С какими трудностями придется столкнуться при модификации Falcon 9 FT, чтобы посадки 1-й ступени из миссии GTO были более удобными и удобными?

Если подумать, если бы это было легко, SpaceX бы этим занималась. В конце концов, бывшая в употреблении первая ступень потенциально стоит 40 миллионов долларов, так что восстановление или потеря ступени — это не второстепенное дело.

Улучшение характеристик двигателя помогло бы, но, конечно же, двигатель Merlin постоянно модернизировался на протяжении всего срока службы.

Merlin 1A использовался на Falcon 1. Фактически, он был модернизирован до Merlin 1B в последних двух полетах Falcon 1 с лучшими характеристиками. Merlin 1C начал первые пять полетов Falcon 9, затем перешел к Merlin 1D для остальных на Falcon 9 v1.1 и Full Thrust. Не меняя названия, они модернизировали Merlin 1D с 85% до полной тяги, и, по слухам, ожидается ЕЩЕ ОДНА модернизация тяги. Так что они в основном уже делают это в реальном мире, и делали это все время.

По топливу уже растянули первую и вторую ступень Falcon 1.0 до 1.1. Затем они немного растянули вторую ступень и немного первую ступень в F9 Full Thrust (поскольку SpaceX отказывается называть ее 1.2). Кроме того, они переохлаждают топливо и окислитель, чтобы увеличить плотность, чтобы набить больше в те же баки. Они не могут увеличить обхват сцены, так как она должна быть проезжей, а они ограничены стандартной высотой моста. (Придется водить Хоторн, Калифорния -> МакГрегор, Техас -> CCAFS, Флорида и, возможно, Бока-Чика, Техас в будущем).

Они гораздо больше ограничены в растяжении длины первой ступени, так как приближаются к пределу изгиба. Если он слишком длинный, вы можете согнуть трубку (когда-нибудь делали это с рулоном бумажного полотенца?), когда она находится в полете и находится под нагрузкой.

Единственное, что они действительно могли бы сделать, это перейти на более совершенный двигатель на второй ступени. Задача первой ступени состоит в том, чтобы поднять вторую ступень достаточно высоко и достаточно быстро, чтобы вторая ступень могла доставить полезную нагрузку туда, куда нужно.

Таким образом, лучшая вторая ступень, возможно, с использованием Raptor, у которого лучше Isp (Показатель производительности), поскольку Merlin 1D-Vac - хороший двигатель, но не лучший производитель верхней ступени. Но это совсем не дешевое/легкое изменение. Не только из-за проблемы с дизайном новой сцены, но и из-за перехода на жидкий метан в качестве топлива, что означает новые вещи на стартовой площадке, на ТЭЛ и т. д.

Одна из приятных особенностей подхода SpaceX заключается в том, что прямо сейчас все платят за одноразовый запуск. Поэтому они продают первую очередь по цене, на которую они могут прожить. Затем они получают бесплатный полномасштабный эксперимент, где они могут опробовать варианты идей, которые есть у их инженеров.

Мы видели это, когда они перешли от режима посадки с одним двигателем к режиму с тремя двигателями, а затем к заходу на посадку по схеме 1-3-1. Они прощупывают края, наблюдая, что они могут сделать, чтобы найти, где находятся края, и как близко они могут к ним подобраться.

На данный момент у них потенциально осталось от 8 до 13 запусков в 2016 году, каждый из которых они попытаются восстановить. Маск сказал, что он ожидает только 70% восстановления, поскольку они пытаются найти эти преимущества в своей тестовой программе. То, что у них было 4 успеха, было удивительным. Совершенство не за горами, но сначала им нужно провести несколько экспериментов, чтобы достичь этого.

Как объяснил geoffc в своем ответе, SpaceX работает над новыми модификациями или решениями, находя пределы того, что можно было бы сделать.

Теоретически другим возможным вариантом для посадки миссии GTO может быть использование твердотопливного ускорителя и полное отсутствие модификации Falcon 9 FT. Использование двух малых твердотопливных ускорителей только в миссиях GTO улучшит характеристики Falcon 9 FT и позволит сэкономить больше топлива на первом этапе, что значительно повысит шансы на успешную посадку. Это повысит стоимость, но при условии успешных посадок и возможности повторного использования цена значительно снизится, а клиенты все равно останутся довольны. Например, два небольших твердотельных ускорителя той же категории, что и GEM-40, GEM-46 ( 2,5 миллиона долларов США ) Delta II, могут работать для миссий, подобных тем, которые он выполнял до сих пор. Для большей полезной нагрузки поможет твердый ускоритель такой же мощности, как GEM-60 из Delta IV или AJ-60A .из Atlas V. Таким образом, в будущем для некоторых типов миссий, которые Falcon 9 FT не сможет выполнить, не обязательно следует использовать Falcon Heavy (их самую тяжелую версию), а ее меньшую версию и менее дорогостоящую.

Их Merlin 1D FT — отличный двигатель, и они отлично поработали. Проектирование и производство твердотельной ракеты-носителя не составит труда для SpaceX, поскольку они намного проще и дешевле. Также они могли бы сделать их даже многоразовыми, поскольку они пытаются с обтекателями полезной нагрузки, почему бы не сделать это даже со своими твердыми ускорителями, снизив стоимость их использования. Даже если они не будут использовать их повторно, цена будет в порядке. Пока они не произведут свой твердый ускоритель, им нужно покупать у Aerojet Rocketdyne или Orbital ATK. Это выглядит сложно, поскольку эти компании являются конкурентами SpaceX. И SpaceX показала амбиции, что хочет сделать все своими руками, оригинально. Но можно было бы, как вариант, подумав, что они воплотят в реальность многоразовость всех своих первых ступеней.

Конечно, возможно, SpaceX не понадобятся твердые ускорители, они просто сделают модификации, улучшения или изменят процедуры, которым они следуют для первой ступени Falcon 9 FT. Они добились большого успеха в своих посадках и, вероятно, через пару месяцев будут иметь 100%-ный успех. Но, помня о миссии SES-9 GTO, которая до сих пор была с самой тяжелой полезной нагрузкой, у SpaceX могут быть миссии с полезной нагрузкой немного тяжелее или намного тяжелее. Для этого потребуется Falcon Heavy, но зачем его использовать, если меньший, чем он, и с большими возможностями, чем Falcon 9 FT, средний класс, может выполнить эту миссию.

Я рассматриваю их как вариант, т.к. по такому же принципу работают ракеты семейства Delta IV, или как проект семейства Atlas V, где планировалась даже тяжелая версия HLV с тремя ускорителями РД-180. Таким образом, они будут решать трудности в миссиях GTO, не форсируя, доводя до предела все в своей ракете, а также их клиентам не нужно платить больше денег за более тяжелую ракету (Falcon Heavy), если другая версия, меньшая и более дешевая, могла бы сделай это.

Самая важная причина заключается в том, чтобы не использовать твердую конфигурацию бустера в качестве замены Falcon Heavy в каких-то миссиях. Самое главное — благополучно вернуть 1-й этап миссии GTO. Они пытаются это сделать с текущим Falcon 9 FT и в следующем году ожидают 100% успеха. Но если они продолжат сталкиваться с проблемами и не добьются 100% успеха, то покупка небольших твердых ускорителей (или производство в зависимости от того, какой вариант для них лучше) может спасти их Falcon 9 FT 1-й ступени. Общая стоимость запуска повторно используемого Falcon 9 FT составляет около 43 миллионов долларов . Включая твердые ускорители, стоимость новой миссии GTO по-прежнему будет ниже текущей цены 62 миллиона., так что никаких проблем для клиентов они все равно останутся довольны. SpaceX понесет некоторые расходы, чтобы настроить твердотельный ускоритель с Falcon 9 FT и внести изменения в стартовую площадку, но все же им предстоит выполнить много миссий GTO. Таким образом, эти расходы не будут проблемой для такой компании, как SpaceX, она выиграет гораздо больше денег в предстоящих миссиях GTO. Что ценно для них, так это то, что они могли учиться на испытаниях и мягких посадках из миссий GTO, где у нас высокие скорости. Эти сложные посадки помогут им с полезными данными для посадок на Марс, которые также сложны и также являются их целью. Таким образом, у них может быть шанс изучить миссии GTO (а это много миссий) 1-го этапа, сделав их многоразовыми. При 100% успехе стоимость повторного использования будет снижаться быстрее, а также, самое главное, получение полезных данных для сложных миссий на Марсе. SpaceX может провести дальнейшую модернизацию Falcon 9 FT и добиться 100% успеха в следующем году или раньше. Если нет, возможно, это может быть как вариант.

Одна вещь, над которой работает SpaceX, но я еще не упоминал здесь, — это посадочные стойки. После их последней неудачной попытки приземлиться на барже были некоторые комментарии о том, что уже в разработке находятся новые посадочные стойки, которые смогут выдержать воздействие более жесткой посадки, а также могут быть развернуты раньше, чтобы обеспечить большее сопротивление для пассивного снижения скорости. .