Falcon 9 | kaksivaiheinen raketti
Falcon 9 on kaksivaiheinen raketti. Sen on suunnitellut ja valmistanut SpaceX Yhdysvalloissa. Raketin osia voidaan käyttää useammin kuin kerran. Ensimmäisen vaiheen uusin versio voi palata Maahan ja lentää uudelleen monta kertaa. Sekä ensimmäisen että toisen vaiheen voimanlähteenä toimivat SpaceX:n Merlin-moottorit. Ne käyttävät polttoaineena kryogeenistä nestemäistä happea ja rakettiperosiinia (RP-1). Sen nimi tulee fiktiivisestä Star Wars -avaruusaluksesta, Millennium Falconista. 9 tarkoittaa raketin ensimmäisen vaiheen yhdeksää moottoria. Raketista on ollut useita versioita. Näitä ovat v1.0 (2010-2013), v1.1 (2013-2016) ja v1.2 Full Thrust (2015-nykyisin). Mukana on myös Falcon 9 Block 5 -versio.
Se sisältää myös Block 5 Full Thrust -version. Tätä versiota on käytetty toukokuusta 2018 lähtien. Useimpia raketteja voi käyttää vain kerran. SpaceX on laskenut Falcon 9 -raketteja yli sata kertaa. Ensimmäisiä vaiheita on käytetty peräti yksitoista kertaa.
Falcon 9 voi kuljettaa jopa 22 800 kilogrammaa (50 300 lb) matalalle Maan kiertoradalle (LEO). Täysin käytettynä se voi kuljettaa 8 300 kiloa geostationääriselle siirtoradalle (GTO). Raketti voi kuljettaa 5 500 kg (12 100 lb) GTO-asemalle, kun ensimmäinen vaihe otetaan talteen. Sen lastin tilavuus on ]145 kuutiometriä Raskaimmat GTO-kuormat ovat olleet Intelsat 35e (6 761 kg) ja Telstar 19V (7 075 kg).
SpaceX voitti vuonna 2008 kaupallisia tukipalveluja (Commercial Resupply Services, CRS) koskevan sopimuksen NASAn COTS-ohjelmassa (Commercial Orbital Transportation Services). Se veisi rahtia kansainväliselle avaruusasemalle (ISS) Falcon 9- ja Dragon-kapselilla. Ensimmäinen tämän sopimuksen mukainen lento laukaistiin 8. lokakuuta 2012. Falcon 9 voi viedä NASAn astronautteja ISS:lle. Se on myös sertifioitu National Security Space Launch -ohjelmaan ja NASA:n Launch Services Program -ohjelmaan "Category 3" -luokkaan. Tämä tarkoittaa, että sitä voidaan käyttää NASAn kalleimmissa, tärkeimmissä ja monimutkaisimmissa tehtävissä. Falcon 9:n sanotaan monien lähteiden mukaan olevan maailman edistyksellisin avaruuteen tarkoitettu kantoraketti. Tammikuussa 2021 Falcon 9:llä on eniten laukaisuja kaikista tällä hetkellä käytössä olevista yhdysvaltalaisista raketeista. Se on ainoa yhdysvaltalainen raketti, joka on täysin sertifioitu ihmisten kuljettamiseen kansainväliselle avaruusasemalle. Se on myös ainoa kaupallinen raketti, joka vie ihmisiä kiertoradalle. Tammikuun 24. päivänä 2021 Falcon 9 teki uuden ennätyksen useimpien yhdellä raketilla laukaistujen satelliittien määrässä. Se vei 143 satelliittia kiertoradalle.
Viisi version 1.0 rakettia laukaistiin kesäkuun 2010 ja maaliskuun 2013 välisenä aikana. Versiolla 1.1 oli viisitoista laukaisua syyskuusta 2013 tammikuuhun 2016. "Full Thrust" -versiota on käytetty joulukuusta 2015 lähtien. Tähän versioon on tehty useita päivityksiä. Viimeisin Full Thrust -versio, Block 5, otettiin käyttöön toukokuussa 2018. Siinä on enemmän työntövoimaa, parannetut laskeutumisjalat ja muita pieniä parannuksia, jotka helpottavat palautusta ja uudelleenkäyttöä. Falcon Heavy -versio lensi ensimmäisen kerran helmikuussa 2018. Siinä on vahvempi Falcon 9:n ensimmäinen vaihe keskisydämenä. Siihen on myös lisätty kaksi Falcon 9 -alkuvaihetta, joita käytetään kantoraketteina. SpaceX aikoo korvata Falcon 9:n ja Falcon Heavy -raketit paljon suuremmalla Starship-kantoraketilla.
Kehityshistoria
Konsepti ja rahoitus
Lokakuussa 2005 SpaceX kertoi aikovansa laukaista Falcon 9 -raketin vuoden 2007 alkupuoliskolla. Ensimmäinen laukaisu tapahtui vuonna 2010.
SpaceX käytti omat rahansa Falcon 1:n luomiseen. Falcon 9:n luominen oli nopeampaa, koska NASA osallistui kustannuksiin. He myös sanoivat ostavansa useita kaupallisia lentoja. Tämä alkoi COTS-ohjelman (Commercial Orbital Transportation Services) rahoilla vuonna 2006. Sopimus oli Space Act Agreement (SAA) "kaupallisen kiertoratakuljetuspalvelun kehittämiseksi ja demonstroimiseksi". Siihen sisältyi, että NASA maksoi kolme esittelylentoa. Sopimuksen arvo oli 278 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria, jolla rahoitettiin Dragonin ja Falcon 9:n kehittämistä sekä Falcon 9:n ja Dragonin demonstraatiolentoja. Vuonna 2011 sopimukseen lisättiin muita välitavoitteita, jolloin sopimuksen kokonaisarvo oli 396 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria.
NASA:sta tuli ajoneuvon pääkäyttäjä vuonna 2008. Se sopi ostavansa 12 kaupallisen tukipalvelun laukaisua kansainväliselle avaruusasemalle. Rahat maksettaisiin sen jälkeen, kun esittelylennot olisi suoritettu onnistuneesti. Avaruuslogistiikan toimitussopimuksen arvo oli 1,6 miljardia Yhdysvaltain dollaria vähintään 12 lennosta, joilla kuljetetaan tarvikkeita kansainväliselle avaruusasemalle ja sieltä pois.
Elon Musk on sanonut, että se olisi kestänyt kauemmin ilman NASAn rahaa.
SpaceX on päässyt näin pitkälle vain rakentamalla NASAn uskomattomien saavutusten varaan, pitämällä NASA:ta ankkurivuokralaisena laukaisussa ja saamalla asiantuntijoiden neuvoja ja ohjausta koko kehitysprosessin ajan. SpaceX haluaa kiittää erityisesti NASAn COTS-toimistoa jatkuvasta tuesta ja ohjauksesta koko prosessin ajan. COTS-ohjelma on osoittanut todellisen yksityisen ja julkisen sektorin kumppanuuden voiman, ja odotamme innolla jännittäviä hankkeita, joita tiimimme tulee toteuttamaan tulevaisuudessa.
Vuonna 2011 SpaceX ilmoitti, että Falcon 9 v1.0:n kustannukset olivat noin 300 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. NASA:n mukaan kustannukset olisivat olleet 3,6 miljardia Yhdysvaltain dollaria, jos olisi käytetty perinteistä cost plus -sopimusta. Vuonna 2014 SpaceX julkaisi Falcon 9:n ja Dragon-kapselin kokonaiskustannukset. NASA toimitti 396 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. SpaceX tarjosi yli 450 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria.
Vuonna 2011 NASA:n raportin mukaan Falcon 9 -raketin kaltaisen raketin kehittäminen olisi maksanut noin 4 miljardia dollaria. "Kaupallisemman kehityksen" lähestymistapa olisi saattanut antaa virastolle mahdollisuuden maksaa vain 1,7 miljardia Yhdysvaltain dollaria".
SpaceX:n vuonna 2017 kongressissa antamassa lausunnossa todettiin, että NASA:n tavanomainen prosessi, jossa asetetaan vain vaatimus ja jätetään yksityiskohdat SpaceX:lle, mahdollisti Falcon 9 -raketin valmistamisen paljon halvemmalla.
Kehitys
Aluksi SpaceX halusi Falcon 1:n jälkeen Falcon 5 -aluksen, joka on kapasiteetiltaan suurempi. Vuonna 2005 SpaceX kertoi, että se työstää sen sijaan Falcon 9:ää. He sanoivat, että heillä oli jo valtion asiakas. Falcon 9:n kerrottiin pystyvän kuljettamaan noin 9 500 kilogrammaa (20 900 lb) matalalle Maan kiertoradalle. He sanoivat, että se maksaisi 27 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria lentoa kohden ja että sen hyötykuorma olisi 3,7 metriä pitkä. Se maksaisi 35 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria 5,2 metrin hyötykuormalla. SpaceX kertoi myös, että Falcon 9:n raskaan version hyötykuormakapasiteetti olisi noin 25 000 kilogrammaa (55 000 lb). Falcon 9:n oli tarkoitus mahdollistaa laukaisut matalalle Maan kiertoradalle (LEO), geosynkroniselle siirtoradalle (GTO) sekä sekä miehistö- että rahtialukset kansainväliselle avaruusasemalle (ISS). Raketti ei ollut tällä hetkellä täysin uudelleenkäytettävissä. Tämä aiheutti sen, että hinta-arviot olivat odotettua korkeammat.
Testaus
Alkuperäisen NASA-sopimuksen mukaan Falconin oli määrä suorittaa esittelylento syyskuussa 2008. Sopimuksessa edellytettiin myös, että kaikki kolme esittelylentoa olisi suoritettava syyskuuhun 2009 mennessä. Helmikuussa 2008 suunnitelma ensimmäisestä esittelylennosta lykättiin vuoden 2009 alkuun. Elon Muskin mukaan viivästys johtui siitä, miten kepeitä olivat Cape Canaveralista laukaisemista koskevat säännöt.
Ensimmäinen testi, jossa kaksi moottoria oli liitetty ensimmäiseen vaiheeseen, tehtiin tammikuussa 2008. Muut testit johtivat siihen, että Falcon 9:ää testattiin yhdeksällä moottorilla. Moottoreita testattiin koko lennon ajan (178 sekuntia ensimmäisessä vaiheessa) marraskuussa 2008. Lokakuussa 2009 ensimmäisessä vaiheessa tehtiin ensimmäistä kertaa onnistunut kaikkien moottoreiden koepoltto. Tämä tehtiin McGregorissa, Texasissa. Marraskuussa 2009 SpaceX suoritti toisen vaiheen ensimmäisen testin. Testi kesti neljäkymmentä sekuntia. Tammikuussa 2010 pidettiin Falcon 9:n toisen vaiheen täyskestoinen (329 sekuntia) laukaisu. SpaceX:n suunniteltu laukaisupäivä on maaliskuu 2010.
Helmikuussa 2010 SpaceX:n ensimmäinen lentopino pystytettiin Cape Canaveralin avaruuskeskukseen Space Launch Complex 40. Maaliskuun 9. päivänä 2010 SpaceX:n oli määrä koeampua ensimmäinen vaihe. Koe keskeytettiin 2 sekuntia ennen laukaisua. Syynä oli vika järjestelmässä, jonka tarkoituksena oli pumpata korkeapaineheliumia laukaisualustalta ensimmäiseen vaiheeseen. Vika oli alustassa eikä itse raketissa. Kaikki Falcon 9:n keskeytykseen johtaneet järjestelmät toimivat odotetusti. Toinen testi 13. maaliskuuta 2010 onnistui hyvin.
Tuotanto
Joulukuussa 2010 SpaceX valmisti yhden Falcon 9 -aluksen (ja Dragon-avaruusaluksen) kolmen kuukauden välein. He halusivat kaksinkertaistaa tahdin yhteen kappaleeseen kuuden viikon välein. Syyskuuhun 2013 mennessä SpaceX:n tuotantotilat olivat kasvaneet lähes 93 000 neliömetriin. Tehdas oli asettunut valmistamaan 40 raketin ydintä vuodessa. Marraskuussa 2013 tehdas valmisti yhden Falcon 9 -aluksen kuukaudessa. Yhtiö halusi nostaa sen 18 ajoneuvoon vuodessa vuoden 2014 puolivälissä ja 24 ajoneuvoon vuodessa vuoden 2014 loppuun mennessä. Se halusi valmistaa 40 raketin ydintä vuodessa vuoden 2015 loppuun mennessä.
Näitä tuotantomääriä ei saavutettu helmikuuhun 2016 mennessä. Yhtiö ilmoitti, että Falcon 9 -ydinten tuotantonopeus oli noussut vain 18:aan vuodessa. He sanoivat myös, että kerralla valmistettavien ensimmäisen vaiheen ytimien määrä oli kaksinkertaistunut kolmesta kuuteen. Tahdin odotettiin kasvavan 30 ytimeen vuodessa vuoden 2016 loppuun mennessä. Silti elokuuhun 2016 mennessä SpaceX työskenteli kohti 40 ytimen tuotantokapasiteettia vuodessa.
Vuodesta 2018 lähtien SpaceX on yleensä käyttänyt ensimmäisiä vaiheita uudelleen. Tämä on vähentänyt uusien ytimien tarvetta. Vuonna 2021 SpaceX:llä oli 31 F9-laukaisua. Niistä vain kahdessa käytettiin uusia kantoraketteja. Boosterit otettiin talteen yhtä lukuun ottamatta kaikilla lennoilla.
Falcon 9 -rakettiperhe; vasemmalta oikealle: Falcon 9 v1.0, v1.1, Full Thrust, Block 5 ja Falcon Heavy.
Suunnittelu
Falcon 9 on kaksivaiheinen raketti, joka toimii LOX:llä ja RP-1:llä. Molemmissa vaiheissa on Merlin 1D -rakettimoottorit. Ensimmäisessä vaiheessa on yhdeksän, jotka on mukautettu käytettäväksi merenpinnan tasolla. Toisessa vaiheessa on yksi, joka on mukautettu käytettäväksi tyhjiössä. Moottorit käyttävät sytyttämiseen pyroforista trietyylialumiini-trietyylibooraaniseosta (TEA-TEB). Ensimmäisen vaiheen moottorit on asetettu muotoon, jota SpaceX kutsuu "Octawebiksi". Monissa ytimissä on neljä laskeutumisjalkaa Octawebin pohjalla. SpaceX käyttää ritiläsuojia ohjaamaan ydintä sen pudotessa ilmakehän läpi. Ne avautuvat aluksesta irrotuksen jälkeen. Jalat avautuvat hetkeä ennen laskeutumista.
Polttoainesäiliön seinämät ja kupolit on valmistettu alumiini-litiumseoksesta. Falcon 9:n toisen vaiheen säiliö on lyhennetty versio ensimmäisen vaiheen säiliöstä. Tämä alentaa niiden valmistuskustannuksia. Kahden vaiheen välinen yhteys on hiilikuitu- ja alumiinisydänrakenne. Alkuperäisessä vaiheen erottelujärjestelmässä oli kaksitoista kiinnityspistettä. Tämä oli, mikä vähennettiin kolmeen v1.1-kantoraketissa.
Falcon 9 käyttää hyötykuorman suojakuorta satelliittien suojaamiseksi laukaisun aikana. Kuori on 13 metriä pitkä, halkaisijaltaan 5,2 metriä (17 jalkaa) ja painaa noin 1 900 kilogrammaa (4 200 lb). Se on valmistettu hiilikuitukuoresta, joka on alumiinisen hunajakennosydämen päällä. Suunnittelua testattiin NASAn Plum Brook Station -asemalla keväällä 2013.
SpaceX käyttää useita lentotietokoneita. Tämän ansiosta viat vaikuttavat järjestelmään vähemmän. Kutakin Merlin-rakettimoottoria ohjaa kolme tietokonetta. Kussakin näistä tietokoneista on kaksi prosessoria, jotka tarkistavat toisiaan. Ohjelmisto toimii Linuxilla. Se on kirjoitettu C++-kielellä. Kussakin vaiheessa on omat lentotietokoneet. Tämä on kunkin moottorin ohjaimien lisäksi. Kunkin moottorin mikrokontrollerin CPU toimii PowerPC-arkkitehtuurilla.
Falcon 9 -raketti voi menettää jopa kaksi moottoria ja silti suorittaa tehtävän loppuun. Kukin moottori tuottaa 854 kN (192 000 lbf ) työntövoimaa.
Falcon 9:n interaktiivinen 3D-malli, täysin integroituna vasemmalla ja räjäytettynä oikealla.
Laukaisimen versiot
Falcon 9 v1.0 lensi viisi kertaa vuosina 2010-2013. Falcon 9 v1.1 teki ensilentonsa syyskuussa 2013. Lennolla kuljetettiin hyvin pieni 500 kilon hyötykuorma, CASSIOPE-satelliitti. Myöhemmin se laukaisi suurempia asioita. Näihin kuului muun muassa SES-8 GEO -viestintäsatelliitti. Sekä Falcon 9 v1.0 että Falcon 9 v1.1 olivat kuluvia kantoraketteja (ELV). Falcon 9 Full Thrust teki ensilentonsa joulukuussa 2015. Falcon 9 Full Thrust -version ensimmäistä vaihetta voidaan käyttää useita kertoja. Nykyinen versio, joka tunnetaan nimellä Falcon 9 Block 5, teki ensilentonsa toukokuussa 2018.
Hinnoittelu
Vuonna 2010 Falcon 9 v1.0:n laukaisun hinta oli 49,9-56 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Vuoteen 2012 mennessä listahinta oli noussut 54-59,5 miljoonaan Yhdysvaltain dollariin. Elokuussa 2013 Falcon 9 v1.1 -laukaisun hinta oli 56,5 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria, ja kesäkuuhun 2014 mennessä se nostettiin 61,2 miljoonaan dollariin. Toukokuusta 2016 lähtien Falcon 9 Full Thrust -lennon (joka mahdollistaa kantorakettien palautuksen) hinta on ollut 62 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Dragonin rahtilennot ISS:lle maksavat keskimäärin 133 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria National Oceanic and Atmospheric Administrationin (NOAA) DSCOVR-lento maksoi 97 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria.
Vuonna 2004 Elon Musk sanoi: "Pitkän aikavälin suunnitelmissa on kehittää raskas kuljetustuote ja jopa superraskas kuljetustuote, jos asiakkailla on kysyntää". [...] Viime kädessä uskon, että 500 Yhdysvaltain dollaria kiloa kohti (1100 Yhdysvaltain dollaria/kg) [kiertoradalle toimitetun hyötykuorman] tai vähemmän on hyvin saavutettavissa". Falcon 9 FT:n laukaisu maksaa vuoden 2016 hinnallaan hieman yli 2700 Yhdysvaltain dollaria kilolta (1200 dollaria kilolta).
Vuonna 2011 Musk arvioi, että Falcon 9 v1.0 -laukaisuun tarvittavat materiaalit maksoivat noin 200 000 Yhdysvaltain dollaria. Ensimmäisessä vaiheessa käytetään 245 620 litraa (54 030 imp gal; 64 890 US gal) nestemäistä happea ja 146 020 litraa (32 120 imp gal; 38 570 US gal) RP-1-polttoainetta, kun taas toisessa vaiheessa käytetään 28 000 litraa (6 200 imp gal; 7 400 US gal) nestemäistä happea ja 17 000 litraa (3700 imp gal; 4500 US gal) RP-1-polttoainetta.
Lokakuussa 2019 NASA:n tiedot osoittivat, että Falcon 9:n "perushinta" 62 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria laukaisua kohti laskettaisiin 52 miljoonaan dollariin vuonna 2021 ja sen jälkeen suunnitelluilla lennoilla.
CNBC kertoi huhtikuussa 2020, että Yhdysvaltain ilmavoimien laukaisut maksoivat 95 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Tämä johtui ylimääräisistä turvatoimista. SpaceX:n johtaja Christopher Couluris totesi, että rakettien uudelleenkäyttö voi alentaa hintoja entisestään: "laukaisu maksaa 28 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria kaikkineen".
Galleria
· .jpg)
Ensimmäisen vaiheen kantoraketti (Falcon 9, sarjanumero B1021) laskeutumisen jälkeen lennolta vuonna 2016. Tämä raketti laskeutui lennokkialukseen.
Muut verkkosivustot
- Falcon 9:n virallinen sivu
- SAOCOM 1B | Laukaisu ja laskeutuminen
- Kahden Falcon 9:n ensimmäiseen vaiheeseen liitetyn Merlin 1C -moottorin koelaukaisu, Movie 1, Movie 2 (18. tammikuuta 2008).
- Lehdistötiedote suunnittelusta (9. syyskuuta 2005).
- SpaceX toivoo voivansa toimittaa ISS:lle uuden Falcon 9 -kantoraketin avulla (Flight International, 13. syyskuuta 2005).
- SpaceX laukaisee Falcon 9:n, jolla on asiakas Arkistoitu 11 kesäkuu 2007 at the Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 syyskuu 2005)
|
| |||||||||
| Avaruusalus |
| |||||||||
| Testiajoneuvot |
| |||||||||
| ||||||||||
| Laukaisulaitteet |
| |||||||||
| Laskeutumispaikat |
| |||||||||
| Muut tilat |
| |||||||||
| Tuki |
| |||||||||
| T&K-ohjelmat |
| |||||||||
| * tarkoittaa lentämättömiä ajoneuvoja tai moottoreita sekä tulevia tehtäviä tai kohteita. † tarkoittaa epäonnistuneita tehtäviä, tuhoutuneita ajoneuvoja ja hylättyjä kohteita.
| ||||||||||
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on Falcon 9?
A: Falcon 9 on kaksivaiheinen raketti, jonka SpaceX on suunnitellut ja valmistanut Yhdysvalloissa. Se käyttää polttoaineena kryogeenistä nestemäistä happea ja rakettipetrolia (RP-1), ja sen nimi tulee fiktiivisestä Tähtien sodan avaruusaluksesta, Millennium Falconista. Luku yhdeksän viittaa raketin ensimmäisen vaiheen yhdeksään moottoriin.
K: Kuinka monta versiota Falcon 9:stä on olemassa?
V: Raketista on ollut useita versioita, muun muassa v1.0 (2010-2013), v1.1 (2013-2016), v1.2 Full Thrust (2015-nykyisin), Block 5 -versio ja Block 5 Full Thrust -versio, jota on käytetty toukokuusta 2018 lähtien.
Kysymys: Onko Falcon 9:n osia mahdollista käyttää uudelleen?
V: Kyllä, raketin osia voidaan käyttää useammin kuin kerran - esimerkiksi ensimmäisen vaiheen uusin versio voi palata Maahan ja lentää uudelleen useita kertoja.
K: Kuinka paljon rahtia Falcon 9 voi kuljettaa?
V: Se voi kuljettaa jopa 22 800 kilogrammaa (50 300 lb) matalalle Maan kiertoradalle (LEO). Täysin käytettynä se voi kuljettaa 8 300 kilogrammaa (18 300 lb) geostationääriselle siirtoradalle (GTO). Kun se palautetaan laukaisun jälkeen, se voi kuljettaa 5500 kg (12100 lb) GTO:lle, ja sen lastin tilavuus on 145 kuutiometriä.
Kysymys: Minkä sopimuksen SpaceX voitti vuonna 2008?
V: SpaceX voitti vuonna 2008 NASA:n Commercial Orbital Transportation Services -ohjelmassa Commercial Resupply Services (CRS) -sopimuksen, jolla se veisi rahtia kansainväliselle avaruusasemalle Falcon 9- ja Dragon-kapselillaan.
K: Minkä ennätyksen Falcon 9 teki 24. tammikuuta 2021?
V: 24. tammikuuta 2021Falcon 9 teki uuden ennätyksen laukaisemalla kerralla 143 satelliittia kiertoradalle - tämä oli enemmän kuin mikään muu tällä hetkellä käytössä oleva yhdysvaltalainen raketti.
