javax_slr (javax_slr) wrote,
javax_slr
javax_slr

Category:

Краткая история SpaceX и FAQ

Вообще то я собирался сделать только FAQ по ракетам SpaceX после того, как многие начали задавать вопросы о полёте красной машины в космос, но быстро понял, что многим не хватает контекста, поэтому дописал главы истории и терминологии.
Они получились длиннее, чем я хотел бы, но без этого некоторые вопросы и ответы будут понятны не всем.

Сначала немного истории

Сейчас имя Илона Маска мы слышим часто вместе со SpaceX или Tesla, но первоначально он был больше известен, как один из основателей компаний, слившихся во всем известный PayPal. Уже тогда, мечты и планы Маска шли дальше Земли, простых полетов в космос и он мечтал о “запасном доме” для человечества, о колонизации Марса.

После продажи компании eBay, в 2002 года Илон едет на встречу в Москву, чтобы обсудить и заказать у русских доставку небольшой оранжереи на Марс - важного шага для дальнейшего создания колонии - проверить возможность выращивать овощи на Марсе. Узнав цену, которую Роскосмос захотел за такой эксперимент, Маск решает основать свою компанию, которая будет создавать и запускать ракеты – SpaceX.



Уже через 4 года SpaceX была создана первая ракета - легкая Falcon 1, которая названа в честь Тысячелетнего Сокола из Звездных войн. Но она терпит аварию, а потом еще одну аварию, и еще одну. Три первых пуска заканчиваются провалом.

В 2008 году у Маска заканчиваются финансовые возможности поддерживать два своих смелых проекта - Tesla и SpaceX одновременно и только чудо могло спасти ситуацию и оно происходит - четвертый запуск Falcon 1 оказывается успешным и, благодаря этому, он получает контракт НАСА, а с ним и 1.6 млрд долларов на создание космического корабля для снабжения Международной Космической Станции и ракеты для запуска этого корабля.



В основе компании Маска лежит казалось бы простая и очевидная идея - космические полеты должны быть дешевыми, тогда можно будет полететь на Марс. Он требует от своих инженеров (впрочем, он и сам выступает в качестве Генерального конструктора ракет) создания дешевых решений, а также предлагает работать над повторным использованием элементов ракет - в первую очередь первой ступени и обтекателя.



В 2010 запущен первый Falcon 9 - это более мощная ракета, на первой ступени которой 9 двигателей Мерлин (на первой ступени Falcon 1 был один Мерлин).

На вторую ступень он тоже ставит Мерлин, хотя тот для этого не идеален - это сделано для того, чтобы удешевить производство и не делать два разных двигателя (на второй ступени Falcon 1 был другой двигатель - Кестрел).



В то же время компания начинает работать над возвращением первой ступени Falcon 9 с помощью парашютов, но в результате неудачных экспериментов было решено отказаться от этой идеи и перейти к решению сажать первую ступень вертикально, на двигателе. Так создается прототип - кузнечик, который взлетает на километр, а потом садится на работающем двигателе.

Параллельно с поиском решения проблемы возвращения частей ракет, все время модифицируется Falcon 9. Маск привнес в старую закостеневшую отрасль, в которой царили крупные корпорации вроде Боинга и АрианСпейс динамичную стартаперскую культуру силиконовой долины. Так как компания SpaceX небольшая и состоит из фанатов своего дела, и сам Маск принимает непосредственное участие в принятии технических решений, то все изменения проходят быстрее - принятие решений не тормозится многочисленными инстанциями.

В процессе модификаций в Falcon 9 cначала удлиняется первая ступень, потом жидкий кислород заменяется переохлажденным жидким кислородом (это позволяет взять больше на борт больше жидкого кислорода - у него повышается плотность.).



В 2013 и 2014 начинаются эксперименты по посадке первой ступени вертикально. Сначала посадку осуществляли в океан, получали телеметрию о скорости и точности, а потом создали баржу, на которую ступень должна была сесть (на возвращение к месту посадки обычно не хватало топлива, да и власти не разрешали тащить из космоса ступень на сушу, на головы людям).



В 2015 произошла авария и был утерян корабль Dragon с грузами для МКС. Компания была вынуждена приостановить запуски на полгода.



После нескольких почти удачных посадок на корабль (да, раскачивающийся на волнах!), когда ракета попадала точно на корабль, но разбивалась по разным причинам (вернее не ракета, а первая ступень, которая отработала и отделилась от второй ступени), было получено разрешение на посадку на сушу и наконец-то ступень удалось посадить. Это был прорыв, многие серьезные инженеры не верили, что это возможно. Советую посмотреть видео эпизодов неудачных и первых удачных посадок первой ступени: (https://www.youtube.com/watch?v=bvim4rsNHkQ) - взрывы и расчлененка!



А затем пошли одна за одной удачные посадки и на корабль. Посадка на баржу позволила Маску возвращать первые ступени в случаях, когда вес груза не оставлял достаточного количества топлива для полета назад на сушу. А если совсем тяжелый спутник - топлива не остается совсем и первая ступень выбрасывается, как и у других ракет.



Постоянные улучшения ракеты, позволившие вдвое (!!!) повысить выводимую полезную нагрузку за 5-6 лет имеют и обратную сторону. Из-за новой процедуры заправки в 2016 году взорвался Falcon 9 с израильским спутником Амос-6 (еще до старта и даже с выключенными двигателями - достойно отдельной истории).



В 2017 году впервые полетели уже использованные первые ступени, которые вернули и подготовили к повторному полету.
Уже летавшие первые ступени он называет не "Б/У" и не "секонд хэнд" или хотя бы просто "used", a "flight proven" - это гораздо лучше звучит для заказчика. По слухам, тем фирмам, которые согласились поставить свои спутники на уже летавшие ступени, предоставляется скодка, но, главное, они передвигаются вперед в очереди на запуск. Среди таких фирм присутствуют и Иридиум (спутниковая телефонная связь) и SES (спутники связи).


В 2018 году впервые полетела тяжелая ракета Falcon Heavy с личным автомобилем Маска на борту (подробнее об этом в FAQ).
(Красивое и короткое видео полета Falcon Heavy: https://www.youtube.com/watch?v=TY6N_iJTaIM - осторожно - включает несколько фрагментов видеорендеринга, вместо настоящей съемки)


В 2017 Маск изложил свою подробную стратегию освоения Марса. Она включает в себя создание одноступенчатой огромной ракеты BFR и корабля BFS к началу 2020-х годов.




Немного терминологии :
Ракета Falcon 9 двухступенчатая. У неё сначала работает первая ступень, на которой стоит 9 двигателей Merlin, а когда в ней заканчиваются топливо и окислитель, она отделяется, и начинает работать вторая ступень, на которой один двигатель Мерлин. Все современные ракеты делают многоступенчатыми, чтобы увеличить полезную нагрузку выводимую на орбиту. Я не хочу тут углубляться в потробности - просто даю немного информации для тех, кто не в теме.

Спутники выводят на разные орбиты. Самыми популярными являются низкая орбита (200-300 км), солнечно синхронная (используется для фотографирования) и геостационарная (спутник на ней "висит" над одной точной) - 36000 км, для спутников связи.
Геостационарная орбита очень высокая, для нее нужно наклонение орбиты 0 градусов, поэтому для вывода на неё получается вывести груз намного меньше,чем на низкую орбиту - например, 6 тонн против 20 тонн, для Фалькона 9.


Теперь FAQ:

1. Почему Маск так странно спасает ступени? Почему не парашюты?
Скорость приземления на парашютах большая, ступень ожидает сильный удар. А если спускать в море - то соленая вода не друг электроники и двигателей. Впрочем раньше пытались делать именно так.

2. А почему раньше никто ступени не спасал? Он один такой умный?
Твердотопливные ускорители Шаттла падали в море, их ловили и использовали опять. Но там не было двигателей. Планировали спасать на парашютах бустеры первой ступени ракеты Энергия и Ангара 5 (с подхватыванием в воздухе вертолетом), или приделывать им крылья (проект Байкал - ускорители Ангары) - но эти проекты реализованы не были. Сложно.
Однако, то, что отличает Falcon, это то, что у него многоразовость опциональна. Если у вас многоразовость с крыльями, как у Шаттла, то при каждом запуске вы тащите с собой эти крылья. Или контейнеры для парашютов, или еще что-то. Фалькон может летать как одноразовый, с большей грузоподъемностью, или как многоразовый с меньшей. И это та же ракета, надо только прикрепить решетчатые рули и ноги, всё остальное - то же самое.
Есть и еще одно соображение, почему другие этого не делали. В документах по новой европейской ракете Ариан-6 пишут, что спасать и повторно использовать первую ступень невыгодно - вся инфраструктура для производства должна будет поддерживаться без полной загрузки - заводы, технологии, люди. Т.е. разница в затратах на инфраструктуру плюс производство 10 первых ступеней с двигателями получается ненамного больше, чем инфраструктура плюс производство, скажем 2-х ступеней. И эта разница будет съедена стоимостью обновления ступени и двигателя после полета. Т.е. для того, чтобы было выгодно повторно использовать ступени надо чтобы а) запусков было много б) компания была достаточно динамична - ее инфраструктура должна быть легко перестраиваема. Сегодня эти люди на этом заводе собирают первую ступень, завтра они же и там же вторую. Тогда нет затрат на инфраструктуру, которая простаивает. В огромных бюрократических монстрах вроде Боинга, Арианспейс, центр Хруничева (производитель Протона и Ангары) достичь такого сложно.


3. А почему они тогда не спасают для повторного использования остальные части?
Спасать вторую ступень очень сложно - она движется с орбитальной скоростью - 8 км/с, в отличии от первой ступени, котора намного медленнее (плюс минус 2 км/с). Чтобы затормозить с такой скорости, требуется много топлива, а вход в атмосферу на такой скорости требует серьезной теплозащиты. Т.е. это скорее всего будет невыгодно. А вот головной обтекатель, такой конус, который прикрывает спутник наверху ракеты, они спасать пытаются, он стоит около 6 млн дол, и если операция по спасению значительно дешевле, это стоит того. Пока особых успехов нет, но работа идет.

4. Это действительно дает экономию? Ведь ступени надо проверить, перебрать по винтику?
Сложно сказать. Ракеты Маска дешевые и так. Пока подготовка ступени к повторному полету занимала несколько месяцев, и, по словам Маска, стоимость подготовки была близка к цене новой ступени. Однако, это не занимало мощности производства ступеней, и, по-видимому, только благодаря этому, они запустили в 2017 году 19 ракет - почти четверть всех ракет, запущенных в мире.
Новая модификация Фалькона 9 - Block 5 - должна свести подготовку к повторному запуску к 24-м часам, тогда это должно сильно снизить цену, ведь первая ступень это около 70% себестоимости ракеты. Имеется в виду не то, что будут запускать по ракете в день, а что затраты труда работников на подготовку к повторному пуску будут небольшие.

5. Они опять что то модифицируют? НАСА это не напрягает?
Напрягает. НАСА поставили условие - 6 запусков без модификации ракеты или процедур перед запуском людей.

6. Они и людей будут запускать?
Да, SpaceX выиграли конкурс на доставку людей на МКС

7. Если бы не НАСА и запуски для мин обороны - они бы пропали? Жрут деньги налогоплательщиков?
Деньги НАСА их спасли в 2008, это факт, но НАСА они сэкономили уйму денег. Цены у конкурентов (Orbital с ракетой Антарес, который тоже возит грузы на МКС, Boeing с Атласом, который будет возить людей) - намного выше. В 2017 по моим подсчетам правительственные заказы составили 10 из 19 запусков, в деньгах еще большая доля, но если бы не они, запусков было бы почти столько же - за ними реально стоит очередь (см список предстоящих пусков Falcon: https://www.reddit.com/r/spacex/wiki/launches/manifest)

8. Если не из-за повторного использования - почему их ракеты дешевле?
Маленькая эффективная компания. Всего 4-5 тыс человек делают ракету и корабль. Там, где на испытаниях в большой компании участвуют 100 человек, у них 10. Там, где компании снимают тестовые стенды за миллионы, они строят свои тестовые стенды. Почти все делают сами, у поставщиков дорого.

9. А что такого они придумали нового для посадок ступеней?
Принципиально нового ничего. Автоматы садились на Луну в 1960-х, Буран садился без людей в 1988, DC-X садился на двигателях в 1990-х. Просто сели и сделали. Потратили на это около миллиарда долларов.

10. Чем так интересна ракета Falcon Heavy?
Особенно ничем :) Самая тяжелая ракета из тех, что сейчас летают и пятая из созданных за всю историю. Красивая ракета, красиво, когда приземляются одновременно боковые бустеры. И всё. Ну и еще она дешевая. Намного дешевле других ракет сходной грузоподъемности. И, в зависимости от массы спутника, она может вернуть на Землю 3 бустера первой ступени, или два, или один, или полететь как одноразовая для очень большой нагрузки. Цена запуска 90 млн дол в многоразовой конфигурации (что сильно уменьшает грузоподъемность) и где-то 120 млн дол (точно неизвестно) в одноразовой, с максимально грузоподъемностью. А вот Delta IV Heavy стоит 400 млн долларов и выводит раза в два меньше.

11. Зачем запускали машину? Мало в космосе мусора?
Первый запуск такой ракеты очень рискованный. Спутником никто рисковать не хотел. Поэтому надо было запускать что-то неценное. Вместо металлической болванки (как сделали с Ангарой 5), Маск решил запустить машину к Марсу - очень красиво. Кроме того, во время этого запуска вторая ступень имитировала запуск тяжелого геостационарного спутника прямиком на геостационарную орбиту, чтобы показать эту возможность потенциальным заказчикам, в частности, минобороны.

12. Но машина так и будет там болтаться и мешать инопланетному трафику?
Машина отправлена на гелиоцентрическую орбиту. А космос очень пустой, вы даже не представляете какой пустой. Шанс, что она столкнется с чем-то до потухания Солнца, практически нулевой. Реально мешает мусор на околоземной орбите, но, чтобы его не множить, вторая ступень Фальконов обычно сводит себя с орбиты в океан.

13. Так они только ракетами занимаются?
Нет, еще разрабатывают и выпускают корабль снабжения МКС Dragon (который для экономии они тоже повторно используют), в этом году запустят новую его версию Dragon 2 с астронавтами. Кроме того, планируется запуск нескольких тысяч спутников низкоорбитального интернета, Запуск прототипов этих спутников ожидается в начале 2018.

14. Ну и что будет дальше?
В этом году основной фокус SpaceX на запуске пилотируемой версии корабля Dragon. Кроме этого, начнет летать последняя модификация ракеты - Block 5, первая ступень которой должна использоваться до 10 раз, и начато производство элементов новой большой ракеты BFR, и , вероятно, будет продолжена работа над спутниками, предоставляющими доступ в интернет с низкой орбиты

15. Этот ваш Маск - врун и позер. Сплошной PR. Falcon Heavy он обещал еще в 2013, а запустил только сейчас. Где обещанные снижение стоимости полетов в 10 раз? Где запуск Драгона на Марс в 2018? Будет ли обещанный облет людьми Луны в 2018?
Маск обещает много. Пока всё, что он обещал, он делал, но с огромным опозданием - про его проблему со сроками все знают. В снижение стоимости полетов в 10 раз и колонию на Марсе, я, если честно, и сам не верю. Но если смотреть не на разницу между обещаниями и сделанным, а только на сделанное - он сделал очень много, он повлиял и влияет на всю индустрию запусков. Маск сделал очень дешевую ракету, отхватил половину рынка коммерческих запусков и заставил других снизить цены. Пусть не в 10 раз, но на 10-20% цены на рынке уже снизились. Он заставил других игроков на рынке шевелиться. И ULA с Атласом и Дельтой и АрианСпейс с Арианом-5 ситуация на рынке устраивала. А теперь им приходится делать новые, более экономичные ракеты, которые полетят в ближайшие лет 5 (Вулкан у ULA и Ариан-6). Под влиянием посадок ступеней Фалькона Джефф Безос делает свою ракету New Glenn такого же класса и сделанную по тому же принципу. Все они собираются заниматься спасанием первых ступеней (New Glenn) или хотя бы двигателей (Arian-6). Благодаря Маску началась реальная гонка инноваций и стремления к дешевизне на рынке запусков.

16. Что то я вам не верю. Где цифры? Графики? Цена? Количество запусков?
Посмотрите список для дополнительного чтения тут, ниже.

17. Но НАСА же им передала чертежи, патенты, всю Лунную программу! Они даже тестовыми стендами насовскими бесплатно пользуются!

НАСА действительно помагало SpaceX.
Минобороны дало несколько миллионов на Falcon 1 и предоставило сайт для запуска:
"To that end, SpaceX received funding from several DoD entities, including several million dollars from the U.S. Air Force under a program to develop launch capability for DARPA (a defense research agency). Space X was given access to and the use of DoD launch facilities at the Reagan Test Site (formerly Kwajalein Missile Range) in the Marshall Islands."
https://www.airspacemag.com/daily-planet/the-tale-of-falcon-1-5193845/
Это не большие деньги, но они были. Помощь с сайтом для запуска более существенна - если бы не это пришлось бы строить свой космодром.
Для корабля Dragon была предоставлена технология теплозащиты (https://www.nasa.gov/offices/oct/images/phenolic-impregnated-carbon-ablator-pica-heat-shield-technology-is-used-by-spacex/)
Интересно с разработкой двигателя Мерлин:
Мюллер работал на двигателем TR-107 в Нортон Груманн по гос заказу.
Technology lessons from the Low Cost Pintle Engine project were used in the development of the SpaceX Merlin engine. Mueller joined SpaceX in 2002, becoming its head of propulsion, along with other TRW staffers.[8] The turbopump, meanwhile, was contracted to Barber-Nichols, Inc., which derived their pump from their work on the FASTRAC turbopump. TRW's parent, Northrop Grummman, then sued for theft of trade secrets.

Однако же двигатель Мерлин был основан на другом двигателе - https://en.wikipedia.org/wiki/Fastrac_(rocket_engine)

The basic principles of the Fastrac design (namely, a pintle injector and ablatively cooled chamber) lived on in SpaceX's Merlin 1A engine, which used a turbopump from the same subcontractor.[7] The Merlin-1A was somewhat larger engine with a thrust of 77,000 lbf (340 kN) versus 60,000 lbf (270 kN) for Fastrac. The same basic design was capable of much higher thrust levels after upgrading the turbopump. The latest variants of the Merlin-1D achieve 185,500 lbf (825 kN) of thrust as of April 2016, but is a regeneratively cooled engine

Под это дело НАСА передали Мюллеру право использовать патент именно про инжектор: "Liquid propellant rocket engine coaxial injector".
Судя по всему именно это послужило основой легенды, что "НАСА передали SpaceX все наработки по лунной программе" - этот тип инжектора действительно использовался в двигателе Лунного модуля!
Теперь законный вопрос - как же так? Люди старались, разрабатывали, вкладывали деньги, а SpaceX получил всё бесплатно?
Так вот теперь самое интересное:
По существующей в США практике, все патенты, принадлежащие государству или описывающие разработки, выполненные на государственное финансирование (данный случай) принадлежат государству, вне зависимости от того, название какой организации или фамилии указывают на авторство. Таким патентом может пользоваться любая организация зарегистрированная в США или зарегистрированная за границами США, но основную деятельность ведущая на их территории.
У NASA куча программ поддержки частников, и контракты заказывают, и испытательные площадки бесплатно предоставляют, и технологии передают.
Технология NASA TransHab стала основой технологии Bigelow Aerospace.
Разработки NASA по Modular Common Spacecraft Bus легли в основу проектов Moon Express.
Или вот свежий пример:
The agency’s Launch Services Program team made their technical feedback and systems engineering practices available to both companies.
https://www.nasa.gov/feature/small-satellites-to-get-their-own-ride-to-space
Для таких технологий даже сайт есть: https://spinoff.nasa.gov/
ВСЕ технологии разработанные за счёт налогов могут быть свободно получены любой американской фирмой.

18. Правда ли, что Маск - инопланетянин и строит ракеты, чтобы улететь к себе домой с нашей планеты?
Неправда. Ему тут нравится и он решил остаться на вашей планете.


Для доп. чтения:



Немного о ценах. Статья написана до запуска Falcon Heavy и сравнивает нынешние ракеты нескольких фирм с будущими.
Но у SpaceX это будущее уже тут.
В статье не хватает Протона. У него себестоимость как у Falcon 9, а вот страховка очень дорогая из за аварий последних лет.
https://www.fool.com/investing/2016/06/24/how-much-does-it-cost-to-launch-a-satellite.aspx

А вот тут цифры конкретных контрактов. Источники в сообщенияй того же топика

Интересная статья о том , что SpaceX сделал с рынком коммерческих запусков, написанная в ноябре 2017, с графиками
https://smoliarm.livejournal.com/352081.html

Статья о марсианских планах Маска:
https://geektimes.ru/post/293545/

Интервью с Шотвелл, президент SpaceX. Именно она раздобыла контракт с НАСА с 2008 и тем спасла компанию.
https://thealphacentauri.net/spacex-president-interview/

И еще одно интервью с ней же:
https://itc.ua/blogs/prezident-spacex-gvinn-shotvell-rasskazala-o-planah-kompanii-na-sleduyushhiy-god/

Интервью с Томасом Мюллером, главным конструктором двигателей:
https://thealphacentauri.net/spacex-engineer-interview/

и еще одно:
https://thealphacentauri.net/spacex-muller-insides/

Хорошая статья про Falcon Heavy:
https://geektimes.ru/post/297871/

Блог русского программиста из SpaceX:
https://blog.not-a-kernel-guy.com/

Больше информации можно получить на форумах:
Subreddit SpaceX: https://www.reddit.com/r/spacex/
Форум сайта Nasa Spaceflight: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php
Форум журнала "Новости Космонавтики" (на русском): http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/index.php
Tags: space
Subscribe

  • Кемпинг и поход из Нахаль Гваним

    Ведь как оно бывает - поехали в пустыню снимать астрофотографию. Ну а чтобы туда-сюда не мотаться, решили ехать с ночёвкой. А если с ночёвкой - ну…

  • Поход на выборы - граница Ливана

    Сначала, конечно, я собирался, как обычно ехать на юг, в кратер Рамон, и идти километров 20-25. Но потом меня убедили, что будет во первых хамсин…

  • Ницана-Азуз

    Мне Ницана и окрестности понравились еще во время фотомарафона. После этого, в декабре, я организовал с друзьями поездку в хан Бееротаим,…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 10 comments

  • Кемпинг и поход из Нахаль Гваним

    Ведь как оно бывает - поехали в пустыню снимать астрофотографию. Ну а чтобы туда-сюда не мотаться, решили ехать с ночёвкой. А если с ночёвкой - ну…

  • Поход на выборы - граница Ливана

    Сначала, конечно, я собирался, как обычно ехать на юг, в кратер Рамон, и идти километров 20-25. Но потом меня убедили, что будет во первых хамсин…

  • Ницана-Азуз

    Мне Ницана и окрестности понравились еще во время фотомарафона. После этого, в декабре, я организовал с друзьями поездку в хан Бееротаим,…