SpaceX

История

В 2001 году Элон Маск предложил проект по высадке небольшой оранжереи для выращивания растений на Марсе. Он сказал: "Это будет самое далекое путешествие, которое когда-либо совершала жизнь" в попытке вернуть интерес общественности к освоению космоса и увеличить бюджет НАСА. Маск пытался купить дешевые ракеты в России, но вернулся с пустыми руками после того, как не смог найти ракеты по доступной цене. Позже Маск понял, что может основать компанию, которая сможет строить нужные ему ракеты. По словам раннего инвестора Tesla и SpaceX Стива Джурветсона, Маск подсчитал, что сырье для строительства ракеты составляло фактически 3% от цены ракеты в то время. Применяя вертикальную интеграцию, производя около 85% пускового оборудования собственными силами, и модульный подход в разработке программного обеспечения, SpaceX смогла снизить цену запуска в десять раз и при этом получить 70% валовой прибыли.

В начале 2002 года Маск искал работников для своей новой космической компании, которая вскоре получила название SpaceX. Маск нашел инженера-ракетчика Тома Мюллера (впоследствии технический директор SpaceX по двигательным установкам). Он согласился работать на Маска. Так родилась SpaceX. Первая штаб-квартира SpaceX находилась на складе в Эль-Сегундо, штат Калифорния. С момента своего основания в 2002 году компания быстро росла: со 160 работников в ноябре 2005 года до 1100 в 2010 году, 3800 работников и подрядчиков к октябрю 2013 года, почти 5000 к концу 2015 года и около 6000 в апреле 2017 года. По состоянию на ноябрь 2017 года^[update], штат компании вырос почти до 7 000 человек. В 2016 году Маск выступил с речью на Международном астронавтическом конгрессе, где объяснил, что правительство США использует ракетные технологии как "передовые оружейные технологии", что затрудняет прием на работу неамериканцев.

Ракеты-носители, космические аппараты и ракетные двигатели

Ранние транспортные средства

Falcon 1 была первой ракетой-носителем компании SpaceX. Она запускалась в общей сложности 5 раз, однако только 4-й и последний полеты были успешными. Falcon 1, как следует из названия, работала на 1 двигателе Kestrel и могла доставить на орбиту максимум 670 килограммов.

Еще одним ранним аппаратом был отмененный Falcon 5, который имел 5 двигателей Merlin на первой ступени и 2 Kestrel на второй ступени. Она была отменена в 2007 году, когда ее исключили из руководства компании.

Текущие ракеты

Falcon 9 - это рабочая, многоразовая ракета из двух частей, которая запускается с помощью девяти двигателей Merlin в первой части и специального двигателя Merlin, созданного для мест, где нет воздуха. Она работает на жидком кислороде и топливе, созданном для ракет под названием RP-1. Она может выдерживать до 22 800 килограммов (50 300 фунтов), а также может поддерживать корабль Dragon компании SpaceX. Это первая ракета, способная выйти на орбиту и вернуть свою первую часть на Землю.

Falcon Heavy - еще одна работающая, многократно используемая ракета, аналогичная Falcon 9. Однако Falcon Heavy имеет трехъядерную систему для своей первой части вместо одноядерной конструкции Falcon 9. С тремя ядрами первая часть ракеты имеет 27 двигателей Merlin. Вторая часть по-прежнему имеет только 1 двигатель Merlin (вакуумная версия). В настоящее время Falcon Heavy является самой мощной действующей ракетой в мире и 4-й по мощности ракетой в мире. Эта дополнительная мощность позволяет ракете выводить 63 800 кг (140 660 фунтов) на низкую околоземную орбиту и 26 700 кг (58 860 фунтов) на геосинхронную орбиту.

6 февраля 2018 года в 20:45 UTC тяжелая ракета Falcon Heavy впервые взлетела с площадки 39A в Космическом центре имени Кеннеди, штат Флорида. В этой миссии, "Испытательный полет Falcon Heavy", SpaceX решила использовать автомобиль Элона Маска (Tesla Roadster 2008 года) в качестве манекена полезной нагрузки. Под ним также находилась табличка с именами нынешних сотрудников SpaceX, а также крепления для камер, чтобы транслировать прямую трансляцию из автомобиля на youtube.

Дракон

Космический корабль Dragon - это грузовая капсула, предназначенная для заполнения оборудованием и припасами для астронавтов на МКС. Капсула помещается на ракету Falcon 9 (поскольку Dragon не имеет достаточно больших ракет, чтобы самостоятельно полететь в космос) и выводится на орбиту. На орбите она отделяется от ракеты-носителя, затем капсула с помощью своих собственных ракет меньшего размера добирается до МКС. Затем капсула заполняется старым оборудованием, результатами научных экспериментов и мусором. Затем она снова входит в атмосферу Земли и опускается на парашюте в океан. Первый полет корабля Dragon состоялся в июне 2010 года. Последний полет состоялся 6 марта 2020 года, а для всех будущих полетов запланирован Dragon 2.

Дракон 2

29 мая 2014 года SpaceX представила прототипную версию Dragon V2, которая могла вмещать как груз, так и астронавтов. Еще одна особенность этой модернизированной версии Dragon, чтобы защитить жизнь экипажа в случае отказа Falcon 9, она была оснащена двигателями SuperDraco, которые отталкивали капсулу от ракеты. Cargo Dragon, вариант V2, заменит нынешнюю версию Dragon, которая может вмещать только грузы.

Ракетные двигатели

С момента основания SpaceX в 2002 году компания создала три типа ракетных двигателей - Merlin и вышедший на пенсию Kestrel для приведения в движение ракеты-носителя, а также управляющие двигатели Draco. В настоящее время SpaceX работает над созданием еще двух ракетных двигателей: SuperDraco и Raptor. Merlin - это семейство ракетных двигателей, производимых компанией SpaceX для использования на своих ракетах. Двигатель Merlin изначально был разработан для восстановления и повторного использования в море. Kestrel - это ракетный двигатель, работающий на жидком кислороде/ракетном топливе под давлением, который использовался в качестве основного двигателя второй ступени ракеты Falcon 1. Оба названия двигателей Merlin и Kestrel происходят от видов североамериканских соколов: пустельга и дербник.

Draco - это гиперголические жидкостные ракетные двигатели, использующие монометилгидразиновое топливо и окислитель азотный тетроксид. Каждый двигатель Draco создает тягу в 400 ньютонов (90 фунт-фут). Они используются в качестве движителей системы управления реакцией (RCS) на космическом корабле Dragon. Двигатели SuperDraco - это гораздо более мощная версия двигателей Draco, которые изначально предназначались для использования в качестве посадочных и способа аварийного покидания капсулы на космическом корабле Dragon версии 2, Dragon 2. Концепция использования этих двигателей SuperDraco для посадки была отменена в 2017 году, когда было решено выполнить традиционный спуск на парашюте и посадку в море.

Raptor - это новое семейство двигателей на метановом топливе, которые будут использоваться в будущих ракетах Starship. Испытательные версии были запущены в конце 2016 года. 3 апреля 2019 года SpaceX провела успешное испытание, в ходе которого двигатель был запущен, но ракета удерживалась в Техасе на своем аппарате Starhopper, который воспламенил двигатель, пока аппарат оставался прикрепленным к земле. 24 июля 2019 года SpaceX провела успешный испытательный полет на 20 метров вверх на своем испытательном аппарате Starhopper. 28 августа 2019 года прототип Starhopper компании SpaceX провел успешный испытательный полет на 150 метров.

Двигатель Merlin 1D, самый мощный двигатель компании SpaceX, проходит испытания в центре разработки и испытания ракет SpaceX в Макгрегоре, штат Техас.


Falcon 9 в миссии GRACE-FO


Экипаж Dragon пристыкуется к станции в ходе демонстрационного полета-1

Исследования и разработки

Возможность повторного использования

Вторичная миссия SpaceX заключается в повторном использовании ракет, подобно самолету. Впервые компания начала тестировать возможность многоразового использования с помощью прототипа под названием Grasshopper в 2012 году, а также контролируемых мягких посадок на воду во время запусков Falcon 9. В 2014 году Grasshopper был заменен на F9R, который представлял собой модернизированную версию grasshopper, включающую убирающиеся шасси и 3 двигателя, по сравнению с одним двигателем Grasshopper. В декабре Falcon 9 приземлился на наземную площадку, а в следующем году совершил посадку на беспилотный корабль. В настоящее время SpaceX успешно приземлила 48 ускорителей. Капсулы Dragon, а также фартинги также используются повторно. Повторное использование частей ракет значительно снижает затраты.

Спутниковый интернет

В январе 2015 года генеральный директор компании SpaceX Элон Маск объявил о разработке новой спутниковой группировки для предоставления интернет-услуг всему миру. В июне 2015 года компания запросила у федерального правительства разрешение на начало испытаний проекта, целью которого является создание сети из 4 425 спутников, способных транслировать интернет на весь земной шар, включая отдаленные регионы, которые в настоящее время не имеют доступа к интернету. Интернет-сервис будет использовать 4425 перекрестно связанных спутников связи на орбитах высотой 1100 км. Она начала создаваться в 2015 году, а тестовые спутники были запущены в рамках миссии SpaceX PAZ в 2017 году. Первоначальная эксплуатация созвездия может начаться уже в 2020 году. SpaceX подала в регулирующие органы США планы по созданию группировки из дополнительных 7518 спутников на негеосинхронных орбитах для предоставления услуг связи" в названии "V-диапазон низкоорбитальной группировки (VLEO)", она будет состоять из "7518 спутников вслед за [ранее] предложенными 4425 спутниками, которые будут функционировать в Ka- и Ku-диапазонах". В феврале 2019 года SpaceX создала дочернюю компанию SpaceX Services, Inc. для получения лицензии на создание и запуск до 1 000 000 стационарных спутниковых земных станций, которые будут поддерживать связь с системой Starlink. В мае 2019 года SpaceX запустила первую партию из 60 спутников на борту ракеты Falcon 9 с мыса Канаверал, штат Флорида.

Starship и SuperHeavy

SpaceX создает сверхтяжелую подъемную ракету Starship. Starship - это ракета, состоящая из двух частей, которые можно использовать снова и снова. Планируется, что она заменит все существующие ракеты компании к началу 2020-х годов.

В 2016 году компания SpaceX разработала концепцию межпланетной транспортной системы (ITS) диаметром 12 метров, которая планировалась только для полетов на Марс и других межпланетных полетов. В 2017 году SpaceX разработала меньшую ракету "Big Falcon Rocket" диаметром 9 метров, которая должна заменить все возможности SpaceX по запуску - орбита Земли, орбита Луны, межпланетные миссии и, возможно, даже транзит Земли - но сделать это на полностью многоразовом наборе транспортных средств с более низкой стоимостью. Большая часть компонентов Starship изготовлена из нержавеющей стали марки 301. Частный пассажир Юсаку Маэдзава заключил контракт на полет вокруг Луны на Starship в 2023 году.

Долгосрочным видением компании Маска является создание технологии и средств, пригодных для колонизации Марса человеком. Он выразил свою заинтересованность в том, чтобы когда-нибудь отправиться на планету, заявив: "Я бы хотел умереть на Марсе, только не от удара". Ракета, запускаемая каждые два года или около того, могла бы обеспечить базу для людей, прибывающих в 2025 году после запуска в 2024 году. По словам Стива Джурветсона, Маск считает, что не позднее 2035 года на Марс будут летать тысячи ракет с миллионом людей, чтобы создать самодостаточную человеческую колонию.

Первая ступень миссии Es'hail-2 на беспилотном корабле Of Course I Still Love You

Контракты

Контракты НАСА

COTS

В 2006 году NASA сообщило, что SpaceX выиграла контракт NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) Phase 1 на доставку грузов на МКС с возможным опционом на полет экипажа. Этот контракт, разработанный NASA для предоставления "стартового капитала" через Space Act Agreements для разработки новых космических возможностей, NASA заплатило SpaceX 396 миллионов долларов за работу над грузовой конфигурацией космического корабля Dragon, в то время как SpaceX потратила более 500 миллионов долларов на разработку ракеты-носителя Falcon 9. Доказано, что эти соглашения Space Act Agreements позволили NASA сэкономить миллионы долларов на стоимости разработки, сделав разработку ракеты в ~4-10 раз дешевле, чем если бы ее производило только NASA.

В декабре 2010 года, в результате запуска демонстрационной миссии COTS Demo Flight 1, SpaceX стала первой частной компанией, успешно запустившей, выведшей на орбиту и восстановившей космический корабль. Dragon был успешно выведен на орбиту, дважды обогнул Землю, а затем совершил управляемое сгорание для посадки на воду в Тихом океане. Благодаря безопасному восстановлению Dragon компания SpaceX стала первой частной компанией, запустившей, выведшей на орбиту и восстановившей космический корабль; до этого полета восстановление орбитальных космических кораблей осуществлялось только правительственными агентствами.

В мае 2012 года стартовал демонстрационный полет COTS Demo Flight 2, в ходе которого Dragon успешно соединился с МКС, что стало первым случаем, когда этот подвиг совершил частный космический корабль.

Коммерческий груз

Commercial Resupply Services (CRS) - это группа контрактов, заключенных НАСА с 2008 по 2016 год на доставку грузов и предметов снабжения на МКС на космических кораблях, эксплуатируемых на коммерческой основе. Первые контракты CRS были подписаны в 2008 году и предоставили компании SpaceX 1,6 миллиарда долларов на 12 миссий по отправке грузов, охватывающих поставки до 2016 года. SpaceX CRS-1, первый из 12 запланированных миссий пополнения запасов, стартовал в октябре 2012 года, достиг орбиты, соединился со станцией и оставался на ней в течение 20 дней, после чего вошел в атмосферу и упал в Тихий океан. С тех пор миссии CRS совершали полеты к МКС примерно два раза в год. В 2015 году НАСА продлило контракты фазы 1, заказав у SpaceX еще три полета для пополнения запасов. После дальнейшего продления в конце 2015 года SpaceX планирует совершить в общей сложности 20 полетов. Вторая группа контрактов (известная как CRS2) была запрошена и предложена в 2014 году. Они были заключены в январе 2016 года на грузовые транспортные полеты, которые начнутся в 2019 году и продлятся до 2024 года.

Коммерческий экипаж

В рамках программы Commercial Crew Development (CCDev) планируется разработать коммерческие космические корабли, способные доставлять астронавтов на МКС. В первом раунде (CCDev 1) компания SpaceX не выиграла соглашение Space Act Agreement, но во втором раунде (CCDev 2) НАСА заключило с SpaceX контракт на сумму 75 миллионов долларов США на дальнейшую разработку системы аварийного спуска, испытания макета корабля для размещения экипажа и дальнейшее совершенствование конструкции корабля Falcon/Dragon для перевозки экипажа. Программа CCDev позже стала Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap), и в августе 2012 года НАСА объявило, что SpaceX получила 440 миллионов долларов на продолжение разработки и испытаний своего космического корабля Dragon 2.

В сентябре 2014 года НАСА выбрало SpaceX и Boeing в качестве двух компаний, которые получат финансирование на разработку систем для доставки американских экипажей на МКС и обратно. SpaceX выиграла 2,6 миллиарда долларов на завершение и сертификацию Dragon 2 к 2017 году. Контракты предусматривают проведение как минимум одного летного испытания с экипажем и как минимум одним астронавтом НАСА на борту. После того как Crew Dragon пройдет сертификацию НАСА, по контракту SpaceX должна будет провести не менее двух и не более шести полетов с экипажем на космическую станцию. В начале 2017 года SpaceX получила от НАСА четыре дополнительных экипажных полета на МКС для доставки астронавтов туда и обратно. В начале 2019 года SpaceX успешно провела испытательный полет корабля Crew Dragon, который пристыковался (вместо метода пристыковки Dragon 1 с помощью Canadarm 2) и затем упал в Атлантический океан.

В январе 2020 года компания SpaceX провела испытание In-Flight Abort Test, которое продемонстрировало способность уйти от ракеты в случае неполадок. После испытания Элон Маск заявил, что полет с астронавтами может состояться в период с начала апреля по конец июня. Текущая рабочая дата для Demo-2 - 7 мая 2020 года.

Crew Dragon проходит испытания перед полетом


Корабль COTS 2 Dragon пристыкован к МКС с помощью Canadarm2.