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Falcon 9 v1.1 fue la segunda versión de Space X 's Falcon 9 orbital vehículo de lanzamiento . El cohete fue desarrollado en 2011-2013, hizo su primer lanzamiento en septiembre de 2013, [7] y su vuelo final en enero de 2016. [8] El cohete Falcon 9 fue completamente diseñado, fabricado y operado por SpaceX. Después del segundo lanzamiento de Commercial Resupply Services (CRS) , la versión inicial Falcon 9 v1.0 se retiró del uso y se reemplazó por la versión v1.1.

Falcon 9 v1.1 fue una evolución significativa de Falcon 9 v1.0, con un 60 por ciento más de empuje y peso. Su primer vuelo llevó a cabo una misión de demostración con el satélite CASSIOPE el 29 de septiembre de 2013, el sexto lanzamiento general de cualquier Falcon 9. [9]

Ambas etapas del vehículo de dos etapas a órbita utilizaron propelentes de oxígeno líquido (LOX) y queroseno de grado cohete (RP-1). [10] El Falcon 9 v1.1 podría elevar cargas útiles de 13,150 kilogramos (28,990 lb) a la órbita terrestre baja y 4,850 kilogramos (10,690 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria , [1] lo que coloca al diseño del Falcon 9 en la órbita de elevación media. gama de sistemas de lanzamiento. [11]

A partir de abril de 2014, las cápsulas Dragon fueron impulsadas por Falcon 9 v1.1 para entregar carga a la Estación Espacial Internacional bajo el contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial con la NASA. [12] Esta versión también estaba destinada a transportar astronautas a la ISS en virtud de un contrato de desarrollo de tripulación comercial de la NASA firmado en septiembre de 2014 [13], pero esas misiones ahora están programadas para usar la versión mejorada Falcon 9 Full Thrust , volada por primera vez en diciembre de 2015.

Falcon 9 v1.1 se destacó por ser pionero en el desarrollo de cohetes reutilizables , mediante el cual SpaceX perfeccionó gradualmente las tecnologías para el impulso de retroceso en la primera etapa, el reentrada atmosférica , el descenso controlado y el eventual aterrizaje propulsivo . Este último objetivo se logró en el primer vuelo de la variante sucesora Falcon 9 Full Thrust , después de varios éxitos cercanos con Falcon 9 v1.1.

El lanzamiento del primer Falcon 9 v1.1 del SLC-4 , Vandenberg AFB ( Falcon 9 Flight 6 ) el 29 de septiembre de 2013.
Un cohete Falcon 9 v1.1 que lanzó la nave espacial SpaceX CRS-3 Dragon en abril de 2014.

Diseño [ editar ]

El Falcon 9 v1.1 es un vehículo de lanzamiento de dos etapas, alimentado por LOX / RP-1 . [10]

Modificaciones de Falcon 9 v1.0 [ editar ]

El Falcon 9 original voló cinco lanzamientos orbitales exitosos en 2010-2013, todos con la nave espacial Dragon o una versión de prueba de la nave espacial. [14]

El Falcon 9 v1.1 ELV era un cohete 60 por ciento más pesado con un 60 por ciento más de empuje que la versión v1.0 del Falcon 9. [15] Incluye motores de primera etapa realineados [16] y tanques de combustible 60 por ciento más largos, lo que hace Es más susceptible a doblarse durante el vuelo. [15] Los motores se actualizaron del Merlin 1C a los motores Merlin 1D más potentes . Estas mejoras aumentaron la capacidad de carga útil a LEO de 10.454 kilogramos (23.047 libras) [17] a 13.150 kilogramos (28.990 libras). [1] El sistema de separación de escenarios fue rediseñado y redujo el número de puntos de unión de doce a tres, [15]y el vehículo también había mejorado la aviónica y el software. [15]

La versión de refuerzo v1.1 dispuso los motores en una forma estructural SpaceX llamada Octaweb , con ocho motores dispuestos en un patrón circular alrededor de un motor de un solo centro. La v1.0 utilizó un patrón rectangular de motores. El patrón Octaweb tenía como objetivo agilizar el proceso de fabricación. [18] Los vehículos v1.1 posteriores incluyen cuatro patas de aterrizaje extensibles, [19] utilizadas en el programa de prueba de descenso controlado . [20] [21]

Tras el primer lanzamiento del Falcon 9 v1.1 en septiembre de 2013, que experimentó una falla en el reinicio del motor en la segunda etapa posterior a la misión, las líneas del propulsor del encendedor de la segunda etapa se aislaron para respaldar mejor el reinicio en el espacio después de las largas fases de la costa para orbital. maniobras de trayectoria. [22] Falcon 9 Flight 6 fue el primer lanzamiento del Falcon 9 configurado con un carenado de carga útil desechable . [14]

Primera etapa [ editar ]

Configuraciones del motor Falcon 9 v1.0 (izquierda) y v1.1 (derecha)

El Falcon 9 v1.1 utiliza una primera etapa impulsada por nueve motores Merlin 1D . [23] [24] Las pruebas de desarrollo de la primera etapa del Falcon 9 v1.1 se completaron en julio de 2013. [25] [26]

La primera etapa v1.1 tiene un empuje total al nivel del mar en el despegue de 5,885 kN (1,323,000 libras-fuerza), con los nueve motores encendidos por un nominal de 180 segundos, mientras que el empuje de la etapa se eleva a 6,672 kN (1,500,000 libras-fuerza) como el propulsor sale de la atmósfera. [27] Los nueve motores de la primera etapa están dispuestos en una forma estructural que SpaceX llama Octaweb . Este cambio de la disposición cuadrada del Falcon 9 v1.0 tiene como objetivo agilizar el proceso de fabricación. [18]

Como parte de los esfuerzos de SpaceX para desarrollar un sistema de lanzamiento reutilizable , las primeras etapas seleccionadas incluyen cuatro patas de aterrizaje extensibles [19] y aletas de rejilla para controlar el descenso. Las aletas se probaron por primera vez en el vehículo de prueba reutilizable F9R Dev-1. [28] Las aletas de rejilla se implementaron en el Falcon 9 v1.1 en la misión CRS-5, [29] pero se quedaron sin fluido hidráulico antes de un aterrizaje planificado. [30]

En última instancia, SpaceX tiene la intención de producir vehículos de lanzamiento reutilizables Falcon 9 y Falcon Heavy con capacidad total de aterrizaje vertical . [20] [21] Las pruebas atmosféricas iniciales de vehículos prototipo se están llevando a cabo en el vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV) demostrador de tecnología experimental Grasshopper , además de las pruebas de aterrizaje y descenso controlado por refuerzo descritas anteriormente. [31]

La primera etapa v1.1 utiliza una mezcla pirofórica de trietilaluminio - trietilborano (TEA-TEB) como encendedor de primera etapa, la misma que se usó en la versión v1.0. [32]

Al igual que el Falcon 9 v1.0 y la serie Saturn del programa Apollo , la presencia de varios motores de primera etapa puede permitir la finalización de la misión incluso si uno de los motores de la primera etapa falla en pleno vuelo. [33] [34]

Los principales tubos de suministro de propulsor desde el RP-1 y los tanques de oxígeno líquido a los nueve motores de la primera etapa tienen un diámetro de 10 cm (4 pulgadas). [35]

Segunda etapa [ editar ]

Reproducir medios
Prueba de carenado Falcon 9, 27 de mayo de 2013

La etapa superior está propulsada por un único motor Merlin 1D modificado para operación de vacío. [36]

El interstage, que conecta el escenario superior e inferior del Falcon 9, es una estructura compuesta de núcleo de aluminio y fibra de carbono. [37] Pinzas de separación y un sistema de empuje neumático separan las etapas. [38] Las paredes y cúpulas del tanque Falcon 9 están hechas de aleación de aluminio y litio . [39] SpaceX utiliza un tanque soldado por fricción y agitación , una técnica que minimiza los defectos de fabricación y reduce los costos, según un portavoz de la NASA. [40] El tanque de la segunda etapa del Falcon 9 es simplemente una versión más corta del tanque de la primera etapa y utiliza la mayoría de las mismas herramientas, materiales y técnicas de fabricación. Esto ahorra dinero durante la producción de vehículos. [33]

Carenado de carga útil [ editar ]

El diseño del carenado fue completado por SpaceX, con la producción del carenado de carga útil de 13 m (43 pies) de largo y 5,2 m (17 pies) de diámetro en Hawthorne, California . [41]

Las pruebas del nuevo diseño del carenado se completaron en las instalaciones de la estación Plum Brook de la NASA en la primavera de 2013, donde se simularon condiciones de choque acústico, vibración mecánica y descarga electrostática electromagnética . Las pruebas se realizaron en un artículo de prueba de tamaño completo en una cámara de vacío . SpaceX pagó a la NASA US $ 581,300 para arrendar el tiempo de prueba en la instalación de la cámara de simulación de la NASA de $ 150 millones . [42]

El primer vuelo de un Falcon 9 v1.1 ( CASSIOPE , septiembre de 2013) fue el primer lanzamiento del Falcon 9 v1.1, así como de la familia Falcon 9 configurada con un carenado de carga útil . El carenado se separó sin incidentes durante el lanzamiento de CASSIOPE, así como las dos misiones de inserción de GTO posteriores. [42] En las misiones Dragón, la cápsula protege cualquier satélite pequeño, anulando la necesidad de un carenado. [43]

Control [ editar ]

SpaceX utiliza varias computadoras de vuelo redundantes en un diseño tolerante a fallas . Cada motor Merlin está controlado por tres computadoras de votación , cada una de las cuales tiene dos procesadores físicos que se revisan constantemente entre sí. El software se ejecuta en Linux y está escrito en C ++ . [44]

Para mayor flexibilidad, se utilizan piezas comerciales listas para usar y un diseño "tolerante a la radiación" de todo el sistema en lugar de piezas endurecidas por radicales . [44] Falcon 9 v1.1 continúa utilizando las computadoras de vuelo redundantes triples y la navegación inercial, con superposición de GPS para una precisión de inserción de órbita adicional, que se usaron originalmente en el Falcon 9 v1.0. [33]

Historial de desarrollo [ editar ]

De izquierda a derecha, Falcon 1 , Falcon 9 v1.0 , tres versiones de Falcon 9 v1.1 , tres versiones de Falcon 9 v1.2 (Full Thrust) , tres versiones de Falcon 9 Block 5 y dos versiones de Falcon Heavy .

Probando [ editar ]

En abril de 2013 se llevó a cabo una prueba del sistema de encendido de la primera etapa Falcon 9 v1.1. [45] El 1 de junio de 2013, se produjo un encendido de diez segundos de la primera etapa Falcon 9 v1.1; unos días después se esperaba un disparo de 3 minutos de duración completa. [46] [47]

Producción [ editar ]

Para septiembre de 2013, el espacio total de fabricación de SpaceX había aumentado a casi 1,000,000 de pies cuadrados (93,000 m 2 ) y la fábrica se había configurado para lograr una tasa de producción de hasta 40 núcleos de cohetes por año, tanto para el Falcon 9 v1.1 como para el Falcon Heavy de tres núcleos . [48] La tasa de producción de noviembre de 2013 para los vehículos Falcon 9 fue de una por mes. La empresa declaró que esto aumentaría a 18 por año a mediados de 2014, y sería de 24 vehículos de lanzamiento por año a fines de 2014. [22]

A medida que el manifiesto de lanzamiento y la tasa de lanzamiento aumentan en 2014-2016, SpaceX busca aumentar su procesamiento de lanzamiento mediante la construcción de procesos de lanzamiento paralelo de doble vía en la instalación de lanzamiento. En marzo de 2014 , proyectaron que lo tendrían en funcionamiento en algún momento de 2015, y apuntaban a un ritmo de lanzamiento en 2015 de aproximadamente dos lanzamientos por mes. [49]

Historial de lanzamientos [ editar ]

El primer lanzamiento del vehículo Falcon 9 v1.1 sustancialmente mejorado voló con éxito el 29 de septiembre de 2013. [10] [50]

El lanzamiento inaugural de Falcon 9 v1.1 incluyó una serie de "novedades": [4] [51]

  • Primer uso de los motores Merlin 1D mejorados , generando aproximadamente un 56 por ciento más de empuje al nivel del mar que los motores Merlin 1C usados ​​en todos los vehículos Falcon 9 anteriores. [14]
  • Primer uso de la primera y segunda etapa significativamente más largas , que contiene el propulsor adicional para los motores más potentes. [14]
  • Los nueve motores Merlin 1D en la primera etapa están dispuestos en un patrón octogonal con ocho motores en círculo y el noveno en el centro. [18]
  • Primer lanzamiento desde la nueva instalación de lanzamiento de la costa oeste de SpaceX , Space Launch Complex 4 , en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg , California , y también el primer lanzamiento sobre el océano Pacífico utilizando las instalaciones del campo de pruebas del Pacífico . [52]
  • Primer lanzamiento del Falcon 9 para transportar una carga útil satelital para un cliente comercial, y también la primera misión que no es CRS. Cada lanzamiento anterior de Falcon 9 fue de una cápsula Dragon o un artículo de prueba en forma de Dragon , aunque SpaceX ya ha lanzado y desplegado con éxito un satélite en la misión Falcon 1, Flight 5 . [14]
  • Primer lanzamiento del Falcon 9 que tiene un carenado de carga útil que se puede desechar , lo que introduce el riesgo de un evento de separación adicional . [14]

SpaceX realizó el decimoquinto y último vuelo del Falcon 9 v1.1 el 17 de enero de 2016. Catorce de esos quince lanzamientos han entregado con éxito sus cargas útiles primarias a la órbita terrestre baja oa la órbita de transferencia geosincrónica .

La única misión fallida del Falcon 9 v1.1 fue SpaceX CRS-7 , que se perdió durante su operación de primera etapa, debido a un evento de sobrepresión en el tanque de oxígeno de la segunda etapa. [53]

Reutilización [ editar ]

El Falcon 9 v1.1 incluye varios aspectos de la tecnología de vehículos de lanzamiento reutilizables incluidos en su diseño, a partir del lanzamiento inicial v1.1 en septiembre de 2013 (motores regulables y reiniciables en la primera etapa, un diseño de tanque de primera etapa que puede acomodar estructuralmente la futura adición de patas de aterrizaje, etc.). El lanzamiento del Falcon 9 v1.1 se produjo dos años después de que SpaceX se comprometiera con un programa de desarrollo financiado con fondos privados con el objetivo de obtener una reutilización completa y rápida de ambas etapas del vehículo de lanzamiento. [54]

El diseño se completó en el sistema para "traer el cohete de regreso a la plataforma de lanzamiento utilizando solo propulsores" en febrero de 2012. [55] La tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se está considerando tanto para el Falcon 9 como para el Falcon Heavy, y se considera particularmente adecuada para el Falcon Heavy donde los dos núcleos externos se separan del cohete mucho antes en el perfil de vuelo y, por lo tanto, se mueven a una velocidad más lenta en la separación de etapas. [55]

SpaceX está probando en vuelo una primera etapa reutilizable con el cohete suborbital Grasshopper . [56] En abril de 2013, un vehículo de prueba de demostración de baja altitud y baja velocidad, Grasshopper v1.0, había realizado siete vuelos de prueba VTVL desde finales de 2012 hasta agosto de 2013, incluido un vuelo estacionario de 61 segundos a una altitud de 250 metros (820 pies).

En marzo de 2013, SpaceX anunció que, comenzando con el primer vuelo de la versión extendida del vehículo de lanzamiento Falcon 9 (Falcon 9 v1.1), que voló en septiembre de 2013, cada primera etapa estaría instrumentada y equipada como una prueba de descenso controlado. vehículo. SpaceX tiene la intención de hacer pruebas de retorno de propulsión sobre el agua y "continuará haciendo tales pruebas hasta que puedan regresar al sitio de lanzamiento y un aterrizaje motorizado. Esperan varias fallas antes de 'aprender cómo hacerlo bien'". [20] SpaceX completó múltiples aterrizajes en el agua que tuvieron éxito y ahora planean aterrizar la primera etapa del vuelo CRS-5 en un puerto autónomo de drones en el océano. [21]

En abril de 2013 se publicaron fotos de la primera prueba del sistema de encendido reiniciable del Falcon 9 reutilizable, el Falcon 9-R , configuración de motor circular de nueve motores v1.1 [45].

En marzo de 2014, SpaceX anunció que la carga útil GTO del futuro Falcon 9 reutilizable (F9-R), con solo el refuerzo reutilizado, sería de aproximadamente 3500 kg (7700 lb). [57]

Vuelos de prueba e intentos de aterrizaje posteriores a la misión [ editar ]

La primera etapa del vuelo 17 del Falcon 9 intenta un aterrizaje controlado en la nave autónoma del puerto espacial tras el lanzamiento del CRS-6 a la Estación Espacial Internacional . El escenario aterrizó con fuerza y ​​se volcó después de aterrizar.

Varias misiones de Falcon 9 v1.1 fueron seguidas por vuelos de prueba posteriores a la misión que pedían que el propulsor de la primera etapa ejecutara una maniobra de volteo, una quemadura de retroceso para reducir la velocidad horizontal del cohete, una quemadura de reentrada para mitigar el daño atmosférico en velocidad hipersónica, un descenso atmosférico controlado con guía autónoma al objetivo y, finalmente, una quema de aterrizaje para reducir la velocidad vertical a cero justo antes de llegar al océano o la plataforma de aterrizaje. SpaceX anunció el programa de prueba en marzo de 2013 y su intención de continuar realizando dichas pruebas hasta que puedan regresar al sitio de lanzamiento y realizar un aterrizaje motorizado . [20]

La primera etapa del vuelo 6 del Falcon 9 realizó la primera prueba de descenso controlado y aterrizaje propulsor sobre el agua el 29 de septiembre de 2013. [10] Aunque no fue un éxito total, la etapa pudo cambiar de dirección y hacer una entrada controlada a la atmósfera. . [10] Durante la combustión del aterrizaje final, los propulsores del ACS no pudieron superar un giro inducido aerodinámicamente, y la fuerza centrífuga privó al motor de aterrizaje de combustible, lo que provocó un apagado temprano del motor y un fuerte amerizaje que destruyó la primera etapa. Se recuperaron pedazos de restos para su posterior estudio. [10]

La siguiente prueba, utilizando la primera etapa de SpaceX CRS-3 , condujo a un aterrizaje suave exitoso en el océano, sin embargo, el propulsor presumiblemente se rompió en mares agitados antes de que pudiera recuperarse. [58]

Después de más pruebas de aterrizaje en el océano, la primera etapa del vehículo de lanzamiento CRS-5 intentó aterrizar en una plataforma flotante, la nave autónoma del puerto espacial , en enero de 2015. El cohete se dirigió a la nave con éxito pero aterrizó demasiado fuerte para sobrevivir. [59] La primera etapa de la misión CRS-6 logró un aterrizaje suave en la plataforma; sin embargo, el exceso de velocidad lateral hizo que se volcara rápidamente y explotara. [60] El director ejecutivo de SpaceX, Elon Musk, indicó que una válvula de mariposa del motor estaba atascada y no respondió lo suficientemente rápido para lograr un aterrizaje suave. [61]

Falcon 9 v1.1 nunca se recuperó o reutilizó con éxito hasta su retiro. Sin embargo, el programa de prueba continuó con los vuelos Falcon 9 Full Thrust , que lograron tanto el primer aterrizaje en tierra en diciembre de 2015 como el primer aterrizaje de un barco en abril de 2016.

Sitios de lanzamiento [ editar ]

Los cohetes Falcon 9 v1.1 se lanzaron desde el Complejo de Lanzamiento 40 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral y desde el Complejo de Lanzamiento 4E en la Base de la Fuerza Aérea de Vandenberg . El sitio de Vandenberg se utilizó tanto para el vuelo inaugural v1.1 el 29 de septiembre de 2013 [10] como para su última misión el 17 de enero de 2016.

Sitios de lanzamiento adicionales en Kennedy Space Center Launch Complex 39 pad A y Boca Chica , South Texas lanzarán las variantes sucesoras del cohete Falcon 9 Full Thrust y Falcon Heavy .

Precios de lanzamiento [ editar ]

En octubre de 2015 , el precio de lanzamiento comercial del Falcon 9 v1.1 era de 61,2 millones de dólares (frente a los 56,5 millones de dólares de octubre de 2013) [1] compitiendo por lanzamientos comerciales en un mercado cada vez más competitivo . [62]

Las misiones de reabastecimiento de la NASA a la ISS, que incluyen el suministro de la carga útil de la cápsula espacial, una nueva nave espacial de carga Dragon para cada vuelo, tienen un precio promedio de 133 millones de dólares. [63] Los primeros doce vuelos de transporte de carga contratados a la NASA se realizaron a la vez, por lo que no se refleja ningún cambio de precio para los lanzamientos de la v1.1 en comparación con los lanzamientos de la v1.0. El contrato era por una cantidad específica de carga transportada y devuelta desde la Estación Espacial en un número fijo de vuelos.

SpaceX declaró que debido a los costos del proceso de garantía de la misión, los lanzamientos para el ejército de EE. UU. Tendrían un precio de aproximadamente un 50% más que los lanzamientos comerciales, por lo que un lanzamiento de Falcon 9 se vendería por aproximadamente $ 90 millones al gobierno de EE. UU., En comparación con un costo promedio para los EE. UU. gobierno de casi $ 400 millones para lanzamientos actuales que no sean de SpaceX. [64]

Servicios de carga útil secundaria [ editar ]

Falcon 9 servicios de carga útil incluyen conexión de carga útil secundaria y terciaria a través de un anillo ESPA , la misma entre etapas adaptador primero utilizado para el lanzamiento de cargas útiles secundarias en los Estados Unidos del Departamento de Defensa misiones que utilizan los Evolved para gastos Launch Vehicles (EELV) Atlas V y Delta IV . Esto permite misiones secundarias e incluso terciarias con un impacto mínimo en la misión original. A partir de 2011 , SpaceX anunció el precio de las cargas útiles compatibles con ESPA en el Falcon 9. [65]

Ver también [ editar ]

  • Halcón pesado
  • Vehículos de lanzamiento SpaceX
  • SpaceX Dragon y SpaceX Dragon 2
  • Comparación de sistemas de lanzamiento orbital
  • Lista de lanzamientos de Falcon 9 y Falcon Heavy

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Página oficial de Falcon 9
  • Página oficial de Falcon Heavy
  • Prueba de encendido de dos motores Merlin 1C conectados a la primera etapa del Falcon 9, Película 1 , Película 2 (18 de enero de 2008)
  • Comunicado de prensa que anuncia el diseño (9 de septiembre de 2005)
  • SpaceX espera suministrar a la ISS un nuevo lanzador pesado Falcon 9 (Flight International, 13 de septiembre de 2005)
  • SpaceX lanza Falcon 9, con un cliente (Defense Industry Daily, 15 de septiembre de 2005)