Американская ракета-носитель Falcon 9. Досье

ТАСС-ДОСЬЕ. 22 февраля 2018 года американская компания SpaceX осуществила запуск своей ракеты-носителя Falcon 9 с испанским спутником наблюдения за земной поверхностью PAZ и двумя экспериментальными микроспутниками Microsat.

Ракета стартовала с базы ВВС США Ванденберг (штат Калифорния), ее первая ступень использовалась повторно (ранее участвовала в запуске 24 августа 2017 года).

Первоначально PAZ планировалось вывести на околоземную орбиту в 2015 году с помощью российско-украинской ракеты "Днепр", однако запуск постоянно переносился. Microsat являются прототипами телекоммуникационных аппаратов будущей спутниковой системы SpaceX, которую компания планирует создать к 2027 году и обеспечить с ее помощью покрытие высокоскоростным интернетом всей поверхности Земли.

Falcon 9 (англ. "Сокол") - американская частная ракета-носитель частично многоразового использования. Предназначена для запуска многоразового космического корабля Dragon, а также различных спутников.

Ракета разработана в 2005-2008 годах компанией SpaceX (Space Exploration Technologies, город Хоторн, штат Калифорния), основанной в 2002 году канадско-американским инженером, миллиардером Илоном Маском. Создана на базе Falcon 1, запуски которой проводились в 2006-2009 годах. В 2011 году стоимость программы по разработке Falcon 9 оценивалась Национальным управлением США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в $3 млрд 977 млн, а SpaceX - в $1 млрд 659 млн.

В декабре 2008 года NASA и SpaceX подписали контракт об использовании созданных компанией ракеты Falcon 9 и корабля Dragon для доставки грузов на Международную космическую станцию (МКС), предусматривающий 12 миссий. На эти цели NASA выделило компании $1,6 млрд (в случае заказа дополнительных полетов общая сумма контракта возрастает до $3,1 млрд). Впоследствии была достигнута договоренность об увеличении миссий до 20.

Модификации

Всего разработано пять модификаций ракеты-носителя. В 2010-2013 годах проводились запуски базовой версии ракеты Falcon 9 v1.0.

Затем появилась модификация Falcon 9 v1.1 (запускалась в 2013-2015 годах) и ее конфигурация Falcon 9 v1.1 (R) с возвращаемой ступенью (2014-2016). На запусках Falcon 9 v1.1 (R) отрабатывался спуск и посадка многоразовой ступени.

Следующим этапом стало создание Falcon 9 FT (FT - Full Thrust, "полная тяга", или Falcon 9 v1.2). Третья модификация оснащена возвращаемой ступенью, которая способна выдерживать около двух-трех повторных запусков. Впервые Falcon 9 FT стартовала 22 декабря 2015 года, эксплуатируется в настоящее время.

В октябре 2016 года Маск сообщил о начале работ по модификации Falcon 9 FT (Block 5), которая станет окончательной. Компания SpaceX рассчитывает использовать ее многоразовую ступень не менее десяти раз и проводить повторные запуски через 24 часа после посадки. Переходной версией между третьей и пятой модификациями будет Falcon 9 FT (Block 4), ее первый запуск был успешно проведен 14 августа 2017 года.

Характеристики

Falcon 9 - двухступенчатая ракета-носитель тяжелого класса. Длина (высота) эксплуатируемой версии - 70 м, диаметр - 3,66 м, стартовая масса - до 550 т.

Заявленная грузоподъемность - порядка 8,3 т на геопереходную орбиту и 22,8 т на низкую опорную. За время эксплуатации самый тяжелый полезный груз, выведенный Falcon 9 в космос, составляет около 9,6 т. Столько весят десять спутников Iridium NEXT с адаптером, которые запускались одновременно в январе, июне, октябре и декабре 2017 года.

Ракета оснащена жидкостными ракетными двигателями производства SpaceX: на первой ступени установлено 9 Merlin 1D, на второй - один Merlin Vacuum. В качестве топлива используется керосин (окислитель - жидкий кислород). Топливные баки изготовлены из алюминий-литиевого сплава.

Для повышения точности выведения полезного груза на орбиту система управления ракеты сопряжена со спутниковой навигационной системой GPS. Для надежности Falcon 9 производителем разработана автоматическая остановка процедуры запуска: при обнаружении проблемы происходит откачка топлива, и ракета снимается со стартовой площадки. Затем после выяснения причины и доработки она используется для повторного пуска. Кроме того, предусмотрена возможность работы при аварийной остановке одного или двух двигателей первой ступени во время полета.

Возвращаемая ступень

SpaceX разработана технология по возвращению на землю отработавшей первой ступени, оснащенной четырьмя раскладывающимися посадочными опорами для мягкого приземления. Управляемый спуск осуществляется с помощью торможения двигателей и парашюта. После посадки на специальную морскую платформу (длина - 90 м, ширина - 50 м) судна-робота в акватории Мирового океана или на спецплощадку на территории базы ВВС США на мысе Канаверал (штат Флорида) первая ступень может использоваться повторно.

Впервые эксперимент по возвращению первой ступени был проведен 29 сентября 2013 года после запуска Falcon 9 v1.1. Ступень планировалось плавно спустить и приводнить в океан, однако из-за сильного вращения она упала на воду и разрушилась. Первая успешная посадка на землю состоялась 22 декабря 2015 года (запускалась Falcon 9 FT), на морскую платформу - 8 апреля 2016 года (Falcon 9 FT).

В общей сложности к 22 февраля 2018 года мягкую посадку ступени удалось осуществить в 21 случае: девять раз на землю и 12 на морскую платформу. Шесть раз ранее возвращенные ступени ракеты использовались повторно: 31 марта, 23 июня, 12 октября, 15 и 23 декабря 2017 года, 1 февраля 2018 года (запускались 8 апреля 2016 года, 14 января, 19 февраля, 4 и 25 июня, 1 мая 2017 года соответственно).

Статистика запусков

Запуски Falcon 9 осуществляются с арендуемых SpaceX пусковых площадок баз ВВС США Ванденберг и на мысе Канаверал, а также Космического центра им. Джона Кеннеди, расположенном на острове Мерритт северо-западнее мыса Канаверал. Кроме того, SpaceX в 2014 году начала строительство собственного космодрома на юге штата Техас, недалеко от города Браунсвилл в районе населенного пункта Бока Чика. Его возведение обойдется примерно в $85 млн, ввод в строй ожидается в 2018 году.

Стоимость одного запуска ракеты составляет в среднем $60-65 млн (зависит от массы и объема выводимой полезной нагрузки). Примерно во столько же оценивается запуск "Протона-М" аналогичного класса (около $65 млн). Однако российская ракета - полностью одноразовая. SpaceX за счет повторного использования первой ступени Falcon 9 планирует сократить стоимость запуска примерно на 30%.

Впервые Falcon 9 стартовала 4 июня 2010 года с базы ВВС США на мысе Канаверал с прототипом корабля Dragon. В ходе второго запуска, 8 декабря того же года с мыса Канаверал, на орбиту был выведен полноценный Dragon (первый демонстрационный полет корабля).

Всего к 22 февраля 2018 года было произведено 48 запусков ракеты-носителя - 44 успешных, два неудачных и два частично неудачных. Из них 15 раз ракета Falcon 9 стартовала с кораблем Dragon (включая один аварийный запуск), один раз - с военным беспилотным космопланом X-37В.

Предыдущий запуск состоялся 1 февраля 2018 года с мыса Канаверал. Ракета вывела на орбиту телекоммуникационный спутник GovSat-1 компании SES (Люксембург).

Инциденты

Частично неудачными были два запуска ракеты с мыса Канаверал в 2012 и 2014 годах, сопровождавшиеся потерей попутного груза (основной задачей был вывод на околоземную орбиту корабля Dragon). 8 октября 2012 года из-за аварийной остановки одного из девяти двигателей первой ступени Falcon 9 был потерян спутник связи Orbcomm компании SpaceX (для запуска использовалась версия Falcon 9 v1.1). 18 апреля 2014 года не удалось развернуть на орбите 104 фемтоспутника (сверхмалые аппараты массой до 100 г) - они сгорели внутри блок-кассеты, в которой размещались.

ЧП помещало американской ракете стать рекордсменом по количеству одновременно запущенных космических аппаратов. Всего Falcon 9 v1.1 (R) должна была вывести в космос 109 космических аппаратов: корабль Dragon, четыре малых аппарата и 104 фемтоспутника. В настоящее время мировой рекорд по количеству удачно выведенных одновременно на орбиту спутников принадлежит индийской ракете PSLV, с ее помощью 15 февраля 2017 года было запущено 104 аппарата (включая наноспутники).

Аварией завершился запуск 28 июня 2015 года. Стартовавшая с мыса Канаверал ракета Falcon 9 v1.1 (R) взорвалась на 139-й секунде полета, еще до отделения первой ступени. В результате были потеряны корабль Dragon и 8 малых спутников Flock 1f. Обломки ракеты и космических аппаратов упали в Атлантический океан. К аварии привел разрыв одного из стальных стержней, удерживающих баллон со сжатым гелием внутри бака с жидким кислородом в верхней ступени ракеты (гелий необходим для поддержания высокого давления в баке). Оторвавшийся баллон "выстрелил" в направлении верхней части бака, что привело к взрыву. После установления причины аварийного запуска SpaceX заявила о внесении изменений в конструкцию ракеты.

Неудачным был запуск, проведенный 8 января 2018 года с мыса Канаверал. Ракета Falcon 9 FT должна была вывести в космос военный спутник под названием Zuma, но он не был обнаружен на околоземной орбите Стратегическим командованием ВВС США. Компания SpaceX заявила, что ракета отработала штатно. В конце января ВВС сняли претензии к SpaceX за неудачный запуск. Как выяснилось, к потере Zuma привела неисправность в системе отделения спутника от верхней ступени ракеты. За эту систему ответственна фирма Northrop Grumman, построившая космический аппарат по заказу властей.

Кроме того, 1 сентября 2016 года произошло ЧП на пусковой площадке SpaceX на мысе Канаверал во время предстартовых испытаний. За два дня до запланированного запуска при заправке топливом взорвалась Falcon 9 v1.2. Никто не пострадал. Ракета и установленный на ней израильский спутник связи Amos-6 были разрушены, также повреждения получила стартовая площадка (эксплуатация возобновилась в декабре 2017 года после проведенного ремонта). На время расследования инцидента запуски Falcon 9 были приостановлены и не проводились более четырех месяцев. Специалисты SpaceX пришли к выводу, что к взрыву привело повреждение одного из баллонов системы подачи гелия в резервуар с жидким кислородом на второй ступени ракеты.

Перспектива

В начале 2017 году в SpaceX заявляли, что компания имеет контракты более чем на 70 запусков Falcon 9 в ближайшие несколько лет. Их общая сумма не разглашается, но по оценкам экспертов, может достигать $10 млрд. В частности, SpaceX имеет контракт с американской компанией-оператором спутниковой связи Iridium на запуск 75 новых космических аппаратов Iridium NEXT на общую сумму $492 млн (40 спутников уже были запущены в 2017 году). В перспективе ракета станет выводить в космос пилотируемую версию корабля Dragon v2, который будет использоваться для доставки экипажей на МКС.

На базе Falcon 9 компания создала сверхтяжелую ракету-носитель Falcon Heavy грузоподъемностью до 63,8 т, ее первый испытательный запуск был проведен 6 февраля 2018 года.

В сентябре 2017 года на Международном конгрессе по астронавтике в Аделаиде (Австралия) Маск представил проект многоразовой ракетно-космической системы (условное название - BFR, Big Falcon Rocket), которая впоследствии может заменить созданные в SpaceX ракеты Falcon 9, Falcon Heavy и корабль Dragon. Согласно планам компании, BFR будет универсальной и в разных версиях сможет использоваться для полетов на околоземную орбиту, миссий к Луне и Марсу, а также для сверхбыстрой перевозки пассажиров из одной точки Земли в другую (в пределах одного часа).