Poznámka editora: Tento príspevok hosťa napísali Lukas Davia a Marijn Achternaam.
Ak do vyhľadávacieho nástroja napíšete „opakovane použiteľné rakety“, nemôžete si pomôcť, ale môžete sa zamerať na príťažlivosť odkazov súvisiacich s SpaceX, ktoré vyplňujú obrazovku. Dôvod je pochopiteľný: so smrťou raketoplánu a nedostatkom jasného plánovania do budúcnosti zo strany väčšiny starých hráčov v oblasti kozmického letu, vďaka priamemu, blízkym časovým plánom a predchádzajúcim letovým testom SpaceXu sú všetci obľúbení, aby drasticky znížili náklady na orbita s raketami, ktoré sa vracajú domov - pripravené na opätovné použitie.
A s blížiacim sa spustením 14. rakety Falcon 9 SpaceX, ktorá sa uskutoční 6. januára a ktorá prinesie draka k ISS, je potenciál skutočnej opakovanej použiteľnosti rakety na dosah vôbec prvýkrát za takmer 90 rokov, keď Goddard uviedol na trh prvú kvapalnú palivovú raketu na svete od Massachusetts v roku 1926. Napriek tomu je teraz dôležitejšia doba ako kedykoľvek predtým, aby sme zmiernili naše divoké očakávania týkajúce sa možnosti rakiet, ktoré sa samé odlietajú späť na štartovaciu plochu. Aj keď medzi nami môže byť revolúcia v raketovej technike, jedná sa o iteračný, viacstupňový proces, ktorý presahuje každú jednu misiu - a nemali by sme očakávať, že sa v dohľadnej dobe objaví pravidelné opätovné použitie podobné leteckým spoločnostiam a veľké zníženie nákladov.
Malo by sa poznamenať, že Elon Musk, za všetky svoje úžasné úspechy, nikdy nestanovil tvrdú a rýchlu časovú os, kedy by bola k dispozícii lacná a prístupná raketa, nieto solídna cena. Prečo? Jednoducho preto, že vstupujeme na územie, ktoré zostáva nezmapované.
Jediným štartovacím prostriedkom v histórii, ktorý bol niekoľkokrát znovu preletený po dosiahnutí obežnej dráhy, bol raketoplán. Napriek opakovanému použitiu najdrahšej časti rakety - motorov a pridružených systémov - raketoplán stál podľa NASA najmenej 450 miliónov dolárov, s relatívne malým užitočným zaťažením 24 metrických ton na orbitu Zeme alebo takmer 19 000 dolárov za kilogram , Vrátane nákladov na vývoj, spočítaných a rozdelených na jeden let, môže cena za spustenie dosiahnuť priemernú výšku 1,5 miliardy dolárov alebo trojnásobok stanovenej sumy NASA. To, čo malo drasticky znížiť náklady na kilogram zdvíhaného nákladu na obežnú dráhu, sa stalo jedným z najdrahších štartovacích vozidiel v ľudskej histórii. Prečo to bolo tak drahé?
Koncepcia raketoplánu bola výsledkom manželstva medzi NASA, letectvom a ostatnými partnermi. Každý z nich chcel mať svoje vlastné konštrukčné špecifikácie, ktoré nakoniec vyprodukovali zdvorilé vozidlo bez presne definovaného účelu a stalo sa „kozmickým“ vesmírnym priemyslom. Hlavne to bolo to, že množstvo údržby vyžadovanej po každej misii bolo NASA veľmi podcenené. Po každom lete sa celé vozidlo muselo v podstate prestavať: vymeniť dlaždice, skontrolovať motory, opraviť zosilňovače. Najmä trio hlavných motorov RS-25 sa muselo rozobrať a skontrolovať na všetky možné chyby, ktoré by mohli spôsobiť poruchu, a keď sa veci rozpadli, neexistovala zdravá dodávka, ktorá by ich mohla ľahko vymeniť a spôsobiť tak náklady na náhradné diely na prudký nárast a udržiavanie pracovnej sily pripravenej a schopnej opraviť raketoplán rýchlo sa stalo potopením peňazí, ktoré NASA nikdy nedokázala získať späť.
SpaceX však nie je NASA. Zaviedli agilnejší a pohotovejší prístup k vývoju svojich produktov, ktorý bol nesmierne úspešný. Majú tiež roky predchádzajúcich projektov (z viacerých zdrojov), ktoré sa mohli poučiť z toho, čo NASA neurobila. Nejedná sa však o problémy, ktoré je možné jednoducho vyhodiť. Ide skôr o základné problémy, ktoré je potrebné riešiť: nedochádza k úniku z obmedzení fyziky.
Spoločnou témou vyhlásení spoločnosti Musk je odvážna snaha o revolúciu v modeli „jedno použitie a vyhodiť ho“, ktorý dominuje v raketovom priemysle od začiatku a mení ho na niečo, čo užšie súvisí s modelom leteckej spoločnosti založenej na službách. Je to veľká úloha, dokonca aj podľa noriem spoločnosti Iron Man.
Mnoho fanúšikov vykazuje podcenenie prekážok vstupu. V nedávnom prieskume o fanúšikskej komunite SpaceX na Reddit.com, keď bola požiadaná o vzdelaný odhad ceny rakety Falcon 9 za 5 rokov, významná časť takmer 600 respondentov si vybrala hodnotu pod 20 000 000 dolárov. Niektorí dokonca vybrali ceny pod 10 000 000 dolárov. Hoci COO spoločnosti SpaceX, Gwynne Shotwell sa zmienil o tom, že opakované spustenie Falcon 9 by mohlo nakoniec viesť k cenovej značke 5 - 7 miliónov dolárov, je to pravdepodobne v budúcnosti ďaleko, ďaleko za úsvitom opakovane použiteľných rakiet. Z nejakého hľadiska, pred piatimi rokmi v roku 2010, SpaceX spustil dve rakety Falcon 9. Minulý rok spustili šesť a zrazu do roku 2020 budú náklady na štandardné spustenie Falcon 9 trikrát lacnejšie? Odkiaľ pochádza toto ďalšie zrýchlenie vo vývoji? Pravdepodobne to vychádza z mysle niektorých trochu príliš optimistických fanúšikov.
V skutočnosti je niečo také základné, ako je dlhodobá údržba motora, stále relatívne neznáme. SpaceX predtým objasnil, že každý motor má životnosť približne 40 palieb a náhodný pozorovateľ by predpokladal, že to bude mať za následok motor, ktorý sa dá použiť na 40 misií. Avšak s tromi požiarmi s motorovým testom pred každým spustením, samotným vypustením a tromi popáleninami potrebnými na dokončenie procesu opätovného nalodenia a opätovného pristátia, je potrebné, aby stredový motor v skutočnosti vystrelil 7 krát, aby dokončil misiu, a deviatimi. motory na každom dolnom stupni - aj keď väčšina z nich iba niekoľkokrát naštartuje, výsledkom bude pomerne veľa častí, ktoré sa môžu rozpadnúť po každom lete. Kontrola týchto porúch a ich oprava by mohla byť oveľa nákladnejšia a časovo náročnejšia, než by sa dalo dúfať.
Napríklad s priemerom 3,66 ma výškou približne 42 metrov je takmer 500 štvorcových metrov povrchu prvého stupňa, ktorý bol na jednej strane vystavený chladivým teplotám tekutého kyslíka a chladeného petroleja a na druhej strane. , rôzne teploty od návratu do nižšej atmosféry. V skutočnosti, dokonca aj nahromadenie ľadu na vonkajšej koži samotného vozidla je dosť významné na to, aby podstatne zmenilo hmotnosť vozidla! Na tejto veľkej ploche sa môže akumulovať únava v ťahu, termodynamika a tlak. Pruhy môžu nukleacovať a tvoriť vlasové trhliny. Toto je riziko, ktoré by mohlo viesť k kritickému zlyhaniu operačnej misie, a takáto udalosť by mohla natrvalo zakoreniť vzťah medzi vznikajúcou opakovane použiteľnou raketou a nestabilitou v mysliach satelitných operátorov a poisťovacieho priemyslu. A hoci Falcon 9 možno považovať za prepracovaný, je nepravdepodobné, že SpaceX bude hrať raketovú ruletu.
Aj keď hlavný inžinier rakety odhadol pravdepodobnosť úspechu mincí, po nádejnom pohonom pristátia CRS-5 na nedávno pokrstenej „autonómnej pristávacej lodi bez posádky“ bude prázdna prvá etapa pravdepodobne odoslaná späť do centrály spoločnosti SpaceX v Hawthorne v Kalifornii a skontrolovaná. rôznymi metódami deštruktívnej a nedeštruktívnej analýzy na kvantifikáciu toho, ako dôsledné zrýchlenie na rýchlosť takmer 2 km za sekundu za menej ako tri minúty a potom dostatočné spomalenie, návrat do atmosféry, na pristátie v tesnej blízkosti mora a soli , ovplyvniť vozidlo.
Ďalším príkladom potenciálnych nákladov na renováciu je palivo paliva SpaceX, petrolej. Horí pomerne špinavo, ako to dokazuje priesvitný stĺp hnedohnedej sadze, z ktorého Falcon 9 stúpa, čo je návrat do dní skorých lietadiel. To vedie k účinku, ktorý sa spája najmä s motormi na kerolox známymi ako „koksovanie“ - kde nedokonale spálené sadze priľnú k takmer roztavenému motoru a dýze, čím sa znižuje jeho schopnosť vyžarovať teplo. Vyčistite to, hovoríte? Gratulujeme, práve ste do rovnice zaviedli rekonštrukciu, ktorej sa SpaceX snaží vyhnúť.
Aj pri ignorovaní samotného vozidla sú štartovacie a potrebné chemikálie drahé. Na udržanie tlaku pod tlakom je potrebné hélium s mimoriadne vysokou cenou a na začiatku výbušného manželstva medzi RP-1 a LOX sa použila samozápalná zapaľovacia kvapalina TEA-TEB. Nie sú to len chemikálie. Sú tu tiež prevádzkové náklady na uvedenie na trh, od miezd zamestnancov, po nudný proces žiadostí o povolenia, až po trochu zaujímavejšiu ablatívnu farbu, ktorá pokrýva štruktúru Transporter-Erector, ktorá drží vertikálnu polohu Falcon 9, až po náklady na dopravu a premiestnenie. Pravdepodobne súčasné kapitálové výdavky jediného štartu, ignorujúc zjavnú hodnotu samotnej rakety, spolu dosahujú spolu 3 milióny dolárov.
V zásade musíme oddeliť opätovné vykládky, rekonštrukcie, opätovné použitie a finančne uskutočniteľné a rýchle opätovné použitie. Môže byť ťažké pochopiť, že všetky štyri sú zreteľné a úspech jedného neznamená, že je zaručený ďalší krok. Z tohto dôvodu otázniky stále zostávajú nad nákladmi, časom a zložitosťou konečných krokov potrebných na to, aby SpaceX dokončil svoj znovu použiteľný plán rakiet. Napríklad: opätovné pristátie rakety nemusí nevyhnutne viesť k tomu, že renovácia nebude existovať. Toto je príbeh domovskej raketoplánu.
Samotné pristátie nie je revolúciou pre raketu; skôr si môžeme uvedomiť, že revolúcia rafinácie rakety na model podobný leteckej spoločnosti nastal dobre len po spätnom pohľade do spätného zrkadla.
Žijeme v nádeji, že SpaceX dosiahne to, čo sa pôvodne stanovilo takmer pred 13 rokmi. SpaceX sa k tomuto cieľu dostal ďaleko, oveľa bližšie ako ktokoľvek iný, ale ako sám Musk povedal: „Rakety sú tvrdé“. Veľa šťastia tímu SpaceX za nadchádzajúci pokus o spustenie a pristátie s CRS-5, je to začiatok niečoho oveľa väčšieho.
Napísali Lukas Davia a Marijn Achternaam
Bios: Ak nie ste žonglovanie ako študent softvérového inžinierstva a vývojár webových stránok na plný úväzok na Novom Zélande, Lukas Davia je narkoman závislý na SpaceX a možno ho nájsť ako príspevok k komunite Reddit / r / SpaceX, pridanie na jeho webovú stránku SpaceXStats.com a vytvorenie infografiky. Verte tomu alebo nie, nenájde čas ísť von a túry aj vo svojom voľnom čase!
Marijn Achternaam je holandský študent, samoobslužný technik kresiel a fanúšik kozmického letu, o ktorom sa často hovorí, že prispieva do komunít / r / space a / r / SpaceX Reddit.
