Реферат на тему «Семейство ракет носителей Falcon»

Оглавление

Введение

1. История создания компании

2. Первые ступени космических ракет

3. Ракеты корпорации SpaceX

3.1.      Falcon 1

3.2.      Falcon 9

3.3.      Falcon Heavy

4. Межпланетная транспортная система

Заключение

Список литературы

Введение

На протяжении многих десятилетий космос оставался зоной, доступной лишь для правительственных организаций. Конец этой эре положили ракеты Falcon, ставшие первой частной разработкой, достигшей успеха в этом трудоёмком сегменте. Возможно, когда-то космос будет доступен и любителям, не только профессионалам.

Falcon ([ˈfælkən], [ˈfɒlkən][4]; с англ. — «сокол») — серия ракет-носителей, разработанных американской компанией SpaceX. Все ракеты серии — двухступенчатые и используют жидкостные ракетные двигатели, топливными компонентами для которых являются керосин и жидкий кислород.

Свое название ракета получила в честь Тысячелетнего сокола из «Звездных войн»[5].

SpaceExplorationTechnologiesCorporation («SpaceX») – частнаяамериканскаякомпания, которая занимается производством космической техники и создана с нуля Илоном Маском

Перед компанией были поставлены амбициозные задачи:

Разработка ракет нового поколения;

Многократное использование ракетоносителей;

Колонизация Марса;

Удешевление стоимости вывода грузов на орбиту в несколько раз;

Популяризация космической тематики.

В случае успеха, космос должен был стать доступен каждому. Ведь до появления этой компании с её ракетами, грузы на орбиту выводили только национальные агентства, получающие финансирование и заказы напрямую от руководства своих стран. Как частный предприниматель, Маск оказался пионером в этом направлении.

К сожалению, когда речь идёт о космосе, быстро добиться впечатляющих результатов нереально. Даже спустя полтора десятилетия прогресс не кажется таким очевидным, но он есть. С частью задач корпорация успешно справилась, но это только начало.

Рассмотрим более подробно семейство ракет носителей Falcon.

История создания компании

История компании «SpaceX» – это конкретное доказательство того, что частное дело способно быть намного более эффективным, нежели государственные структуры, если человек буквально живет этим делом, мечтой и целеустремлен.

Американская компания SpaceXпоявилась на свет в далеком 2002 году, благодаря мечте миллиардера, изобретателя и предпринимателя, родом из Канады: Илона Маска. Он мечтал о частных коммерческих полетах людей на «красную планету» и ее колонизации, однако ни одной перспективной идеи Илон не видел. Тогда Илон решил проложить путь к своей мечте собственными усилиями.

Уже в 2001 году Маск приступил к поиску ракеты-носителя, которая подходила бы по техническим характеристикам. Илон выбрал ракету-носитель «Днепр-1» российского производства, однако он был недоволен стоимостью. Илон посчитал, что материалы и детали для создания ракеты обходятся, примерно, в 3% от окончательной стоимости ракеты и решил, что создание многоразовой ракеты-носителя моглобы снизить стоимость ракет и их запуска в 10 раз и приносить огромную прибыль. Таким образом, в 2002 году Илон начал искатьвыдающихся людей для его компании, которая вскоре была названа«SpaceX». Первым, когоИлон пригласил в команду,был выдающийся американский инженер-конструктор ракетных двигателей Том Мюллер. Когда Том принял предложение, Илон сразу же официально оформил компанию. Затем арендовалдля компании ангар общей площадью 7000 квадратных метров в Калифорнии. Рискнув всем, Илон продал свою компанию PayPalза 165 миллионов долларов и вложил их в «SpaceX». Основной своей деятельностью компания решила заявить создание многоразовых космических аппаратов, для того чтобы существенно снизить стоимость ракет и доставки груза на орбиту.

Рисунок 1: Глава компании «SpaceX»–Илон Маск

Первые ступени космических ракет

Внимание многих любителей космоса привлекает линейка ракет Falcon 9. Программа разрабатывалась с целью внедрения возврата и повторного запуска первых ступеней. Это может стать настоящей революцией в области ракетостроения, ведь:

• Запускать один и тот же двигатель несколько десятков раз гораздо дешевле, чем каждый раз строить новый;
• Ни одно транспортное средство не списывается после первого же запуска, кроме космических ракет;
• Затраты на ремонт вернувшегося оборудования несоизмеримы с тратами на его создание;
• Благодаря высвобождению производственных мощностей можно создать больше ракет и осуществить ещё больше запусков.

Почему же все конструкторы предпочитали отказываться от этой идеи и «клепать» по десятку новых носителей ежегодно? Для этого есть свои объективные причины:

1. Возможность использовать производственные мощности – на сферу работал весь государственный промышленный комплекс и «нерациональное» расходование не казалось чем-то неприемлемым;
2. Риски при посадке – необходимо довести процедуру до совершенства, а на этом этапе можно потерять несколько десятков неудачно приземлившихся и взорвавшихся ракет;
3. Без учёта топлива «на обратный путь» можно было сэкономить на весе и вывести на орбиту за один раз несколько больше груза;
4. Снижение уровня надёжности при каждом повторном запуске – дорога на околоземную орбиту и обратно не одна из самых лёгких, особенно если речь идёт о высокоточных приборах.

Доводы против возвратов в XX столетии смогли победить. Но уже в нашем веке они не устояли перед объективной реальностью.

Ракеты корпорации SpaceX

На сегодняшний день официально существуют три класса указанных ракет:

• Falcon 1;
• Falcon 9;
• Falcon Heavy.

Первое семейство относится к периоду становления компании SpaceX и первым попыткам покорения космоса. Первый запуск прошёл лишь в 2006 году, спустя 4 года после основания корпорации.

И только в 2008 году Илон Маск добился успеха, ведь лишь с четвёртой попытки удалось доставить груз на околоземную орбиту. По признаниям главы фирмы, следующих неудач его детище не пережило бы, чисто по финансовым причинам.

Главным достоинством компании «SpaceX» на сегодняшний день можно с уверенностью назвать семейство ракет «Falcon». На данный момент уже разработаны и успешно запущены в космос несколько ракет: ракета-носитель легкого класса «Falcon 1»и ракета-носитель среднего класса «Falcon 9», а также находится в разработке ракета-носитель тяжелого класса «FalconHeavy».

• Falcon 1

 «Falcon 1» (Информация представлена на рисунке 2) – первая двухступенчатая ракета-носитель легкого класса, которую разработали Илон Маск и команда «SpaceX» (Основные характеристики представлены в таблице 1).

Рисунок 2: Пятый запуск «Falcon 1»

Таблица 1 – Основные характеристики «Falcon 1».

Стенки топливных баков для жидкого кислорода и керосина первой ступени ракеты-носителя были сделаны из сплава алюминия 2219, а также обладают общей перегородкой и представляют несущую конструкцию.

Первая ступень «Falcon 1»имеет всего один двигатель «Merlin», разработанный специально для данной ракеты. На первых двух ракетах был установлен двигатель «Merlin 1A», который имел абляционное охлаждение сопла и камеры сгорания. В последующих запусках использовали улучшенную версию «Merlin 1C», который был заметно мощнее своего предшественника и имел регенеративное охлаждение. В среднем первая ступень работала около 165 секунд. Расстыковка ступеней осуществляется благодаря пневматическим толкателям и пиротехническим болтам.

Верхняя часть ступени имела систему из основного и тормозного парашюта, которую изготавливала компания «IrvinAerospace». Планировалось, что первая ступень ракеты должна была возвращаться для повторного использования, однако ни одного успешного возвращения так и не состоялось.

Вторая ступень во время первых двух запусков, также использовала сплав алюминия 2219 для топливных баков, однако с третьего запуска топливные баки начали изготавливать из сплава алюминия 2014, который был более устойчив к криогенному воздействию. Также на второй ступени был установлен один двигатель «Kestrel», который позволял выводить на низкую опорную орбиту небольшие грузы.

Сразу после основания компании Маск решил, что назовет свою первую ракету «Falcon 1», отсылая к космическому кораблю«MillenniumFalcon» (Тысячелетний сокол)из фильма «Звездные войны». «Falcon 1» создавалась не для того, чтобы ставить какие-либо рекорды. Главной целью данной ракеты была опробование, обкатка новейших технологий, а также изобретение – двигателей«Merlin» и «Kestrel». Также Илон рассчитывал создать и сделать первый запуск ракеты к 15 месяцам компании, а именно в ноябре 2003 года. Однако Маск недооценил время на разработку ракеты-носителя и семейства трех двигателей: «Kestrel», «Draco»и «Merlin». Вследствие этого, первый запуск Falcon 1 был проведен лишь 24 марта 2006 года. Однако первый запуск ракеты-носителя со студенческим спутником «FalconSat-2»закончился провалом уже на этапе работы первой ступени. Позже специалисты выяснили, что почти сразу же после запуска начался пожар в области главного двигателя. Пожар был вызван протеканием керосина из-за коррозии накидной гайки датчика давления топлива. Из-за пожара произошла потеря давления двигателя, и он отключился спустя 34 секунды после запуска. В качестве альтернативы, инженеры решили заменить все гайки, сделанные из алюминия, нержавеющей сталью.

После небольшой доработки, 21 марта 2007 года ракета была запущена второй раз. Несмотря на доработку, полет также закончился неудачей во время работы второй ступени ракеты. Вторая ступень ракеты вошла в режим автоматических колебаний, с прецессией большого градуса, по причине нерасчетных ситуаций при разделении ступеней. Колебания достигли степени, при которой топливо прекратило поступать в двигатель, поэтому спустя 470 секунд полета отключился двигатель второй ступени. Однако, несмотря на неудачу, ракета успешно продемонстрировала основную часть полетных и наземных операций, достигнув критической высоты 289 км и максимальной скорости 5,1 км/сек. Также планировался возврат первой ступени с помощью парашютов, однако он закончился неудачей, так как при предстартовом отсчете вышел из строя GPS-локатор первой ступени. Согласно данным телеметрии приводнение первой ступени произошло далеко от расчетного места, поэтому у спасательной команды не получилось найти ступень.

Несмотря на множественные неудачи во втором запуске, Илон заметил огромный прогресс, сделанный со времен первого запуска, и не собирался сдаваться.

После доработки технологии разделения ступеней ракеты и модернизации двигателя, 3 августа 2008 августа состоялся третий запуск «Falcon 1». В этот раз ракета должна была вывести на орбиту два небольших спутника «NASA», военный спутник «Trailblazer»и груз праха для погребения в космосе. Полет первой ступени ракеты проходил идеально, однако проблема опять произошла при расстыковке ступеней. Из-за критически огромного импульса последействия двигателя, первая ступень ракеты долетела до второй и нанесла по ней удар. В момент запуска второй ступени, первая ударила по второй, из-за чего она не смогла продолжать полет, так как ее двигатель был в критическом состоянии. Позже специалисты выяснили, что причиной неудачи стал новый двигатель «Merlin 1C», который использовал регенеративное охлаждение. Оказалось, что данный двигатель имел больше времени до полного отключения тяги, чем предыдущий. Данный аспект не смогли выявить при наземных тестах, так как присутствовало атмосферное давление. В качестве компромисса, было решено производить расстыковку позже на несколько секунд.

После неудачи третьего запуска Илон решил провести четвертый финальный запуск. Если бы он закончился неудачей, Илон бы расформировал предприятие. Запуск был произведен 28 сентября 2008 года, в этот раз на ракете находился лишь макет груза весом в 165 кг. На этот раз расстыковка прошла успешно, и через 9 минут 30 секунд после запуска был выключен двигатель Kestrel, и вторая ступень вместе с полезным грузом достигла начальной орбиты.Затем, после достижения второй ступенью апогея орбиты,было показано повторная активация двигателя второй ступени. Также успешно прошла симуляция расстыковки полезного груза, однако макет решили оставить состыкованным со второй ступенью, для того чтобы не увеличивать количество мусора на данной орбите. Первая ступень ракеты не смогла вернуться, так как не прошла через плотные слои атмосферы, поэтому было принято решение улучшить термальное защитное покрытие.

Таким образом, Маск доказал, что его компания не бесперспективна и имеет право на жизнь, а также заключил 12 контрактов на сумму в 1,6 миллиардов долларов. Для того чтобы отработать запуск «Falcon 1», было решено запуститьракету еще один раз. 14 июля 2009 года ракета была успешно выведена на орбиту вместе со спутником «RazakSat». Также в 2010 году планировался переход на модернизированную версию «Falcon 1» – «Falcon 1e». Однако ракета-носитель так и не была запущена, так как компания решила перейти от ракет-носителей малого класса, к более тяжелым носителям. В связи с этим было принято решения закрыть проект.Несмотря на закрытие проекта, данная ракета все равно остается первым успешным проектом, на котором были отработаны элементарные вещи, чтобы в будущем перейти к более сложным вещам.

• Falcon 9

Проект Falcon 9 увидел свет в 2010 году и Маск сразу заявил о своих амбициях:

• Осуществлять возврат первых и вторых ступеней;
• Выполнять повторные запуски на уже использованном оборудовании;
• Снизить цены на выводимые грузы во всей отрасли;
• Добиться многократного использования носителей, по примеру общественного транспорта.

И снова первые попытки сопровождались крахом:

Ошибки в расчетах;

Неудачные запуски;

Падения при посадке.

Когда после всех приложенных усилий на посадочной площадке вместо готового к ремонту и дальнейшей эксплуатации оборудования видишь груду дымящихся обломков – это удручает. Но пессимизм перебили гранты от NASA и наличие крупных контрактов.

Забегая вперёд – на сегодняшний день SpaceX сотрудничает с американскими военными, по части вывода спутников и прочего оборудования на орбиту. А в этом сегменте речь идёт уже об очень привлекательных контрактах.

Настоящим праздником стали 2016 и 2017 год – на этот период приходится максимальное количество успешных запусков и возвращений ракет из космоса.

«Falcon 9» –первое подсемействочастных жидкостных двухступенчатыхмногоразовыхракет семейства Falcon, среднего классакомпании SpaceX.

Первая ступень «Falcon 9»имеет 9 двигателей серии«Merlin». Двигатели были установлены по схеме 3 на 3 по рядам или 8 двигателей по кругу и один в центре. Усредненное время работы первой ступени составляло 170 секунд. Топливные баки были построены по классической схеме, где бак с окислителем находился над баком с топливом, баки разделялись между собой общей перегородкой. Баки первой ступени были сделаны из сплава алюминия и лития, так как сплав лития уменьшал вес ступени, при этом увеличивая прочность. Стенки бака с окислителем являются несущей конструкцией, а стенки бака с горючим были усилены продольными балками и шпангоутами, так как они были больше всего нагружены при запуске. Также в баках находился сжатый гелий, чтобы повысить давление в них. Первую и вторую ступень ракеты соединяет отсек, который содержал механизмы разделения ступеней и закрывал двигатель второй ступени. Механизмы разделения отличались от большинства подобных ракет, они были пневматическими, когда в других ракетах использовались, как правило, пиропатроны. Механизм такого типа позволял повысить надежность разделения ступеней, так как его можно было испытывать и контролировать на большой дистанции. В качестве маневровых двигателей использовали 4 двигателя «Draco».

Вторая ступень ракеты является уменьшенной первой ступенью, в которой использовались те же производственные инструменты и материалы. Данный ход позволил значительно снизить расходы на обслуживание, производство и запуск ракеты. Стенки баков также являлись несущей конструкцией. В качестве двигателя использовали один жидкостный двигатель «MerlinVacuum», который имел существенно увеличенное сопло для улучшения работы в вакууме. Также данный двигатель можно многократно перезапускать для доставки грузов на различные орбиты. Вторая ступень, в среднем, может работать около 345 секунд(Основные характеристики представлены в таблице 2).

Таблица 2 – Основные характеристики «Falcon 9»

8 сентября 2005 года «SpaceX»анонсировала «Falcon 9», описав ее как «полностью многоразовый тяжелый носитель». 12 апреля 2007 года компания объявила, что создание первой ступени «Falcon 9»было завершено. Конструкцию было решено перевезти в центр в Уэйко, для проведения стендовых испытаний первой ступени. Первые испытания первой ступени с двумя двигателями были проведены 28 января 2008 года и завершились успешно. Уже 8 марта 2008 года были испытаны три двигателя «Merlin 1C», а 29 мая пять двигателей. Далее 31 июля и 1 августа проводились испытания всех девяти двигателей на первой ступени, которые закончились успехом. 22 ноября 2008 года первая ступень с девятью двигателями прошли испытания длительностью полета. Уже в конце 2008 года было запланировано провести первый запуск «Falcon 9v1.0»с кораблем «Dragon», однако запуск многократно откладывался, в связи огромным количеством работы, поэтому дебютный запуск «Falcon 9 v1.0»состоялся 4 июня 2010 года. Затем 8 декабря 2010 года ракета вывела на низкую орбиту космический корабль «Dragon», а затем занималась миссиями по стыковке и доставке грузов к МКС. Несмотря на то, что ракета использовала парашютные системы для возврата первой ступени, ни один из запусков так и не смог вернуть первую ступень на землю в целостности.

Поскольку «Falcon 9»должна была стать первой ракетой-носителем с возвращаемой первой ступенью, компания решила изучить новые способы безопасного возвращения первой ступени. Для этого в 2012 году компания создала ракету вертикального взлета и вертикальной посадки. Данную ракету назвали «Grasshopper» (Информация представлена на рисунке 3).

Рисунок 3: запуск «Grasshopper»

Формально эта ракета была первой ступенью «Falcon 9v1.0», однако она отличалась тем, что у нее был один двигатель, четыре посадочные ноги и опорная конструкция.В ноябре 2012 года «Grasshopper» сделал свой первый 8-ми секундный прыжок на высоту 5,5 метров, затем он завис над землей на высоте 40 метров и приземлился. Далее «Grasshopper»завис на высоте 80 метров и успешно приземлился. Затем были испытаны системы стабилизации и управления в воздухе, благодаря которым ракета смогла перемещаться на расстояние и возвращаться на место старта.

Примерно, в это же время «SpaceX» впервые запускает ракету «Falcon 9 v1.1», которая имела удлиненные обе ступени, улучшенные двигатели с измененным расположением,и выводит на орбиту 500 килограммовый спутник «Cassiope». Первая ступень успешно вернулась в атмосферу, где потом, кувыркаясь в воздухе, упала в океан. После успеха «Grasshopper», «SpaceX» увидели огромный потенциал в данной технологии, и было решено модифицировать «Falcon9 v1.1», добавив к ней четыре раскладывающиеся посадочные стойки, складные решетчатые рули, четыре маневровых двигателя и установив новое навигационное оборудование. Данные модификации способствовали стабилизации вращения и улучшению управляемости на этапе снижения. Обновленная ракета-носитель получила название «Falcon 9RDev» (Информация представлена на рисунке 4).

Рисунок 4: Приземление «Falcon 9RDev»

Сразу же было решенопроверить сможет ли «Falcon 9RDev» зависнуть в воздухе и приземлится, как «Grasshopper». Ракета взлетела и зависла на высоте в 250 метров, а затем успешно приземлилась. 18 апреля 2014 года«Falcon 9R»вошла в контролируемый спуск и, выпустив посадочные опоры, мягко коснулась поверхности океана. Ракетупродолжали тестировать на высоте 1000 метров, каждый раз добавляя новые системы и механизмы для стабилизации полета. Между тем Falcon 9Rпродолжала доставлять различные грузы в космос, а затем аккуратно садится в океан. Затем произошел последний полет «F9R», выход одного из датчиков запустил процесс самоуничтожения из соображения безопасности. Далее компания занималась запусками к международной космической станции. Данные запуски тестировали новые способы посадки. Дальше «SpaceX»решили пробовать сажать ракеты«Falcon 9R» на плавучую баржу. 10 января 2015 года произведена первая попытка посадить ракету на баржу, которая закончилась неудачей. После серии неудач на барже, было решено модифицировать ракету. Новая ракета получила новые усиленные посадочные крепления и крепления двигателей, еще были увеличены топливные баки второй ступени, вследствие чего ракета удлинилась на 10%, получила обновленные, усиленные двигатели, измененные решетчатые рули, удлиненные и укрепленный отсек между ступенями и удлиненное сопло двигателя второй ступени. Обновленная ракета получилась намного более мощная и надежная, поэтому и была названа «Falcon 9 FullThrust» (FullThrust; с англ. – «полная тяга»).

Сразу же после создания, было решенопосадить ракету сначала на сушу, а при успехе попробовать на баржу.22 декабря 2015 произведена первая успешная посадка первой ступени, после запуска в космос. После успеха на суше, было решено попробовать посадку на баржу снова. И 8 апреля 2016 года – прошла первая успешная посадка «Falcon 9 FT» (Информация представлена на рисунке 5) на баржу под названием «Конечно, я все еще люблю тебя».

Рисунок 5: Первая успешная посадка «Falcon 9FT» на баржу

21 сентября 2012 года состоялся первый прыжок «Grasshopper», и уже 8 апреля 2016 успешный возврат первой ступени… прошло меньше 4 лет, а что будет еще через 4 года Илон и «SpaceX» совершили невероятное, став первой частной коммерческой компанией, которая смогла запустить и вернуть первую ступень ракету-носитель тяжелого класса личного производства.

• Falcon Heavy

«FalconHeavy» – частная многоразовая многоступенчатая ракета-носитель сверхтяжелого класса, которая находится в стадии проектирования (основные характеристики представлены в таблице 4).

Первая ступень «FalconHeavy» спроектирована по подобию первой ступени «Falcon 9 FT», однако ракета-носитель будет сильно конструкционно усилена, иметь два крепления для ускорителей по бокам. Боковыми ускорителями будут выступать две первые ступени «Falcon 9 FT», на верхушке которых будет установлен композитный защитный конус. Также планируется установить перекрестную систему подачи топлива, которая будет позволять в первые минуты запуска использовать двигателям центрального блока топливо из боковых ускорителей, тем самым сохранив больше топлива для более длительной работы двигателей и увеличить полезную нагрузку, после отделения ускорителей.

Вторая ступень ракеты практически полностью идентична второй ступени «Falcon 9 FT». Изменения коснулись лишь двигателя степени – его изменили на усовершенствованную версию двигателя «Merlin 1DVacuum», которая была названа «Merlin 1DVacuum+». Номинальное время работы двигателя составляет 400 секунд. Двигатель также можно многократно запускать в течение полета.

Таблица 4 – Основные характеристики «FalconHeavy»

Появление проекта

5 апреля 2011 года глава компании Илон Маск заявил на пресс-конференции в Вашингтоне о разработке ракеты-носителя сверхтяжелого класса, которая уступала бы по мощности лишь комплексу «Сатурн-5». Первый демонстрационный запуск «FalconHeavy» был запланирован уже в 2013 году, однако, в связи со сложностями запуска и нуждой в доработке «Falcon 9», работа над созданием «FalconHeavy» сильно затянулась. Сам Илон Маск говорил, чтосоздание ракеты «FalconHeavy» может показаться одной из тех вещей, которые, с виду выглядят простыми, и достаточно лишь взять две первые ступени и прикрепить их к «Falcon 9 FT», как навесные ускорители. Затем Илон добавил, чтовсе куда сложнее, чем может показаться, и создание потребовало переработки конструкции центрального блока и добавления массы нового различного оборудования.

В марте 2017 года было заявлено, что первый запуск «FalconHeavy» (Информация представлена на рисунке 10) будет сопровождаться двумя возвращенными первыми ступенями «Falcon 9». При первом запуске планируется вернуть боковые ускорители на место запуска, а центральный блок первой ступени планируют посадить на плавучую баржу, как первую ступень «Falcon 9». Также планируется провести испытания по возвращению второй ступени ракеты на Землю.

В апреле 2017 года было решено использовать в качестве бокового ускорителя для первого запуска «FalconHeavy» восстановленную и улучшенную первую ступень, которая успешно приземлилась на плавучую баржу в мае 2016 года. 9 мая 2017 года компания сообщила об успешном создании и прожиге центрального блока. Вторым боковым ускорителем было решено использовать первую ступень, которая успешно вернулась на посадочную посадку в июле 2016 года. Первый демонстрационный запуск ракеты запланирован на 29 декабря 2017 года с макетом полезного груза на борту.

Рисунок 6: «FalconHeavy» на стартовой площадке (визуализация)

Компания «SpaceX» возлагает огромные надежды на данную ракету-носитель, так как она может стать первой частной ракетой способной доставлять экипаж и груз на другие орбиты других космических объектов и успешно возвращать обратно. Совсем недавно компания анонсировала первый частный коммерческий полет на лунную орбиту, используя «FalconHeavy» с космическим кораблем «DragonV2» на ней. В конце 2018 года компания планирует запустить космический корабль «DragonV2» с экипажем из двух человек на борту на лунную орбиту, используя «FalconHeavy», ступени которой должны будут успешно вернуться на Землю.

Поскольку данная ракета-носитель будет невероятно мощной, «SpaceX» запланировали использовать ее для запуска миссии по доставке космического корабля «DragonV2» без экипажа на борту на Марс, для того чтобы продемонстрировать возможности управляемой реактивной посадки на Марс.

Межпланетная транспортная система

Межпланетная транспортная система – проект частной компании «SpaceX», который предполагает создание многоразового межпланетного транспорта для доставки людей и полезного груза на другие планеты.

Первые подробности данной программы представлены ИлономМаском27 сентября 2016 года на конгрессе по астронавтике, эта программа является уже первым серьезным шагом к воплощению мечту Илона о Марсе (Информация представлена на рисунке 7). Данный проект требует возвращаемую ракету-носитель сверхтяжелого класса, космический корабль, способный доставить людей и полезный груз на Марс и танкерная версия этого же корабля для дозаправки основного корабля на орбите Земли или других планет, после отделения основной ступени.

Рисунок 7: Колонизация Марса по программе «SpaceX» (визуализация)

Ракета-носитель должна будет разогнать на себе космический корабль до огромной скорости (8650 км/ч), а затем расстыковатьсяи возвращаться на Землю. После расстыковки от ракеты-носителя, космический корабль, выступая в роли второй ступени, должен будет включить 9 двигателей и продолжать полёт до парковочной орбиты. Израсходовав практически всё топливо, корабль будет дожидаться корабля-заправщика (танкера). В это же время с помощью крана корабль-заправщик будет установлен на, вернувшуюся на стартовую площадку ракету-носитель и запущен для стыковки и дозаправки с главным кораблём. Заправщик также должен будет быть многоразовым, так как потребуется до 5 таких дозаправок. После всех дозаправок корабль должен будет выйти на полуэллиптическую, быструю траекториюк Марсу. Через 115 дней корабль достигнет Марса (скорость подлета 8,5 км/сек) и будет использовать по максимуму атмосферу для торможения, а затем с помощью 3 центральных двигателей, осуществит окончательное торможение и вертикальную посадку. Максимальные ожидаемые перегрузки пассажирами составят 4-6 g. Также топливо для корабля можно будет производить самостоятельно на Марсе. После заполнения топливом, корабль сможет возвращаться назад, используя лишь собственные двигатели. Ракета-носитель не нужна при возвращении, из-за сравнительно низкой гравитации на Марсе.

Самый оптимистичный временной график обещает первый запуск на Марс без экипажа на борту в 2022 году, корабль должен будет доставить полезный груз для первого запуска с экипажем, который ожидается в 2024 году, с прибытием в 2025 году.Также обещают программы на спутники Юпитера, Сатурна и к «поясу Койпера»

Ключевые элементы системы:

• Многоразовое использование всех компонентов.
• Дозаправка на орбите.
• Производство экипажем топлива на Марсе.
• Выбор правильного топлива.

Ракета-носитель (Информация представлена на рисунке 8) будет внешне представлять колоссально увеличенную, модернизированную версию первой ступени «Falcon 9». На ракете будет установлено 42 жидкостных двигателей «Raptor», которые будут располагаться по трем окружностям вокруг главного двигателя в центре. Все двигатели будут закреплены неподвижно, за исключением семи двигателей центральной секции, которые смогут обеспечить контроль над вектором тяги, отклоняясь от центральной оси. Также будут установлены 3 решетчатые руля, которые должны обеспечить отличную точность приземления. Компания пообещала, что ракету можно будет повторно использовать до 1000 раз.

Рисунок 8: Сравнение программы МТС с другими проектами

Космический корабль(Информация представлена на рисунке 9) будет состоять из нескольких отдельных секций.

Рисунок 12: Космический корабль в полете к планете

В нижней части корабля будут размещены топливные баки и двигатели. В средней части корабля будет отсек для груза, а в верхней части будет находиться экипаж. На внешней поверхности некоторых отдельных отсеков будут установлены механизмы выдвижения посадочных опор для посадки. 2 раскладывающихся крыла с солнечными батареями будут служить электроснабжением корабля (более 200 кВт). Теплозащитное абляционное покрытие третьего поколения будет способно выдержать огромную температуру при входе в атмосферу почти любой планеты. Корабль будет состоять из 9 двигателей «Raptor», 6 из которых будут располагаться по окружности и иметь увеличенное сопло для максимально эффективной работы в вакууме. Также три центральных двигателя будут иметь обычное сопло, чтобыобеспечить мягкую и точную посадку на планеты. Компания обещает, что благодаря новым мощным двигателям, корабль сможет доставить на низкую опорную орбиту до 300 тонн полезного груза, а, после загрузки на орбите, до 450 тонн на Марс. Помимо этого, на борту корабля также сможет разместиться до 100 членов экипажа. По заявлению компании, корабль может быть повторно использован до 12 раз. В качестве топлива будет использоваться жидкий метан (топливо) и жидкий кислород (окислитель), которых очень много на Марсе, и экипаж сможет сам добывать топливо для обратного полета.

Заправщик же будет являться конструкционно копией космического корабля, однако секции для груза и экипажа будут убраны, а на их место поставят топливные баки для неоднократных дозаправок корабля на орбите. Заправщик также обещают повторно использовать около 100 раз.

Если программа будет успешно воссоздаваться, то в конечной стадии компании откроется множество перспектив. Илон докажет, что каждый в силах воплотить мечту в реальность. Также данная программа станет определенно первой частной компанией, которая начала заниматься космическим туризмом. Илон и компания увековечатся как в истории освоения космоса, так и в истории мира в целом. После успешной посадки на Марс и возвращения на Землю данную программу попробуют применить к спутникам Сатурна (Информация представлена на рисунке 10) и Юпитера, «поясу Койпера» и облаку «Оорта».

Рисунок 10: Программа МТС на спутник Сатурна

Заключение

На основе проделанной работы можно сделать вывод и подвести итоги.

Частная американская компания «SpaceX» была рождена, благодаря упорству и целеустремленности Илона Маска, который, несмотря на все трудности, уверенно шел к своей мечте.

За относительно небольшой срок Илону удалось не только создавать частную космическую компанию с нуля, но и выбиться в лидеры аэрокосмической отрасли. Компании удалось снизить стоимость запуска полезного груза ниже всего за историю человечества.

Ранее «SpaceX» пыталась догнать другие компании и программы и взять что-либо у них, а на сегодняшний день весь мир пытается догнать «SpaceX» и воспользоваться их идеями. Илону удалось сделать, воистину, целую серию перспективных многоразовых частных ракет-носителей, космических кораблей и двигателей для них. Маску удалось доказать, что при создании чудесных и сложных вещей, не важно, сколько у тебя денег, знаний или времени, главное быть заинтересованным в них и, буквально, жить ими.

На сегодняшний день официально существуют три класса указанных ракет:

• Falcon 1;
• Falcon 9;
• Falcon Heavy.

С 2009 года эти ракетоносители не используются, ведь свою цель – доказать доступность космоса для частных лиц, они успешно выполнили.

С экономической точки зрения проект оказался провальным:

Высокая стоимость разработки оборудования;

Три подряд катастрофы;

Отсутствие крупных заказчиков;

Финансовая нецелесообразность.

Но речь идёт о возможности вдохновить других, сделать себе рекламу и обеспечить будущее корпорации. В этом плане всё прошло на высшем уровне.

Если же компания продолжит идти выбранным ими путем, то в ближайшем будущем нас ждет уникальные и чудесные программы, о которых раньше мы могли только мечтать.

Перспективным проектом остаётся и Falcon Heavy:

Самая большая ракета, из заявленных;

Ещё ни разу не запускалась;

Является ракетоносителем тяжёлого класса;

Уже имеется контракт на первый полёт, который стоит ожидать в конце 2017.

В качестве расходных материалов используется всё тот же керосин и жидкий кислород, вопрос лишь в габаритах оборудования и полезной нагрузке. Если за один раз на орбиту можно вывести больший объём груза, просто увеличив топливный бак и подправив параметры, почему бы не попробовать?

Теоретически, ракеты этого класса должны:

Удовлетворить все запросы на рынке вывода спутников;

Использоваться многократно, по примеру Falcon 9;

В десять раз снизить стоимость полёта;

Произвести революцию на своём рынке.

А может просто эксцентричный инженер хочет поиграть с действительно большими игрушками, кто его разберёт. Точно известно лишь одно, ракеты Falcon уже «отбирают хлеб» у своих многочисленных конкурентов, за счёт демпинга.

Список литературы

1) Официальный сайт частной компании «SpaceX». –http://www.spacex.com/

2) Космический корабль «Dragon», или новая конкуренция в космосе. –https://topwar.ru/14827-spacex-dragon-ili-novaya-konkurenciya-v-kosmose.html

3) «SpaceX» организует тур вокруг Луны для 2 космических туристов. –https://usa.one/2017/02/spacex-organizuet-puteshestvie-vokrug-luny-dlya-2-kosmicheskix-turistov/

4) История успеха «SpaceX»: как частная американская компания становится конкурентом «Роскосмосу». –http://www.novate.ru/blogs/250515/31404/

5) История космической компании «SpaceX». –https://interesnosti.com/1242568345102060196/istoriya-kosmicheskoj-kompanii-spacex/

6) История успеха «SpaceX» и ракета-носитель нового поколения. –http://s-and-t.ru/technology/item/66-istoriya-uspekha-spacex-i-raketa-novogo-pokoleniya/

7) История создания «Falcon 9». –https://www.popmech.ru/technologies/237719-vsya-istoriya-sozdaniya-spacex-falcon-9-v-odnom-video/

8) Создание многоразовой ракеты «Falcon 9». – https://www.youtube.com/watch?v=cKUWhG85PXM/

9) Ракета-носитель «Falcon 9», История, разновидности, характеристики. – http://skyships.ru/?page_id=14341/

10) Беспилотный грузовой космический корабль «Dragon». – https://aboutspacejornal.net/космические-аппараты/беспилотный-грузовой-космический-ко/dragon/

11) Pad Abort Test «Dragon V2». – https://www.youtube.com/watch?v=wcHD9AmkxA0

12) Ракета-носитель «FalconHeavy». – http://skyships.ru/?page_id=14342

13) «SpaceX»новости и планы на будущее. – https://www.cnet.com/search/?query=SpaceX

14) «SpaceX» технологии компании и планы на будущее. – https://habrahabr.ru/search/?q=spacex#h

15) Вэнс Э.Илон Маск. «TeslaMotors», «SpaceX» и дорога в будущее // Олимп-Бизнес. –2016. – С. 416

16) Планы «SpaceX» на «Falcon Heavy». –https://geektimes.ru/post/291561/

17) 14 книг, которые вдохновили Илона Маска. – https://geektimes.ru/post/264674/

18) История «SpaceX». – https://www.youtube.com/watch?v=6g07f9MC7Y4

19) Межпланетная транспортная система «SpaceX». – https://ru.wikipedia.org/wiki/Межпланетная_транспортная_система_(SpaceX)

20) Making Humans a Multiplanetary Species (Official «SpaceX»’s channel). – https://www.youtube.com/watch?v=H7Uyfqi_TE8

21) MakingLifeMultiplanetary (Презентация 29 сентябряна официальном канале«SpaceX». – https://www.youtube.com/watch?v=H7Uyfqi_TE8

22) Информация о ракетах-носителях серии «Falcon 9». – https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_9#Falcon_9_Full_Thrust

23) Испытания систем посадки первой ступени с помощью «Grasshopper». – https://ru.wikipedia.org/wiki/Grasshopper_(ракета)

24) Визуализация схемы полета на Марс (Официальный канал «SpaceX»). – https://www.youtube.com/watch?v=0qo78R_yYFA

25) История попыток посадок «Falcon 9» (Официальный канал). – https://www.youtube.com/watch?v=bvim4rsNHkQ&t=68s

26) «Falcon Heavy» | Flight Animation. – https://www.youtube.com/watch?v=4Ca6x4QbpoM

27) «Dragon V2» | Flight Animation. – https://www.youtube.com/watch?v=Cf_-g3UWQ04

28) Немного информации о «FalconHeavy». – https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy#Запуски

29) Личность Илона Маска. – https://ru.wikipedia.org/wiki/Маск,_Илон

30) «DragonV2»альтернатива программе «SpaceShuttle». – https://naked-science.ru/article/sci/the-new-spacex-dragon-v2