Falcon 9 v1.1 - Falcon 9 v1.1
Função | Veículo de lançamento orbital de média elevação |
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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.
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
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
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
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":
- Primeiro uso dos motores Merlin 1D atualizados , gerando aproximadamente 56% mais empuxo ao nível do mar do que os motores Merlin 1C usados em todos os veículos Falcon 9 anteriores.
- Primeiro uso do primeiro estágio significativamente mais longo e do segundo estágio , que contém o propulsor adicional para os motores mais potentes.
- Os nove motores Merlin 1D no primeiro estágio estão dispostos em um padrão octogonal com oito motores em um círculo e o nono no centro.
- Primeiro lançamento da nova instalação de lançamento da costa oeste da SpaceX , Space Launch Complex 4 , na Base Aérea de Vandenberg , Califórnia , e também o primeiro lançamento sobre o oceano Pacífico usando as instalações da faixa de teste do Pacífico .
- O primeiro lançamento do Falcon 9 para transportar uma carga útil de satélite para um cliente comercial e também a primeira missão não-CRS. Cada lançamento anterior do Falcon 9 foi de uma cápsula Dragon ou um artigo de teste em forma de dragão , embora a SpaceX já tenha lançado e implantado com sucesso um satélite na missão Falcon 1, Flight 5 .
- O primeiro lançamento do Falcon 9 a ter uma carenagem de carga útil descartável , o que introduziu o risco de um evento de separação adicional .
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
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
- Falcon Heavy
- Veículos de lançamento SpaceX
- SpaceX Dragon e SpaceX Dragon 2
- Comparação de sistemas de lançamento orbital
- Lista de lançamentos do Falcon 9 e Falcon Heavy
Referências
links externos
- Página oficial do Falcon 9
- Página oficial do Falcon Heavy
- Teste de disparo de dois motores Merlin 1C conectados ao primeiro estágio do Falcon 9, Filme 1 , Filme 2 (18 de janeiro de 2008)
- Comunicado à imprensa anunciando o design (9 de setembro de 2005)
- A SpaceX espera fornecer à ISS o novo lançador pesado Falcon 9 (Flight International, 13 de setembro de 2005)
- SpaceX lança Falcon 9, com um cliente (Defense Industry Daily, 15 de setembro de 2005)