Redaktørens notat: Dette gjesteposten ble skrevet av Lukas Davia & Marijn Achternaam.
Hvis du skriver "gjenbrukbare raketter" i en søkemotor, kan du ikke la være å bli trukket til lokket av SpaceX-relaterte lenker som fyller skjermen. Årsaken til dette er forståelig: med død av romfergen og mangel på klar planlegging for fremtiden av de fleste gamle spillere i romfartsfeltet, gjør SpaceXs enkle plan på nær sikt og tidligere flyprøver dem alles favoritt til å drastisk redusere kostnadene for bane med raketter som kommer hjem - klar til å brukes på nytt.
Og med den kommende lanseringen av SpaceXs 14. Falcon 9-rakett den 6. januar som fører Dragon til ISS, er potensialet for ekte gjenbrukbarhet absolutt innen rekkevidde for første gang noensinne i løpet av 90 år siden Goddard lanserte verdens første flytende rakett fra Massachusetts i 1926. Likevel er nå en viktigere tid enn noen gang å temperere våre ville forventninger til muligheten for raketter som flyr seg selv tilbake til oppskytningsputen. Selv om en rakettrevolusjon kan være blant oss, er det en iterativ prosess i flere trinn som overskrider ethvert enkelt oppdrag - og vi bør ikke forvente å se vanlig flylignende gjenbruk og store kostnadsfall raskt når som helst.
Det skal bemerkes at Elon Musk, for alle sine fantastiske prestasjoner, aldri har lagt en hard og rask tidslinje på når billig og tilgjengelig rakett ville være tilgjengelig, enn si en solid pris. Hvorfor? Rett og slett fordi vi kommer inn i territorium som forblir ubeskyttet.
Det eneste kjøretøyet i historien som noensinne har blitt fløyet flere ganger etter å ha oppnådd bane, var romfergen. Til tross for gjenbruk av den klart dyreste delen av en hvilken som helst rakett - motorene og tilhørende systemer - kostet Shuttle minst 450 millioner dollar å sjøs i henhold til NASA, med en relativt liten nyttelast på 24 tonn til Low Earth Orbit, eller nesten 19 000 dollar per kilo . Inkludert utviklingskostnader, oppsummert og delt opp per flytur, kan prisen som skal lanseres gjennomsnittlig være så høy som 1,5 milliarder dollar, eller tre ganger NASAs oppgitte beløp. Det som skulle redusere kostnadene per kilo med å løfte last til bane drastisk, endte opp med å bli et av de dyreste utskytningsbilene i menneskets historie. Hvorfor ble det så dyrt?
Oppfatningen av romfergen var et resultat av et ekteskap mellom NASA, Luftforsvaret og andre partnere. Hver ville ha sine egne designspesifikasjoner, som endte med å produsere et tungt kjøretøy uten veldefinerte formål, og det ble "fangsten alle" i romfartsindustrien. Hovedsakelig var det at mengden av vedlikehold som ble krevd etter hvert oppdrag i stor grad ble undervurdert av NASA. Etter hver flyging måtte hele kjøretøyet i hovedsak bygges om: fliser byttet ut, motorer inspisert, boostere pusset opp. Spesielt måtte trioen til hovedmotorene i RS-25 tas fra hverandre og kontrolleres for alle mulige feil som kan forårsake en feil, og når ting brøt, var det ikke en sunn forsyningslinje som lett kunne erstatte dem, forårsake kostnadene for reservedeler å skyrocket, og å opprettholde en arbeidsstyrke som var klar og i stand til å pusse opp Shuttle ble raskt en pengesenk som NASA aldri klarte å gjenopprette.
SpaceX er imidlertid ikke NASA. De har introdusert en mer smidig, responsiv utvikling tilnærming til produktene sine som har vært overveldende vellykket. De har også mange år med tidligere prosjekter (fra flere kilder) for å lære av at NASA ikke gjorde det. Dette er imidlertid ikke problemer som bare kan vinkes bort. Snarere er det grunnleggende spørsmål som må løses: det slipper ikke unna fysikkens grenser.
Et vanlig tema for Musks uttalelser er den dristige ambisjonen om å revolusjonere modellen “one use and throw it away” som har dominert rakettindustrien siden begynnelsen, og gjort den til noe nærmere knyttet til en servicebasert flymodell. Dette er en stor oppgave, selv etter Iron Mans standarder.
Mange fans viser en under forståelse av hindringene for innreise. Faktisk, i en fersk undersøkelse utført av SpaceX-fansamfunnet på Reddit.com, da han ble bedt om å sette en utdannet gjetning om prisen på en Falcon 9-rakettoppskyting om 5 år, valgte en betydelig del av de nesten 600 respondentene en verdi under $ 20.000.000. Noen valgte til og med priser under 10 000 000 dollar. Selv om COO for SpaceX, har Gwynne Shotwell nevnt i forbifarten at gjenbrukbare Falcon 9-lanseringer etter hvert kunne kommandere en prislapp på 5-7 millioner dollar, men dette er sannsynligvis langt fremover, langt forbi bare morgenens gjenbrukbare raketter. For et visst perspektiv, for fem år siden i 2010, lanserte SpaceX to Falcon 9-raketter. I fjor lanserte de seks, og plutselig innen 2020 vil kostnadene for en standard Falcon 9-lansering være tre ganger så billige? Hvor har denne ekstra akselerasjonen i utviklingen kommet fra? Muligens kommer det fra hodet til noen litt for optimistiske fans.
Noe så grunnleggende som langtidsmotorvedlikehold er faktisk fremdeles relativt ukjent. Tidligere har SpaceX avklart at hver motor har en levetid på omtrent 40 skyter, og en tilfeldig observatør vil anta at dette resulterer i en motor som kan brukes på 40 oppdrag. Imidlertid, med tre motortestbranner før hver utskytning, selve sjøsettingen og de tre brannskadene som kreves for å fullføre reentry og omlandingsprosessen, er imidlertid sentermotoren faktisk pålagt å skyte syv ganger for å fullføre et oppdrag, og med ni motorer på alle underetapper - selv med de fleste bare avfyring noen få ganger, noe som resulterer i ganske mange deler som kan bryte sammen etter hver flyging. Det kan bli mye mer kostbart og tidkrevende å sjekke for disse feilene og reparere dem enn man kanskje håper.
For eksempel, med en diameter på 3,66 m og en høyde på omtrent 42 meter, er det nesten 500 kvadratmeter første trinns overflate som har blitt utsatt på den ene siden for de stive temperaturene i flytende oksygen og kjølt parafin, og på den andre , forskjellige temperaturer fra reentry inn i den suppe lavere atmosfæren. Selv isoppbyggingen på den ytre huden på kjøretøyet alene er betydelig nok til å endre kjøretøyets masse vesentlig! Innenfor det store området har strekk, termodynamisk og trykkrelatert utmattelse potensialet til å akkumuleres. Striasjoner kan kjerne og danne hårsprekker. Dette er en fare som kan føre til en kritisk svikt i et operasjonelt oppdrag, og en slik hendelse kan permanent føre til en forbindelse mellom den begynnende gjenbrukbare raketten og ustabilitet i hodet til satellittoperatører og forsikringsbransjen. Selv om Falcon 9 kan betraktes som overutviklet, er det lite sannsynlig at SpaceX vil spille rakettrulett.
Selv om rakettens sjefingeniør anslått et myntkast sannsynligheten for suksess, vil den tomme første etappen trolig bli sendt tilbake til SpaceXs Hawthorne, California hovedkvarter og inspisert, etter den håpefulle landingen av CRS-5 på det nylig døpte "autonome drone-landingsskipet" med forskjellige metoder for destruktiv og ikke-destruktiv analyse for å kvantifisere hvordan hardhetene med å akselerere til en hastighet på nesten 2 kilometer i sekundet på mindre enn tre minutter og deretter bremses opp nok, reentering gjennom atmosfæren, til å lande i nærheten av sjø og salt , påvirke kjøretøyet.
Et annet eksempel på en mulig renoveringskostnad ligger i SpaceXs valgte drivstoff, parafin. Det brenner relativt skittent, noe som fremgår av den gjennomskinnelige søylen med brunsvart sot som Falcon 9 stiger videre, et tilbakeblikk til tidenes tidlige fly. Dette fører til en effekt som hovedsakelig er assosiert med kerolox-motorer kjent som "coking" - der ufullstendig forbrent sot fester seg til den nesten smeltede motoren og dysen, og reduserer dens evne til å utstråle bort varme. Rengjør det, sier du? Gratulerer, du har nettopp introdusert oppussing i ligningen, noe SpaceX prøver å unngå.
Til og med å ignorere kjøretøyet selv, sjøsetting og kjemikaliene som trengs er dyre! Det er det ublu priset helium som kreves for å holde tankene under trykk, og den pyroforiske TEA-TEB-tennvæsken som ble brukt for å starte det eksplosive ekteskapet mellom RP-1 og LOX. Det er ikke bare kjemikalier. Det er også kostnader for lansering av driften, alt fra arbeidstakers lønn, til den kjedelige prosessen med tillatelsessøknader, til den litt mer interessante ablative malingen som belegger Transporter-Erector-strukturen som holder Falcon 9 vertikal, til transport- og flyttekostnader. Etter all sannsynlighet er de nåværende kapitalutgiftene for en enkelt oppskytning alene, og ignorerer den åpenbare verdien av selve raketten, totalt i området $ 3 millioner pluss.
Fundamentalt må vi koble fra omlanding, oppussing, gjenbrukbarhet og økonomisk levedyktig og rask gjenbruk fra hverandre. Det kan være et vanskelig konsept å forstå at alle fire er forskjellige, og suksessen til en ikke innebærer at neste trinn er garantert. På grunn av dette gjenstår fortsatt spørsmålstegn over kostnadene, tiden og kompleksiteten til de siste trinnene som er nødvendige for at SpaceX kan fullføre sin gjenbrukbare rakettmesterplan. For eksempel: om å lande en rakett gjør ikke nødvendigvis istandsetting. Dette er hjemmet til Space Shuttle.
En landing alene revolusjonerer ikke rakett; snarere kan det hende at vi bare er klar over at revolusjonen med å raffinere rakett til en flygelignende modell har skjedd godt bare ved å se tilbake i bakspeilet.
Vi lever i håp om at SpaceX oppnår det den opprinnelig ønsket å gjøre for nesten 13 år siden. SpaceX har kommet langt, langt nærmere enn noen annen til dette målet, men som Musk selv har sagt: “Raketter er harde”. Lykke til til teamet på SpaceX for deres kommende CRS-5 lanserings- og landingsforsøk, det er begynnelsen på noe langt større.
Skrevet av Lukas Davia & Marijn Achternaam
Bios: Når jeg ikke sjonglerer med å være programvareingeniørstudent og nettutvikler på heltid i New Zealand, Lukas Davia er en selvroerende SpaceX-rusmisbruker, og kan bli funnet å bidra til Reddit community / r / SpaceX, legge til nettstedet sitt SpaceXStats.com, og lage infografikk. Tro det eller ikke, finner han tid til å gå ut og gå på fritiden også!
Marijn Achternaam er en nederlandsk student, selvutnevnt lenestolingeniør og romfart-fanatiker som ofte kan bli funnet å bidra til samfunnet / r / space og / r / SpaceX Reddit.
