Прототипы Falcon 9 представляли собой экспериментальные летные испытания многоразовых ракет , которые выполняли вертикальные взлеты и посадки . [1] Проект финансировался в частном порядке компанией SpaceX , без предоставления какого-либо государственного финансирования до более позднего времени. [2] Было построено два прототипа, и оба были запущены с земли. [3]
Самым ранним прототипом был Grasshopper . Он был анонсирован в 2011 году [4] и начал испытания на малой высоте, малой скорости зависания/посадки в 2012 году. Grasshopper был 106 футов (32 м) в высоту и совершил восемь успешных испытательных полетов в 2012 и 2013 годах, прежде чем был снят с эксплуатации. Вторым прототипом Falcon 9 был более крупный и более производительный Falcon 9 Reusable Development Vehicle (F9R Dev, также известный как F9R Dev1) на основе ракеты-носителя Falcon 9 v1.1 . Он был испытан на больших высотах и был способен развивать гораздо большую скорость, но никогда не испытывался на высокой скорости. Аппарат F9R Dev1 был построен в 2013–2014 годах и совершил свой первый полетный тест на малой высоте 17 апреля 2014 года; он был потерян во время испытания трех двигателей на полигоне Макгрегор 22 августа 2014 года, [5] что завершило программу испытаний на низкой скорости. Дальнейшее расширение области летных испытаний для многоразовой ракеты было перенесено на нисходящие ускорители Falcon 9, которые использовались на орбитальных траекториях полета в коммерческих орбитальных полетах Falcon 9.
Испытания Grasshopper и F9R Dev были основополагающими для разработки многоразовых ракет Falcon 9 и Falcon Heavy , которые требуют вертикальной посадки почти пустых ускорительных баков первой ступени Falcon 9 и Falcon Heavy и сборок двигателей. Испытания Grasshopper и F9R Dev привели к серии высотных высокоскоростных испытаний управляемого спуска после миссии (отработанных) ускорителей Falcon 9 , которые сопровождали коммерческие миссии Falcon 9 с сентября 2013 года. Последнее в конечном итоге привело к первой успешной посадке ускорителя 21 декабря 2015 года.
Grasshopper впервые стал известен общественности в третьем квартале 2011 года, когда космические журналисты впервые написали о нем после анализа правил запуска космических аппаратов Федерального управления гражданской авиации . [1]
Вскоре после этого SpaceX подтвердила существование программы разработки испытательного транспортного средства и предположила, что начнет программу летных испытаний Grasshopper в 2012 году. [4] [6]
Публикации публичной информации в 2011 году показали, что дозвуковые испытания будут проходить в Макгрегоре, штат Техас, в три этапа, на максимальной высоте полета от 670 до 11 500 футов (от 200 до 3 510 м), продолжительностью от 45 до 160 с (от 0,75 до 2,67 мин). В то время ожидалось, что испытания займут до трех лет, а первоначальное разрешение FAA позволяет проводить до 70 суборбитальных запусков в год. [1] [7] Для поддержки программы испытательных полетов был построен бетонный стартовый комплекс площадью в пол-акра. [6] В сентябре 2012 года SpaceX объявила, что они запросили одобрение FAA на увеличение высоты некоторых из начальных испытательных полетов. [8] Ожидая следующего года, генеральный директор Маск сказал в ноябре 2012 года: «В течение следующих нескольких месяцев мы постепенно увеличим высоту и скорость. ... Я думаю, что, вероятно, по пути будут некоторые кратеры; нам очень повезет, если кратеров не будет. Вертикальная посадка — это чрезвычайно важный прорыв — экстремальная, быстрая возможность повторного использования». [9]
В мае 2013 года SpaceX объявила, что более высокая и высокоскоростная часть программы летных испытаний Grasshopper будет проводиться на космодроме Америка недалеко от Лас-Крусес, штат Нью-Мексико , а не на соседнем полигоне федерального правительства White Sands Missile Range , как планировалось ранее [3] [10] [11] [12] , и подписала трехлетний договор аренды земли и объектов на недавно введенном в эксплуатацию космодроме. [11] В мае 2013 года SpaceX заявила, что пока не знает, сколько рабочих мест может быть перемещено из Техаса в Нью-Мексико. [13]
SpaceX начала строительство площадки размером 30 м × 30 м (98 футов × 98 футов) в космодроме «Америка» в мае 2013 года, в 7 км (4,3 мили) к юго-западу от главного кампуса космодрома, планируя сдавать площадку в аренду за 6600 долларов США в месяц плюс 25 000 долларов США за испытательный полет. [14]
Grasshopper состоял из « бака первой ступени Falcon 9 [v1.0], одного двигателя Merlin-1D » высотой 32 м (106 футов). [1] Шасси было фиксированным.
Как заявил Илон Маск, Grasshopper может приземлиться на Землю с точностью вертолета . [ 15]
F9R Dev1 был построен из использованного бака первой ступени Falcon 9 v1.1 , [16] он был 160 футов в высоту, [17] почти на 50% длиннее, чем первый Grasshopper. [18] Посадочные опоры были убирающимися по конструкции, с телескопическим поршнем, установленным на А-образной раме. Общий размах четырех опор составлял приблизительно 18 м (60 футов), а вес менее 2100 кг (4600 фунтов); система развертывания использовала гелий высокого давления . [19] Опоры имели меньший вес, чем у первого Grasshopper. F9R Dev1 имел другой отсек двигателя, чем первый Grasshopper. [18]
Ракета F9R Dev1 в Техасе должна была взлетать и разгоняться с помощью трех двигателей, поскольку испытательный полет никогда не требует полной тяги для взлета полностью загруженного Falcon 9 с орбитальной полезной нагрузкой, а спуск и посадку выполнял только с одним двигателем. [20] Оригинальный Grasshopper летал исключительно с одним установленным двигателем Merlin 1D, центральным двигателем, который теперь используется для завершения последней фазы торможения и вертикальной посадки на полномасштабных ракетах Falcon 9.
Третий испытательный летательный аппарат — F9R Dev2 — изначально планировалось запустить только на высотном испытательном полигоне в Космопорте Америка [11] [2] и на высоте до 91 000 метров (300 000 футов). [17] [21] [16] В сентябре 2014 года, после уничтожения F9R Dev1, SpaceX изменила планы, поэтому аппарат F9R Dev2 сначала должен был полетать в Макгрегоре для испытаний на низкой высоте. Первоначальное разрешение FAA на запуск многоразового исследовательского аппарата Falcon 9 в Макгрегоре в Техасе было открыто до февраля 2015 года. [22]
19 февраля 2015 года SpaceX объявила, что выпуск F9R Dev2 будет прекращен. [23]
В апреле 2015 года SpaceX провела испытания на заправку ракеты In-Flight Abort на авиабазе Ванденберг SLC-4E . Поскольку эта ракета имела только три двигателя Merlin 1D, а площадка в Нью-Мексико должна была использоваться для испытания возвращаемых первых ступеней, предполагалось, что снятый с производства F9R Dev2 был повторно использован в качестве ракеты-носителя в испытании In-Flight Abort. [24]
В мае 2015 года в пресс-релизе говорилось, что в связи с техническим успехом многих аспектов попыток посадки ракеты-носителя на море и на ASDS , SpaceX планирует использовать площадку в Нью-Мексико для испытания возвращаемых ступеней. [25] [26]
Первый прототип Falcon 9, Grasshopper , совершил в общей сложности восемь испытательных полетов в период с сентября 2012 года по октябрь 2013 года. [27] Все восемь полетов были выполнены с испытательного полигона Макгрегор , штат Техас .
Grasshopper начал летные испытания в сентябре 2012 года с короткого трехсекундного прыжка, за которым последовал второй прыжок в ноябре 2012 года с 8-секундным полетом, в ходе которого испытательный стенд поднялся примерно на 5,4 м (18 футов) от земли, и третий полет в декабре 2012 года продолжительностью 29 секунд с расширенным зависанием под действием ракетного двигателя, в ходе которого он поднялся на высоту 40 м (130 футов), прежде чем снизиться под действием ракетного двигателя, чтобы совершить успешную вертикальную посадку. [28] Grasshopper совершил свой восьмой и последний испытательный полет 7 октября 2013 года, поднявшись на высоту 744 м (2441 фут), прежде чем совершить свою восьмую успешную вертикальную посадку . [29] Испытательный аппарат Grasshopper в настоящее время снят с эксплуатации. [27]
Первоначальное разрешение FAA на проведение летных испытаний на объекте в Техасе ограничивалось максимальной высотой 2500 футов (760 м) . [30]
# | Дата (гг) | Самая высокая точка | Продолжительность | Видео | Замечания |
---|---|---|---|---|---|
1 | 2012-09-21 [10] | 1,8 м (6 футов) [10] | 3с [10] | [31] | «Короткий прыжок» [32] с почти пустым баком. |
2 | 2012-11-01 [33] | 5,4 м (17,7 фута) [33] | 8s [33] | [34] | |
3 | 2012-12-17 [35] | 40 м (131 фут) [35] | 29с [35] | [36] | Первый полет с участием манекена ковбоя |
4 | 2013-03-07 [37] | 80 м (262 фута) [38] | 34с [38] | [39] | Тяговооруженность при приземлении больше единицы [40] |
5 | 2013-04-17 [41] | 250 м (820 футов) [41] | 58с | [42] | Демонстрируемая способность сохранять устойчивость при ветре [43] |
6 | 2013-06-14 [44] | 325 м (1070 футов) [44] | 68-е [45] | [46] | Испытан новый набор навигационных датчиков; необходим для точной посадки на F9-R [47] |
7 | 2013-08-13 [48] | 250 м (820 футов) [48] | 60-е | [49] | Успешно завершен «тест на отклонение», выполнен боковой маневр на 100 м (330 футов) перед возвращением на стартовую площадку. [48] |
8 | 2013-10-07 [50] | 744 м (2440 футов) [51] | 79-е [52] | [51] | Последний полет Grasshopper. Аппарат был снят с эксплуатации после полета. [27] |
С момента объявления в 2011 году и до 2014 года SpaceX достигла каждого из публично объявленных плановых показателей. В феврале 2012 года SpaceX заявила, что планирует провести несколько испытательных полетов с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой (VTVL) в 2012 году [3] , а в июне 2012 года подтвердила, что продолжает планировать совершить первый испытательный полет в течение следующих нескольких месяцев [6] .
Многоразовый аппарат для разработки Falcon 9, или F9R Dev , был анонсирован в октябре 2012 года. F9R Dev1 изначально назывался, с конца 2012 года до начала 2014 года, Grasshopper v1.1. [17] [29] В марте 2013 года Маск заявил, что SpaceX надеется достичь гиперзвуковой скорости до конца 2013 года. [53] В марте 2013 года было объявлено, что второй суборбитальный летательный аппарат класса Grasshopper будет построен из бака первой ступени Falcon 9 v1.1, который использовался для квалификационных испытаний в Техасе на ракетно-испытательном комплексе SpaceX до марта. [16]
В 2014 году разрешение FAA было увеличено до 10 000 футов (3000 м) для испытаний F9R Dev в Макгрегоре [21] , тогда как первый Grasshopper был ограничен высотой 2500 футов (760 м).
F9R Dev1 был построен на базе гораздо более длинных баков первой ступени Falcon 9 v1.1 и имел убирающиеся посадочные опоры .
SpaceX провела кратковременное наземное испытание (статическое испытание) F9R Dev1 28 марта 2014 года на своем испытательном полигоне Макгрегор, штат Техас, [54] и совершила свой первый испытательный полет нового транспортного средства на высоту 250 метров (820 футов) 17 апреля 2014 года. [21] [20] F9R Dev1 совершил свой пятый и последний полет 22 августа 2014 года. [17] [55] Во время этого полета аномальные данные датчиков транспортного средства во время его подъема заставили ракету отклониться от номинальной траектории полета, побудив ее систему прекращения полета завершить миссию, нейтрализовав транспортное средство. Никаких травм или почти травм после распада F9R Dev1 не сообщалось, и представитель FAA присутствовал во время испытания. Видео с места аварии было опубликовано CBS, а несколько изображений с места аварии были размещены в социальных сетях. [5] [56]
Тест # | Дата (год-месяц-день) | Тестовый автомобиль | Расположение | Самая высокая точка | Видео | Замечания |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2014-04-17 [17] | F9R Дев1 | Макгрегор | 250 м (820 футов) [17] | [57] | Завис, двинулся вбок, успешно приземлился. [20] |
2 | 2014-05-01 [58] | F9R Дев1 | Макгрегор | 1000 м (3280 футов) [59] | [59] | Завис, двинулся вбок, приземлился. [58] |
3 | 2014-06-17 | F9R Дев1 | Макгрегор | 1000 м (3280 футов) [60] | [60] | Первый испытательный полет с управляемыми решетчатыми килями . [60] |
4 | 2014-08-01 [61] | F9R Дев1 | Макгрегор | Компания SpaceX не предоставила публичной информации об этом полете. [62] | ||
5 | 2014-08-22 [61] | F9R Дев1 | Макгрегор | [63] [64] | Транспортное средство было уничтожено после аномалии полета, которая начала уводить F9R Dev1 от запланированного маршрута полета. Пострадавших нет. [55] [65] Причиной аномалии стал заблокированный датчик. Датчик не имел резервного копирования в прототипе транспортного средства F9R Dev, но ракеты Falcon 9 , пригодные для полетов, имеют резервное копирование. [66] Первая активация автономной системы прекращения полета на ракете США. [67] |
В 2013 году SpaceX перешла на использование своих основных транспортных средств Falcon 9 для испытаний VTVL в дополнение к своим существующим испытаниям с летающими испытательными транспортными средствами. В марте 2013 года SpaceX объявила, что, начиная с первого полета удлиненной версии ракеты- носителя Falcon 9 — шестого полета в целом Falcon 9 (тогда ожидалось, что он состоится летом 2013 года), каждая первая ступень будет оснащена приборами и оборудованием в качестве испытательного транспортного средства с управляемым спуском. [68] SpaceX предприняла многочисленные попытки посадки над водой, как над морем, что привело к мягкой посадке на воду, так и на специализированные беспилотные корабли Autonomous Spaceport Drone Ships , баржи, модифицированные для использования в качестве посадочных платформ. Ни одна из них не была полностью успешной.
SpaceX в конечном итоге удалось посадить серийную ракету с вертикальной посадкой на землю в конце 2015 года. Первая попытка посадить первую ступень Falcon 9 на землю, недалеко от места старта, была предпринята на Falcon 9 Flight 20 21 декабря 2015 года. Посадка прошла успешно, и первая ступень Falcon 9 Full Thrust была восстановлена. [69] [70] [71] К 27 мая 2016 года SpaceX успешно выполнила три посадки первой ступени на беспилотный корабль в море. [72]
Этот технологический элемент [технология многоразовых ракет-носителей] все эти инновации создаются SpaceX в одиночку, никто не платит нам за это. Правительство очень заинтересовано в данных, которые мы собираем в ходе этой серии испытаний. ... Это то, что предпринимательские инвестиции и новые участники/новаторы могут сделать для отрасли: финансировать собственные улучшения, как в качестве своих программ, так и в качестве своего оборудования, а также в скорости и ритме своих операций.
SpaceX построила бетонный стартовый комплекс площадью в пол-акра в Макгрегоре, и ракета Grasshopper уже стоит на площадке, оснащенная четырьмя серебристыми посадочными опорами, похожими на насекомые.
F9R (произносится как F-niner) показывает маленькую ногу. Конструкция представляет собой вложенный телескопический поршень с рамой A... Гелий высокого давления. Должен быть сверхлегким.
Полет F9R Dev 1 17 апреля, который длился менее 1 мин., был первым испытанием вертикальной посадки репрезентативной для производства возвращаемой первой ступени Falcon 9 v1.1, в то время как грузовой полет 18 апреля на МКС стал первой возможностью для SpaceX оценить конструкцию складных посадочных опор и модернизированных двигателей, которые управляют ступенью во время ее первоначального спуска.
разрешения EP 14-010, Компания: Space Exploration Technologies Corporation, Транспортное средство: Falcon 9-R, Местоположение: Техас, Срок действия: 26 февраля 2015 г.
ВИДЕО: Grasshopper летит на самую высокую высоту на сегодняшний день - 744 м (2441 фут) в небе Техаса. http://youtu.be/9ZDkItO-0a4 Это было последнее запланированное испытание для установки Grasshopper; следующими будут испытания на малой высоте опытного образца многоразового ракеты Falcon 9 (F9R) в Техасе, за которыми последуют испытания на большой высоте в Нью-Мексико.
Даты запусков Grasshopper