Redaktørens note: Dette gæstepost blev skrevet af Lukas Davia & Marijn Achternaam.
Når du indtaster "genanvendelige raketter" i en søgemaskine, kan du ikke lade være med at blive trukket til lokket af SpaceX-relaterede links, der udfylder skærmen. Årsagen hertil er forståelig: med Space Shuttle's død og manglende klar planlægning for fremtiden af de fleste gamle spillere i rumfartfeltet, gør SpaceXs ligefremme plan på kort sigt og tidligere flyvningstest dem til alles favorit til drastisk at reducere omkostningerne til bane med raketter, der vender hjem - klar til at blive genbrugt.
Og med den kommende lancering af SpaceX's 14. Falcon 9-raket den 6. januar, der fører Dragon til ISS, er potentialet for ægte raketgenanvendelse bestemt inden for rækkevidde for første gang nogensinde i de næsten 90 år, siden Goddard lancerede verdens første flydende brændstofraket fra Massachusetts i 1926. Men nu er det en vigtigere tid end nogensinde at temperere vores vilde forventninger til muligheden for raketter, der flyver sig tilbage til lanceringspladen. Mens en raketrevolution muligvis er blandt os, er det en iterativ, flertrinsproces, der overskrider enhver enkelt mission - og vi skal ikke forvente at se regelmæssigt luftfartslignende genbrug og store omkostninger falder når som helst snart.
Det skal bemærkes, at Elon Musk, for alle sine fantastiske resultater, aldrig har placeret en hård og hurtig tidslinje for, hvornår billige og tilgængelige raketry ville være tilgængelige, så meget mindre en solid pris. Hvorfor? Simpelthen fordi vi kommer ind i territorium, der forbliver ubeskyttet.
Det eneste lanceringskøretøj i historien, der nogensinde er blevet fløjet flere gange efter opnåelse af bane, var rumfærgen. På trods af genbrug af den langt dyreste del af enhver raket - motorerne og tilhørende systemer - kostede Shuttle mindst 450 millioner dollars at lancere ifølge NASA med en relativt lille nyttelast på 24 metriske tons til Low Earth Orbit eller næsten $ 19.000 pr. Kg . Inklusive udviklingsomkostninger, opsummeret og opdelt pr. Flyvning, kan prisen for lancering i gennemsnit være op til 1,5 milliarder dollars eller tre gange NASAs angivne beløb. Det, der skulle drastisk reducere omkostningerne pr. Kg løft af last til bane endte med at blive et af de dyreste lanceringsbiler i menneskets historie. Hvorfor blev det så dyrt?
Konceptet med rumfærgen var et resultat af et ægteskab mellem NASA, Luftforsvaret og andre partnere. Hver ville have deres egne designspecifikationer, som endte med at producere et svær køretøj uden noget veldefineret formål, og det blev "fangstet alt" i rumfartsindustrien. Hovedsagelig var det, at den vedligeholdelsesmængde, der kræves efter hver mission, blev undervurderet kraftigt af NASA. Efter hver flyvning måtte hele køretøjet i det væsentlige genopbygges: fliser blev udskiftet, motorer inspiceret, boostere renoveret. Især måtte trioen med RS-25-hovedmotorer adskilles og kontrolleres for enhver mulig defekt, der kunne forårsage en fiasko, og når tingene brød, var der ikke en sund forsyningslinje, der let kunne erstatte dem, hvilket forårsagede omkostningerne til reservedele til at skyrocket, og vedligeholdelse af en arbejdsstyrke, der var klar og i stand til at renovere Shuttle, blev hurtigt et pengesænke, som NASA aldrig var i stand til at inddrive.
SpaceX er dog ikke NASA. De har introduceret en mere smidig, lydhør udviklingsmetode til deres produkter, som har været overvældende succes. De har også år med tidligere projekter (fra flere kilder) for at lære af, at NASA ikke gjorde det. Dette er dog ikke problemer, der simpelthen kan vinkes væk. Det er snarere grundlæggende spørgsmål, der skal løses: der undgår ikke fysikens begrænsninger.
Et almindeligt tema i Musks udsagn er den dristige ambition om at revolutionere modellen "one use and throw it away", der har domineret raketindustrien siden begyndelsen, og formet den til noget mere tæt forbundet med en servicebaseret luftfartsmodel. Dette er en stor opgave, selv efter Iron Mans standarder.
Mange fans viser en under påskønnelse af adgangsbarrierer. Faktisk i en nylig undersøgelse foretaget på SpaceX-fansamfundet på Reddit.com, da de blev bedt om at placere et veluddannet gæt på prisen for en Falcon 9-raketfyring i løbet af 5 år, valgte en betydelig del af de næsten 600 respondenter en værdi under $ 20.000.000. Nogle valgte endda priser under $ 10.000.000. Selvom COO for SpaceX, Gwynne Shotwell har nævnt i forbifarten, at genanvendelige Falcon 9-lanceringer i sidste ende kunne kommandere over en prismærke på 5-7 millioner dollars, er dette sandsynligvis langt i fremtiden, langt forbi blot daggry af genanvendelige raketter. For et vist perspektiv skiftede SpaceX for fem år siden i 2010 to Falcon 9-raketter. Sidste år lancerede de seks, og pludselig i 2020 vil udgifterne til en standard Falcon 9-lancering være tre gange så billige? Hvor er denne ekstra acceleration i udviklingen kommet fra? Det kommer muligvis fra sindet fra nogle lidt for optimistiske fans.
Faktisk er noget, der er så grundlæggende som langtidsmotorvedligeholdelse stadig relativt ukendt. Tidligere har SpaceX præciseret, at hver motor har en levetid på cirka 40 fyringer, og en afslappet observatør antager, at dette resulterer i en motor, der kan bruges i 40 missioner. Imidlertid er centremotoren i virkeligheden forpligtet til at skyde syv gange for at afslutte en mission og med ni med tre motorens testbrande før hver lancering, selve lanceringen og de tre forbrændinger, der kræves for at afslutte genindtagelses- og genlandingsprocessen motorer på hvert lavere trin - selv med de fleste kun affyring et par gange, der resulterer i en hel del dele, der kan nedbrydes efter hver flyvning. At kontrollere for disse fejl og reparere dem kan blive meget dyrere og tidskrævende, end man måske håber.
F.eks. Med en diameter på 3,66 m og en højde på cirka 42 meter er der næsten 500 kvadratmeter første faseoverflade, der på den ene side er blevet udsat for de frise temperaturer i flydende ilt og kølet petroleum og på den anden side , forskellige temperaturer fra genindtræden i den suppende lavere atmosfære. Faktisk er selv isopbygningen på køretøjets ydre hud alene betydelig nok til at ændre køretøjets masse væsentligt! Inden for det store område har træk, termodynamisk og tryk-relateret træthed potentialet til at ophobes. Striationer kunne kerne og danne hårline revner. Dette er en fare, der kan føre til en kritisk fiasko på en operationel mission, og en sådan begivenhed kan permanent indhente en forbindelse mellem den begynnende genanvendelige raket og ustabilitet i sindet hos satellitoperatører og forsikringssektoren. Og selvom Falcon 9 kan betragtes som overkonstrueret, er det usandsynligt, at SpaceX vil spille raketrulet.
Selvom rakets chefingeniør anslog en møntkast sandsynlighed for succes, vil den tomme første fase sandsynligvis blive sendt tilbage til SpaceX's Hawthorne, Californiens hovedkvarter og inspiceret, efter at rakets chefingeniør anslog en møntkast sandsynlighed for succes. med forskellige metoder til destruktiv og ikke-destruktiv analyse til at kvantificere, hvordan strengerne med at accelerere til en hastighed på næsten 2 kilometer i sekundet på mindre end tre minutter og derefter decelerere nok, genindtaste gennem atmosfæren, til at lande i nærheden af hav og salt , påvirker køretøjet.
Et andet eksempel på en potentiel ombygningsomkostning ligger i SpaceX's valgte brændstof, parafin. Det brænder relativt beskidt, som det fremgår af den gennemskinnelige søjle med brun-sort sod, som Falcon 9 stiger op, et tilbageslag til de tidlige flys dage. Dette fører til en effekt, overvejende forbundet med kerolox-motorer, der kaldes “koksning” - hvor ufuldstændigt forbrændt sod klæber til den næsten smeltede motor og dyse, hvilket reducerer dens evne til at udstråle vækvarme. Rengør det, siger du? Tillykke, du har lige introduceret renovering i ligningen, noget som SpaceX bestræber sig på at undgå.
Selv ignorering af selve køretøjet, lanceringer og de nødvendige kemikalier er dyre! Der er den ublu pris helium, der kræves for at holde tanke under tryk, og den pyroforiske TEA-TEB-tændingsvæske, der bruges til at starte det eksplosive ægteskab mellem RP-1 og LOX. Det er heller ikke kun kemikalier. Der er også omkostningsstarter for driftsstart, lige fra løn til medarbejdere, til den kedelige proces med tilladelsesansøgninger, til den lidt mere interessante ablative maling, der belægger Transporter-Erector-strukturen, der holder Falcon 9 lodret, til transport- og flytningsomkostninger. Efter al sandsynlighed er de nuværende kapitaludgifter ved en enkelt lancering alene, idet de ignorerer den åbenlyse værdi af selve raketten, i alt ca. 3 millioner dollars plus.
Grundlæggende skal vi afkoble genlanding, renovering, genanvendelighed og økonomisk levedygtig og hurtig genbrug fra hinanden. Det kan være et vanskeligt koncept at forstå, at alle fire er forskellige, og succes for en indebærer ikke, at det næste trin er garanteret. På grund af dette forbliver spørgsmålstegn stadig over omkostningerne, tiden og kompleksiteten af de sidste trin, der er nødvendige for SpaceX for at fuldføre sin genanvendelige raket-masterplan. For eksempel: gen landing af en raket gør ikke nødvendigvis renovering ikke-eksisterende. Dette er take home-historien om rumfærgen.
En landing alene revolutionerer ikke raketri; snarere kan vi kun indse, at revolutionen med raffinering af raketri til en luftfartslignende model kun har fundet sted ved at se tilbage i bagspejlet.
Vi lever i håb om, at SpaceX opnår det, den oprindeligt udtænkte at gøre for næsten 13 år siden. SpaceX er kommet langt, langt tættere end nogen anden på dette mål, men som Musk selv har sagt, ”raketter er hårde”. Held og lykke til teamet på SpaceX for deres kommende CRS-5 lancerings- og landingsforsøg, det er begyndelsen på noget langt større.
Skrevet af Lukas Davia & Marijn Achternaam
Bios: Når man ikke jonglerer med at være softwareingeniørstudent og webudvikler på heltid i New Zealand, Lukas Davia er en selvudnævnt SpaceX-afhængig og kan findes, som bidrager til Reddit community / r / SpaceX, tilføjer til sin hjemmeside SpaceXStats.com og skaber infografik. Tro det eller ej, han finder ikke tid til at gå ud og vandre i sin fritid!
Marijn Achternaam er en hollandsk studerende, selvudnævnt lænestolingeniør og rumfart-fanatiker, som ofte kan findes som bidrager til samfundene / r / plads og / r / SpaceX Reddit.
