Nota editorului: Această postare a oaspeților a fost scrisă de Lukas Davia și Marijn Achternaam.
Introduceți „rachete reutilizabile” într-un motor de căutare, nu vă puteți abține să vă atrageți de legăturile legate de SpaceX care umplu ecranul. Motivul pentru aceasta este de înțeles: odată cu moartea navetei spațiale și lipsa unei planificări clare pentru viitor de către majoritatea jucătorilor vechi din câmpul fluturilor spațiale, planul simplu, aproape pe termen scurt și planurile de zbor anterioare ale SpaceX le fac preferate tuturor să reducă drastic costurile la orbită cu rachete care se întorc acasă - gata de a fi refolosite.
Și odată cu lansarea viitoarei rachete Falcon 9 a SpaceX, pe 6 ianuarie, ducând Dragonul către ISS, potențialul reutilizării adevărate a rachetelor este cu siguranță la îndemână pentru prima dată în aproape 90 de ani de când Goddard a lansat prima rachetă cu combustibil lichid din lume. Massachusetts, în 1926. Cu toate acestea, acum este un moment mai important ca niciodată pentru a tempera așteptările noastre sălbatice cu privire la posibilitatea de rachete care se zboară înapoi pe platforma de lansare. Cu toate că o revoluție de rachetă poate fi printre noi, este un proces iterativ, în mai multe etape, care transcende orice misiune unică - și nu ar trebui să ne așteptăm să vedem reutilizarea regulată a companiei aeriene și scăderi mari de costuri oricând în curând.
Trebuie menționat că Elon Musk, pentru toate realizările sale uimitoare, nu a pus niciodată o cronologie grea și rapidă atunci când ar fi disponibilă rachetă ieftină și accesibilă, cu atât mai puțin un preț solid. De ce? Pur și simplu pentru că intrăm într-un teritoriu care rămâne neînregistrat.
Singurul vehicul de lansare din istorie care a fost vreodată redirecționat de mai multe ori după realizarea orbitei a fost naveta spațială. În ciuda reutilizării, de departe, cea mai scumpă parte a oricărei rachete - motoarele și sistemele asociate - Shuttle-ul a costat cel puțin 450 de milioane de dolari pentru lansarea în funcție de NASA, cu o sarcină utilă relativ mică de 24 de tone pe Orbita Pământului scăzut, sau aproape 19.000 USD pe kilogram . Inclusiv costurile de dezvoltare, însumate și împărțite pe zbor, prețul de lansare poate fi de până la 1,5 miliarde de dolari sau de trei ori suma declarată a NASA. Ceea ce trebuia să reducă drastic costul pe kilogramul de ridicare a încărcăturii pe orbită a ajuns să fie unul dintre cele mai scumpe vehicule de lansare din istoria umană. De ce a devenit atât de scump?
Concepția navetei spațiale a fost rezultatul căsătoriei dintre NASA, Forța Aeriană și alți parteneri. Fiecare și-a dorit propriile specificații de proiectare, care au sfârșit producând un vehicul fără putere, fără un scop bine definit, și a devenit „capturarea tuturor” industriei spațiale. În principal, cantitatea de întreținere necesară după fiecare misiune a fost foarte subestimată de NASA. După fiecare zbor, întregul vehicul a trebuit să fie reconstruit în esență: plăci înlocuite, motoare inspectate, motoare renovate. În special, trio-ul motoarelor principale RS-25 a trebuit să fie dezlipit și verificat dacă există posibile defecte care ar putea provoca o defecțiune, iar atunci când lucrurile s-au rupt, nu a existat o linie de alimentare sănătoasă care să le poată înlocui ușor, provocând costul pieselor de schimb până la ridicarea forței de muncă și menținerea unei forțe de muncă pregătite și capabile să reamenajeze naveta au devenit rapid o scurgere de bani pe care NASA nu a reușit să o recupereze.
SpaceX nu este totuși NASA. Au introdus o abordare de dezvoltare mai agilă și mai receptivă a produselor lor, care a avut un succes copleșitor. De asemenea, au ani de proiecte anterioare (din surse multiple) pentru a afla de la faptul că NASA nu a reușit. Cu toate acestea, nu sunt probleme care pot fi pur și simplu evitate. Mai degrabă, acestea sunt probleme fundamentale care trebuie să fie abordate: nu există scăpare de la limitele fizicii.
O temă comună a declarațiilor lui Musk este aspirația îndrăzneață de a revoluționa modelul „o singură utilizare și aruncarea”, care a dominat industria rachetelor încă de la început, transformând-o în ceva mai strâns legat de un model de linie aeriană bazată pe servicii. Aceasta este o sarcină mare, chiar și în conformitate cu standardele Iron Man.
Mulți fani arată o apreciere slabă a barierelor de intrare. De fapt, într-un sondaj recent realizat pe comunitatea de fani SpaceX de la Reddit.com, când i s-a cerut să pună o bănuială educată asupra prețului unei lansări a rachetelor Falcon 9 în 5 ani, o parte semnificativă din cei aproape 600 de respondenți au selectat o valoare. sub 20.000.000 de dolari. Unii chiar au selectat prețuri sub 10.000.000 USD. Deși COO al SpaceX, Gwynne Shotwell a menționat în trecut că lansările Falcon 9 reutilizabile ar putea comanda în cele din urmă o marcă de preț de 5-7 milioane de dolari, acest lucru este probabil mult în viitor, în trecut doar în zorii rachetelor reutilizabile. Pentru o anumită perspectivă, în urmă cu cinci ani în 2010, SpaceX a lansat două rachete Falcon 9. Anul trecut, au lansat șase și, dintr-o dată, până în 2020, costul unei lansări standard Falcon 9 va fi de trei ori mai ieftin? De unde a venit această accelerație suplimentară în dezvoltare? Este posibil să vină din mințile unor fani ușor prea optimisti.
De fapt, ceva chiar și de bază ca întreținerea motorului pe termen lung este încă relativ necunoscută. Anterior, SpaceX a lămurit că fiecare motor are o durată de viață de aproximativ 40 de trageri, iar un observator ocazional ar presupune că aceasta are ca rezultat un motor care poate fi utilizat în 40 de misiuni. Cu toate acestea, cu trei focuri de testare a motorului înainte de fiecare lansare, lansarea în sine și cele trei arsuri necesare pentru a finaliza procesul de reintrare și re-aterizare, motorul central este de fapt necesar să se aprindă de 7 ori pentru a finaliza o misiune și cu nouă motoarele pe fiecare treaptă inferioară - chiar și cu cele mai multe trageri doar de câteva ori, ceea ce duce la un număr destul de mare de piese care se pot descompune după fiecare zbor. Verificarea acestor defecțiuni și repararea lor ar putea deveni mult mai costisitoare și consumatoare de timp decât se poate spera.
De exemplu, cu un diametru de 3,66 m și o înălțime de aproximativ 42 de metri, există aproape 500 de metri pătrați de suprafață din prima etapă care a fost expusă pe o parte la temperaturile frigide ale oxigenului lichid și kerosenului răcit, iar pe de altă parte , diverse temperaturi de la reintrare în atmosfera mai joasă. De fapt, chiar acumularea de gheață pe pielea exterioară a vehiculului este suficient de semnificativă pentru a modifica substanțial masa vehiculului! În acea suprafață mare, oboseala la tracțiune, termodinamică și legată de presiune are potențialul de a acumula. Striațiile ar putea nuclea și forma fisuri ale părului. Acesta este un pericol care ar putea duce la un eșec critic într-o misiune operațională și un astfel de eveniment ar putea înrădăcina permanent o asociere între racheta reutilizabilă naștere și instabilitatea în mintea operatorilor de satelit și a industriei asigurărilor. Și deși Falcon 9 ar putea fi considerat supra-proiectat, este puțin probabil ca SpaceX să joace ruletă rachetă.
Deși inginerul principal al rachetei a estimat probabilitatea unui succes de aruncare a monedelor, după aterizarea propulsivă cu speranță a CRS-5 pe recent creștinata „navă de aterizare a dronei autonome”, prima etapă goală va fi probabil trimisă înapoi la sediul de la SpaceX Hawthorne, California și inspectat. cu diferite metode de analiză distructivă și nedistructivă pentru a cuantifica modul în care rigorile accelerării la o viteză de aproape 2 kilometri pe secundă în mai puțin de trei minute și apoi decelerează suficient, reintrând prin atmosferă, pentru a ateriza în imediata apropiere a mării și a sării , afectează vehiculul.
Un alt exemplu de cost potențial de renovare constă în combustibilul ales de SpaceX, kerosenul. Arde relativ murdar, după cum demonstrează stâlpul translucid de funingine maroniu-negru pe care Falcon 9 urcă, o aruncare înapoi în zilele de timpuriu ale aeronavei. Acest lucru duce la un efect asociat în principal cu motoarele kerolox cunoscute sub denumirea de „cocs” - unde funinginea arsă incomplet aderă la motorul și duza aproape topită, reducând capacitatea sa de a radia caldura. Curățați-o, spuneți? Felicitări, tocmai ai introdus recondiționarea în ecuație, lucru pe care SpaceX încearcă să îl evite.
Chiar ignorând vehiculul în sine, lansările și substanțele chimice necesare sunt costisitoare! Există heliul cu un preț exorbitant care este necesar pentru a menține tancurile sub presiune și fluidul de aprindere TEA-TEB piroforic folosit pentru a începe căsătoria explozivă între RP-1 și LOX. De asemenea, nu sunt doar substanțe chimice. Există și costuri de operare de lansare la sol, de la salariile angajaților, la procesul plictisitor al cererilor de autorizare, la vopseaua ablațională ceva mai interesantă, care acoperă structura Transporter-Erector, care ține Falcon 9 vertical, la costurile de transport și relocare. După toate probabilitățile, cheltuielile curente de capital pentru o singură lansare, ignorând valoarea evidentă a rachetei în sine, totală în regiunea de 3 milioane de dolari în plus.
În mod fundamental, trebuie să decuplam re-aterizarea, recondiționarea, reutilizarea și reutilizarea financiară și viabilă rapidă unul de la celălalt. Poate fi un concept dificil de înțeles că toate cele patru sunt distincte, iar succesul unuia nu implică următorul pas. Din această cauză, semnele de întrebare rămân în continuare peste costul, timpul și complexitatea etapelor finale necesare pentru ca SpaceX să își finalizeze planul principal de rachete refolosibile. De exemplu: re-aterizarea unei rachete nu face neapărat reamenajarea. Aceasta este povestea cu acasă a navetei spațiale.
O singură aterizare nu revoluționează racheta; mai degrabă, este posibil să realizăm doar revoluția rafinării rachetelor într-un model asemănător unei linii aeriene, care s-a produs bine doar privind înapoi în oglinda retrovizoare.
Trăim în speranța că SpaceX realizează ceea ce inițial își propunea să facă în urmă cu aproape 13 ani. SpaceX s-a apropiat mult mai mult decât oricine altcineva de acest obiectiv, dar după cum a spus Musk însuși, „Rachete sunt grele”. Noroc pentru echipa de la SpaceX pentru tentativa lor de lansare și aterizare CRS-5, este începutul a ceva mult mai mare.
Scris de Lukas Davia și Marijn Achternaam
Bios: Când nu jonglați fiind student în inginerie software și dezvoltator web full time în Noua Zeelandă, Lukas Davia este un auto-dependent SpaceX și poate fi găsit contribuind la comunitatea Reddit / r / SpaceX, adăugând pe site-ul său SpaceXStats.com și creând infografii. Credeți sau nu că își găsește timp să plece și să facă drum în timpul liber!
Marijn Achternaam este un student olandez, inginer de fotolii autoproclamat și fanatic al aerului spațial, care poate fi găsit frecvent contribuind la comunitățile / r / space și / r / SpaceX Reddit.
