Falcon 1 был одноразовой легкой ракетой носителем, разработанной и изготовленной компанией SpaceX в частном порядке с 2006 по 2009 год.
Первоначально планировалось, что первая ступень приводнится на парашюте и будет восстановлена для повторного использования, но эта возможность так и не была продемонстрирована.
Высота - 21 м
Диаметр - 1,7 м
Масса - 28 т
Две ступени.
Двигатели:
1 ступень - 1 ЖРД жидкий кислород/керосин
SpaceX
Merlin 1A,
Merlin 1С, макс. тяга 450 кН
2 ступень - 1 ЖРД
жидкий кислород/керосин
SpaceX Kestrel (упрощенный
Merlin 1), макс. тяга
31 кН.
Полезная нагрузка на LEO (максимальная, теоретическая) -
670 кг, практическая - 180 кг.
* -тут и далее
LEO - Low Earth Orbit, низкая околоземная орбита, НОО.
SSO - Sun-synchronous orbit, солнечно-синхронная (гелиосинхронная) орбита, ССО
GTO - Geostationary transfer orbit, геопереходная орбита, ГПО
Запуски проводились с острова Омелек (часть атолла Кваджалейн в Республике Маршалловы Острова).
Три первых полета закончились авариями, четвертый (
имитатор нагрузки 165 кг, 28 сентября 2008 г ) и пятый полеты (вывод на орбиту малазийского спутника наблюдения за Землей
RazakSAT,
180 кг) прошли успешно.
Falcon 1e
Далее планировалась разработка ракеты-носителя Falcon 1e.
Falcon 1e должен был быть модернизацией SpaceX Falcon 1.
Предполагалось использовать разрабатываемый уже в то время двигатель Merlin-1D с тягой 556 кН в составе 1й ступени. Во второй ступени должен был использоваться ЖРД Kestrel , модернизированный до большей тяги. Первая ступень удлинялась, обтекатель полезной нагрузки предполагалось парашютировать и повторно использовать.
Высота - 27,40 м
Диаметр - 1,70 м
Полезная нагрузка на LEO - 1010 кг
Полезная нагрузка на SSO - 560 кг
Первый запуск Falcon 1e был запланирован на середину 2011 года. Но Илану пришло в голову, что легкая ракета это слишком легко, а вот среднего класса... это уже интересно.
- А не добавить ли нам больше движков, чтобы утащить больше вот этих всяких космических штук? подумали в SpaceX. Ну и добавили :)
Falcon 5:
Falcon 5
должна была оснащаться пятью двигателями Merlin , а верхняя ступень - одним двигателем Merlin, оптимизированным для работы в вакууме.
Авионика, материалы конструкции, концепция, двигатели и система запуска сохранялись от
Falcon 1, уже проверенные и работоспособные.
Разумеется, возрастали размеры - длина и диаметр, ибо первой ступени нужно было "кормить" уже пять двигателей
Merlin 1С (развивающий в матрице 5х
Merlin 1С -
347
кН каждый), ну и выросла стартовая масса.
В зависимости от фазы полета первая ступень могла потерять до трех двигателей и при этом выполнить свою задачу. Основная конструкция была изготовлена из алюминиевого сплава космического класса в запатентованном градуированном монококе, общей переборке и архитектуре со стабилизацией полетного давления, разработанной SpaceX.
Герметизация бака с гелием обеспечивалась композитными баками Inconel с внешней оболочкой от Arde Corporation, той же модели, которая использовалась в ракете Boeing Delta IV.
Разделение ступеней происходило с помощью разделительных болтов двойного действия и системы пневматических толкателей. Все компоненты прошли космическую квалификацию и уже летали на других ракетах-носителях.
Система спасения парашютированием была построена для SpaceX компанией Irvin Parachute Corporation (IRVIN-GQ), которая также создавала парашюты для Space Shuttle (тормозной посадочный),
самолетов Lockheed SR-71 Blackbird,
Eurofighter Typhoon и других систем.
Конструкция бака второй ступени выполнена из алюминиево-литиевого сплава (алюминий, легированный литием).
Это позволяет создавать аэрокосмическую технику с меньшей массой, что даёт возможность экономии горючего, увеличения грузоподъемности и улучшения других характеристик летательных аппаратов.
Один двигатель SpaceX Kestrel с питанием под давлением приводил в движение верхнюю ступень Falcon 5. Для дополнительной надежности перезапуска двигатель имел двойные резервные факельные воспламенители.
Высота - 29,00 м
Диаметр - 3,40 м
Масса -
129 700 кг
Тяга:
1 735 кН
Полезная нагрузка LEO - 4 200 кг
Полезная нагрузка GTO - 1 250 кг
Однако в ходе разработки
Falcon 5 в SpaceX пришли к оптимальной схеме использования девяти двигателей в первой ступени,
Falcon 5 был отменен, и разрабатываемая ракета получила название
Falcon 9 - по количеству двигателей первой ступени.
Т.е. по принятой в то время терминологии
SpaceX, Falcon Heavy это
Falcon 27 :)
Falcon 9 Air:
Так же какое то время параллельно разработке
Falcon 9 шла разработка р-н Falcon 9 Air воздушного старта для
Stratolaunch Systems. Предполагалось, что полезная нагрузка
р-н Falcon 9 Air, доставляемая на низкую околоземную орбиту составит 6 100 кг.
Falcon 9 Air должен был иметь в составе первой ступени 4 двигателя
Merlin 1D (т.е. по сути это должен был быть Falcon 4 Air). В конечном итоге, соглашение между
SpaceX и
Stratolaunch Systems было аннулировано, в силу большой разницы между р-н, предлагаемой
SpaceX, и требований к р-н от
Stratolaunch Systems , и
Stratolaunch Systems занялось р-н Orbital Sciences Pegasus II (которая так и не была реализована).
* -тут и далее р-н это ракета носитель.
Усилия, прилагаемые молодой фирмой
SpaceX к созданию ракеты среднего класса, в конечном итоге дали свои плоды, и у
SpaceX стало получаться что то интересное.
Falcon 9 v1.0
Первая ступень Falcon 9 v1.0 использовалась при первых пяти запусках Falcon 9 и приводилась в действие девятью ракетными двигателями SpaceX Merlin 1C , расположенными по схеме 3x3. Каждый из этих двигателей имел тягу на уровне моря 420 кН.
Двигатель SpaceX Kestrel второй ступени был заменен на оптимизированный для работы в вакууме SpaceX Merlin 1C vacuum, развивающий тягу в 445 кН.
Высота - 47,8 м
Диаметр - 3,66 м
Масса - 333 400 кг
Полезная нагрузка LEO - 9 000 кг
Полезная нагрузка GTO - 3 400 кг
Первая ступень планировалась к посадке парашютированием в океан, но первые ступени даже не доходили до стадии раскрытия парашютов — они разрушались при входе в атмосферу.
Корабль-эвакуатор Freedom Star, используемый для вылавливания из океана многоразовых твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля "Шаттл", находился у побережья Джорджии, чтобы забрать первую ступень. Но забирать было нечего и ребята пили виски и поплевывали в океан.
Две попытки посадки на парашютах в океан ракет носителей Falcon 9 v1.0 B0003 и Falcon 9 v1.0 B0004 привели к отказу системы парашютирования и отказу от попыток сажать р-н Falcon 9 v1.0 на парашютах в последующих полетах трех р-н Falcon 9 v1.0 B0005, B0006, B0007.
В процессе агрессивных игр с Falcon 9 v1.0, хотя Falcon 9 v1.0 успешно отлетала все пять полетов, включая вывод на орбиту трех разных "демок" Драконов, двух миссий грузовых Драконов ( SpaceX CRS-1 C103 и SpaceX CRS-2 C104) к МКС, (и неудачи с выводом вторичной нагрузки - спутника связи Orbcomm-OG2 в миссии SpaceX CRS-2 , штатно доставившей грузовой Дракон на орбиту), SpaceX пришла к выводу, что парашют первой ступени это немного совсем не то, что нужно.
Посему от парашютов решительно отказались, и занялись посадкой на двигателях.
Falcon 9 v1.1:
Первый запуск состоялся в сентябре 2013 г. (р-н Falcon 9 v1.1 B1003)
Последний полет Falcon 9 v1.1 (р-н B1017) был осуществлен в январе 2016.
Falcon 9 v1.1 представлял собой шаг вперед по сравнению с Falcon 9 v1.0, с увеличенной тягой, высотой и весом. Двигатели Merlin 1C были заменены на матрицу более мощных двигателей Merlin 1D, развивающих тягу на уровне моря до 630 кН каждый.
Однако возможности двигателей Merlin 1D в конфигурации Falcon 9 v1.1 использовались, по оценкам разработчиков, примерно на 85 процентов. Двигатель мог тянуть и больше.
Изменилась матрица двигателей - Merlin 1D х 8 по кругу, один Merlin 1D в центре.
Высота - 68,4 м
Диаметр - 3,66 м
Масса - 505 846 кг
Полезная нагрузка LEO - 13 150 кг
Полезная нагрузка GTO - 4 850 кг
Falcon 9 v1.1 (R):
В рамках усилий SpaceX по разработке многоразовой системы запуска, после отказа от идеи посадки парашютированием, первые ступени модификации Falcon 9 v1.1 - ракеты носителя Falcon 9 v1.1(R) (R от англ. reusable — повторно используемая) включали четыре выдвижных посадочных опоры и решетчатые стабилизаторы для управления спуском.
После успешного запуска полезной нагрузки на орбиту отрабатывались методы контролируемой посадки в океан, после чего перешли к попыткам садиться на плавучую платформу. Однако предпринятые попытка посадить успешно отработавшие свою миссию в космосе р-н B1012 (доставившую Dracon C107 на орбиту) и B1015 ( доставившую Dracon C108.1) а впоследствии и B1017 (доставивший на орбиту Jason-3) на плавучую платформу окончились неудачей.
Но SpaceX считал, что нормальная ракета носитель в 21 веке должна быть многоразовой и уметь садится.
Falcon 9 v1.2 ( Falcon 9 Full Thrust):
Falcon 9 v1.2 представляет собой существенную модернизацию Falcon 9 v1.1 , которая совершила свой последний полет в январе 2016 года.
Двигатели Merlin 1D (наконец то) были форсированы до 845 кН тяги на уровне моря каждый, увеличен бак второй ступени, увеличена плотность топлива (путем переохлаждения).
Ракета-носитель первой ступени может выйти на низкую околоземную орбиту как одноступенчатая, если на ней не устанавливать вторую ступень (разгонный блок) и полезную нагрузку.
Высота - 70 м (с обтекателем полезной нагрузки)
Диаметр - 3,66 м
Масса - 549 000 кг
Полезная нагрузка LEO - 22 800 кг ( не возвращаемая 1 ступень)/ 15 600 кг (возвращаемая)
Полезная нагрузка GTO - 8300 кг / 5 500 кг
Полезная нагрузка к Марсу - 4 020 кг
Ракета носитель Falcon 9 v1.2 B1019 впервые совершила управляемое приземление (после доставки на орбиту 11 спутников Orbcomm OG2) на мысе Канаверал 22 декабря 2015 года, а B1021.1 успешно сел на плавучую платформу.
Falcon 9 v1.2 B1019 теперь находится в постоянной экспозиции возле штаб-квартиры SpaceX в Хоторне, Калифорния:
Весь мир запасался попкорном, усаживался к экранам телевизоров или компьютеров, и завороженно глядя прямую трансляцию, следил за стартом очередного Falcon 9 1.2, уже зная что таки взлетит, и доставит полезную нагрузку на орбиту, а вот при посадке начнется самый экшен.
Иногда садящийся Falcon 9 не подводил ожиданий публики и эффектно бабахался при посадке.
Но все чаще Сокол -9 садился, садился, садился, садился... и публика начинала понимать что это все таки прорыв...
В связи с накопляемым опытом, Falcon 9 v1.2 постоянно модернизировался, получая т.н. "Блоки", т.е. наборы модификаций, причем вводя их поэтапно и постепенно, от миссии к миссии.
Например, набор модификаций Block 4 сначала получила вторая ступень, летая в космос на первой Block 3 в трех миссиях: NROL - 76 и Inmarsat-5 F4 в мае 2017 года и Intelsat 35e в июле, а потом до Block 4 были модернизированы и первые ступени Block 3.
Falcon 9 Block 5 (Falcon 9 v1.2 Block 5):
В 2017 году SpaceX объявила, что в разработке находится еще одна серия дополнительных улучшений, Falcon 9 Block 5 , которая пришла на смену переходному Block 4. Самыми большими изменениями между Block 3 и Block 5 являются более высокая тяга всех двигателей ( двигатели Merlin 1D были доведены до 850 кН тяги на уровне моря каждый, в ряде источников упоминается название Merlin 1D+) и улучшения посадочных "ног".
Из дополнений вносимых в конструкцию интересны многоразовый теплозащитный экран, защищающий двигатели и трубопроводы в основании ракеты ; теплозащитное покрытие на первой ступени для ограничения повреждения от перегрева при входе в атмосферу, включая черный теплозащитный слой на посадочных опорах, дорожке качения и промежуточной ступени.
Block 5 включает в себя улучшенную систему управления полетом для оптимизации угла атаки при снижении, что снижает потребность в топливе для посадки.
В некоторых случаях к ракете добавляется космический буксир SHERPA , что делает ее трехступенчатой ракетой-носителем частично многоразового использования . Кроме того, многочисленные небольшие изменения помогут упростить восстановление и повторное использование бустеров первой ступени.
Изменения направлены на увеличение скорости производства и эффективности повторного использования. SpaceX планирует запускать каждую ракету-носитель Block 5 не менее десяти раз с промежуточными проверками и до 100 раз с ремонтом.
Первый полет -11 мая 2018 г.
Высота - 70 м (с обтекателем полезной нагрузки)
Диаметр - 3,66 м
Масса - 549 т
Полезная нагрузка на LEO (28,5°):
22,8 т (не возвращаемый запуск)
15,6 т (многократное использование)
Полезная нагрузка на GTO (27°)
8,3 т (не возвращаемый запуск)
5,5 т (многократное использование)
Полезная нагрузка на Марс - 4 т
Falcon Heavy (Falcon 9 Heavy):
Falcon Heavy является производным от р-н Falcon 9 и состоит из усиленной первой ступени Falcon 9 в качестве центрального ядра с двумя дополнительными первыми ступенями Falcon 9, служащими ускорителями.
Идея объединить несколько Falcon в один носитель возникла давно, еще в 2003 году.
Концепция была интересной и казалась простой, но, как говорил потом Маск " Мы были довольно наивны в этом".
Интеграционные и структурные проблемы объединения даже трех ядер Falcon 9 оказались намного сложнее, чем ожидалось.
Нужно было изначально проектировать р-н с возможностью работы в масштабируемой связке.
Готовясь к первому демонстрационному полету Falcon Heavy, Маск демонстрировал достаточно низкий уровень ожидания, поскольку конструкция получилась достаточно сложной:
" Есть очень большая вероятность, что ракета не выйдет на орбиту … Я надеюсь, что она уйдет достаточно далеко от стартовой площадки, чтобы не повредить ее. Я бы даже это посчитал победой, если честно."
27 двигателей Merlin 1D работают вместе:
Высота - 70 м
Ширина - 12,2 м
Масса - 1 420 т
Полезная нагрузка LEO - 63,8 т
Полезная нагрузка GTO -
26,7 т
Полезная нагрузка к Марсу - 16,8 т
Полезная нагрузка к Плутону -
3,5 т
Первоначально планировалось внести в связку 3х Falcon 9 Block 4/ Block 5 (Falcon Heavy) систему перекачивания горючего из боковых носителей в центральный, затем от этой схемы отказались, просто введя в процесс полета дросселирование двигателей центрального носителя.
Разумеется, в серийные Falcon 9 были внесены изменения, но не кардинальные, и один из боковых носителей - Falcon 9 Block 5 B1052, совершив два полета в связке Falcon Heavy, был впоследствии выделен в самостоятельный Falcon 9 Block 5 B1052, который успешно вывел на орбиту самостоятельным третьим полетом итальянский COSMO-SkyMed 2, и благополучно приземлился. И готовится к следующему полету.
Кстати, в трех предыдущих запусках Falcon Heavy участвовали и благополучно сели Falcon 9 B1023, B1025, B1052, B1053 и
B1055, из которых B1023 и B1025 сначала слетали сами, а потом в связке Falcon Heavy.
Falcon Heavy существует в трех вариантах запуска:
1 - полностью расходуемые все три Falcon 9. Полезная нагрузка на LEO - 63,8 т
2 - расходуемый центральный
Falcon 9. Боковые садиться на 2 плавучие платформы (текущий вариант для будущих миссий).
Полезная нагрузка на LEO - более 57 т
3 - полностью многоразовый вариант. Полезная нагрузка на LEO -
около 30 т
Серьезные задачи для
Falcon Heavy планируются с этого года - 3 миссии для космических сил США (
USSF-44, USSF-52 и
USSF-67), миссия Психея к одноименному астероиду,
Inmarsat GX6B, в 2023 - лунный посадочный модуль Griffin c луноходом NASA VIPER, в 2024 - NASA
GOES-U, NASA
Europa Clipper, силовая и двигательная установка (PPE), жилой и логистический блок (HALO)
для окололунной МКС Gateway, и минимум два рейса "грузовика" Dracon XL к окололунной станции.
