Da sinistra a destra, Falcon 1, Falcon 9 v1.0, tre versioni di Falcon 9 v1.1, tre versioni di Falcon 9 v1.2 (Full Thrust), tre versioni di Falcon 9 Block 5, Falcon Heavy e Falcon Heavy Block 5. La tecnologia spaziale riutilizzabile SpaceX è in fase di sviluppo sia per Falcon 9 v1.2 che per Falcon Heavy.
SpaceX inizialmente ha tentato di far atterrare il primo stadio del Falcon 1 con il paracadute, tuttavia non è sopravvissuto al rientro nell'atmosfera, nonostante il fallimento la SpaceX ha continuato a sperimentare senza successo con i paracadute sui primi voli Falcon 9. SpaceX ha successivamente spostato la sua attenzione sullo sviluppo di un sistema di atterraggio in discesa motorizzato.[1]
La struttura generale del sistema di lancio riutilizzabile è stata descritta pubblicamente per la prima volta nel settembre 2011. SpaceX ha detto che avrebbe tentato di sviluppare la discesa a motore e il recupero di entrambi gli stadi del Falcon 9: un razzo a decollo verticale e atterraggio verticale ( VTVL ). L'azienda ha prodotto una simulazione 3D, nella quale mostrava il rientro del primo stadio del Falcon 9 in coda per una discesa motorizzata, e il secondo stadio del Falcon 9 il quale rientrava di testa con l'ausilio di uno scudo termico prima di ruotare per una discesa motorizzata.[2][3]
Nel settembre 2012, SpaceX ha iniziato i test di volo suborbitale con l'ausilio del prototipo Grasshopper,[4] tali test sono continuati nel 2014, inclusi i test di un secondo e più grande veicolo prototipo, F9R Dev1 .
La notizia del razzo di prova Grasshopper era diventata pubblica pochi giorni prima, quando la Federal Aviation Administration degli Stati Uniti aveva pubblicato una bozza di valutazione dell'impatto ambientale per il sito di test SpaceX in Texas, e i media spaziali lo avevano riferito. [5][6] Nel maggio 2012, SpaceX ha ottenuto una serie di dati di test atmosferici per il recupero del primo stadio del Falcon 9 sulla base di 176 test eseguiti nella struttura di prova della galleria del vento del Marshall Space Flight Center della NASA . Il lavoro è stato appaltato da SpaceX nell'ambito di un accordo rimborsabile Space Act con la NASA.[7]
Nel 2012, è stato previsto che la separazione del primo stadio di un razzo Falcon 9 riutilizzabile si sarebbe verificata a una velocità di circa Mach 6 (4.600 mph; 2,0 km/s) anziché Mach 10 (7.600 mph; 3,4 km/s), per calcolare la quantità di carburante residuo necessario per la manovra di decelerazione e inversione di tendenza e per la discesa e l'atterraggio controllati.[8]
Nel novembre 2012, il CEO Elon Musk ha annunciato i piani di SpaceX per costruire un secondo sistema di razzo riutilizzabile, molto più grande, alimentato da LOX / Metano Liquido anziché LOX / RP-1 utilizzato su Falcon 9 e Falcon Heavy. Il nuovo sistema doveva essere "un'evoluzione del booster Falcon 9 di SpaceX" e SpaceX ha ribadito il proprio impegno a sviluppare una svolta nella tecnologia di atterraggio verticale.[9] Entro la fine del 2012, il veicolo di prova dimostrativo, Grasshopper, aveva effettuato tre voli di prova VTVL, incluso un volo hover di 29 secondi a 40 metri (130 piedi) il 17 dicembre 2012. All'inizio di marzo 2013, SpaceX ha testato con successo Grasshopper per la quarta volta quando ha volato a un'altitudine di oltre 80 metri (260 piedi).[10]
Nel marzo 2013, SpaceX ha annunciato che avrebbe strumentato ed equipaggiato i successivi primi stadi del Falcon 9 come veicoli di prova a discesa controllata, con piani per atterraggi simulati con decelerazione propulsiva sull'acqua a partire dal 2013, con l'intento di restituire il veicolo al sito di lancio per un atterraggio a motore, forse già a metà del 2014.[11] La bozza di dichiarazione di impatto ambientale dell'aprile 2013 per il sito di lancio SpaceX nel Texas meridionale proposto include sistemazioni specifiche per il ritorno dei ripetitori del primo stadio Falcon 9 al sito di lancio.[12]Elon Musk si riferì per la prima volta pubblicamente al Falcon 9 riutilizzabile come Falcon 9-R nell'aprile 2013.[13]
Nel settembre 2013, SpaceX ha riacceso con successo tre motori di un booster esaurito su un lancio orbitale e il booster è rientrato nell'atmosfera a velocità ipersonica senza bruciarsi.[14] Con i dati raccolti dal primo test di volo di una discesa controllata da booster da alta quota, insieme ai progressi tecnologici fatti sul dimostratore di atterraggio a bassa quota Grasshopper, SpaceX ha annunciato di ritenere di essere pronto per testare un atterraggio completo con il successivo recupero di uno stadio utilizzato.[15] Sulla base dei risultati positivi del primo test di volo ad alta quota, SpaceX ha anticipato la data prevista di un test da metà 2014 all'inizio del 2015 [ chiarimento necessario ] , con l'intenzione di farlo sul prossimo volo di rifornimento cargo della Stazione Spaziale in attesa di approvazione normativa.[16][17] Quel volo decollò il 18 aprile 2014.[18][19]
Nel maggio 2013 Musk dichiarò che l'obiettivo del programma era raggiungere la piena e rapida riutilizzabilità del primo stadio entro il 2015, e sviluppare la completa riutilizzabilità del veicolo di lancio come "parte di una futura architettura di design".[20] Nel settembre 2013, SpaceX ha affermato che se tutti gli aspetti del programma di test hanno avuto successo e se un cliente è interessato, la prima riaccensione di uno stadio di richiamo del Falcon 9 potrebbe avvenire già alla fine del 2014.[21]
Nel febbraio 2014, SpaceX ha reso esplicito che il nuovo veicolo di lancio super pesante per quello che allora era chiamato Mars Colonial Transporter avrebbe utilizzato anche la tecnologia riutilizzabile.[22] Ciò era coerente con la dichiarazione strategica di Musk nel 2012 secondo cui "La svolta rivoluzionaria arriverà con razzi che sono completamente e rapidamente riutilizzabili. Non conquisteremo mai Marte se non lo faremo. Sarà troppo costoso. Le colonie americane non lo farebbero mai. sono stati sperimentati se le navi che hanno attraversato l'oceano non fossero state riutilizzabili ".[23]
Sempre nel maggio 2014, SpaceX ha annunciato pubblicamente un ampio programma di test per una tecnologia riutilizzabile correlata: una capsula spaziale con atterraggio propulsivo chiamata DragonFly . I test dovevano essere eseguiti in Texas presso il McGregor Rocket Test Facility nel 2014-2015.[24]
Nel giugno 2014, il COO Gwynne Shotwell ha chiarito che tutti i finanziamenti per lo sviluppo e il test del programma di sviluppo tecnologico del sistema di lancio riutilizzabile sono finanziamenti privati di SpaceX, senza alcun contributo da parte del governo degli Stati Uniti.[25][26] Nel 2017 SpaceX aveva speso oltre un miliardo di dollari per il programma di sviluppo.[27]
Per la prima volta, SpaceX ha dichiarato nel luglio 2014 di essere "altamente fiducioso di poter atterrare con successo su una piattaforma di lancio galleggiante o tornare al sito di lancio e rimettere a nuovo il razzo senza necessità di ristrutturazione".[28]
Entro la fine del 2014, SpaceX ha sospeso o abbandonato il piano per recuperare e riutilizzare il secondo stadio del Falcon 9;[29] la massa aggiuntiva dello scudo termico, del carrello di atterraggio e dei motori di atterraggio a bassa potenza richiesti incorrerebbe in una penalità troppo grande delle prestazioni. Mentre l'idea è stata menzionata di nuovo in seguito, alla fine è stata abbandonata mentre lo sviluppo di Starship fece progressi.[30]
Nel settembre 2016, SpaceX ha annunciato che era in corso lo sviluppo per estendere l'hardware di volo riutilizzabile ai secondi stadi, un problema ingegneristico più impegnativo perché il veicolo viaggia a velocità orbitale. La tecnologia riutilizzabile avrebbe dovuto essere estesa ai progetti del 2016 di entrambe le varianti dello stadio superiore della nave cisterna e dell'astronave con equipaggio, nonché del primo stadio del Sistema di Trasporto Interplanetario,[31][32] ed è considerato fondamentale per i piani Elon Musk si sta battendo per consentire l' insediamento di Marte.[33][34][35] Nel 2016, i primi voli di prova di un veicolo del sistema di trasporto interplanetario erano previsti non prima del 2020.[36]
Nel 2017 SpaceX stava facendo progressi nei test di volo sviluppando in modo incrementale e iterativo un sistema di recupero della carenatura.[37][38] Nel luglio 2017, Musk disse "siamo abbastanza vicini a poter recuperare la carenatura. ... Abbiamo una buona possibilità di recuperare una carenatura entro la fine dell'anno e riutilizzarla entro la fine di quest'anno o all'inizio del prossimo ".[39] Si prevede che il risparmio sui costi per SpaceX derivante dal ripristino della carenatura sarà dell'ordine di 5 milioni di dollari. Insieme, la fase di recupero del primo stadio e il recupero della carenatura rappresentano circa l'80% del costo di un lancio.[39] Le carene sono dotate di un paracadute orientabile e cadono verso una nave dotata di una grande rete.[40] Le carene intatte potrebbero essere recuperate dall'oceano a partire dal 2017,[41] con atterraggi in rete dal 2019 in poi.[42]
Diverse nuove tecnologie dovevano essere sviluppate e testate per facilitare il lancio e il recupero di successo dei primi stadi di Falcon 9 e Falcon Heavy, ed entrambi gli stadi di Starship. Dal 2017, il recupero e il riutilizzo dei razzi Falcon sono diventati una routine.
Frame del rientro del primo stadio del Falcon 9 utilizzato per il lancio di DSCOVR. Poco prima del tramonto alle 18:03 ET di mercoledì 11 febbraio.
Le tecnologie sviluppate per Falcon 9, alcune delle quali sono ancora in fase di perfezionamento, includono:
Sistema di accensione riavviabile per il booster del primo stadio. I riavvii sono richiesti ad entrambe le velocità supersoniche nell'atmosfera superiore, al fine di invertire l'alta velocità lontano dalla piattaforma di lancio e mettere il booster su una traiettoria di discesa verso la piattaforma di lancio e ad alte velocità transoniche nell'atmosfera inferiore. Per rallentare la discesa terminale ed eseguire un atterraggio morbido. Se il booster ritorna in un sito di atterraggio sulla terraferma è necessaria un'altra accensione poco dopo la separazione dello stadio per invertire la direzione di volo del booster, per un totale di quattro accensioni per il motore centrale.
Nuova tecnologia di controllo dell'assetto per il booster per portare il corpo del razzo discendente attraverso l'atmosfera in modo tale da consentire sia un ritorno non distruttivo che un controllo aerodinamico sufficiente in modo che la fase terminale dell'atterraggio sia possibile. Ciò include il controllo del rollio sufficiente per impedire al razzo di ruotare eccessivamente come è avvenuto nel primo test di volo ad alta quota nel settembre 2013, dove la velocità di rollio ha superato le capacità del sistema di controllo dell'assetto del booster (ACS) e il carburante nei serbatoi "centrifugati" a lato del serbatoio spegnendo il singolo motore coinvolto nella manovra di decelerazione a bassa quota. La tecnologia ha bisogno di gestire la transizione dal vuoto dello spazio in condizioni ipersoniche, decelerando a velocità supersoniche e passando attraverso il buffet transonico, prima di riaccendere uno dei motori dello stadio principale alla velocità terminale.
Le alette a griglia ipersoniche sono state aggiunte al progetto del veicolo di prova booster a partire dal quinto volo di prova in discesa controllata dall'oceano nel 2014 per consentire un atterraggio di precisione. Disposte in una configurazione a "X", le alette a griglia controllano il vettore in fase di discesa una volta che il veicolo è tornato nell'atmosfera per consentire una posizione di atterraggio molto più precisa. Iterazioni sul progetto sono continuate nel 2017. Alette a griglia più grandi e robuste, realizzate in titanio forgiato e lasciate non verniciate, sono state testate per la prima volta nel giugno 2017 e da allora sono state utilizzate su tutti i primi stadi riutilizzabili del Falcon 9 Block 5 da maggio 2018.
Falcon 9 v1.1 con le gambe di atterraggio attaccate, in posizione retratta mentre il razzo viene preparato per il lancio nel suo hangar
Falcon 9 v1.1 con le gambe di atterraggio attaccate, in posizione stivata mentre il razzo viene preparato per il lancio nel suo hangar
Il motore a razzo deve essere azionabile per raggiungere la velocità zero nello stesso momento in cui il razzo raggiunge il suolo. Anche la spinta più bassa possibile di un singolo motore Merlin 1D supera il peso del nucleo booster del Falcon 9 quasi vuoto, quindi il razzo non può librarsi.
Capacità di guida e atterraggio del primo stadio, compreso un sistema di controllo del veicolo e un algoritmo software del sistema di controllo per essere in grado di far atterrare un razzo con il rapporto spinta / peso del veicolo maggiore di uno, con spinta a circuito chiuso controllo vettoriale e dell'acceleratore
Suite di sensori di navigazione per atterraggi di precisione
Nave drone dello spazioporto autonomo, in porto nel gennaio 2015.Una grande piattaforma di atterraggio galleggiante per lanci dove il primo stadio non ha carburante sufficiente per tornare al sito di lancio. SpaceX ha costruito due navi drone dello spazioporto autonomo, una per ciascuna costa degli Stati Uniti.
Un sistema di protezione termica per evitare danni al primo stadio al rientro in atmosfera.
Carrello di atterraggio leggero e dispiegabile per la fase di atterraggio. Nel maggio 2013, è stato dimostrato che il progetto era un pistone nidificato e telescopico su un telaio ad "A". La portata totale delle quattro gambe di atterraggio estensibili in fibra di carbonio / alluminio è di circa 18 metri (60 piedi) e pesa meno di 2.100 chilogrammi (4.600 libbre). Il sistema di distribuzione utilizza l' elio ad alta pressione come fluido di lavoro. Con il 25° volo fu annunciato che ogni tratta di atterraggio conteneva un "nucleo di schiacciamento", per assorbire l'impatto dell'atterraggio per atterraggi particolarmente duri.
Per rendere il Falcon 9 riutilizzabile e tornare al sito di lancio, è necessario trasportare più propellente sul primo stadio e dotarlo di gambe di atterraggio, richiedendo una riduzione di circa il 30% del carico utile massimo in orbita rispetto al Falcon 9 consumabile riflesso di uno stadio utilizzato in precedenza su un volo successivo dipende dalle condizioni dello stadio di atterraggio ed è una tecnica che ha visto poco uso al di fuori dei ripetitori riutilizzabili a razzo solido dello Space Shuttle .
Musk nel 2015 ha previsto che la fase di riaccensione del programma sarebbe stata "semplice", a causa delle accensioni multiple a piena durata dei motori che erano state fatte a terra e dei riavvii multipli del motore che erano stati dimostrati a quel tempo, senza significativo degrado osservato. Nel 2015, gli analisti del settore hanno continuato a prevedere problemi che avrebbero potuto impedire il riutilizzo economico perché i costi per rinnovare e rilanciare il razzo non erano ancora stati dimostrati e le ragioni economiche per il riutilizzo sarebbero necessariamente fortemente dipendenti dal lancio frequente.
Si prevede che SpaceX ridurrà significativamente i costi di accesso allo spazio e cambierà il mercato sempre più competitivo dei servizi di lancio nello spazio. Michael Belfiore ha scritto in Foreign Policy nel 2013 che, a un costo pubblicato di 56,5 milioni di dollari per lancio verso l'orbita terrestre bassa, "i razzi Falcon 9 sono già i più economici del settore. I Falcon 9 riutilizzabili potrebbero abbassare il prezzo di un ordine di grandezza, innescando più imprese spaziali, che a loro volta ridurrebbero ulteriormente i costi di accesso allo spazio grazie alle economie di scala". Anche per i lanci militari, che hanno una serie di requisiti contrattuali per la fornitura di servizi di lancio aggiuntivi, il prezzo di SpaceX è inferiore a 100 milioni di dollari.
L'analista dell'industria spaziale Ajay Kothari ha osservato che la tecnologia riutilizzabile SpaceX potrebbe fare per il trasporto spaziale "ciò che i motori a reazione facevano per il trasporto aereo sessant'anni fa, quando le persone non avrebbero mai immaginato che più di 500 milioni di passeggeri avrebbero viaggiato in aeroplani ogni anno e che il costo potrebbe essere ridotto al livello che è, tutto a causa del volume dei passeggeri e della riutilizzabilità affidabile ". Nel gennaio 2014 SpaceX affermò che se sarebbero riusciti a sviluppare la tecnologia riutilizzabile, saranno possibili prezzi di lancio da circa 5 a 7 milioni di dollari per un Falcon 9 riutilizzabile, e nel dicembre 2015 dopo il recupero con successo del primo stadio, Musk affermò che "la potenziale riduzione dei costi a lungo termine è probabilmente superiore a un fattore 100".
A partire da marzo 2014 i fornitori di servizi di lancio che competevano con SpaceX non avevano intenzione di sviluppare una tecnologia simile o di offrire opzioni di avvio riutilizzabili concorrenti. Né ILS, che commercializza i lanci del razzo russo Proton; Arianespace; né SeaLaunch stavano progettando di sviluppare e commercializzare servizi di lancio riutilizzabili. SpaceX è stato l'unico concorrente che ha previsto un mercato sufficientemente elastico dal lato della domanda per giustificare lo sviluppo costoso di tecnologia missilistica riutilizzabile e la spesa di capitale privato per sviluppare opzioni per quell'opportunità di mercato teorica.
Nel 2014 il razzo Falcon 9 v1.1 è stato progettato con circa il 30 percento di capacità in più rispetto alle specifiche ufficiali di carico utile; le prestazioni aggiuntive sono state riservate a SpaceX per eseguire i test di rientro e atterraggio del primo stadio verso la riutilizzabilità pur mantenendo la consegna del carico utile orbitale specificato per i clienti.
Per ottenere il pieno vantaggio economico della tecnologia riutilizzabile, è necessario che il riutilizzo sia rapido e completo, senza il lungo e costoso periodo di ristrutturazione o il design parzialmente riutilizzabile che ha afflitto i precedenti tentativi di lanciatori riutilizzabili. SpaceX è stato esplicito sul fatto che "l'enorme potenziale per aprire il volo spaziale" dipende dal raggiungimento di una riutilizzabilità completa e rapida. CEO Musk ha dichiarato nel 2014 che il successo con lo sforzo di sviluppo tecnologico potrebbe ridurre "il costo del volo spaziale di un fattore 100" perché il costo del propellente / ossidante sul Falcon 9 è solo dello 0,3% del costo totale del veicolo.
A prescindere dalla concorrenza di mercato determinata dai prezzi di lancio più bassi di SpaceX e dal potenziale futuro di prezzi di lancio ancora più radicalmente più bassi se la tecnologia può essere completata con successo,nel 2014 l'Aviation Week ha affermato che "il lavoro di lancio riutilizzabile di SpaceX è un modello di ricerca e sviluppo " - " l'audacia del concetto e la velocità di avanzamento del programma ne fanno un esempio. ... il ritmo vertiginoso dello sviluppo è stato quasi come quello di Apollo nella sua esecuzione ... [anche se] il successo è tutt'altro che garantito. "
Il 9 marzo 2016, il presidente di SpaceX Gwynne Shotwell fornì una valutazione più realistica dei potenziali risparmi di un lancio riutilizzato visto che i tentativi di riutilizzare il secondo stadio erano stati abbandonati a causa di problemi di costi e peso. Disse che un costo di rifornimento di 1 milione di dollari e un costo di 3 milioni di dollari per la ristrutturazione di un primo stadio usato potessero potenzialmente consentire un prezzo di lancio a partire da 40 milioni di dollari, un risparmio del 30%. Il più grande cliente di SpaceX, SES, ha dichiarato di voler essere il primo a guidare un veicolo riutilizzato, tuttavia desidera un prezzo di lancio di 30 milioni di dollari o un risparmio del 50% per compensare il rischio di aprire la strada al processo.
Secondo Elon Musk, quasi ogni pezzo del Falcon dovrebbe essere riutilizzato più di 100 volte. Gli scudi termici e alcuni altri articoli devono essere riutilizzati più di 10 volte prima della sostituzione. Nel marzo 2017, SpaceX ha annunciato progressi nei loro esperimenti per recuperare, ed eventualmente riutilizzare, la carenatura del carico utile da 6 milioni di dollari. Nella missione SES-10, una delle metà della carenatura ha eseguito un rientro atmosferico controllato e uno splashdown utilizzando propulsori e un paracadute orientabile.
SpaceX ha iniziato il ri-volo dei primi stadi lanciati in precedenza nel 2017. Il primo ri-volo fu effettuato nel marzo 2017, quasi un anno dopo il volo inaugurale del booster; il secondo è stato nel giugno 2017, solo cinque mesi dopo il suo primo volo. Entrambi ebbero successo e sia gli assicuratori che i clienti del servizio di lancio stanno prontamente supportando il mercato emergente nei servizi di lancio forniti da booster multiuso.
Nell'agosto 2020, Elon Musk ha twittato che la ristrutturazione e il riutilizzo di un booster viene effettuato a meno del 10% del prezzo di un nuovo booster mentre la riduzione del carico utile è inferiore al 40%. Secondo il suo tweet SpaceX va in pareggio con un secondo volo per booster e risparmia denaro dal terzo volo in poi. A quel tempo il Falcon 9 Block 5 aveva effettuato 35 voli con 11 booster.
Prima del successo del programma di riutilizzabilità nel dicembre 2015, il ritorno di un razzo booster del sistema di lancio orbitale non era mai stato realizzato e molti misero in dubbio la fattibilità sia tecnica che economica. E anche dopo il successo, il rapido riutilizzo di un razzo non fu tentato. Lo sviluppo di un razzo riutilizzabile è estremamente impegnativo a causa della piccola percentuale della massa di un razzo che può farlo orbitare. Tipicamente, il carico utile di un razzo è solo circa il 3% della massa del razzo, che è anche approssimativamente la quantità di massa nel carburante necessaria per il rientro del veicolo.
Elon Musk all'inizio del programma disse che credeva che il rientro atmosferico, l'atterraggio verticale e il recupero fossero possibili perché le metodologie di produzione di SpaceX si traducono in un'efficienza del razzo che supera il tipico margine del 3%. Un razzo SpaceX che opera nella configurazione riutilizzabile ha circa il 30% in meno di capacità di sollevamento del carico utile rispetto allo stesso razzo in una configurazione consumabile .
Sebbene la tecnologia del sistema di lancio riutilizzabile sia stata sviluppata e inizialmente utilizzata per i primi stadi della famiglia di razzi Falcon, è particolarmente adatta al Falcon Heavy dove i due nuclei esterni si separano dal razzo all'inizio del volo, e quindi muoversi più lentamente durante la separazione delle fasi. Ad esempio, sul 20° volo de Falcon 9, la velocità alla separazione era prossima ai 6000 km/h e questo ha permesso un ritorno vicino al sito di lancio. Sul 22° volo, verso un GTO più energicoorbita, la velocità maggiore alla separazione era compresa tra 8000 e 9000 km/h. A queste velocità maggiori non è possibile riportare il booster vicino al sito di lancio per un atterraggio; se si tenta un atterraggio, è necessario che ci siano centinaia di chilometri a valle su una nave drone autonoma .
Il riutilizzo ha anche un impatto sulle stime del rischio. Mentre i primi clienti di razzi riutilizzati chiedevano un prezzo inferiore un booster che ha già volato ha già dimostrato di funzionare in condizioni di volo realistiche. Alcuni clienti ora preferiscono i booster riutilizzati rispetto ai nuovi booster.
Nel 2013 SpaceX stava testando tecnologie riutilizzabili sia per i suoi progetti di veicoli di lancio booster di primo stadio (con tre veicoli di prova: Grasshopper, F9R Dev1 e F9R Dev2 ), sia per la sua nuova capsula spaziale riutilizzabile SpaceX Dragon 2 (con un test a bassa quota veicolo chiamato DragonFly ).
SpaceX divulgò pubblicamente un programma di test incrementale multi-elemento per fasi di richiamo che includeva quattro aspetti:
a bassa quota (meno di 760 m / 2.500 piedi ), prova a bassa velocità del suo dimostratore di tecnologia Grasshopper monomotore presso il suo sito di prova in Texas
test a bassa quota (meno di 3.000 m / 9.800 piedi), a bassa velocità di un veicolo di prova a tre motori di seconda generazione molto più grande chiamato F9R Dev1. Il veicolo di seconda generazione includeva gambe di atterraggio estensibili e fu testato presso il sito di test del Texas
i test ad alta quota e a velocità media sono stati pianificati ma annullati a favore dei test di rientro post-missione dei booster del primo stadio. Avrebbe utilizzato F9R Dev2 in una struttura in leasing di SpaceX presso Spaceport America nel New Mexico .
alta quota (91 km / 300.000 piedi), velocità molto elevata (circa 2,0 km/s ; 6.500 km/h; 4.100 mph; Mach 6) rientro balistico, decelerazione controllata e discesa controllata test degli stadi di richiamo del Falcon 9 post-missione (spesi) a seguito di un sottoinsieme di lanci di Falcon 9 iniziati nel 2013.
Otto test di volo a bassa quota furono effettuate dal Grasshopper nel 2012 e 2013:
Dimostrata la capacità di mantenere la stabilità nel vento.
6
14 giugno 2013
325m
68 secondi
Testato nuovo sistema di navigazione, necessario negli atterraggi del F9.
7
13 agosto 2013
250 m
60 secondi
Completato con successo il "divert test" allontanandosi di 100 m lateralmente dalla rampa prima di tornarvi.
8
7 ottobre 2013
744 m
79 secondi
Volo finale del Grasshopper
Il Grasshopper poteva atterrare con la precisione di un elicotteroErrore nelle note: L'apertura dell'etichetta <ref> non è corretta o ha un nome errato..
Cinque test di volo booster a bassa quota dell'F9R Dev1 furono effettuate tra aprile e agosto 2014, prima che il veicolo si autodistruggesse per motivi di sicurezza al quinto volo.
Test #
Data
Massima altitudine
Durata
Note
1
17 aprile 2014
250 m
Decollato, movimento laterale, riatterrato con successo.
2
1 maggio 2014
1000 m
Decollato, movimento laterale, atterrato.
3
17 giugno 2014
1000 m
Primo test con le grid fins.
4
1 agosto 2014
5
22 agosto 2014
Il veicolo si autodistrusse per un'anomalia. Nessun ferito. L'anomalia fu causata da un sensore difettoso, il quale non aveva un backup su questo velivolo ma sul Falcon 9 fu previsto che fosse ridondante.
SpaceX utilizzo una serie di veicoli di lancio riutilizzabili suborbitali (RLV), dimostratori di tecnologia sperimentale, per iniziare a testare in volo le loro tecnologie booster riutilizzabili nel 2012. Furono costruite due versioni del prototipo di razzi prova riutilizzabili e un prototipo di capsula:
Il Grasshopper alto 32 mt, precedentemente designato come Grasshopper v1.0 , costruito sul primo stadio del Falcon 9 v1.0
Il Grasshopper alto 49 mt, precedentemente designato come Grasshopper v1.1 o F9R Dev1, costruito sul primo stadio del Falcon 9 v1.1
La DragonFly un prototipo per testare l'atterraggio assistito da razzi frenanti della capsula Dragon 2
Grasshopper fu costruito nel 2011-2012 per test di volo stazionario a bassa quota e a bassa velocità, iniziati nel settembre 2012 e conclusi nell'ottobre 2013 dopo otto voli di prova. Il prototipo del F9R Dev1, fu costruito sul primo stadio del Falcon 9 v1.1 molto più grande della versione v1.0. Esso fu utilizzato per estendere ulteriormente lo sviluppo dei test di volo a bassa quota e a bassa velocità su un veicolo che meglio si adattava al hardware di volo effettivo usato attualmente dai Falcon 9. Il F9R Dev1 effettuò cinque voli di prova nel 2014, tutti i test furono condotti presso la SpaceX Rocket Test Facility a McGregor, Texas.
SpaceX indicò nel novembre 2018 che considerava la possibilità di testare un secondo stadio del Falcon 9 pesantemente modificato che avrebbe l'aspetto di una "mini- nave BFR " e sarebbe stato utilizzato per i test di rientro atmosferico e di una serie di tecnologie necessarie per l'astronave su vasta scala, tra cui uno Scudo Termico leggero e Superfici di controllo Mach, ma due settimane dopo, Musk respinse l'approccio a favore dell'uso di un BFR a tutto diametro.
Grasshopper, il primo veicolo di prova VTVL dell'azienda, consisteva in un primo stadio Falcon 9 v1.0, dotato di un singolo motore Merlin-1D e quattro gambe di atterraggio in acciaio fissate in modo permanente. Era alto 32 m. SpaceX costruì una struttura di lancio in calcestruzzo da 0,5 acri presso la sua struttura di test e sviluppo missilistico a McGregor, in Texas, per supportare il programma di test di volo Grasshopper. Grasshopper era anche conosciuto come Grasshopper versione 1.0, o Grasshopper v1.0, prima del 2014, durante il periodo in cui vennero costruiti i successivi veicoli di prova di classe Grasshopper.
Oltre a tre voli di prova nel 2012, cinque ulteriori test furono effettuati con successo entro la fine di ottobre 2013, incluso il quarto test complessivo nel marzo 2013, in cui Grasshopper salì a 80,1 metri di altitudine con un volo della durata di 34 secondi. Nel settimo test, nell'agosto 2013, il veicolo salì a 250 metri di altitudine con un volo della durata di 60 secondi ed ha eseguito una manovra laterale di 100 metri prima di tornare alla piattaforma. Grasshopper effettuò il suo ottavo e ultimo volo di prova il 7 ottobre 2013, volando ad un altitudine di 744 metri prima di effettuare il suo ottavo atterraggio con successo. Il veicolo di prova Grasshopper è ora in pensione.
Già nell'ottobre 2012, SpaceX discusse lo sviluppo di un veicolo di prova Grasshopper di seconda generazione, che doveva avere gambe di atterraggio più leggere che si ripiegavano sul lato del razzo, con un vano motore diverso, e sarebbe stato quasi il 50% più lungo del primo Veicolo Grasshopper. Nel marzo 2013, SpaceX annunciò che il più grande veicolo di volo suborbitale di classe Grasshopper sarebbe stato costruito dal serbatoio del primo stadio del Falcon 9 v1.1 che fu utilizzato per i test di qualificazione presso la SpaceX Rocket Development and Test Facility all'inizio del 2013. È stato ricostruito come F9R Dev1 con gambe di atterraggio estensibili. Cinque voli di prova si sono verificati nel 2014.
Il secondo veicolo di prova di volo VTVL effettuò il suo primo volo di prova il 17 aprile 2014. Il F9R Dev1 era utilizzato per voli di prova a bassa quota nell'area di McGregor, Texas — altitudine massima prevista inferiore a 3.000 metri (10.000 piedi) — con un totale di cinque voli di prova, tutti effettuati durante il 2014. Questo veicolo si autodistrusse il 22 agosto 2014 come misura di sicurezza durante il suo quinto volo di prova.
Nell'aprile 2014, era in costruzione un terzo veicolo di prova di volo, F9R Dev2, che avrebbe dovuto volare al campo di prova ad alta quota disponibile presso Spaceport America nel New Mexico, dove si prevedeva che avrebbe volato ad altitudini fino a 91.000 metri di altitudine. Questo prototipo non decollò mai, in quanto SpaceX spostò il programma di test ad alta quota per i test di discesa controllata dei booster usati dopo il loro utilizzo su un lancio orbitale a pagamento e una salita.
La Dragon 2 DragonFly (Dragon C201) fu un prototipo per testare l'atterraggio assistito da razzi frenanti della capsula Crew Dragon prodotta da SpaceX, un veicolo di lancio riutilizzabile suborbitale (RLV), destinato ai test di volo a bassa quota. Nell'ottobre del 2015 iniziarono i test inizialmente previsti per il 2014, i test si svolsero in Texas presso il McGregor Rocket Test Facility.
Il veicolo di prova DragonFly è alimentato da otto motori SuperDraco , disposti in uno schema ridondante per supportare la tolleranza ai guasti nella progettazione del sistema di propulsione. I SuperDraco utilizzano una miscela propellente immagazzinabile di monometilidrazina (MMH) e ossidantetetrossido di azoto (NTO), gli stessi propellenti utilizzati nei propulsori Draco molto più piccoli utilizzati per il controllo dell'assetto e le manovre sulla navicella Dragon di prima generazione. I motori SuperDraco generano 73.000 newton (16.400 lbf) di spinta, ma durante l'uso sul veicolo DragonFly la spinta fu limitata a meno di 68,170 newton (15.325 lbf) per mantenere la stabilità del veicolo.
Nel maggio 2014, SpaceX annunciò pubblicamente un ampio programma di test per la capsula. Uno schema per trenta di quei voli comprendeva: due di assistenza propulsiva (paracadute più propulsori) e due atterraggi propulsivi (senza paracadute) su voli sganciati da un elicottero a un'altitudine di circa 10.000 piedi (3.000 m). Gli altri 26 voli di prova dovevano decollare da una piattaforma: otto per essere un luppolo di assistenza propulsiva (atterraggio con paracadute più propulsori) e 18 per essere un luppolo propulsivo completo, simile ai voli di prova del palco Grasshopper e F9R Dev. A partire dal 2014, il programma di test DragonFly non avrebbe dovuto essere avviato fino al completamento del test di richiamo F9R Dev1 presso la struttura McGregor. [ necessita di aggiornamento ]
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