Vierasviesti: Avaruuslento on vallankumouksen partaalla, mutta älä laske rakettejasi ennen kuin ne laskeutuvat
Toimittajan huomautus: Tämän vierasviestin ovat kirjoittaneet Lukas Davia & Marijn Sukunimi.
Kun kirjoitat hakukoneeseen 'uudelleenkäytettävät raketit', et voi muuta kuin vetäytyä SpaceX:ään liittyvien linkkien viehätysvoimaan, jotka täyttävät näytön. Itse asiassa Elon Muskin yrityksen idea hallitsee tulosten ensimmäisiä sivuja lähes yksinomaan. Syy tähän on ymmärrettävä: koska avaruussukkula kuoli ja useimmat vanhat avaruuslentoalan pelaajat eivät ole suunnitelleet selkeää tulevaisuutta, SpaceX:n suoraviivainen, lyhyen aikavälin suunnitelma ja aiemmat lentotestit tekevät niistä kaikkien suosikkien alentamalla kustannuksia huomattavasti. kiertoradalle raketteilla, jotka palaavat kotiin – valmiina käytettäväksi uudelleen.
Ja SpaceX:n 14. Falcon 9 -raketin tuleva laukaisu 6. tammikuuta kuljettaa Dragonin ISS:lle, mahdollisuudet rakettien todelliseen uudelleenkäytettävyyteen ovat varmasti ulottuvilla ensimmäistä kertaa lähes 90 vuoden aikana sen jälkeen, kun Goddard laukaisi maailman ensimmäisen nestemäisen polttoaineen raketin. Massachusettsissa vuonna 1926. Nyt on kuitenkin tärkeämpi aika kuin koskaan hillitä villit odotuksemme mahdollisuudesta, että raketteja lennättäisiin takaisin laukaisualustalle. Vaikka rakettivallankumous saattaakin olla keskuudessamme, se on iteratiivinen, monivaiheinen prosessi, joka ylittää minkä tahansa yksittäisen tehtävän – eikä meidän pitäisi odottaa näkevämme säännöllistä lentoyhtiön kaltaista uudelleenkäyttöä ja suuria kustannusten laskuja lähiaikoina.
On huomattava, että kaikista hämmästyttävistä saavutuksistaan huolimatta Elon Musk ei ole koskaan asettanut kovaa ja nopeaa aikajanaa sille, milloin halpoja ja helposti saatavilla olevia raketteja olisi saatavilla, puhumattakaan vakaasta hinnasta. Miksi? Yksinkertaisesti siksi, että astumme alueelle, joka on edelleen kartoittamaton.
Ainoa historian kantoraketti, joka on lentänyt uudelleen useita kertoja kiertoradan saavuttamisen jälkeen, oli avaruussukkula. Huolimatta kaikkien rakettien ylivoimaisesti kalleimman osan – moottoreiden ja niihin liittyvien järjestelmien – uudelleenkäytöstä, sukkulan laukaisu maksoi NASAn mukaan vähintään 450 miljoonaa dollaria, ja sen hyötykuorma oli suhteellisen pieni, 24 tonnia Low Earth Orbitille eli lähes 19 000 dollaria kilolta. . Kun kehityskustannukset lasketaan yhteen ja jaetaan lentokohtaisesti, laukaisuhinta voi olla keskimäärin jopa 1,5 miljardia dollaria tai kolminkertainen NASAn ilmoittamaan summaan. Sen, jonka piti alentaa rajusti lastin nostamista kiertoradalle kiloa kohden, tuli yksi ihmiskunnan historian kalleimmista kantoraketeista. Miksi siitä tuli niin kallis?
Avaruussukkulan suunnittelu oli seurausta NASAn, ilmavoimien ja muiden kumppaneiden välisestä avioliitosta. Jokainen halusi omat suunnitteluspesifikaatiot, jotka päätyivät tuottamaan kätkevän ajoneuvon, jolla ei ollut tarkkaa tarkoitusta, ja siitä tuli avaruusteollisuuden 'saaliin kaikki'. Pääasiassa se johtui siitä, että NASA aliarvioi jokaisen tehtävän jälkeen tarvittavan huollon määrän. Jokaisen lennon jälkeen koko ajoneuvo jouduttiin rakentamaan olennaisesti uudelleen: laatat vaihdettiin, moottorit tarkastettiin, boosterit kunnostettiin. Erityisesti RS-25-päämoottoreiden kolmikko piti purkaa osiin ja tarkistaa kaikki mahdolliset viat, jotka voivat aiheuttaa vian, ja kun asiat hajosivat, ei ollut tervettä syöttöjohtoa, joka voisi vaihtaa ne helposti, mikä aiheutti varaosien kustannukset nousivat pilviin, ja työvoiman pitäminen valmiina ja pystynyt kunnostamaan sukkulan tuli nopeasti rahan nieluksi, jota NASA ei koskaan pystynyt palauttamaan.
SpaceX ei kuitenkaan ole NASA. He ovat ottaneet tuotteisiinsa käyttöön ketterämmän, reagoivamman kehityslähestymistavan, joka on ollut ylivoimaisesti menestynyt. Heillä on myös vuosia aiempia projekteja (useista lähteistä), joista NASA ei oppinut. Nämä eivät kuitenkaan ole ongelmia, jotka voidaan yksinkertaisesti heiluttaa pois. Pikemminkin ne ovat perustavanlaatuisia kysymyksiä, joihin on puututtava: fysiikan rajoja ei voi paeta.
Muskin lausuntojen yleinen teema on rohkea pyrkimys mullistaa rakettiteollisuutta alusta lähtien hallinnut 'yksi käyttö ja heittää pois' -malli ja muuttaa siitä joksikin läheisemmin palvelupohjaiseen lentoyhtiömalliin. Tämä on iso tehtävä, jopa Iron Manin standardien mukaan.
Uudelleenkäytettävistä raketteista voisi hyvinkin tulla normi, mutta milloin? Kuvan luotto: SpaceX.
Monet fanit osoittavat aliarvostusta markkinoille pääsyn esteistä. Itse asiassa äskettäin tehdyssä tutkimuksessa SpaceX-faniyhteisö osoitteessa Reddit.com , kun pyydettiin tekemään perusteltu arvaus Falcon 9 -raketin laukaisun hinnasta viiden vuoden kuluttua, merkittävä osa lähes 600 vastaajasta valitsi arvon alle 20 000 000 dollaria. Jotkut jopa valitsivat alle 10 000 000 dollarin hinnat. Vaikka SpaceX:n COO, Gwynne Shotwell on ohimennen maininnut, että uudelleenkäytettävien Falcon 9 laukaisujen hinta voi lopulta olla 5-7 miljoonaa dollaria, tämä on todennäköisesti kaukana tulevaisuudessa, kaukana vain uudelleenkäytettävien rakettien kynnyksellä. Jostain näkökulmasta, viisi vuotta sitten vuonna 2010 SpaceX laukaisi kaksi Falcon 9 -rakettia. Viime vuonna he lanseerasivat kuusi, ja yhtäkkiä vuoteen 2020 mennessä tavallisen Falcon 9 -laukaisun hinta on kolme kertaa halvempi? Mistä tämä ylimääräinen kehitysvauhti on peräisin? Ehkä se tulee joidenkin hieman liian optimististen fanien mielestä.
Itse asiassa niinkin perusasia kuin moottorin pitkäaikainen huolto on vielä suhteellisen tuntematon. Aiemmin SpaceX on selventänyt, että jokaisen moottorin käyttöikä on noin 40 laukaisua, ja satunnainen tarkkailija olettaisi tämän johtavan moottoriin, jota voidaan käyttää 40 tehtävässä. Kuitenkin kolmella moottorin testipalolla ennen jokaista laukaisua, itse laukaisua ja kolmella palovammalla, jotka vaaditaan paluu- ja uudelleenlaskuprosessin loppuun saattamiseen, keskimoottorin on itse asiassa amputtava seitsemän kertaa tehtävän suorittamiseksi, ja yhdeksän kertaa. moottoreita joka alemmassa vaiheessa – vaikka useimmat laukaisivatkin vain muutaman kerran, mikä johtaa melkoiseen joukkoon osia, jotka voivat hajota jokaisen lennon jälkeen. Näiden vikojen tarkistamisesta ja korjaamisesta voi tulla paljon kalliimpaa ja aikaa vievämpää kuin voisi toivoa.
Esimerkiksi halkaisijaltaan 3,66 m ja korkeudeltaan noin 42 metriä on lähes 500 neliömetriä ensimmäisen vaiheen pintaa, joka on toiselta puolelta altistunut nestemäisen hapen ja jäähdytetyn kerosiinin kylmille lämpötiloille ja toiselta puolelta. , erilaisia lämpötiloja palaamisesta keittomaiseen alempaan ilmakehään. Itse asiassa jo pelkkä jään kertyminen ajoneuvon ulkopinnalle on tarpeeksi merkittävää muuttamaan merkittävästi ajoneuvon massaa! Tällä suurella alueella vetolujuus, termodynaaminen ja paineeseen liittyvä väsymys voi kerääntyä. Juovat voivat ytimiä ja muodostaa hiusrajahalkeamia. Tämä on vaara, joka voi johtaa kriittiseen epäonnistumiseen operatiivisessa tehtävässä, ja tällainen tapahtuma voi pysyvästi juurruttaa yhteyden syntymässä olevan uudelleenkäytettävän raketin ja satelliittioperaattoreiden ja vakuutusalan epävakauden välille. Ja vaikka Falcon 9 voidaan pitää ylisuunniteltuna, on epätodennäköistä, että SpaceX pelaa rakettirulettia.
Vaikka raketin pääinsinööri arvioi kolikonheiton onnistumisen todennäköisyyden, CRS-5:n toiveikkaassa propulsiivisessa laskeutumisessa äskettäin 'autonomiseksi drone-laskeutumisalukselle' tyhjä ensimmäinen vaihe todennäköisesti kuljetetaan takaisin SpaceX:n Hawthorneen Kalifornian päämajaan ja tarkastetaan. erilaisilla tuhoamattomilla ja hajoamattomilla analyysimenetelmillä sen kvantifioimiseksi, kuinka kova kiihtyvyys lähes 2 kilometrin sekunnissa alle kolmessa minuutissa ja sen jälkeen riittävä hidastuminen ilmakehän läpi päästäkseen laskeutumaan meren ja suolan välittömään läheisyyteen , vaikuttaa ajoneuvoon.
Toinen esimerkki mahdollisista kunnostuskustannuksista on SpaceX:n valitsemassa polttoaineessa, kerosiinissa. Se palaa suhteellisen likaisena, mistä todistaa läpikuultava ruskeanmusta nokipilari, jonka päälle Falcon 9 nousee, mikä on takaisku lentokoneiden aikaisiin. Tämä johtaa vaikutukseen, joka liittyy pääasiassa kerolox-moottoreihin, joka tunnetaan nimellä 'koksaus' – jossa epätäydellisesti palanut noki kiinnittyy lähes sulaan moottoriin ja suuttimeen vähentäen sen kykyä säteillä pois lämpöä. Puhdista se, sanotko? Onnittelut, olet juuri lisännyt yhtälöön kunnostuksen, jota SpaceX pyrkii välttämään.
Eivät vain raketit ole kalliita. On myös muita kuluja… Kuvan luotto: SpaceX.
Jopa itse ajoneuvoa huomioimatta, laukaisut ja tarvittavat kemikaalit ovat kalliita! Siellä on kohtuuttoman hintaista heliumia, jota tarvitaan pitämään säiliöt paineistettuina, ja pyroforista TEA-TEB-sytytysnestettä, jota käytetään RP-1:n ja LOXin välisen räjähdysmäisen avioliiton aloittamiseen. Se ei myöskään ole vain kemikaaleja. Myös maalaukaisukustannukset vaihtelevat työntekijöiden palkoista tylsään lupahakemusprosessiin, hieman mielenkiintoisempaan ablatiiviseen maaliin, joka pinnoittaa Falcon 9:n pystysuoran pitävän Transporter-Erector-rakenteen, kuljetus- ja siirtokustannuksiin. Todennäköisesti yhden laukaisun nykyiset pääomakustannukset, ottamatta huomioon itse raketin ilmeistä arvoa, ovat yhteensä noin 3 miljoonaa dollaria plus.
Pohjimmiltaan meidän on irrotettava uudelleen laskeutuminen, kunnostus, uudelleenkäyttö sekä taloudellisesti kannattava ja nopea uudelleenkäyttö toisistaan. Voi olla vaikea ymmärtää, että kaikki neljä ovat erillisiä, ja yhden onnistuminen ei tarkoita, että seuraava askel on taattu. Tästä johtuen SpaceX:n uudelleenkäytettävän raketin yleissuunnitelmansa toteuttamiseen tarvittavien viimeisten vaiheiden kustannuksista, ajasta ja monimutkaisuudesta on edelleen kysymysmerkkejä. Esimerkiksi: raketin uudelleenlasku ei välttämättä tee kunnostusta olematta. Tämä on kotiin vietävä tarina avaruussukkulasta.
Pelkästään laskeutuminen ei mullista rakettia; sen sijaan voimme ymmärtää, että vallankumous rakettien jalostamisesta lentoyhtiön kaltaiseksi malliksi on tapahtunut hyvin vain katsomalla taaksepäin taustapeilistä.
Elämme toivossa, että SpaceX saavuttaa sen, mitä se alun perin tavoitteli lähes 13 vuotta sitten. SpaceX on tullut paljon lähemmäksi tätä tavoitetta kuin kukaan muu, mutta kuten Musk itse on sanonut, 'Raketit ovat kovia'. Onnea SpaceX:n tiimille heidän tulevaan CRS-5-laukaisu- ja laskuyritykseen, se on alku jollekin paljon suuremmalle.
Käsikirjoitus: Lukas Davia & Marijn Sukunimi
Bios: Kun ei ole jongleerausta ohjelmistotekniikan opiskelijana ja kokopäiväisenä verkkokehittäjänä Uudessa-Seelannissa,Lukas Daviaon itseään tunnustava SpaceX-addikti, ja hänet voi löytää osallistuvan Reddit-yhteisöön /r/SpaceX , lisäsi verkkosivustolleen SpaceXStats.com ja infografioiden luominen. Usko tai älä, hän löytää aikaa myös ulkoilemaan ja patikoimaan vapaa-ajallaan!
Marijn sukunimion hollantilainen opiskelija, itsensä julistautunut nojatuoliinsinööri ja avaruuslentojen fanaatikko, jonka voi usein löytää osallistuvan /r/space- ja /r/SpaceX Reddit -yhteisöihin.