SpaceX | Amerikkalainen ilmailu- ja avaruusalan yritys

Historia

Vuonna 2001 Elon Musk ehdotti hanketta pienen kasvihuoneen sijoittamiseksi Marsiin kasvien kasvattamiseksi. Hän sanoi: "Tämä olisi kaukaisin paikka, jonka elämä on koskaan kulkenut", ja yritti näin herättää yleisön kiinnostuksen avaruuden tutkimiseen ja kasvattaa NASAn budjettia. Musk yritti ostaa halpoja raketteja Venäjältä, mutta palasi tyhjin käsin, kun ei löytänyt raketteja kohtuuhintaan. Myöhemmin Musk tajusi, että hän voisi perustaa yrityksen, joka voisi rakentaa tarvitsemansa raketit. Varhaisen Tesla- ja SpaceX-sijoittajan Steve Jurvetsonin mukaan Musk laski, että raketin rakentamiseen tarvittavat raaka-aineet olivat itse asiassa 3 prosenttia raketin silloisesta hinnasta. Käyttämällä vertikaalista integraatiota, valmistamalla noin 85 prosenttia laukaisulaitteistosta itse ja käyttämällä helposti muutettavissa olevaa lähestymistapaa ohjelmistosuunnitteluun SpaceX pystyi alentamaan laukaisuhinnan kymmenkertaiseksi ja saamaan silti 70 prosentin bruttokatteen.

Vuoden 2002 alussa Musk etsi työntekijöitä uuteen avaruusyritykseensä, jonka nimeksi tuli pian SpaceX. Musk löysi raketti-insinööri Tom Muellerin (myöhemmin SpaceX:n työntövoiman teknologiajohtaja). Hän suostui työskentelemään Muskille. Näin SpaceX syntyi. SpaceX:n ensimmäinen pääkonttori sijaitsi varastossa El Segundossa, Kaliforniassa. Yritys on kasvanut 160 työntekijästä marraskuussa 2005 1 100 työntekijään vuonna 2010, 3 800 työntekijään ja alihankkijoihin lokakuuhun 2013 mennessä, lähes 5 000 työntekijään vuoden 2015 loppuun mennessä ja noin 6 000 työntekijään huhtikuussa 2017. Marraskuussa 2017^[päivitys] yritys oli kasvanut lähes 7 000 työntekijään. Vuonna 2016 Musk piti puheen kansainvälisessä astronauttikongressissa, jossa hän selitti, että Yhdysvaltain hallitus käyttää rakettiteknologiaa "kehittyneenä aseteknologiana", mikä vaikeuttaa muiden kuin amerikkalaisten palkkaamista.

 

Kantoraketit, avaruusalukset ja rakettimoottorit

Varhaiset ajoneuvot

Falcon 1 oli SpaceX:n ensimmäinen kantoraketti. Se laukaisi yhteensä viisi kertaa, mutta vain neljäs ja viimeinen lento onnistui. Falcon 1 toimi nimensä mukaisesti yhdellä Kestrel-moottorilla, ja se pystyi viemään kiertoradalle enintään 670 kiloa.

Toinen varhaisvaiheessa kehitetty alus oli peruttu Falcon 5, jonka ensimmäisessä vaiheessa on 5 Merlin-moottoria ja toisessa vaiheessa 2 Kestrel-moottoria. Se peruttiin vuonna 2007, kun se poistettiin yhtiön käyttöoppaasta.

Lohikäärme

Dragon-avaruusalus on rahtikapseli, joka on suunniteltu täytettäväksi ISS:n astronauttien varusteilla ja tarvikkeilla. Kapseli asetetaan Falcon 9 -raketin päälle (koska Dragon ei ole tarpeeksi suuri raketti lentääkseen yksin avaruuteen) ja lennätetään kiertoradalle. Kiertoradalta se irtoaa kantoraketeista, minkä jälkeen kapseli käyttää omia pienempiä rakettejaan päästäkseen ISS:lle. Sitten kapseli täytetään vanhoilla laitteilla, tieteellisten kokeiden tuloksilla ja roskilla. Sen jälkeen se palaa Maan ilmakehään ja laskeutuu laskuvarjoilla mereen. Dragon lensi ensimmäisen kerran kesäkuussa 2010. Viimeinen lento oli 6. maaliskuuta 2020, ja Dragon 2:n on tarkoitus tehdä kaikki tulevat lennot.

Nykyiset raketit

Falcon 9 on toimiva, uudelleenkäytettävä kaksiosainen raketti, joka laukaistaan käyttämällä sen ensimmäisessä osassa yhdeksää Merlin-moottoria ja erityistä Merlin-moottoria, joka on tehty paikkoihin, joissa ei ole ilmaa. Sen käyttövoimana käytetään nestemäistä happea ja raketteja varten valmistettua polttoainetta nimeltä RP-1. Se voi kantaa jopa 22 800 kilogrammaa (50 300 paunaa), ja se voi myös tukea SpaceX:n Dragon-ajoneuvoa. Se on ensimmäinen kiertoradalle kykenevä raketti, joka voi saada ensimmäisen osan takaisin maahan.

Falcon Heavy on toinen Falcon 9:n kaltainen toimiva, uudelleenkäytettävä raketti. Falcon Heavy -raketin ensimmäisessä osassa on kuitenkin kolmeytiminen järjestelmä Falcon 9:n yksiytimisen raketin sijasta. Kolmen ytimen ansiosta raketin 1. osassa on 27 Merlin-moottoria. Toisessa osassa on edelleen vain yksi Merlin-moottori (tyhjiöversio). Tällä hetkellä Falcon Heavy on maailman tehokkain toiminnassa oleva raketti ja maailman neljänneksi tehokkain raketti. Tämän lisätyn tehon ansiosta raketti pystyy viemään 63 800 kg (140 660 lb) matalalle Maan kiertoradalle ja 26 700 kg (58 860 lb) geosynkroniselle kiertoradalle.

Falcon Heavy nousi ensimmäistä kertaa ilmaan 6. helmikuuta 2018 klo 20.45 UTC Kennedy Space Centerissä Floridassa alustalta 39A. Tällä lennolla, "Falcon Heavy Test flight", SpaceX päätti käyttää Elon Muskin autoa (vuoden 2008 Tesla Roadster) nuken hyötykuormana. Hyötykuorman alla oli myös SpaceX:n nykyisten työntekijöiden muistolaatta sekä kamerakiinnikkeet, joiden avulla autosta voitiin lähettää suoraa lähetystä youtubeen.

Lohikäärme 2

SpaceX esitteli 29. toukokuuta 2014 Dragon V2:n prototyyppiversion, johon mahtui sekä rahtia että astronautteja. Toinen piirre, että tämä päivitetty versio Dragon, suojella elämää miehistön tapauksessa vika Falcon 9, se oli varustettu SuperDraco työntövoimat, joka työntää kapselin pois raketti. Cargo Dragon, V2:n muunnos, korvaa nykyisen dragon-version, johon mahtuu vain rahtia.

Rakettimoottorit

SpaceX:n vuonna 2002 alkaneen toiminnan jälkeen yhtiö on luonut kolmenlaisia rakettimoottoreita - Merlinin ja eläkkeelle jääneen Kestrelin kantorakettien käyttövoimaksi sekä Draco-ohjauspotkurit. SpaceX kehittää parhaillaan kahta muuta rakettimoottoria: SuperDraco ja Raptor. Merlin on SpaceX:n rakettimoottoriperhe, jota se käyttää raketeissaan. Merlin-moottori suunniteltiin alun perin merellä tapahtuvaan talteenottoon ja uudelleenkäyttöön. Kestrel on nestemäisen hapen/rakettipolttoaineen paineistettu rakettimoottori, ja sitä käytettiin Falcon 1 -raketin toisen vaiheen päämoottorina. Merlin- ja Kestrel-moottoreiden molemmat nimet tulevat pohjoisamerikkalaisista haukkalajeista: tuulihaukka ja merlin.

Draco on hypergolista nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori, jossa käytetään monometyylihydratsiinipolttoainetta ja typpitetroksidihapetinta. Kukin Draco-työntömoottori tuottaa 400 newtonin (90 lbf) työntövoiman. Niitä käytetään Dragon-avaruusaluksen reaktionohjausjärjestelmän (RCS) työntömoottoreina. SuperDraco-moottorit ovat paljon tehokkaampi versio Draco-työntökoneista, joita oli alun perin tarkoitus käyttää laskeutumisessa ja kapselin irrottamisessa hätätilanteessa Dragon-avaruusaluksessa, Dragon 2:ssa. Konsepti näiden SuperDraco-moottoreiden käyttämisestä laskeutumiseen peruttiin vuonna 2017, kun päätettiin suorittaa perinteinen laskuvarjolla laskeutuminen ja laskeutuminen mereen.

Raptor on uusi metaanipolttoainemoottoriperhe, jota käytetään tulevissa Starship-raketeissa. Testiversioita ammuttiin koekäyttöön loppuvuodesta 2016. SpaceX suoritti 3. huhtikuuta 2019 onnistuneen testin, jossa moottori käynnistettiin, mutta raketti pidettiin alhaalla Texasissa Starhopper-ajoneuvollaan, joka sytytti moottorin ajoneuvon pysyessä kiinni maassa. 24. heinäkuuta 2019 SpaceX suoritti onnistuneen koelennon 20 metriä ylöspäin Starhopper-koeajoneuvollaan. 28. elokuuta 2019 SpaceX:n Starhopper-prototyyppi suoritti onnistuneen 150-metrisen testilennon.

 
Merlin 1D -moottori, SpaceX:n tehokkain moottori, testeissä SpaceX:n rakettien kehitys- ja testauslaitoksessa McGregorissa, Texasissa.  


Falcon 9 GRACE-FO-operaatiossa  


Crew Dragon telakoituu asemalle Demo-1-lennollaan  

Tutkimus ja kehittäminen

Uudelleenkäytettävyys

SpaceX:n toissijainen tehtävä on käyttää raketteja uudelleen lentokoneen tapaan. Se aloitti uudelleenkäytettävyyden testaamisen Grasshopper-nimisellä prototyypillä vuonna 2012 sekä hallituilla pehmeillä laskeutumisilla veteen Falcon 9 -laukaisujen aikana. Vuonna 2014 Grasshopper korvattiin F9R:llä, joka oli Grasshopperin päivitetty versio, johon sisältyi sisäänvedettävä laskuteline ja kolme moottoria verrattuna Grasshopperin yhteen moottoriin. Falcon 9 laskeutui joulukuussa maahan, minkä jälkeen se laskeutui seuraavana vuonna lennokkialukseen. Tällä hetkellä^[when?] SpaceX on laskenut onnistuneesti 48 kantorakettia. Myös Dragon-kapseleita sekä faringeja käytetään uudelleen. Rakettien osien uudelleenkäyttö vähentää huomattavasti kustannuksia.

Satelliitti-internet

Tammikuussa 2015 SpaceX:n toimitusjohtaja Elon Musk ilmoitti kehittävänsä uuden satelliittikonstellaation, jonka tarkoituksena on tarjota internet-palveluja maailmalle. Kesäkuussa 2015 yhtiö pyysi liittovaltion hallitukselta lupaa aloittaa testaukset hankkeelle, jonka tavoitteena on rakentaa 4 425 satelliitin verkko, joka pystyy lähettämään internetin koko maapallolle, myös syrjäisille alueille, joilla ei tällä hetkellä ole internet-yhteyttä. Internet-palvelussa käytettäisiin 4 425 ristiinkytkettyä tietoliikennesatelliittia 1 100 kilometrin kiertoradoilla. Sitä alettiin tehdä vuonna 2015, ja testisatelliitit laukaistiin SpaceX:n PAZ-lennolla vuonna 2017. Tähtikunnan ensimmäinen toiminta voisi alkaa jo vuonna 2020. SpaceX jätti Yhdysvaltain sääntelyviranomaisille suunnitelmat, joiden mukaan se aikoo ottaa käyttöön 7 518 satelliitin lisäkokoonpanon muilla kuin geosynkronisilla kiertoradoilla viestintäpalveluiden tarjoamiseksi" kutsutussa "V-kaistan matalilla kiertoradoilla (VLEO) toimivassa tähdistössä", se koostuisi "7 518 satelliitista, jotka seuraisivat [aiemmin] ehdotettua 4 425 satelliittia, jotka toimisivat Ka- ja Ku-kaistalla". Helmikuussa 2019 SpaceX perusti sisaryhtiö SpaceX Services, Inc. , joka lisensoi jopa 1 000 000 kiinteän satelliittimaa-aseman luomisen ja laukaisun, jotka kommunikoivat sen Starlink-järjestelmän kanssa. Toukokuussa 2019 SpaceX laukaisi ensimmäisen 60 satelliitin erän Falcon 9 -aluksella Cape Canaveralista, FL:stä.

Starship ja Super Heavy

SpaceX on luomassa erittäin raskasta nostorakettia, Starshipiä. Starship on raketti, jossa on kaksi osaa, joita voidaan käyttää yhä uudelleen. Sen on tarkoitus korvata kaikki yhtiön nykyiset raketit 2020-luvun alkuun mennessä.

SpaceX visioi alun perin vuonna 2016 halkaisijaltaan 12-metrisen Interplanetary Transport System (ITS) -konseptin, jota suunniteltiin vain Mars-matkustukseen ja muihin planeettojen välisiin käyttötarkoituksiin. Vuonna 2017 SpaceX suunnitteli pienemmän, halkaisijaltaan 9-metrisen "Big Falcon Rocketin", jolla korvattaisiin kaikki SpaceX:n laukaisuvalmiudet - Maan kiertoradalle, Kuun kiertoradalle, planeettojen välisiin tehtäviin ja mahdollisesti jopa Maan kauttakulkuun - mutta se tehtäisiin täysin uudelleenkäytettävissä olevilla ajoneuvoilla, joiden kustannusrakenne olisi alhaisempi. Suuri osa Starshipin komponenteista on valmistettu ruostumattomasta 301-teräksestä. Yksityinen matkustaja Yusaku Maezawa on tehnyt sopimuksen Starshipin lennosta Kuun ympäri vuonna 2023.

Muskin pitkän aikavälin visio yritykselle on luoda teknologiaa ja keinoja, jotka soveltuvat ihmisen siirtokuntaan Marsissa. Hän on ilmaissut kiinnostuksensa matkustaa planeetalle jonain päivänä ja todennut: "Haluaisin kuolla Marsissa, mutta en törmäyksessä". Noin kahden vuoden välein lähtevä raketti voisi tarjota tukikohdan vuonna 2024 tapahtuvan laukaisun jälkeen vuonna 2025 saapuville ihmisille. Steve Jurvetsonin mukaan Musk uskoo, että viimeistään vuonna 2035 tuhannet raketit lennättävät miljoona ihmistä Marsiin, jotta Marsiin voidaan perustaa itsenäinen ihmissiirtokunta.

 
Es'hail-2 Tehtävän ensimmäinen vaihe Of Course I Still Love You -lennokilla.  

Sopimukset

NASA-sopimukset

COTS

Vuonna 2006 NASA kertoi, että SpaceX oli voittanut NASA:n Commercial Orbital Transportation Services (COTS) -vaiheen 1 sopimuksen, jonka tarkoituksena oli osoittaa rahtikuljetukset ISS:lle ja mahdollinen sopimusoptio miehistön lennoista. NASA maksoi SpaceX:lle 396 miljoonaa dollaria Dragon-avaruusaluksen rahtikokoonpanon kehittämisestä, ja SpaceX käytti yli 500 miljoonaa dollaria Falcon 9 -kantoraketin kehittämiseen. Näiden Space Act -sopimusten on osoitettu säästäneen NASA:lta miljoonia dollareita kehityskustannuksissa, mikä tekee rakettien kehittämisestä ~4-10 kertaa halvempaa kuin jos NASA olisi tuottanut ne yksin.

Joulukuussa 2010, COTS Demo Flight 1 -lennon käynnistämisen yhteydessä SpaceX:stä tuli ensimmäinen yksityinen yritys, joka onnistui laukaisemaan, kiertämään ja palauttamaan avaruusaluksen. Dragon saatiin onnistuneesti kiertoradalle, se kiersi maapallon kahdesti ja teki sitten hallitun polton laskeutuakseen veteen Tyynelle valtamerelle. Dragonin turvallisen palautumisen ansiosta SpaceX:stä tuli ensimmäinen yksityinen yritys, joka on onnistunut laukaisemaan avaruusaluksen, kiertämään sen kiertoradalle ja palauttamaan sen; ennen tätä tehtävää vain valtion virastot olivat pystyneet palauttamaan kiertoradalle avaruusaluksen.

COTS Demo Flight 2 laukaistiin toukokuussa 2012, jolloin Dragon otti onnistuneesti yhteyden ISS:ään, mikä oli ensimmäinen kerta, kun yksityinen avaruusalus onnistui tässä.

Kaupallinen rahti

Kaupalliset huoltopalvelut (Commercial Resupply Services, CRS) ovat joukko sopimuksia, jotka NASA on tehnyt vuosina 2008-2016 rahdin ja tarvikkeiden toimittamisesta ISS:lle kaupallisesti operoiduilla avaruusaluksilla. Ensimmäiset CRS-sopimukset allekirjoitettiin vuonna 2008, ja niissä annettiin SpaceX:lle 1,6 miljardia dollaria 12 rahdin lähetyslentoa varten, jotka kattavat toimitukset vuoteen 2016 asti. SpaceX:n CRS-1, ensimmäinen 12 suunnitellusta täydennystoimituslennosta, laukaistiin lokakuussa 2012, saavutti kiertoradan, otti yhteyden asemaan ja pysyi siellä 20 päivän ajan, ennen kuin se palasi ilmakehään ja laskeutui Tyyneen valtamereen. CRS-lentoja on sen jälkeen lennetty ISS:lle noin kaksi kertaa vuodessa. Vuonna 2015 NASA jatkoi vaiheen 1 sopimuksia tilaamalla SpaceX:ltä kolme lisäkuljetuslentoa. Vuoden 2015 lopulla tehtyjen lisälaajennusten jälkeen SpaceX:n on tällä hetkellä määrä lentää yhteensä 20 tehtävää. Toinen sopimusryhmä (CRS2) kilpailutettiin ja ehdotettiin vuonna 2014. Ne annettiin tammikuussa 2016, ja ne koskevat vuonna 2019 alkavia rahtikuljetuslentoja, joiden odotetaan kestävän vuoteen 2024 asti.

Kaupallinen miehistö

Kaupallisen miehistön kehittämisohjelman (CCDev) tarkoituksena on kehittää kaupallisesti operoitavia avaruusaluksia, jotka pystyvät kuljettamaan astronautteja ISS:lle. SpaceX ei voittanut Space Act -sopimusta ensimmäisellä kierroksella (CCDev 1), mutta toisella kierroksella (CCDev 2) NASA myönsi SpaceX:lle 75 miljoonan dollarin arvoisen sopimuksen, jonka avulla se voi kehittää edelleen laukaisujärjestelmää, testata miehistön majoitusmallia ja kehittää Falcon/Dragon-miehistönkuljetussuunnitelmaa. CCDev-ohjelmasta tuli myöhemmin Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap), ja elokuussa 2012 NASA ilmoitti, että SpaceX:lle oli myönnetty 440 miljoonaa dollaria Dragon 2 -avaruusaluksen kehittämisen ja testauksen jatkamiseen.

Syyskuussa 2014 NASA valitsi SpaceX:n ja Boeingin kahdeksi yritykseksi, jotka saavat rahoitusta kehittää järjestelmiä yhdysvaltalaisten miehistöjen kuljettamiseksi ISS:lle ja sieltä pois. SpaceX voitti 2,6 miljardia dollaria Dragon 2:n valmistumiseen ja sertifiointiin vuoteen 2017 mennessä. Sopimuksiin sisältyy vähintään yksi miehitetty lentokoe, jossa on mukana vähintään yksi NASA:n astronautti. Kun Crew Dragon on saanut NASA:n sertifioinnin, sopimus edellyttää, että SpaceX suorittaa vähintään kaksi ja jopa kuusi miehitettyä matkaa avaruusasemalle. SpaceX sai alkuvuodesta 2017 NASAlta neljä lisälentoa ISS:lle miehitetyllä miehistöllä, jotta astronautit voivat sukkuloida sinne ja takaisin. Vuoden 2019 alussa SpaceX suoritti onnistuneesti Crew Dragonin testilennon, jonka se telakoitui (Dragon 1:n telakointimenetelmän sijasta Canadarm 2:n avulla) ja paiskautui sitten Atlantin valtamereen.

Tammikuussa 2020 SpaceX suoritti lennon keskeytystestin, joka osoitti kyvyn poistua raketista ongelmatilanteessa. Testin jälkeen Elon Musk totesi, että lento astronauttien kanssa voisi mahdollisesti tapahtua huhtikuun alusta kesäkuun loppuun.

Ensimmäinen lento miehistön kanssa tapahtui 30. toukokuuta 2020. Lennolla astronautit Doug Hurley ja Bob Behnken lähtivät ISS:lle.

 
Crew Dragon testeissä ennen lentoa  


Canadarm2 kiinnittää COTS 2 Dragon -aluksen ISS:ään.