا منصتان من هذا القبيل:

سفينة فضاء غير مأهولة مستقلة. وجهة نظر من فوق

"بالطبع ما زلت أحبك" (مارماك 304) ، ساحل المحيط الأطلسي الأمريكي ، الميناء الرئيسي - كانافيرال ؛
"اقرأ التعليمات فقط" (Marmac 303) ، ساحل المحيط الهادئ الأمريكي ، الميناء الرئيسي - لوس أنجلوس.

قصة

خلال خطاب أمام لجنة التجارة والعلوم والنقل في مجلس الشيوخ في مايو 2004 ، قال إيلون ماسك الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX: "الخطط طويلة الأجل تتطلب ناقلًا ثقيلًا ، وإذا كان هناك طلب من المشترين ، فحتى الناقل الثقيل للغاية.<…>في النهاية ، أعتقد أنه يمكن تحقيق تكلفة حمولة تبلغ 500 دولار / رطل (1100 دولار أمريكي / كجم) أو أقل ".

أعلنت سبيس إكس رسميًا عن مركبة الإطلاق في 8 سبتمبر 2005 ، واصفة فالكون 9 بأنها "مركبة إطلاق ثقيلة قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل". بالنسبة للنسخة المتوسطة من فالكون 9 ، تم تحديد وزن الشحنة إلى المدار الأرضي المنخفض بـ 9.5 طن والسعر 27 مليون دولار لكل رحلة.

في 12 أبريل 2007 ، أعلنت شركة سبيس إكس أن الجزء الأكبر من المرحلة الأولى من فالكون 9 قد اكتملت. جدران الخزانات مصنوعة من الألمنيوم ، وترتبط الأجزاء الفردية عن طريق لحام الدمج الاحتكاكي. تم نقل التصميم إلى مركز SpaceX في واكو (تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، حيث تم إجراء اختبارات حرائق مقاعد البدلاء في المرحلة الأولى. تم إجراء الاختبارات الأولى بمحركين مرتبطين بالمرحلة الأولى في 28 يناير 2008 وانتهت بنجاح. في 8 مارس 2008 ، تم اختبار ثلاثة محركات Merlin 1C لأول مرة ، وتم اختبار خمسة محركات في وقت واحد في 29 مايو ، وتم إجراء الاختبارات الأولى لجميع المحركات التسعة في المرحلة الأولى ، والتي تم إجراؤها في 31 يوليو و 1 أغسطس ، انتهى بنجاح. في 22 نوفمبر 2008 ، اجتازت جميع المحركات التسعة للمرحلة الأولى من مركبة الإطلاق Falcon 9 الاختبارات بمدة تقابل مدة الرحلة (178 ثانية).

في البداية ، تم تحديد موعد الرحلة الأولى لطائرة فالكون 9 وأول رحلة لمركبة إطلاق الفضاء التنين (COTS) في أواخر عام 2008 ، ولكن تم تأجيلها مرارًا وتكرارًا بسبب حجم العمل الهائل الذي كان يتعين القيام به. وفقًا لإيلون ماسك ، التعقيد التطورات التكنولوجيةوالمتطلبات القانونية لعمليات الإطلاق من Cape Canaveral المتأثرة بالتوقيت. كان هذا أول إطلاق لصاروخ فالكون من ميناء فضائي تشغيلي.

في يناير 2009 ، تم تركيب مركبة الإطلاق Falcon 9 في وضع عمودي لأول مرة على منصة إطلاق مجمع SLC-40 في كيب كانافيرال.

22 أغسطس 2014 في موقع الاختبار McGregor (تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية) أثناء رحلة تجريبية ، تم تدمير F9R Dev1 بثلاثة محركات ، وهو نموذج أولي لمركبة الإطلاق Falcon 9 R القابلة لإعادة الاستخدام ، تلقائيًا بعد ثوانٍ قليلة من الإطلاق. أثناء الاختبارات ، كان من المفترض أن يعود الصاروخ إلى منصة الإطلاق بعد الإقلاع. كان الفشل في المحركات يعني السقوط الحتمي للصاروخ في منطقة غير مخططة. وفقًا لمتحدث سبيس إكس جون تيلور ، فإن سبب الانفجار كان بعض "الشذوذ" الموجود في المحرك. لم يصب أحد في الانفجار. كان هذا هو الإطلاق الخامس للنموذج الأولي F9R Dev1. أوضح Elon Musk لاحقًا أن الحادث كان بسبب جهاز استشعار خاطئ ، وإذا حدث مثل هذا العطل في Falcon 9 ، فسيتم حظر هذا المستشعر باعتباره خاطئًا ، لأن قراءاته تتعارض مع البيانات من أجهزة الاستشعار الأخرى. في النموذج الأولي ، كان نظام الحجب هذا غائبًا.

في يناير 2015 ، أعلنت شركة SpaceX عزمها على تحسين محرك Merlin 1D لزيادة قوة الدفع. في فبراير 2015 ، أُعلن أن الرحلة الأولى بمحركات محسنة ستكون إطلاق ساتل الاتصالات SES-9 ، المقرر إجراؤه في الربع الثاني من عام 2015. في مارس 2015 ، أعلن Elon Musk أن العمل جار من شأنه أن يجعل من الممكن استخدام المرحلة الأولى القابلة للإرجاع للإطلاقات إلى GPO: زيادة في دفع المحرك بنسبة 15٪ ، وتجميد أعمق للمؤكسد ، وزيادة حجم خزان المرحلة العليا بنسبة 10٪.

في أكتوبر 2015 ، تقرر إطلاق 11 قمرا صناعيا للاتصالات Orbcomm-G2 لأول مرة باستخدام الإصدار الجديد من مركبة الإطلاق. نظرًا لأن الأقمار الصناعية ستعمل في مدار أرضي منخفض (حوالي 750 كم) ، فلن يتطلب إطلاقها إعادة تشغيل المرحلة الثانية من فالكون 9. وقد سمح ذلك بإعادة تشغيل المرحلة الثانية التي تمت ترقيتها واختبارها بعد اكتمال المهمة دون المخاطرة بالحمولة. . من الضروري إعادة تشغيل المرحلة الثانية لإطلاق مركبة فضائية في مدار النقل الجغرافي (على سبيل المثال ، الساتل SES 9).

المرحلة الأولى في حظيرة الطائرات LC-39A

في 22 ديسمبر 2015 ، في مؤتمر صحفي بعد الهبوط الناجح للمرحلة الأولى في منطقة الهبوط 1 ، أعلن Elon Musk أنه سيتم تسليم مرحلة الهبوط إلى حظيرة التجميع الأفقية مجمع الإطلاق LC-39A للفحص الدقيق. بعد ذلك ، يتم التخطيط لإجراء اختبار قصير للمحركات على منصة إطلاق المجمع ، من أجل معرفة ما إذا كانت جميع الأنظمة في حالة جيدة. وفقًا لماسك ، هذه المرحلة ، على الأرجح ، لن تستخدم لإعادة الإطلاق ، بعد دراسة شاملة ، سيتم تركها على الأرض كمثال أولي فريد. كما أعلن عن إمكانية إعادة إطلاق واحدة من تلك التي هبطت في عام 2016 بعد الإطلاق المستقبلي للمرحلة الأولى. في أوائل يناير 2016 ، أكد Elon Musk أنه لم يتم العثور على أضرار كبيرة في المسرح وأنه كان جاهزًا لإطلاق النار التجريبي.

محركات مرحلة العودة (اوكتاويب)

في 16 يناير 2016 ، عاد اختبار إطلاق المرحلة الأولى من Falcon 9 FT بعد تنفيذ مهمة Orbcomm-G2 في مجمع الإطلاق SLC-40. بشكل عام ، تم الحصول على نتائج مرضية ، ولكن لوحظت تقلبات في دفع المحرك رقم 9 ، ربما بسبب ابتلاع الحطام. هذا أحد المحركات الخارجية التي يتم تنشيطها أثناء مناورات البوابة. تم إرجاع المرحلة إلى حظيرة LC-39A لفحص المحرك.

في يناير 2016 ، صادقت القوات الجوية الأمريكية على معزز Falcon 9 FT لإطلاق أقمار صناعية للأمن القومي والاستخبارات ، مما يسمح لـ SpaceX بالتنافس مع United Launch Alliance (ULA) للحصول على عقود دفاع حكومية.

تم إرجاع ثلاث مراحل في حظيرة مجمع الإطلاق LC-39A

في 8 أبريل 2016 ، بعد إطلاق مركبة Dragon الفضائية كجزء من مهمة SpaceX CRS-8 ، تم إجراء أول هبوط ناجح للمرحلة الأولى من Falcon 9 على منصة عائمة. يعد الهبوط على منصة عائمة أكثر صعوبة لأن المنصة أصغر من منطقة الهبوط وهي في حالة حركة مستمرة بسبب الموجات.

في 27 أبريل 2016 ، تم الإعلان عن عقد بقيمة 82.7 مليون دولار بين SpaceX والقوات الجوية الأمريكية لإطلاق القمر الصناعي GPS-3 على مركبة إطلاق Falcon 9 في مايو 2018.

في 6 مايو 2016 ، كجزء من مهمة JCSAT-14 ، تم إجراء أول هبوط ناجح للمرحلة الأولى على المنصة بعد إطلاق القمر الصناعي في مدار النقل الجغرافي. تميز المظهر الجانبي العائد بالزيادة المتعددة في حمل درجة الحرارة على المرحلة عند دخول الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ، لذلك تلقت المرحلة أكبر ضرر خارجي مقارنة بالاثنتين الأخريين اللتين هبطتا في وقت سابق. في السابق ، تم الهبوط وفقًا لنمط مماثل في 4 مارس 2016 بعد إطلاق القمر الصناعي SES-9 ، ولكن انتهى بعد ذلك بالفشل.

28 يوليو ، في موقع اختبار SpaceX في تكساس ، احتراق كامل للمرحلة الأولى من Falcon 9 (الرقم التسلسلي F9-0024-S1) ، والتي عادت بعد إطلاق القمر الصناعي JCSAT-14 الذي تستخدمه الشركة للاختبارات الأرضية. تعمل محركات تسع مراحل لمدة 2.5 دقيقة ، وهو ما يتوافق مع جزء المرحلة الأولى عند الإطلاق.

في 14 مارس 2017 ، تم الإعلان عن عقد بقيمة 96.5 مليون دولار مع القوات الجوية الأمريكية لإطلاق قمر صناعي آخر GPS-3 في فبراير 2019.

كان من المفترض أن يكون إطلاق فالكون 9 ، الذي أطلقت به سبيس إكس قمرًا صناعيًا آخر في مداره في 31 يناير ، تجريبيًا. هبطت المرحلة الأولى من الصاروخ ، بعد إطلاقه وفقًا للخطة ، بطريقة أكثر اقتصادا. لتجنب إتلاف منصة الهبوط البحرية في حالة حدوث أعطال ، تم التخطيط لهبوط المرحلة في البحر ، حيث ستغرق. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، ظلت تطفو على السطح ، والآن تفكر سبيس إكس في جرها إلى الشاطئ. حول ما يحدث يكتب Elon Musk على حساب Twitter الخاص به.

هذه المرة ، كانت المرحلة الأولى المستخدمة للإطلاق هي الرقم التسلسلي B1032 ، والذي تم استخدامه سابقًا مرتين لإطلاق Falcon 9. ومع ذلك ، على عكس الحالات السابقة ، لم يكن من المخطط إنقاذ B1032 لإعادة الاستخدام. بدلاً من ذلك ، أجرت الشركة تجربة عليها: كان عليها أن تجلس بشكل أكثر حدة واقتصادًا أكثر من المعتاد. اليوم ، يتم تشغيل المراحل الأولى من Falcon 9 بواسطة محرك واحد فقط من تسعة محركات Merlin 1D. في الإطلاق الأخير ، كان لا بد من إبطاء الصاروخ بثلاثة محركات في وقت واحد. هذه طريقة أكثر تعقيدًا (تحتاج إلى تنسيق النبضات من ثلاثة محركات مختلفةحتى لا تقع الخطوة على جانبها أثناء الهبوط). لكنها أكثر اقتصادا: الكبح الأسرع يعني استهلاكًا أقل للوقود أثناء الهبوط ، ويكون للمراحل وقت أقل لمحاربة جاذبية الأرض.

نظرًا لأن مثل هذا الهبوط كان الأول في التاريخ ، لم يكن من الواضح ما إذا كانت المرحلة ستضر (إذا سقطت على جانبها) بمنصة سبيس إكس البحرية. لهذا السبب زرعت المرحلة في البحر. كان من المفترض أن تحصل على قياس عن بعد من الصاروخ يوضح مدى نجاح طريقة التباطؤ ثلاثي المحركات ، ثم تقبل أنها ستغرق. ومع ذلك ، كما يتضح في الصورة ، جلست الخطوة بسلاسة بحيث لم تغرق في الماء ولم تلتقطها عندما تم تدمير اللحامات. نظرًا لأن المرحلة الأولى ، بعد نفاد الوقود ، تكون مشغولة في الغالب من الداخل بخزانات فارغة ، فهي تزن أقل من الماء وتطفو على سطحها.

يشير Elon Musk إلى أن الشركة لم تتوقع مثل هذا التحول في الأحداث ، معتقدة أن المسرح سيظل غارقًا. يرجع الخطأ في التقدير إلى حقيقة أنه حتى الآن لم يتمتع أحد بتجربة هبوط متحكم به في المراحل الأولى على الماء. لفهم كيفية تأثير ذلك على معلمات المرحلة ، تخطط SpaceX لإرسال سفينة إليها وسحبها إلى الساحل لإجراء دراسة مفصلة.

من الهبوط التجريبي الجديد ، من الواضح أن الهبوط على ثلاثة محركات عاملة في وقت واحد آمن بما فيه الكفاية. تنوي الشركة غرس خطواتها الأولى بهذه الطريقة في المستقبل. سيؤدي ذلك إلى تقليل كمية الوقود المستهلكة لتوفير المرحلة ، وبالتالي زيادة الحمولة الصافية للإصدار القابل لإعادة الاستخدام من فالكون 9.