Falcon 9 v1.1 - Falcon 9 v1.1

Falcon 9 v1.1
Lançamento do Falcon 9 carregando CRS-6 Dragon (17170624642) .jpg
Lançamento do 9º Falcon 9 v1.1 com o SpaceX CRS-5 em 10 de janeiro de 2015. Este foguete foi equipado com pernas de pouso e aletas de grade.
Função Veículo de lançamento orbital de média elevação
Fabricante SpaceX
País de origem Estados Unidos
Custo por lançamento $ 56,5 milhões (2013) - 61,2 milhões (2015)
Tamanho
Altura 68,4 m (224 pés)
Diâmetro 3,66 m (12,0 pés)
Massa 505.846 kg (1.115.200 lb)
Estágios 2
Capacidade
Carga útil para LEO (28,5 °)
Massa 13.150 kg (28.990 lb)
10.886 kg (24.000 lb) (limitação estrutural do PAF)
Carga útil para GTO (27 °)
Massa 4.850 kg (10.690 lb)
Foguetes associados
Família Falcon 9
Derivados Falcon 9 Full Thrust
Comparável
Histórico de lançamento
Status Aposentado
Sites de lançamento
Total de lançamentos 15
Sucesso (s) 14
Falha (s) 1
Landings 0/3 tentativas
Primeiro voo 29 de setembro de 2013
Último voo 17 de janeiro de 2016
Cargas úteis notáveis Dragon , DSCOVR
Primeira etapa
Motores 9 Merlin 1D
Impulso Nível do mar: 5.885 kN (1.323.000 lb f )
Vácuo: 6.672 kN (1.500.000 lb f )
Impulso específico Nível do mar: 282 segundos
Vácuo : 311 segundos
Tempo de queima 180 segundos
Propulsor LOX / RP-1
Segundo estágio
Motores 1 Merlin 1D Vacuum
Impulso 716 kN (161.000 lb f )
Impulso específico 340 segundos
Tempo de queima 375 segundos
Propulsor LOX / RP-1

Falcon 9 v1.1 foi a segunda versão do SpaceX do Falcon 9 orbital veículo de lançamento . O foguete foi desenvolvido em 2011–2013, fez seu primeiro lançamento em setembro de 2013 e seu vôo final em janeiro de 2016. O foguete Falcon 9 foi totalmente projetado, fabricado e operado pela SpaceX. Após o segundo lançamento do Commercial Resupply Services (CRS) , a versão inicial do Falcon 9 v1.0 foi retirada de uso e substituída pela versão v1.1.

O Falcon 9 v1.1 foi uma evolução significativa do Falcon 9 v1.0, com 60 por cento a mais de empuxo e peso. Seu vôo inaugural realizou uma missão de demonstração com o satélite CASSIOPE em 29 de setembro de 2013, o sexto lançamento geral de qualquer Falcon 9.

Ambos os estágios do veículo de dois estágios para órbita usaram propelentes de oxigênio líquido (LOX) e querosene de grau de foguete (RP-1). O Falcon 9 v1.1 pode elevar cargas úteis de 13.150 kg (28.990 lb) para a órbita terrestre baixa e 4.850 kg (10.690 lb) para a órbita de transferência geoestacionária , o que coloca o projeto do Falcon 9 na faixa de elevação média dos sistemas de lançamento.

A partir de abril de 2014, as cápsulas Dragon foram impulsionadas pelo Falcon 9 v1.1 para entregar carga à Estação Espacial Internacional sob o contrato de Serviços de Reabastecimento Comercial com a NASA. Esta versão também foi planejada para transportar astronautas para a ISS sob um contrato de Desenvolvimento de Tripulação Comercial da NASA assinado em setembro de 2014, mas essas missões agora estão programadas para usar a versão atualizada do Falcon 9 Full Thrust , lançada pela primeira vez em dezembro de 2015.

O Falcon 9 v1.1 foi notável por ser o pioneiro no desenvolvimento de foguetes reutilizáveis , por meio dos quais a SpaceX gradualmente refinou as tecnologias para o boost de primeiro estágio, reentrada atmosférica , descida controlada e eventual pouso propulsivo . Este último objetivo foi alcançado no primeiro voo da variante sucessora do Falcon 9 Full Thrust , após vários quase sucessos com o Falcon 9 v1.1.

O lançamento do primeiro Falcon 9 v1.1 do SLC-4 , Vandenberg AFB ( Falcon 9 Flight 6 ) 29 de setembro de 2013.
Um foguete Falcon 9 v1.1 lançando a espaçonave SpaceX CRS-3 Dragon em abril de 2014.

Projeto

O Falcon 9 v1.1 é um veículo de lançamento motorizado LOX / RP-1 de dois estágios .

Modificações do Falcon 9 v1.0

O Falcon 9 original voou cinco lançamentos orbitais bem-sucedidos em 2010-2013, todos carregando a espaçonave Dragon ou uma versão de teste da espaçonave.

O Falcon 9 v1.1 ELV era um foguete 60 por cento mais pesado com 60 por cento a mais de empuxo do que a versão v1.0 do Falcon 9. Inclui motores de primeiro estágio realinhados e tanques de combustível 60 por cento mais longos, tornando-o mais suscetível a dobras durante voar. Os motores foram atualizados do Merlin 1C para os motores Merlin 1D mais potentes . Essas melhorias aumentaram a capacidade de carga útil para LEO de 10.454 kg (23.047 lb) para 13.150 kg (28.990 lb). O sistema de separação de estágios foi reprojetado e reduziu o número de pontos de fixação de doze para três, e o veículo também atualizou os aviônicos e o software.

A versão de reforço v1.1 organizou os motores em uma forma estrutural SpaceX chamada Octaweb , com oito motores dispostos em um padrão circular em torno de um único motor central. O v1.0 usava um padrão retangular de motores. O padrão Octaweb teve como objetivo agilizar o processo de fabricação. Os veículos v1.1 posteriores incluem quatro pernas de pouso extensíveis, usadas no programa de teste de descida controlada .

Após o primeiro lançamento do Falcon 9 v1.1 em setembro de 2013, que experimentou uma falha de reinicialização do motor de segundo estágio pós-missão, as linhas de propulsor de ignição de segundo estágio foram isoladas para melhor apoiar o reinício no espaço após longas fases de costa orbital manobras de trajetória. O voo 6 do Falcon 9 foi o primeiro lançamento do Falcon 9 configurado com uma carenagem de carga útil descartável .

Primeira etapa

Configurações do motor Falcon 9 v1.0 (esquerda) e v1.1 (direita)

O Falcon 9 v1.1 usa um primeiro estágio movido por nove motores Merlin 1D . O teste de desenvolvimento do primeiro estágio do Falcon 9 v1.1 foi concluído em julho de 2013.

O primeiro estágio v1.1 tem um empuxo total ao nível do mar na decolagem de 5.885 kN (1.323.000 libras-força), com os nove motores queimando por 180 segundos nominais, enquanto o empuxo do estágio aumenta para 6.672 kN (1.500.000 libras-força) como o impulsionador sai da atmosfera. Os nove motores de primeiro estágio são organizados em uma forma estrutural que a SpaceX chama de Octaweb . Esta mudança da disposição quadrada do Falcon 9 v1.0 visa agilizar o processo de fabricação.

Como parte dos esforços da SpaceX para desenvolver um sistema de lançamento reutilizável , os primeiros estágios selecionados incluem quatro pernas de pouso extensíveis e aletas de grade para controlar a descida. As barbatanas foram testadas pela primeira vez no veículo de teste reutilizável F9R Dev-1. Aletas de grade foram implementadas no Falcon 9 v1.1 na missão CRS-5, mas ficaram sem fluido hidráulico antes do pouso planejado.

Em última análise, a SpaceX pretende produzir veículos de lançamento Falcon 9 e Falcon Heavy reutilizáveis com capacidade total de pouso vertical . Os testes atmosféricos iniciais de veículos protótipos estão sendo conduzidos no veículo lançador reutilizável experimental Grasshopper demonstrador de tecnologia (RLV), além dos testes de descida controlada e aterrissagem de reforço descritos acima.

O primeiro estágio v1.1 usa uma mistura pirofórica de trietilalumínio - trietilborano (TEA-TEB) como um ignitor de primeiro estágio, o mesmo que foi usado na versão v1.0.

Como o Falcon 9 v1.0 e a série Saturn do programa Apollo , a presença de vários motores de primeiro estágio pode permitir a conclusão da missão mesmo se um dos motores de primeiro estágio falhar no meio do vôo.

Os tubos principais de suprimento de propelente do RP-1 e dos tanques de oxigênio líquido para os nove motores no primeiro estágio têm 10 cm (4 pol.) De diâmetro.

Segundo estágio

Teste de carenagem Falcon 9, 27 de maio de 2013

O estágio superior é movido por um único motor Merlin 1D modificado para operação a vácuo.

O interstage, que conecta o estágio superior e inferior do Falcon 9, é uma estrutura composta com núcleo de alumínio e fibra de carbono. Pinças de separação e um sistema de empurrador pneumático separam os estágios. As paredes e cúpulas do tanque Falcon 9 são feitas de liga de alumínio-lítio . A SpaceX usa um tanque soldado totalmente por fricção , uma técnica que minimiza defeitos de fabricação e reduz custos, de acordo com um porta-voz da NASA. O tanque de segundo estágio do Falcon 9 é simplesmente uma versão mais curta do tanque de primeiro estágio e usa quase todas as mesmas ferramentas, materiais e técnicas de fabricação. Isso economiza dinheiro durante a produção do veículo.

Carenagem de carga útil

O projeto da carenagem foi concluído pela SpaceX, com a produção da carenagem de carga útil de 13 m (43 pés) de comprimento e 5,2 m (17 pés) de diâmetro em Hawthorne, Califórnia .

O teste do novo design da carenagem foi concluído na instalação da Estação Plum Brook da NASA na primavera de 2013, onde choque acústico, vibração mecânica e condições de descarga eletrostática eletromagnética foram simuladas. Os testes foram feitos em um artigo de teste de tamanho real em uma câmara de vácuo . A SpaceX pagou à NASA US $ 581.300 para alugar um tempo de teste nas instalações de câmara de simulação da NASA de US $ 150 milhões.

O primeiro voo de um Falcon 9 v1.1 ( CASSIOPE , setembro de 2013) foi o primeiro lançamento do Falcon 9 v1.1, bem como da família Falcon 9 configurada com uma carenagem de carga útil . A carenagem separou-se sem incidentes durante o lançamento do CASSIOPE, bem como nas duas missões de inserção GTO subsequentes. Nas missões Dragon, a cápsula protege quaisquer pequenos satélites, eliminando a necessidade de uma carenagem.

Ao controle

SpaceX usa vários computadores de vôo redundantes em um design tolerante a falhas . Cada mecanismo Merlin é controlado por três computadores de votação , cada um deles com dois processadores físicos que verificam um ao outro constantemente. O software roda em Linux e é escrito em C ++ .

Para flexibilidade, peças comerciais prontas para uso e design "tolerante à radiação" em todo o sistema são usados ​​em vez de peças endurecidas ao rad . O Falcon 9 v1.1 continua a utilizar os computadores de vôo redundantes triplos e navegação inercial - com sobreposição de GPS para precisão de inserção de órbita adicional - que foram originalmente usados ​​no Falcon 9 v1.0.

História de desenvolvimento

Da esquerda para a direita, Falcon 1 , Falcon 9 v1.0 , três versões do Falcon 9 v1.1 , três versões do Falcon 9 v1.2 (Full Thrust) , três versões do Falcon 9 Block 5 e duas versões do Falcon Heavy .

Testando

Um teste do sistema de ignição para o primeiro estágio do Falcon 9 v1.1 foi conduzido em abril de 2013. Em 1 de junho de 2013, ocorreu um disparo de dez segundos do primeiro estágio do Falcon 9 v1.1; um disparo de duração total de 3 minutos era esperado alguns dias depois.

Produção

Em setembro de 2013, o espaço total de fabricação da SpaceX aumentou para quase 1.000.000 pés quadrados (93.000 m 2 ) e a fábrica foi configurada para atingir uma taxa de produção de até 40 núcleos de foguete por ano, tanto para o Falcon 9 v1.1 quanto para o Falcon Heavy tri-core . A taxa de produção de novembro de 2013 para os veículos Falcon 9 foi de uma por mês. A empresa afirmou que aumentaria para 18 por ano em meados de 2014, e seriam 24 veículos lançadores por ano até o final de 2014.

À medida que o manifesto de lançamento e a taxa de lançamento aumentam em 2014-2016, a SpaceX está procurando aumentar seu processamento de lançamento criando processos de lançamento paralelo de pista dupla nas instalações de lançamento. Em março de 2014, eles projetavam que o teriam em operação em 2015, e tinham como objetivo um ritmo de lançamento em 2015 de cerca de dois lançamentos por mês.

Histórico de lançamento

O primeiro lançamento do veículo Falcon 9 v1.1 substancialmente atualizado voou com sucesso em 29 de setembro de 2013.

O primeiro lançamento do Falcon 9 v1.1 incluiu uma série de "primeiros":

A SpaceX conduziu o décimo quinto e último voo do Falcon 9 v1.1 em 17 de janeiro de 2016. Quatorze desses quinze lançamentos entregaram com sucesso suas cargas primárias para a órbita da Terra baixa ou para a órbita de transferência geossíncrona .

A única missão falhada do Falcon 9 v1.1 foi o SpaceX CRS-7 , que foi perdido durante sua operação de primeiro estágio, devido a um evento de sobrepressão no tanque de oxigênio do segundo estágio.

Reutilização

O Falcon 9 v1.1 inclui vários aspectos da tecnologia de veículo de lançamento reutilizável incluídos em seu projeto, a partir do lançamento v1.1 inicial em setembro de 2013 (motores reguláveis ​​e reiniciáveis ​​no primeiro estágio, um projeto de tanque de primeiro estágio que pode acomodar estruturalmente a futura adição de pernas de aterrissagem, etc.). O lançamento do Falcon 9 v1.1 ocorreu dois anos depois que a SpaceX se comprometeu com um programa de desenvolvimento com financiamento privado com o objetivo de obter a reutilização total e rápida de ambos os estágios do veículo de lançamento.

O projeto foi concluído no sistema para "trazer o foguete de volta à plataforma de lançamento usando apenas propulsores" em fevereiro de 2012. A tecnologia do sistema de lançamento reutilizável está sendo considerada tanto para o Falcon 9 quanto para o Falcon Heavy, e é considerada particularmente adequada para o Falcon Heavy onde os dois núcleos externos se separam do foguete muito mais cedo no perfil de vôo e, portanto, estão se movendo a uma velocidade mais lenta na separação do estágio.

Um primeiro estágio reutilizável está agora sendo testado em vôo pela SpaceX com o foguete suborbital Grasshopper . Em abril de 2013, um veículo de teste de demonstração de baixa altitude e baixa velocidade, Grasshopper v1.0, fez sete voos de teste VTVL do final de 2012 até agosto de 2013, incluindo um voo pairado de 61 segundos a uma altitude de 250 metros (820 ft).

Em março de 2013, a SpaceX anunciou que, começando com o primeiro voo da versão extensa do veículo de lançamento Falcon 9 (Falcon 9 v1.1) —que voou em setembro de 2013 — cada primeiro estágio seria instrumentado e equipado como um teste de descida controlada veículo. A SpaceX pretende fazer testes de retorno propulsivo sobre a água e "continuará fazendo esses testes até que eles possam fazer um retorno ao local de lançamento e um pouso motorizado. Eles" esperam várias falhas antes de 'aprenderem como fazê-lo direito.' " A SpaceX concluiu vários pousos na água que foram bem-sucedidos e agora planejam pousar o primeiro estágio do vôo CRS-5 em um porto autônomo de drones no oceano.

Fotos do primeiro teste do sistema de ignição reiniciável para o Falcon 9 reutilizável - o Falcon 9-R - configuração de motor circular de nove motores v1.1 foram lançadas em abril de 2013.

Em março de 2014, a SpaceX anunciou que a carga útil GTO do futuro Falcon 9 reutilizável (F9-R), com apenas o booster reutilizado, seria de aproximadamente 3.500 kg (7.700 lb).

Voos de teste pós-missão e tentativas de pouso

O primeiro estágio do vôo 17 do Falcon 9 tenta um pouso controlado na nave drone do espaçoporto autônomo após o lançamento do CRS-6 para a Estação Espacial Internacional . O palco caiu com força e tombou após o pouso.

Várias missões do Falcon 9 v1.1 foram seguidas por voos de teste pós-missão pedindo ao impulsionador de primeiro estágio para executar uma manobra de flip around, uma queima de boost para reduzir a velocidade horizontal do foguete, uma queima de reentrada para mitigar os danos atmosféricos em velocidade hipersônica, uma descida atmosférica controlada com orientação autônoma até o alvo e, finalmente, uma queima de pouso para reduzir a velocidade vertical a zero pouco antes de chegar ao oceano ou área de pouso. A SpaceX anunciou o programa de testes em março de 2013 e sua intenção de continuar a conduzir esses testes até que possam retornar ao local de lançamento e realizar um pouso motorizado .

O primeiro estágio do Falcon 9 Flight 6 realizou o primeiro teste de descida controlada e pouso propulsivo sobre a água em 29 de setembro de 2013. Embora não tenha sido um sucesso total, o estágio foi capaz de mudar de direção e fazer uma entrada controlada na atmosfera. Durante a queima final do pouso, os propulsores ACS não conseguiram superar um giro induzido aerodinamicamente, e a força centrífuga privou o motor de pouso de combustível, levando ao desligamento precoce do motor e um forte respingo que destruiu o primeiro estágio. Pedaços de destroços foram recuperados para um estudo mais aprofundado.

O próximo teste, usando o primeiro estágio do SpaceX CRS-3 , levou a um pouso suave no oceano, no entanto, o booster presumivelmente se partiu em mar agitado antes que pudesse ser recuperado.

Após mais testes de pouso no oceano, o primeiro estágio do veículo de lançamento CRS-5 tentou pousar em uma plataforma flutuante, o navio-drone do espaçoporto autônomo , em janeiro de 2015. O foguete guiou-se até o navio com sucesso, mas pousou com muita força para sobreviver. O primeiro estágio da missão CRS-6 conseguiu um pouso suave na plataforma; no entanto, o excesso de velocidade lateral fez com que ele tombasse rapidamente e explodisse. O CEO da SpaceX, Elon Musk, indicou que uma válvula reguladora do motor estava presa e não respondeu com rapidez suficiente para conseguir um pouso suave.

O Falcon 9 v1.1 nunca foi recuperado ou reutilizado com sucesso até sua aposentadoria. No entanto, o programa de teste continuou com os voos do Falcon 9 Full Thrust , que alcançaram o primeiro pouso em solo em dezembro de 2015 e o primeiro desembarque de navio em abril de 2016.

Sites de lançamento

Os foguetes Falcon 9 v1.1 foram lançados do Complexo de Lançamento 40 na Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral e do Complexo de Lançamento 4E na Base da Força Aérea de Vandenberg . O site Vandenberg foi usado para o voo inaugural v1.1 em 29 de setembro de 2013 e sua última missão em 17 de janeiro de 2016.

Locais de lançamento adicionais no Complexo de Lançamento 39 do Centro Espacial Kennedy, pad A e Boca Chica , no sul do Texas, lançarão as variantes sucessoras do foguete Falcon 9 Full Thrust e Falcon Heavy .

Preços de lançamento

Em outubro de 2015, o preço de lançamento comercial do Falcon 9 v1.1 foi de US $ 61,2 milhões (acima dos US $ 56,5 milhões em outubro de 2013) competindo por lançamentos comerciais em um mercado cada vez mais competitivo .

As missões de reabastecimento da NASA para a ISS - que incluem o fornecimento da carga útil da cápsula espacial, uma nova nave de carga Dragon para cada voo - têm um preço médio de US $ 133 milhões. Os primeiros doze voos de transporte de carga contratados para a NASA foram feitos ao mesmo tempo, portanto, nenhuma mudança de preço é refletida para os lançamentos v1.1 em oposição aos lançamentos v1.0. O contrato era para uma quantidade específica de carga transportada e devolvida da Estação Espacial em um número fixo de voos.

A SpaceX afirmou que, devido aos custos do processo de garantia de missão, os lançamentos para os militares dos EUA custariam cerca de 50% mais do que os lançamentos comerciais, portanto, um lançamento do Falcon 9 seria vendido por cerca de US $ 90 milhões para o governo dos EUA, em comparação com um custo médio para os EUA governo de quase US $ 400 milhões para lançamentos atuais não-SpaceX.

Serviços de carga útil secundária

Os serviços de carga útil do Falcon 9 incluem conexão de carga útil secundária e terciária por meio de um anel ESPA , o mesmo adaptador interestágio utilizado primeiro para lançar cargas úteis secundárias em missões do DoD dos EUA que utilizam os veículos de lançamento expansíveis evoluídos (EELV) Atlas V e Delta IV . Isso permite missões secundárias e até terciárias com impacto mínimo para a missão original. Em 2011, a SpaceX anunciou o preço para cargas úteis compatíveis com ESPA no Falcon 9.

Veja também

Referências

links externos