Nota redaktora: Ten post został napisany przez Lukasa Davię i Marijna Achternaama.
Wpisując w wyszukiwarce „rakiety wielokrotnego użytku”, nie można nie dać się wciągnąć w urok linków związanych z SpaceX, które wypełniają ekran. Powód tego jest zrozumiały: wraz ze śmiercią promu kosmicznego i brakiem jasnego planowania przyszłości przez większość starych graczy w dziedzinie lotów kosmicznych, prosty plan krótkoterminowy SpaceX i poprzednie testy lotów sprawiają, że wszyscy lubią drastycznie redukować koszty do okrążają rakiety, które wracają do domu - gotowe do ponownego użycia.
A wraz z nadchodzącą premierą 14-tej rakiety SpaceX Falcon 9, która odbędzie się 6 stycznia, przenosząc Smoka na ISS, potencjał prawdziwej możliwości ponownego wykorzystania rakiety jest z pewnością po raz pierwszy w historii od prawie 90 lat, odkąd Goddard wypuścił pierwszą na świecie rakietę na paliwo ciekłe Massachusetts w 1926 roku. Jednak teraz jest ważniejszy niż kiedykolwiek czas, aby złagodzić nasze dzikie oczekiwania dotyczące możliwości wystrzelenia rakiet z powrotem na lądowisko. Chociaż rewolucja w dziedzinie rakiet może być wśród nas, jest to iteracyjny, wieloetapowy proces, który wykracza poza każdą pojedynczą misję - i nie powinniśmy oczekiwać, że w najbliższym czasie nastąpi regularne ponowne użycie podobne do linii lotniczych i znaczne obniżenie kosztów.
Należy zauważyć, że Elon Musk, pomimo wszystkich swoich niesamowitych osiągnięć, nigdy nie wyznaczył twardego i szybkiego harmonogramu, kiedy dostępne będą tanie i dostępne rakiety, nie mówiąc już o solidnej cenie. Dlaczego? Po prostu dlatego, że wkraczamy na terytorium, które pozostaje nieznane.
Jedynym pojazdem do wypuszczenia w historii, który był ponownie latany kilka razy po osiągnięciu orbity, był prom kosmiczny. Pomimo ponownego użycia zdecydowanie najdroższej części rakiety - silników i powiązanych systemów - Shuttle kosztował co najmniej 450 milionów dolarów na uruchomienie zgodnie z NASA, przy stosunkowo niewielkiej ładowności 24 ton metrycznych na orbitę dolną Ziemi, czyli prawie 19 000 dolarów za kilogram . Uwzględniając koszty prac rozwojowych, zsumowane i podzielone na lot, cena uruchomienia może wynosić średnio 1,5 miliarda USD lub trzykrotnie więcej niż podana kwota NASA. To, co miało radykalnie zmniejszyć koszt podnoszenia kilograma ładunku na orbitę, stało się jednym z najdroższych pojazdów nośnych w historii ludzkości. Dlaczego stało się tak drogo?
Koncepcja promu kosmicznego była wynikiem małżeństwa między NASA, lotnictwem i innymi partnerami. Każdy chciał mieć własne specyfikacje projektowe, które ostatecznie doprowadziły do wyprodukowania wszechstronnego pojazdu bez ściśle określonego celu, i stał się „chwytem wszystkich” przemysłu kosmicznego. Głównie dlatego, że NASA wymagała dużej konserwacji po każdej misji. Po każdym locie trzeba było zasadniczo przebudować cały pojazd: wymienić kafelki, sprawdzić silniki, odnowić wzmacniacze. W szczególności trio głównych silników RS-25 musiało zostać rozebrane na części i sprawdzone pod kątem każdej możliwej usterki, która może spowodować awarię, a gdy coś się zepsuło, nie było zdrowej linii zasilającej, która mogłaby je łatwo wymienić, powodując koszt części zamiennych do rakiety błyskawicznej, a utrzymywanie siły roboczej gotowej i zdolnej do odnowienia promu szybko stało się pochłaniaczem pieniędzy, którego NASA nigdy nie była w stanie odzyskać.
SpaceX to jednak nie NASA. Wprowadzili do swoich produktów bardziej zwinne, responsywne podejście programistyczne, które okazało się niezwykle skuteczne. Mają też lata wcześniejszych projektów (z wielu źródeł), aby wyciągnąć wnioski z tego, że NASA tego nie zrobiła. Nie są to jednak problemy, które można po prostu usunąć. Są to raczej podstawowe kwestie wymagające rozwiązania: nie można uciec od granic fizyki.
Częstym tematem wypowiedzi Muska jest zuchwała aspiracja do zrewolucjonizowania modelu „jednorazowego użytku i wyrzucenia”, który dominował w przemyśle rakietowym od samego początku, przekształcając go w coś bardziej zbliżonego do modelu linii lotniczych opartego na usługach. To duże zadanie, nawet jak na standardy Iron Mana.
Wielu fanów nie docenia barier wejścia. W rzeczywistości, w niedawnej ankiecie przeprowadzonej na społeczności fanów SpaceX na Reddit.com, gdy poproszono go, aby zgadł, ile kosztuje start rakiety Falcon 9 za 5 lat, znaczna część z prawie 600 respondentów wybrała wartość poniżej 20 000 000 $. Niektóre nawet wybrały ceny poniżej 10 000 000 USD. Chociaż dyrektor operacyjny SpaceX, Gwynne Shotwell wspomniała mimochodem, że wielokrotne uruchamianie Falcona 9 może ostatecznie kosztować 5-7 milionów dolarów, prawdopodobnie jest to daleko w przyszłości, daleko poza świtem rakiet wielokrotnego użytku. Z pewnej perspektywy, pięć lat temu w 2010 roku, SpaceX wystrzelił dwie rakiety Falcon 9. W ubiegłym roku wypuścili sześć, a nagle do 2020 r. Koszt standardowego uruchomienia Falcona 9 będzie trzy razy tańszy? Skąd bierze się to dodatkowe przyspieszenie w rozwoju? Być może pochodzi to od umysłów niektórych nieco zbyt optymistycznych fanów.
W rzeczywistości coś tak podstawowego jak długoterminowa konserwacja silnika jest wciąż stosunkowo nieznana. Wcześniej SpaceX wyjaśnił, że żywotność każdego silnika wynosi około 40 wystrzałów, a przypadkowy obserwator założyłby, że to silnik, którego można użyć w 40 misjach. Jednak w przypadku trzech pożarów testowych silnika przed każdym startem, samego startu i trzech poparzeń wymaganych do ukończenia procesu ponownej próby i ponownego lądowania, silnik centralny jest w rzeczywistości zobowiązany do wystrzelenia 7 razy, aby ukończyć misję, a przy dziewięciu silniki na każdym dolnym etapie - nawet przy większości wystrzeliwania tylko kilka razy, co powoduje, że wiele części może się zepsuć po każdym locie. Sprawdzanie tych awarii i ich naprawa może stać się znacznie bardziej kosztowne i czasochłonne, niż można by się spodziewać.
Na przykład o średnicy 3,66 m i wysokości około 42 metrów znajduje się prawie 500 metrów kwadratowych powierzchni pierwszego stopnia, która z jednej strony była narażona na mroźne temperatury ciekłego tlenu i schłodzonej nafty, az drugiej , różne temperatury od powrotu do słabej atmosfery. W rzeczywistości nawet gromadzenie się lodu na zewnętrznej powierzchni pojazdu jest wystarczająco znaczące, aby znacząco zmienić masę pojazdu! W tym dużym obszarze może się kumulować zmęczenie rozciągające, termodynamiczne i związane z ciśnieniem. Prążki mogą zarodkować i tworzyć pęknięcia na włosach. Jest to zagrożenie, które może doprowadzić do krytycznej awarii misji operacyjnej, a takie zdarzenie może trwale zakorzenić związek między powstającą rakietą wielokrotnego użytku a niestabilnością w umysłach operatorów satelitarnych i branży ubezpieczeniowej. I choć Falcon 9 można uznać za zbyt zaawansowany, nie jest prawdopodobne, aby SpaceX grał w ruletkę rakietową.
Chociaż główny inżynier rakiety oszacował prawdopodobieństwo rzutu monetą, po nadziei na napędowe CRS-5 na niedawno ochrzczonym „autonomicznym statku do lądowania dronów”, pusty pierwszy etap prawdopodobnie zostanie wysłany z powrotem do siedziby głównej SpaceX w Hawthorne w Kalifornii i poddany inspekcji z różnymi metodami analizy destrukcyjnej i nieniszczącej w celu oszacowania, w jaki sposób rygory przyspieszania do prędkości prawie 2 kilometrów na sekundę w czasie krótszym niż trzy minuty, a następnie wystarczającego spowalniania, ponownie wprowadzając się do atmosfery, lądują w pobliżu morza i soli wpływa na pojazd.
Innym przykładem potencjalnego kosztu remontu jest paliwo z wyboru SpaceX, nafta. Spala się stosunkowo brudnie, o czym świadczy przezroczysty filar brązowo-czarnej sadzy, po której Falcon 9 unosi się, powrót do czasów wczesnych samolotów. Prowadzi to do efektu kojarzonego głównie z silnikami kerolox zwanymi „koksowaniem” - gdy niepełnie spalona sadza przylega do prawie stopionego silnika i dyszy, zmniejszając jego zdolność do wydzielania ciepła. Oczyść to, mówisz? Gratulacje, właśnie wprowadziłeś do równania remont, coś, czego SpaceX stara się uniknąć.
Nawet zignorowanie samego pojazdu, uruchomienie i potrzebne chemikalia są drogie! Istnieje niezwykle cenny hel, który jest niezbędny do utrzymania ciśnienia w zbiornikach, a piroforyczny płyn zapłonowy TEA-TEB został użyty do rozpoczęcia wybuchowego związku między RP-1 i LOX. To nie tylko chemikalia. Istnieją również koszty eksploatacji naziemnej, od płac pracowniczych, przez nudny proces składania wniosków o pozwolenie, po nieco bardziej interesującą farbę ablacyjną pokrywającą strukturę Transporter-Erector, która utrzymuje Falcon 9 w pionie, po koszty transportu i relokacji. Najprawdopodobniej obecne wydatki inwestycyjne samego startu, pomijając oczywistą wartość samej rakiety, wynoszą łącznie ponad 3 miliony dolarów.
Zasadniczo musimy oddzielić od siebie ponowne lądowanie, odnowienie, ponowne użycie oraz finansowo opłacalne i szybkie ponowne wykorzystanie od siebie. Trudno jest pojąć, że wszystkie cztery są różne, a sukces jednego nie oznacza, że następny krok jest gwarantowany. Z tego powodu znaki zapytania wciąż pozostają ponad kosztem, czasem i złożonością ostatnich kroków niezbędnych do tego, aby SpaceX zrealizował swój ogólny plan rakiet wielokrotnego użytku. Na przykład: ponowne lądowanie rakiety niekoniecznie powoduje, że remont nie istnieje. Oto opowieść o promie kosmicznym.
Samo lądowanie nie rewolucjonizuje rakiet; raczej możemy sobie uświadomić, że rewolucja przeróbki rakiety na model podobny do linii lotniczej nastąpiła dobrze, tylko patrząc wstecz w lusterko wsteczne.
Żyjemy w nadziei, że SpaceX osiągnie to, co pierwotnie zamierzało zrobić prawie 13 lat temu. SpaceX doszedł do tego celu daleko, znacznie bliżej niż ktokolwiek inny, ale jak powiedział sam Musk, „Rakiety są twarde”. Powodzenia dla zespołu SpaceX w nadchodzącej próbie uruchomienia i lądowania CRS-5, to początek czegoś znacznie większego.
Wpisany przez Lukas Davia i Marijn Achternaam
Bios: Kiedy nie żonglujesz jako student inżynierii oprogramowania i pełnoetatowy programista w Nowej Zelandii, Lukas Davia jest samozwańczym uzależnionym od SpaceX i można go wnieść do społeczności Reddit / r / SpaceX, dodając do swojej witryny SpaceXStats.com i tworząc infografiki. Wierzcie lub nie, ale nie ma czasu na wyjście na zewnątrz i wędrówki w wolnym czasie!
Marijn Achternaam jest holenderskim studentem, samozwańczym inżynierem foteli i fanatykiem lotów kosmicznych, którego często można przypisać do społeczności / r / space i / r / SpaceX Reddit.
