Falcon Heavy, спочатку знана як Falcon 9 Heavy (укр.Сокіл 9 Важкий) — ракета-носій частково багаторазового використання, що розробляється і виготовляється американською компанією SpaceX. Обидві ступені ракети використовують рідкий кисень і гасRP-1, на двигунах розроблених SpaceX, Merlin 1D+. Заплановано багато різних варіантів завантаження корисним вантажем до 64 тонни, які можна буде вивести на низьку орбіту Землі,[1], 19 тонн на геостаціонарну орбіту,[2] 16 тонн на траєкторію до Місяця і 14 тонн на траєкторію до Марса[3], що відносить Falcon Heavy до класу надважких підйомників[4].
Запуск неодноразово відкладався. 6 лютого 2018 відбувся перший політ Falcon Heavy, корисним вантажем, під час якого була власна Tesla Roadster Ілона Маска. Її було відправлено на еліптичну геліоцентричну орбіту, що перетинає орбіту Марса[5][6]. «Червона машина для червоної планети», — написав він[7]. Запуск відбувся з 39 майданчика космодрому на мисі Канаверал (штат Флорида), США.
Історія
Зліва направо: Falcon 1, Falcon 9 v1.0, Falcon 9 v1.1 і Falcon Heavy
Концепція ракети-носія «Falcon Heavy» бере початок у середині 2010-х. Компанія SpaceX оприлюднила план щодо цієї ракети під час конференції у Вашингтоні у квітні 2011 року, було оголошено, що тестовий політ очікується у 2013 році[8]. Ряд факторів відклав перший політ ракети до 2017 року, включаючи дві аномалії з ракетою-носієм Falcon 9, що потребували уваги інженерів для аналізу аварії, це відклало запуск на багато місяців. Інтеграція і структурні проблеми з компонуванням трьох ракет Falcon 9 в одне ціле, виявилась складніше, ніж передбачалось[9]. У липні 2017 року Ілон Маск зазначив публічно, що «сконструювати Falcon Heavy виявилось складніше, ніж ми думали…Насправді, ми були досить наївні щодо цього.»[10] На грудень 2017 рік, тестовий політ ракети призначений на січень 2018 року[11].
Церемонія закладання компанією SpaceX стартового майданчику SLC-4 для Falcon Heavy у червні 2011 року
Концепція і фінансування
Ілон Маск вперше згадав Falcon Heavy у вересні 2005 року[12]. Були розглянуті різні варіанти з використанням ракети Falcon 5, проте єдиним рентабельним варіантом виявився 9- двигунний перший ступінь ракети Falcon 9. Подальші дослідження можливостей цієї ракети призвели до концепту ракети Falcon Heavy.
Конструкція і розробка
Оскільки конструкція Falcon Heavy базувалась на ракеті Falcon 9 і її двигунах, перший політ Falcon Heavy залежав від розробки ракети Falcon 9.
У 2008 році SpaceX планувала здійснити перший запуск Falcon 9 у 2009 році і «Falcon 9 Heavy заплановано створити через кілька років.» На конференції Mars Society Conference, Ілон Маск також зазначив, що верхній ступінь на водневому паливі буде створений через 2-3 роки[13]. Falcon Heavy розробляється за приватні кошти. Державні кошти для розробки ракети не залучались[14].
У квітні 2011 році можливості і продуктивність Falcon 9 стали значно краще, SpaceX здійснила два успішних демонстраційних запуски на ННО, один з яких протестував повторне включення двигунів другого ступеня. На прес-конференції у Вашингтоні, яка відбулась 5 квітня 2011 року, Ілон Маск зазначив, що Falcon Heavy «матиме змогу підіймати найбільший корисний вантаж в історії, окрім ракет Сатурн-5 і Енергія»[15].
У 2015 році SpaceX анонсувала значні зміни в конструкції ракети, які робляться паралельно з модернізацією ракети Falcon 9 v1.1[16].
У 2011 році з очікуваним попитом обох варіантів, SpaceX анонсувала плани з розширення виробничих можливостей «обсяги виробництва збільшаться до виготовлення першого ступеня ракети Falcon 9 і прискорювача для Falcon Heavy кожен тиждень і верхнього ступеня кожні два тижні»[15]. У грудні 2016 року SpaceX опублікувала фото одного з елементів ракети[17].
Тестування
У 2013 році новий тестовий майданчик був збудований у Макгрегорі, Техас, для тестування 27 двигунів ракети Falcon Heavy[18]. На травень 2017 року, SpaceX здійснила перший статичний вогневий тест польотного варіанту Falcon Heavy на тестовому майданчику у Макгрегорі[19][20]. На вересень 2017 року три перших ступені ракети успішно пройшли статичні вогневі тести на наземному стенді[21]. У липні 2017 року, Ілон Маск зазначив, що «практично неможливо здійснити тестування ракети на наземних стендах», необхідно спочатку здійснити тестові польоти[10].
У квітні 2011 року Ілон Маск оголосив про перший політ Falcon Heavy з бази Ванденберг із Західного узбережжя США у 2013 році[15][22]. SpaceX оновила пусковий майданчик Launch Complex 4E для запуску ракет Falcon 9 та Heavy. Перший запуск був запланований з бази ПС США на мисі Канаверал у 2013—2014 роках[23].
На вересень 2015 року аварія SpaceX CRS-7 у червні затримала початок польотів Falcon Heavy до квітня/травня 2016 року,[24] проте, у лютому 2016 року запуски були знову зміщені на кінець 2016 року. Запуск було заплановано з відремонтованого пускового майданчика LC-39A[25][26]. У серпні 2016 року демонстраційний політ був перенесений на початок 2017 року[27], потім на літо 2017[28], пізніше — на кінець 2017 року[29] і на січень 2018 року[30]. Наступні місії були зрушені вперед.
Другий демонстраційний політ запланований на 2018 рік з корисним навантаженням STP-2 для ПС США[31] Місії на ГПО для Intelsat та Inmarsat, які були заплановані на кінець 2017 року, були запущені модифікованою ракетою — Falcon 9 Full Thrust[32][33]. Перша комерційна місія на ГПО запланована на 2018 рік для супутника — Arabsat[34].
На липневій конференції у Вашингтоні Ілон Маск зазначив «існують реальні шанси того, що ракета не досягне орбіти» і «я сподіваюсь, що це відбудеться на достатній відстані, щоб не пошкодити пусковий майданчик». Я буду вважати це вже перемогою, якщо чесно"[10]. Маск зазначив, що інтеграція трьох перших ступенів Falcon 9 виявилась значно складнішою, ніж очікувалось[9][10].
У грудні 2017 року Ілон Маск написав у Твіттері, що під час першого польоту Heavy в якості КВ виступить його власний Tesla Roadster, який буде відправлено у напрямку орбіти Марса[5]. Він опублікував світлини через кілька днів[35]. 28 грудня 2017 року, Falcon Heavy була переміщена на стартовий майданчик для тестових прожигів 27 двигунів, що очікуються 6 січня[36].
24 січня 2018 року компанія SpaceX здійснила успішне вогневе випробування новітньої ракети-носія Falcon Heavy[37].
Запуск здійснено 6 лютого 2018 року. Через 2 хв. 33 сек. після старту два бічні прискорювачі від'єдналися від основної ракети та за декілька хвилин синхронно приземлилися біля місця запуску — до Космічного центру імені Кеннеді на посадкові майданчики 1 і 2 (LZ-1 і LZ-2), розташовані за 300 м один від одного. Центральне ядро від'єдналося через 3 хв. 4 сек. польоту. Воно повинно було приземлитися на плавучу платформу в Атлантичному океані. Проте, внаслідок нестачі спеціального палива для запалювання, спрацював лише один із трьох двигунів, необхідних для посадки, і ступінь упав в океан на швидкості близько 483 км на годину у ста метрах від платформи[38]. Невдовзі після цього обтікач КВ від'єднався, і подальший політ продовжили другий ступінь ракети із електромобілем.
Через 6 год. польоту по навколоземній орбіті третім увімкненням двигуна другого ступеня Tesla Roadster Ілона Маска була спрямована до орбіти Марса[39][40].
Конструкція
Falcon Heavy схожа за конструкцією на Falcon 9, однак має два додаткові бокові прискорювачі, приєднані до першого ступеня, що діють як рідинні підсилювачі,[41] що концептуально схоже на конструкцію американської ракети-носія Delta IV Heavy або ж російської Ангара. Falcon Heavy більш ємна ніж будь-яка інша ракета-носій, що використовується сьогодні, вона зможе виводити 53 тонни корисного вантажу на низьку опорну орбіту[22]. Ракета була розроблена, щоб задовольнити всі можливі вимоги і класифікації. Межі структурної безпеки будуть на 40 % важчими вантажу польоту, що більше ніж сьогоднішні 25 % інших ракет[42]. Falcon Heavy матиме змогу транспортувати людину в космос, ракета також може відновити пілотовані місії до Місяця, або здійснювати польоти з астронавтами до Марса[43]. Проте, через розробку ракети BFR, пілотовані місії Falcon Heavy до Марса малоймовірні.
Перший ступінь ракети складається з трьох перших ступенів Falcon 9, кожен з яких має дев'ять двигунів Merlin 1D. Falcon Heavy матиме тягу на рівні моря 22,819 кН з 27 двигунів Merlin 1D, під час виходу з атмосфери, тяга ракети підвищиться до 24,681 кН[44]. Верхній ступінь обладнаний одним двигуном Merlin 1D, модифікованим для умов вакууму з тягою 934 кН, час роботи двигуна — 397 секунд. Технічні властивості двигуна дозволяють запускати його кілька разів[41]. Згори розташований перехідний відсік, що вміщає двигун другого ступеня і обладнаний механізмами розстикування ступенів. Резервуари ракети Falcon 9 виготовлені з алюмінієво-літієвого сплаву. Бак другого ступеня ракети Falcon 9 — це урізана версія бака першого ступеня, він виготовлений тим самим методом, і з того ж матеріалу. Цей підхід дозволить зменшити вартість виробництва[41].
Всі три «ядра» першого ступеня мають двигуни, що розташовані за схемою «октавеб» для пришвидшення виробничого процесу[45], кожне «ядро» має чотири розкладні опори[46]. Для контролю приземлення цих прискорювачів і центрального «ядра» через атмосферу, SpaceX використовує невеликі решітчасті гіперзвукові рулі, які розкладаються після від'єднання «ядра» від центрального першого ступеня[47]. Після відділення бокових ступенів, центральний двигун в кожному продовжує працювати ще кілька секунд для коригування траєкторії для безпечного віддалення від ракети[46][48]. Опори розкладаються під час приземлення для здійснення м'якої посадки на землю. Гіперзвукові рулі для коригування траєкторії як і опори для приземлення — це вже випробувана технологія, яка використовується на ракеті Falcon 9[49].
Початковий концепт визначав здатність ракети-носія виводити 24 750 кг на ННО, проте у квітні 2011 вантажопідйомність була збільшена до 53 000 кг[50] з можливістю виводити 12 000 кг на ГПО[51]. Пізніші дані свідчасть про збільшення КВ вище ННО до 19 000 кг на ГСО,[52] 16 000 кг до Місяця і 14 000 кг до Марса[53][54].
В кінці 2013 року, SpaceX підійняла планку корисного вантажу Falcon Heavy на ГПО до 21 200 кг[55].
У квітні 2017 року, проєктне навантаження, що зможе виводити ракета на ННО була збільшена до 63 800 кг. Це було досягнуто за рахунок використання всього палива і без повернення ступенів на Землю[56].
Спочатку планувалася можливість встановлення на Falcon Heavy унікальної системи перехресної подачі палива, що дозволяє двигунам центрального блоку використовувати паливо з бічних прискорювачів в перші хвилини після старту. Це давало б можливість зберегти більше палива в центральному блоці для більш тривалої його роботи після відділення бічних прискорювачів, і, як наслідок, збільшити максимальну масу корисного навантаження[57]. Згодом пріоритет розробки даної системи був знижений через небажання додатково ускладнювати конструкцію, а також через відсутність на ринку попиту на настільки важке корисне навантаження. Робота над розробкою даної системи триває, її впровадження можливе в майбутньому. На початковому етапі буде використовуватися схема, за якою, відразу після запуску ракети-носія тяга двигунів центральної секції буде максимально знижена для економії палива. Після відділення бічних прискорювачів двигуни першого ступеня будуть знову включені на повну тягу[58]. Подібну схему використовує ракета-носій Delta IV Heavy.
Багаторазовість
SpaceX працює над реалізацією багаторазовості системи Falcon Heavy, щоб зробити всі елементи ракети-носія багаторазовими.
Раніше, компанія повідомляла, що ракета-носій матиме всі ступені багаторазового використання[59]. Також були продемонстровані посадки першого ступеня Falcon 9 на майданчики, розташовані як на землі, так і на плаваючу платформу, при цьому кілька разів перші ступені використовувались не перший раз[60]. Це добре збігається з конструкцією Falcon Heavy, яка передбачає відділення бокових прискорювачів ракети (перші ступені Falcon 9) і м'яку посадку для відновлення і запуску знову[49]. Починаючи з 2013 року перші ступені ракети Falcon 9 забезпечені системою контрольованої м'якої посадки. Під час першого польоту Falcon Heavy можливе повернення другого ступеня ракети[61].
SpaceX зазначає, що маса корисного навантаження на ГПО буде зменшена через повернення ступенів на Землю, проте вартість запуску буде зменшена також. З поверненням всіх трьох елементів першого ступеня, на ГПО може бути виведене корисне навантаження масою 8 000 кг. Якщо на Землю повертаються лише два бокові прискорювачі, то КН збільшується до 16 000 кг на ГПО[62].
Вартість запусків
У травні 2004 Ілон Маск зазначив «Довготривалі плани розробки потребують розробки важких, або навіть надважких носіїв, якщо є попит на ринку. Ми очікуємо, що збільшення розміру ракети-носія призведе до зменшення вартості виведення на орбіту….Зрештою, я вважаю, що $500/фунт або менше цілком можна досягти»[63]. Названа вартість — $1,100/кг — це мета, яку анонсував Маск у 2011 році — 35 % вартості виведення вантажу на ННО ракетою середнього класу Зеніт, яка здатна виводити 14 000 кг на ННО[64].
Станом на березень 2013 року, вартість доставки вантажу на ННО становила нижче $2,200/кг у варіанті, коли ракета підіймає максимальну вагу вантажу[65]. Вартість доставки корисного навантаження змінювалась з року в рік, в різних варіантах Falcon Heavy ціна варіювалась: $80–125 млн у 2011[50]$83–128 млн у 2012,[51], $77–135 млн у 2013 році[66], $85 млн для 6400 кг на ГПО у 2014, і $90 млн для 8000 кг на ГПО у 2016[67].
У 2011 SpaceX зазначила, що вартість доставки корисного вантажу на ННО може бути нижчою за $2,200/кг, якщо кількість запусків щороку складатиме — 4. На 2011 рік планувалось запускати 10 ракет Falcon Heavy і 10 ракет Falcon 9 щороку[53]. Третій пусковий майданчик планувалось збудувати для Falcon Heavy не раніше 2014 року з першими запусками ракети не раніше 2016 року[68]. Наприкінці 2013 року компанія планувала здійснити перший політ ракети у 2014, проте на жовтень 2017, запуск перенесений на кінець 2017 через обмежену здатність промислових потужностей компанії[69][70]. У листопаді 2017 дата запуску була перенесена на січень 2018 року[30].
У 2013 році вартість запуску корисних вантажів була найнижчою в галузі[71]. Низька ціна обумовлена багаторазовою системою, яка дозволяє економити до 30 % вартості, що дозволяє говорити про початок нового економічного простору в космічній галузі[14][72].
Для перевезення обтікача корисного вантажу ракети Falcon Heavy було задіяно вантажний літак Ан-124-100 «Руслан» української компанії «Авіалінії Антонова». Літак подолав 3 613 км протягом 4,5 годин, забезпечивши доставку складової ракети для її вчасного запуску з космодрому на мисі Канаверал[81].
↑ абвгElon Musk (19 липня 2017). Elon Musk, ISS R&D Conference (video). ISS R&D Conference, Washington DC, USA. Подія сталася на 36:00–39:50. Процитовано 13 вересня 2017. There is a lot of risk associated with the Falcon Heavy. There is a real good chance that the vehicle does not make it to orbit... I hope it makes far enough away from the pad that it does not cause pad damage. I would consider even that a win, to be honest. ... I think Falcon Heavy is going to be a great vehicle. There is just so much that is really impossible to test on the ground. We'll do our best. ... It actually ended up being way harder to do Falcon Heavy than we thought. At first it sounds real easy; you just stick two first stages on as strap-on boosters. How hard can that be? But then everything changes. [the loads change, aerodynamics totally change, tripled vibration and acoustics, you break the qualification levels on all the hardware, redesign the center core airframe, separation systems]... Really way, way more difficult than we originally thought. We were pretty naive about that. ... but optimized, it's 2 1/2 times the payload capability of Falcon 9.Архівована копія. Архів оригіналу за 3 березня 2020. Процитовано 24 квітня 2022.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
↑Falcon Heavy. SpaceX. 16 листопада 2012. Архів оригіналу за 6 квітня 2017. Процитовано 5 квітня 2017. [Архівовано 2017-04-06 у Wayback Machine.](англ.) Наведено за англійською Вікіпедією
↑Svitak, Amy (5 березня 2013). Falcon 9 Performance: Mid-size GEO?. Aviation Week. Архів оригіналу за 11 січня 2018. Процитовано 24 червня 2017. Falcon 9 will do satellites up to roughly 3.5 tonnes, with full reusability of the boost stage, and Falcon Heavy will do satellites up to 7 tonnes with full reusability of all three boost stages," [Musk] said, referring to the three Falcon 9 booster cores that will comprise the Falcon Heavy's first stage. He also said Falcon Heavy could double its payload performance to GTO "if, for example, we went expendable on the center core. [Архівовано 2018-01-11 у Wayback Machine.]
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.svg)
