Halcón 9 | |
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Información | |
Función | Vector de lanzamiento orbital medio/pesado ( parcialmente reutilizable ) |
Productor | espaciox |
País de origen | Estados Unidos |
Costo por lanzamiento | FT : $ 62M (2016) |
Dimensiones | |
Altura | PIE : 70 m v1.1 : 68,4 m v1.0 : 54,9 m |
Diámetro | 3,66 m (12 pies ) |
Masa | pie :549 054 kilos v1.1 :505 846 kg v1.0 :333 400 kg |
Estadios | 2 |
Capacidad | |
Carga útil hacia la órbita terrestre baja | pie :22 800 kg v1.1 :13 150 kg v1.0 :10 450 kg |
Carga útil hacia la órbita de transferencia geoestacionaria | pie :8 300 kg v1.1 :4 850kg v1.0 : _4 540 kg |
Historial de lanzamientos | |
Estado | FT Block 5 : en servicio FT Block 4 : retirado FT Block 3 : retirado v1.1 : retirado v1.0 : retirado |
Bases de lanzamiento | CCAFS SLC-40 Vandenberg AFB SLC 4E |
Vuelo inaugural | 2010 |
1ra etapa | |
Trenes motrices | FT : 9 Merlín 1D + v1.1 : 9 Merlín 1D v1.0 : 9 Merlín 1C |
Empuje | pie :6 906 kN v1.1 :5 885 kN v1.0 :4 940 kN |
Impulso específico | v1.1 nivel del mar : 282 s Vacío : 311 s v1.0 nivel del mar : 275 s Vacío : 304 s |
Tiempo de encendido | FT : 162 s v1.1 : 180 s v1.0 : 170 s |
Propulsor | Oxígeno líquido / RP-1 |
2da etapa | |
Trenes motrices | FT : 1 aspiradora Merlin 1D + v1.1 : 1 aspiradora Merlin 1D v1.0 : 1 aspiradora Merlin 1C |
Empuje | FT : 934 kN v1.1 : 801 kN v1.0 : 617 kN |
Impulso específico | FT : 348s v1.1 : 340s v1.0 : 342s |
Tiempo de encendido | FT : 397 s v1.1 : 375 s v1.0 : 345 s |
Propulsor | Oxígeno líquido / RP-1 |
El Falcon 9 es una familia de lanzacohetes diseñada y construida por Space Exploration Technologies ( SpaceX ), el " 9" indica el número de motores de primera etapa. El Falcon 9 se produce en tres versiones: 1.0 , 1.1 y Full Thrust divididas en las versiones Block 3, Block 4 y Block 5 (en junio de 2020 la única en servicio).
El Falcon 9 consta de dos etapas, ambas impulsadas por motores de oxígeno líquido Merlin y RP-1 (un tipo de queroseno ), y la primera etapa está diseñada para ser reutilizada [1] . Este lanzador es el vehículo de lanzamiento de las naves espaciales Dragon y Crew Dragon . La NASA otorgó a la combinación Falcon 9/Dragón un contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial para reabastecer la Estación Espacial Internacional como parte del programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial . La primera misión bajo el CRS se lanzó el 12 de octubre de 2012. A partir de 2019, SpaceX utilizará el Falcon 9 para lanzar el Crew Dragon a la ISS . Un proyecto que tuvo lugar cuando se lanzó con éxito el Crew Dragon el 30 de mayo de 2020, trayendo a 2 astronautas estadounidenses a la ISS. La versión 1.0 realizó cinco vuelos antes de retirarse en 2013, la versión 1.1 realizó un total de quince misiones y se retiró en enero de 2016. El rendimiento de la versión actual, Bloque 5 , aumentó un 8, % en comparación con la versión anterior; esta última versión es la base del Falcon Heavy . SpaceX tiene la intención de completar las pruebas para certificar que el portaaviones transporte tripulaciones humanas para transportar tripulaciones de la NASA a la ISS , una parte objetivo del contrato de capacidad de transporte de tripulación comercial .
Si bien SpaceX gastó recursos en el Falcon 1 , el lanzador desarrollado anteriormente, el desarrollo del Falcon 9 se aceleró con la compra de muchos vuelos de prueba por parte de la NASA. La fase de diseño comenzó oficialmente con la firma del contrato COTS en 2006 [2] . El objetivo propuesto en el contrato era [2] :
( ES )
"Desarrollar y demostrar el servicio de transporte orbital comercial" |
( ES )
"Desarrollar y probar un servicio comercial de transporte orbital" |
La tarifa total del contrato fue de $ 278 millones para el diseño de la cápsula Dragon , el Falcon 9 y los lanzamientos de demostración de la cápsula a bordo del Falcon 9. En 2009, se agregaron objetivos adicionales al contrato, lo que elevó la recompensa total a 396 millones de dólares. [3] .
La NASA se convirtió en usuario del vehículo cuando en 2008 compró 12 lanzamientos CRS a la Estación Espacial Internacional [4] . El contrato de transporte, por un valor de 1600 millones de dólares, contemplaba un mínimo de doce misiones desde y hacia la estación. [5] Musk ha declarado en repetidas ocasiones que sin la financiación de la NASA, el desarrollo del vector habría llevado más tiempo.
En 2014, SpaceX publicó el costo total del Falcon 9 y la cápsula Dragon. SpaceX había invertido $450 millones mientras que la NASA aportó $396 millones. [6]
SpaceX originalmente tenía la intención de producir un vehículo intermedio después del Falcon 1, el Falcon 5 [7] . En 2005, SpaceX anunció que, en cambio, desarrollaría el Falcon 9, un "portaaviones pesado totalmente reutilizable", y que ya había conseguido un cliente del gobierno. El Falcon 9 se presentó como un lanzador capaz de llevar 9.500 kg a la órbita terrestre baja a un costo de 27 millones de dólares, para lanzar cargas de hasta 3,7 m de diámetro, y de 35 millones de dólares para cargas de hasta 5,2 m. El Falcon 9 fue diseñado para alcanzar tanto la órbita baja como la órbita de transferencia geoestacionaria, además de poder transportar carga y tripulaciones a la Estación Espacial Internacional. [8]
Después de una fase de prueba de motor en el sitio de McGregor , por primera vez el 25 de febrero de 2010, el Falcon 9 fue llevado a la rampa 40 del Kennedy Space Center Launch Complex para una prueba estática, es decir, un encendido del motor sin despegar real. La prueba se detuvo dos segundos después del encendido debido a un problema con la plataforma de lanzamiento. La interrupción no dañó ni el cohete ni la rampa y la prueba se repitió con éxito el 13 de marzo. [9]
El vuelo inaugural se retrasó de marzo de 2010 a junio debido a la necesidad de una modificación del Sistema de Terminación de Vuelo por parte de la Fuerza Aérea . El primer intento de lanzamiento tuvo lugar a las 17:30 UTC del viernes 4 de junio de 2010. El lanzamiento se abortó inmediatamente después de que se encendieron los motores y el cohete pudo abortar con seguridad el procedimiento de lanzamiento. [10] El personal de tierra pudo recuperar el cohete, que fue lanzado con éxito a las 18:45 UTC del mismo día. [11]
El 30 de mayo de 2020 (el lanzamiento estaba originalmente programado para el 27 de mayo, pero se pospuso debido al mal tiempo), la nave espacial Crew Dragon de SpaceX a través de un Falcon 9 fue lanzada desde la rampa 39A del Centro Espacial Kennedy (la misma desde la cual habían comenzado las misiones Apolo ), con los dos astronautas estadounidenses Douglas Hurley y Robert Behnken a bordo en la misión SpaceX Demo 2 . El evento fue considerado un hito en la historia de la exploración espacial [12] , porque dio inicio al transporte de tripulantes, con una nave espacial diseñada y construida íntegramente por una empresa privada. Además de haber devuelto, después de 9 años (es decir, de la retirada del transbordador espacial ), la capacidad a los Estados Unidos , de lanzar sus astronautas, desde suelo estadounidense, utilizando un portaaviones estadounidense.
El 28 de junio de 2015, durante la misión CRS-7, destinada a enviar suministros a la Estación Espacial Internacional , el portaaviones explotó unos dos minutos después del lanzamiento debido a una falla estructural combinada con la sobrepresión de la segunda etapa, lo que provocó la pérdida de estos. 'lo último y la cápsula Dragon . El 1 de septiembre de 2016, durante la prueba de carga del tanque, dos días antes del lanzamiento de la misión Amos-6 con un satélite de telecomunicaciones a bordo, explotó el tanque de oxígeno líquido dentro de la segunda etapa del cohete, destruyendo así el vehículo y la carga.
En diciembre de 2010, la línea de producción de SpaceX pudo ensamblar un Falcon 9 cada tres meses, con el objetivo de duplicar la tasa de producción cada seis semanas. [13] Para septiembre de 2013, SpaceX había aumentado su superficie de fabricación a 93 000 m 2 y la fábrica estaba configurada para alcanzar el hito de 40 estadios por año. [14] A febrero de 2016, estas tasas de producción aún no se han alcanzado, SpaceX ha indicado que puede producir 18 etapas por año y la cantidad de etapas que se pueden completar simultáneamente ha aumentado de tres a seis. Se espera poder llegar a 30 estadios por año a finales de 2016. [15]
Falcon 9 en su vuelo inaugural
Misión SpaceX CRS-1
Misión SpaceX CRS-3
Misión SpaceX CRS-4
El Falcon 9 original completó cinco misiones exitosas entre 2010 y 2013, y el Falcon 9 v1.1 más potente realizó su primer vuelo el 29 de septiembre de 2013. Entre las diversas cargas útiles, las más importantes fueron el lanzamiento del gran SES-8 y el satélite de comunicaciones Thaicom, ambos transportados en una órbita de transferencia geoestacionaria . Tanto Falcon v1.0 como v1.1 eran vectores desechables.
En cambio, la versión Full Thrust está diseñada para ser reutilizable. Las primeras pruebas atmosféricas fueron realizadas por el demostrador tecnológico Grasshopper .
El primer Block 5 se lanzó el 11 de mayo de 2018 , una versión mejorada y definitiva del Falcon 9, capaz de reutilizarse hasta 100 veces, que una vez certificado para operar con la cápsula Crew Dragon podrá transportar hasta 7 astronautas en un tiempo a la Estación Espacial Internacional . El lanzamiento inaugural no tripulado está programado para el 17 de enero de 2019 desde el Complejo de Lanzamiento 40 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida .
La primera versión de Falcon 9, v1.0, se desarrolló entre 2005 y 2010 y su primer lanzamiento tuvo lugar el 4 de junio de 2010. Completó 5 misiones con éxito antes de retirarse en 2013. [16]
El Falcon v1.1 representa una evolución respecto al Falcon v1.0: es un 60% más alto y pesado y está equipado con los nuevos motores merlin [17]
Desarrollado entre 2010 y 2013, realizó su vuelo inaugural en septiembre de 2013. Realizó quince misiones (una de las cuales terminó en una explosión en vuelo) y fue retirado tras el vuelo del 17 de enero de 2016, a favor del más potente Falcon 9. Empuje completo. [18]
El Falcon 9 Full Thrust, también conocido como Falcon 9 v1.2, es la tercera versión del lanzador Falcon 9. Fue diseñado entre 2014 y 2015, inició operaciones en diciembre de 2015 y cuenta con más de cincuenta contratos adjudicados en cinco años .
El 22 de diciembre de 2015, este fue el primer lanzador en aterrizar con éxito su primera etapa verticalmente en el sitio de lanzamiento después de la misión operativa, luego de un intenso programa de desarrollo que comenzó en 2011 y tecnologías desarrolladas a partir de versiones anteriores. El Falcon 9 Full Thrust representa una mejora sustancial con respecto al Falcon 9 v1.1, que realizó su última misión el 18 de enero de 2016. [19] Con ambas etapas mejoradas, tanques de combustible de la segunda etapa más grandes y propulsor cargado con una temperatura más baja para aumentar su densidad, el portador puede transportar una mayor carga útil en órbita y poder completar con éxito una recuperación de precisión de primera etapa asistida solo por los motores de primera etapa. [20]
Todas las versiones del Falcon 9 tienen motores de dos etapas que utilizan la mezcla LOX / RP-1 .
Los tanques del estadio están construidos con una aleación de aluminio y litio . SpaceX utiliza tanques soldados con el método FSW , la técnica más fuerte y confiable disponible. [21] . El tanque de la segunda etapa es simplemente una versión más corta que la primera y utiliza gran parte del mismo equipo, materiales y técnicas de ensamblaje, lo que reduce los costos de fabricación. [21]
Ambas etapas utilizan una mezcla pirofórica de trietilaluminio y trietilborano para arrancar los motores. [22]
SpaceX utiliza computadoras de vuelo redundantes diseñadas para tolerar fallas . Cada motor Merlin está controlado por tres computadoras, cada una de las cuales tiene dos procesadores físicos que se monitorean constantemente entre sí. El software opera en un entorno Linux y está escrito en C ++ [23] .
La etapa intermedia está hecha de un material compuesto de fibra de carbono y aluminio. La versión original del lanzador poseía 12 puntos de conexión entre las dos etapas, mientras que la versión 1.1 solo tenía tres. [24]
Versión | Halcón 9 v1.0 | Halcón 9 v1.1 | Empuje completo Falcon 9 [25] | Halcón 9 Bloque 5 |
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Nivel 1 | 9 Merlín 1C | 9 Merlín 1D | 9 Merlín 1D + [26] | 9 Merlín 1D+ (Mejorado) [27] |
Etapa 2 | 1 Aspiradora Merlín 1C | 1 vacío Merlín 1D | 1 vacío Merlín 1D + [26] | 1 Merlín 1D + |
Altura máxima (m) | 53 [28] | 68.4 | 70 [29] | 70 |
Diámetro | 3,66 [30] [31] | |||
Empuje al despegue (kN) | 3807 | 5885 | 7607 [32] | 7607 |
Masa de despegue (Mg) | 318 [28] | 506 | 549 | 549 |
Diámetro del carenado (m) | N / A | 5.2 | 5.2 | 5.2 |
Carga útil a LEO (Mg) | 8.5-9 | 13.150 | 22,700 ( sin recuperación de primera etapa ) | ≥ 22.800 (sin recuperación)
≥ 16.800 (con recuperación) |
Carga útil a GTO (Mg) | 3.4 | 4.85 | 8.3 ( sin recuperación de primera etapa )
5.3 ( con recuperación de la primera etapa ) [33] |
≥ 8.300 (sin recuperación)
≥ 5.800 (con recuperación) |
Acumulación de éxitos | 5/5 | 14/15 | 35/36 (1 destruido durante una prueba antes del despegue) | 44/44 |
El Falcon 9 cuenta con un alto nivel de confiabilidad. Para asegurar esta característica, la compañía se ha centrado en las principales causas de fallos de lanzamiento de vehículos similares: eventos de separación y motores. Por lo tanto, redujo el número de etapas a dos y aumentó el número de motores de primera etapa para garantizar la redundancia (consulte la sección sobre características de motor fuera ). Además, al igual que el Falcon 1 y el Space Shuttle, el Falcon 9 también prevé en su secuencia de lanzamiento el encendido completo de los motores y un control de los sistemas antes del despegue real: la plataforma de lanzamiento no suelta el cohete hasta que lo hace. no recibir confirmación de funcionamiento normal de todos los sistemas. En caso de avería, interviene un sistema automático de apagado seguro y drenaje de combustible. [34]
Al 23 de enero de 2021, el Falcon 9 ha realizado 104 vuelos, de los cuales 103 fueron exitosos, garantizando un índice de confiabilidad del 99%.
El Falcon 9 es capaz de completar su misión incluso si uno de los nueve motores de la primera etapa sufre una falla. [35] Esta característica se llama motor fuera , y es la primera vez que se implementa de manera tan radical desde el programa Apolo, con el Saturno V. Una demostración de esta capacidad tuvo lugar durante la misión SpaceX CRS-1 , cuando el motor El Merlin número 1 de la primera etapa perdió presión 79 segundos después del lanzamiento, por lo que se apagó. El cohete también logró completar su misión, demostrando su confiabilidad.
Una de las características más innovadoras de todas en el campo del transporte en órbita es la reutilización: solo reutilizando el mismo cohete para múltiples lanzamientos será posible alcanzar el objetivo de abaratar radicalmente el coste de esta operación. Hasta la fecha, de hecho, cada cohete fuera de SpaceX y Blue Origin (que sin embargo recupera la primera etapa realizando solo vuelos suborbitales justo por encima de la Línea Kármán ) puede usarse para un solo vuelo, ya que se destruye al regresar a la Tierra. . Esto conlleva unos costes muy elevados, que la empresa californiana ha conseguido desglosar parcialmente.
La primera etapa del Falcon 9 es reutilizable: después del desprendimiento y reingreso a la atmósfera, de hecho, desciende en caída libre controlada a través de 4 aletas aerodinámicas de titanio, luego vuelve a encender los motores, frena bruscamente la caída y aterriza de pie. , que se extiende a pocos metros de la superficie con cuatro patas retráctiles, en una plataforma preparada en el Océano Atlántico ( Nave no tripulada del puerto espacial autónomo ), o en una plataforma de aterrizaje en tierra firme ( Zona de aterrizaje 1 y Zona de aterrizaje 2 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Zona de aterrizaje 3 en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg ). En caso de aterrizar en las plataformas flotantes frente a la costa del océano, la primera etapa deberá seguir una trayectoria parabólica simple; para aterrizar en tierra firme, sin embargo, el portaaviones, una vez separado de la segunda etapa, debe realizar un giro de 180° y encender una vez más los motores para poder reducir la velocidad invirtiendo la ruta y regresar a la costa. Sin embargo, en los dos primeros intentos realizados, el 10 de enero y el 14 de abril de 2015, el cohete no consiguió aterrizar y quedó de pie sobre la plataforma flotante, incumpliendo así el objetivo de SpaceX de poder reutilizarlo mediante un aterrizaje controlado tras el lanzamiento de la cápsula Dragon en orbita. [36] El éxito se logró el 22 de diciembre de 2015 con el lanzamiento de 11 satélites Orbcomm y la recuperación de la primera etapa, que aterrizó en Cabo Cañaveral Landing Zone 1 .
La reutilización de la segunda etapa presenta más dificultades, dada la altura desde la que se deja caer, que la obligan a una verdadera reentrada atmosférica . Esto implica que la segunda etapa deberá estar equipada con un escudo térmico completo, además de los sistemas de comunicación y propulsión para gestionar el reingreso. Ambos estadios, sin embargo, han sido diseñados para hacerlos resistentes al agua de mar ya los impactos. En particular, se han adoptado algunas medidas de diseño para combatir la corrosión: por ejemplo, se ha prestado atención a minimizar la serie galvánica y se han utilizado ánodos de sacrificio ; además, todas las partes metálicas expuestas han sido recubiertas, anodizadas o plateadas. [37]
Desde 2016 SpaceX ha realizado decenas de aterrizajes, logrando reutilizar un solo Falcon 9 Block 5 3 veces en la segunda mitad de 2018, reutilizando y recuperando con éxito la primera etapa del Falcon 9 6 veces en la segunda mitad de 2020. Es con esta última y definitiva versión del Falcon 9 que la compañía pretende reutilizar el mismo portaaviones hasta 100 veces. [38]
Para facilitar su reutilización, se ha construido expresamente la primera etapa del Falcon 9 con un diámetro no superior a 3,7 m, para que pueda ser catalogado como transporte excepcional por carretera según las leyes de los Estados Unidos de América . De esta forma, desmontando las patas de aterrizaje, la primera etapa puede transportarse en un remolque particular de 50 m de largo a través de los Estados Unidos, sin necesidad de desmontarla, ahorrando así gastos considerables y proporcionando un enlace económico y eficiente entre las sedes. SpaceX, los sitios de lanzamiento y los sitios de aterrizaje.
Desde 2018, la compañía ha estado utilizando un barco muy modificado para intentar recuperar 1 de los 2 carenados que caen al océano a través de una gran red colocada sobre el barco. Estos mamparos sirven para proteger la carga útil durante la fase de ascenso de las fuerzas aerodinámicas, el sonido y las vibraciones, sin embargo, el costo de producción es alto y, en caso de recuperación y reutilización, el costo por lanzamiento de un Falcon 9 disminuiría aún más. En marzo de 2017, SpaceX recuperó por primera vez un carenado. [39] El 11 de abril de 2019, durante la misión Arabsat-6A, ambos carenados aterrizaron intactos en el Océano Atlántico y fueron recuperados por los equipos de recuperación de SpaceX. Elon Musk tuiteó que esos carenados se reutilizarían para el lanzamiento de Starlink. [40] A junio de 2019, SpaceX logró recuperar la mitad del carenado con una gran red en un barco especialmente equipado, Ms. Tree , evitando el contacto con agua salada corrosiva. [41] Con el reclutamiento de una segunda nave hermana, Ms. Chief, SpaceX abre la posibilidad de recuperar ambos carenados de una sola misión. El 11 de noviembre de 2019, durante la misión Starlink L1, se utilizaron por primera vez carenados previamente recuperados, los de la anterior misión Arabsat-6A. [42]
El Complejo de Lanzamiento 40 en la Base de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida , fue el primer sitio de lanzamiento del Falcon 9 y sigue siendo el principal sitio de lanzamiento para los lanzamientos a la ISS y la órbita geoestacionaria. Un sitio de lanzamiento secundario está ubicado en la base de Vandenberg , California , y se utiliza para lanzamientos a la órbita polar. [43]
Durante un periodo, durante 2017, el histórico Pad 39A del Centro Espacial John F. Kennedy (a pocos kilómetros del Launch Complex 40) también fue utilizado como lugar de lanzamiento del Falcon 9 ( versión Full Thrust ), utilizado en el pasado para Misiones Apolo y STS . A principios de 2018, Pad 39A (alquilado de SpaceX en un contrato de 20 años) se convirtió para lanzar Falcon Heavy . Hacia finales de 2018 SpaceX instaló una moderna pasarela de embarque en la torre de servicio de Pad39A, que a partir de 2019 será utilizada por los astronautas que se dirijan a la ISS para abordar la cápsula Crew Dragon . Por lo tanto, solo para este tipo de misiones se volverá a utilizar la plataforma para lanzar el Falcon 9.
A principios de 2019, SpaceX tiene 5 sitios de aterrizaje para la primera etapa del Falcon 9: