Бележка на редактора: Този пост на гостите е написан от Лукаш Давия и Марийн Ахтернам.
Въведете „ракети за многократна употреба“ в търсачката, няма как да не бъдете привлечени от привличането на свързаните с SpaceX връзки, които изпълват екрана. Причината за това е разбираема: със смъртта на космическия совал и липсата на ясно планиране за бъдещето от повечето стари играчи в полето за космически полети, прямият план на SpaceX, близкосрочният план и предишните тестове за полети ги правят любимите на всички драстично да намалят разходите до орбита с ракети, които се връщат у дома - готови за повторна употреба.
И с предстоящото изстрелване на 14-та ракета Falcon 9 на SpaceX на 6 януари, носеща Dragon на МКС, потенциалът за истинска повторна употреба на ракети със сигурност е в обсега за първи път в близките 90 години, откакто Goddard пусна първата в света ракета с течно гориво от Масачузетс през 1926 г. И все пак, сега е по-важно време от всякога да закалим нашите диви очаквания за възможността ракети, които сами да летят обратно към стартовата площадка. Докато ракетната революция може да е сред нас, това е итеративен, многостъпален процес, който преодолява всяка една мисия - и не бива да очакваме да наблюдаваме редовно повторно използване на подобни авиокомпании и големи спадове в скоро време.
Трябва да се отбележи, че Илон Мъск за всичките си невероятни постижения никога не е поставял твърд и бърз график за това кога ще бъдат достъпни евтини и достъпни ракети, камо ли солидна цена. Защо? Просто защото навлизаме на територия, която остава неизследвана.
Единственият ракетен носител в историята, който някога е прелитал няколко пъти след достигане на орбита, беше космическият совал. Въпреки че използва повторно най-скъпата част от всяка ракета - двигателите и свързаните с тях системи, совалката струва поне 450 милиона долара за изстрелване според НАСА, със сравнително малък полезен товар от 24 метрични тона до ниската земна орбита, или почти 19 000 долара за килограм , Включително разходите за разработка, сумирани и разделени на полет, цената за изстрелване може да достигне средно 1,5 милиарда долара или трикратната сума на НАСА. Това, което трябваше драстично да намали разходите за килограм повдигане на товари на орбита, се оказа едно от най-скъпите ракети-носители в човешката история. Защо стана толкова скъпо?
Концепцията на космическия совал е резултат от брак между НАСА, ВВС и други партньори. Всеки от тях искаше свои собствени дизайнерски спецификации, които в крайна сметка произвеждаха страховито превозно средство с не точно определена цел и той се превърна в „улов на всички“ от космическата индустрия. Най-вече беше, че количеството поддръжка, необходимо за всяка мисия, беше значително подценено от НАСА. След всеки полет цялото превозно средство трябваше да бъде реконструирано основно: подменени плочки, инспектирани двигатели, ремонтирани бустери. По-специално, триото на основните двигатели RS-25 трябваше да се раздели и да се провери за всеки възможен дефект, който може да причини повреда, а когато нещата се счупиха, нямаше здрава линия за захранване, която да ги замени лесно, причинявайки цената на резервните части до изстрелване и поддържането на работна сила, готова и способна да обнови совалката, бързо се превърна в пари, които НАСА така и не успя да възстанови.
SpaceX обаче не е НАСА. Те въведоха по-гъвкав и отзивчив подход за развитие на своите продукти, който беше изключително успешен. Те също имат години от предишни проекти (от множество източници), за да се учат от това, че НАСА не е имало. Това обаче не са проблеми, които могат просто да бъдат размахани. По-скоро те са основни въпроси, които трябва да се справят: няма избягване на ограниченията на физиката.
Обща тема на изявленията на Мъск е дързък стремеж да се революционизира моделът „едно използване и изхвърляне“, който доминира в ракетната индустрия от самото начало, превръщайки я в нещо, по-тясно свързано със сервизния модел на авиокомпания. Това е голяма задача дори по стандартите на Iron Man.
Много фенове показват недооценени бариерите за влизане. Всъщност, в неотдавнашно проучване, проведено на фен общността на SpaceX в Reddit.com, когато беше помолен да постави образовано предположение за цената на изстрелването на ракета Falcon 9 след 5 години, значителна част от близо 600 анкетирани избраха стойност под 20 000 000 долара. Някои дори са избрали цени под 10 000 000 долара. Въпреки че COO на SpaceX, Гуин Шотуел споменава, че стартирането на Falcon 9 за многократна употреба може в крайна сметка да доведе до ценови маркер от 5-7 милиона долара, това вероятно е далеч в бъдещето, далеч от зората на ракетите за многократна употреба. За известна перспектива, преди пет години през 2010 г., SpaceX изстреля две ракети Falcon 9. Миналата година те стартираха шест и изведнъж до 2020 г. цената на стандартния старт Falcon 9 ще бъде три пъти по-евтина? Откъде идва това допълнително ускорение в развитието? Вероятно идва от съзнанието на някои леко прекалено оптимистични фенове.
Всъщност, нещо дори толкова основно, колкото дългосрочната поддръжка на двигателя, все още е сравнително непознато. Преди това SpaceX поясни, че всеки двигател има живот приблизително 40 изстрела, а случаен наблюдател би предположил, че това води до двигател, който може да се използва в 40 мисии. Въпреки това, с три изпитателни изстрела на двигателя преди всяко изстрелване, самото изстрелване и трите изгаряния, необходими за завършване на процеса на повторно пускане и повторно кацане, централният двигател всъщност е длъжен да стреля 7 пъти, за да завърши мисия и с девет двигатели на всеки долен етап - дори и при повечето само няколко пъти, това води до доста голям брой части, които могат да се разрушат след всеки полет. Проверката за тези грешки и поправянето им може да стане много по-скъпо и отнема много време, отколкото може да се надяваме.
Например с диаметър 3,66 м и височина приблизително 42 метра има близо 500 квадратни метра повърхност от първи етап, която е изложена от едната страна на фригидните температури на течния кислород и охладения керосин, а от другата , различни температури от повторно влизане в супената долна атмосфера. Всъщност дори натрупването на лед върху външната кожа на автомобила е достатъчно значително, за да промени съществено масата на автомобила! В рамките на тази голяма площ може да се натрупа умора, свързана с опън, термодинамика и налягане. Стриите могат да изчезнат и да образуват пукнатини на косата. Това е опасност, която може да доведе до критичен провал при оперативна мисия и подобно събитие може трайно да влезе във връзка между зараждащата се ракета за многократна употреба и нестабилността в съзнанието на сателитните оператори и застрахователната индустрия. И въпреки че Falcon 9 може да се счита за свръхпроектиран, е малко вероятно SpaceX да играе ракетна рулетка.
Въпреки че главният инженер на ракетата прецени вероятността за успех на хвърляне на монета, при обнадеждаващото пропулсивно кацане на CRS-5 на наскоро кръстения "автономен десантен кораб", празният първи етап вероятно ще бъде изпратен обратно в централата на Hawthorne, Калифорния на SpaceX и инспектиран с различни методи на разрушителен и неразрушителен анализ за количествено определяне на това как строгите ускорения до скорост от близо 2 километра в секунда за по-малко от три минути и след това достатъчно забавяне, влязъл през атмосферата, за да кацнат в непосредствена близост до морето и солта , засягат автомобила.
Друг пример за потенциални разходи за обновяване се крие в горивото на SpaceX по избор, керосин. Изгаря сравнително мръсно, както се вижда от полупрозрачния стълб от кафяво-черни сажди, по които Falcon 9 се изкачва, отхвърляне към дните на ранните самолети. Това води до ефект, свързан предимно с керолокс двигатели, известни като „коксуване“ - където непълно изгорели сажди се прилепват към почти разтопения двигател и дюзата, намалявайки способността му да излъчва топлина. Почистете го, казвате? Поздравления, току-що въведете обновяване в уравнението, нещо, което SpaceX се стреми да избегне.
Дори игнорирането на самото превозно средство, изстрелванията и необходимите химикали са скъпи! Има хелий с изключително високи цени, който е необходим за поддържане на резервоарите под налягане и пирофорната течност за запалване TEA-TEB, използвана за започване на експлозивния брак между RP-1 & LOX. Не са и химикалите. Има и експлоатационни разходи за наземно пускане, вариращи от заплати на служителите, до скучния процес на заявления за разрешителни, до малко по-интересната аблативна боя, покриваща структурата Transporter-Erector, която държи вертикала на Falcon 9, до разходите за транспорт и преместване. По всяка вероятност текущите капиталови разходи само за едно изстрелване, игнорирайки очевидната стойност на самата ракета, общо в района на 3 милиона долара плюс.
По принцип трябва да прекратим повторното кацане, обновяването, повторното използване и финансово жизнеспособното и бързото използване повторно един от друг. Може да е трудно да се разбере, че и четирите са отличителни, а успехът на едната не предполага следващата стъпка да е гарантирана. Поради това въпросителните въпроси все още остават над разходите, времето и сложността на последните стъпки, необходими на SpaceX да изпълни своя основен план за ракети за многократна употреба. Например: повторното кацане на ракета не означава непременно обновяването да съществува. Това е историята на Космическия совал.
Самото кацане не революционизира ракетата; по-скоро можем да осъзнаем само, че революцията в рафинирането на ракетата в модел, подобен на авиокомпания, се е случила добре само като се огледаме в огледалото за обратно виждане.
Живеем с надежда, че SpaceX постига това, което първоначално си е поставил за цел преди близо 13 години. SpaceX стигна далеч, далеч по-близо от всеки друг до тази цел, но както самият Мъск каза: „Ракетите са твърди“. Успех на екипа на SpaceX за предстоящия им опит за стартиране и кацане на CRS-5, това е началото на нещо много по-голямо.
Написано от Lukas Davia & Marijn Achternaam
Биос: Когато не жонглирате като студент по софтуерно инженерство и уеб програмист на пълен работен ден в Нова Зеландия, Лукаш Давия е самопрофесионалист, зависим от SpaceX, и може да бъде намерен да допринася за общността Reddit / r / SpaceX, добавяйки към своя уебсайт SpaceXStats.com и създавайки инфографика. Вярвате или не, той намира време да излезе навън и да походи и в свободното си време!
Marijn Achternaam е холандски студент, самопровъзгласен инженер по кресла и фанатик на космически полети, който често може да бъде намерен, че допринася за / r / space и / r / SpaceX Reddit общностите.
