Redaktörens anmärkning: Det här gästposten skrevs av Lukas Davia & Marijn Achternaam.
Om du skriver "återanvändbara raketer" i en sökmotor kan du inte låta bli att dra dig till lockelsen av SpaceX-relaterade länkar som fyller skärmen. Anledningen till detta är förståeligt: med rymdfärjan dödar och bristen på tydlig planering för framtiden av de flesta gamla spelare inom rymdfältet, gör SpaceX: s enkla plan på kort sikt och tidigare flygtest dem allas favorit att drastiskt minska kostnaderna till bana med raketer som återvänder hem - redo att återanvändas.
Och med den kommande lanseringen av SpaceX: s 14: e Falcon 9-raket den 6 januari som bär Dragon till ISS, är potentialen för verklig raketåteranvändning verkligen inom räckhåll för första gången någonsin på nästan 90 år sedan Goddard lanserade världens första flytande eldade raket från Massachusetts 1926. Men nu är det en viktigare tid än någonsin att temperera våra vilda förväntningar på möjligheten till raketer som flyger sig tillbaka till startplattan. Medan en raketrevolution kan vara bland oss, är det en iterativ, flerstegsprocess som överskrider ett enda uppdrag - och vi borde inte förvänta oss att se regelbundet flygliknande återanvändning och stora kostnadsminskningar när som helst snart.
Det bör noteras att Elon Musk, för alla hans fantastiska prestationer, aldrig har lagt en hård och snabb tidslinje när billig och tillgänglig raketry skulle vara tillgänglig, än mindre ett fast pris. Varför? Helt enkelt för att vi kommer in i territorium som förblir opartat.
Det enda lanseringsfordonet i historien som någonsin har flyttats flera gånger efter att ha uppnått bana var rymdfärjan. Trots återanvändning av den överlägset dyraste delen av någon raket - motorerna och tillhörande system - kostade Shuttle minst 450 miljoner dollar att sjösättas enligt NASA, med en relativt liten nyttolast på 24 metriska ton till Low Earth Orbit, eller nästan 19 000 $ per kilogram . Inklusive utvecklingskostnader, summerade och uppdelade per flygning kan priset för lansering i genomsnitt vara så högt som 1,5 miljarder dollar, eller tre gånger NASA: s angivna belopp. Det som var tänkt att drastiskt sänka kostnaden per kilo att lyfta last till bana slutade vara ett av de dyraste startbilarna i mänsklig historia. Varför blev det så dyrt?
Uppfattningen av rymdfärjan var ett resultat av ett äktenskap mellan NASA, flygvapnet och andra partners. Var och en ville ha sina egna konstruktionsspecifikationer, som slutade producera ett svårt fordon utan något väl definierat syfte, och det blev "fånga allt" inom rymdindustrin. I huvudsak var det att mängden underhåll som krävdes efter varje uppdrag kraftigt underskattades av NASA. Efter varje flygning måste hela fordonet väsentligen byggas om: brickor byts ut, motorer inspekterade, boosters renoverade. I synnerhet trio av RS-25 huvudmotorer måste tas isär och kontrolleras för alla möjliga defekter som kan orsaka fel, och när saker brast, det fanns inte en hälsosam försörjningslinje som kunde ersätta dem lätt, vilket orsakar kostnaden för reservdelar att skyrocket, och att upprätthålla en arbetskraft som var klar och kapabel att renovera Shuttle blev snabbt ett pengar som NASA aldrig kunde återhämta sig.
SpaceX är dock inte NASA. De har introducerat en mer smidig och lyhörd utveckling av sina produkter som har varit överväldigande framgångsrik. De har också år av tidigare projekt (från flera källor) för att lära av att NASA inte gjorde det. Detta är emellertid inte problem som helt enkelt kan vinkas bort. Snarare är de grundläggande frågor som måste tas upp: det finns ingen som undgår fysikens gränser.
Ett vanligt tema i Musks uttalanden är den djärva ambitionen att revolutionera modellen "one use and throw it away" som har dominerat raketindustrin sedan början och omvandlat den till något som är närmare relaterat till en servicebaserad flygmodell. Detta är en stor uppgift, även med Iron Mans standarder.
Många fans visar en under uppskattning av hinder för inträde. Faktum är att en betydande del av de nästan 600 respondenterna valde ett värde i en nyligen genomförd undersökning som genomförts på SpaceX-fansamfundet på Reddit.com, när man blev ombedd att lägga en utbildad gissning om priset på en Falcon 9-raketuppskjutning på fem år. under $ 20.000.000. Vissa har till och med valt priser under $ 10.000.000. Även om COO för SpaceX, Gwynne Shotwell har nämnt i förbigående att återanvändbara Falcon 9-lanseringar så småningom skulle kunna beordra en prislapp på 5-7 miljoner $, är detta troligt långt i framtiden, långt förbi bara gryningen av återanvändbara raketer. För ett visst perspektiv, för fem år sedan 2010, lanserade SpaceX två Falcon 9-raketer. Förra året lanserade de sex, och plötsligt, fram till 2020, kommer kostnaderna för en standard Falcon 9-lansering att vara tre gånger så billig? Var har denna extra acceleration i utvecklingen kommit ifrån? Eventuellt kommer det från hjärnan hos några lite för optimistiska fans.
I själva verket är något som är så grundläggande som långsiktigt motorunderhåll fortfarande relativt okänt. Tidigare har SpaceX klargjort att varje motor har en livslängd på cirka 40 bränningar, och en tillfällig observatör skulle anta att detta resulterar i en motor som kan användas på 40 uppdrag. Men med tre motortestbränder före varje lansering, själva lanseringen och de tre brännskadorna som krävs för att slutföra återinförings- och omlandningsprocessen krävs emellertid centrummotorn att avfyra sju gånger för att slutföra ett uppdrag, och med nio motorer på varje lägre scen - även med de flesta bara avfyra några gånger, vilket resulterar i en hel del delar som kan bryta ner efter varje flygning. Att kontrollera för dessa fel och reparera dem kan bli mycket dyrare och mer tidskrävande än man hoppas.
Till exempel, med en diameter på 3,66 m och en höjd av ungefär 42 meter, finns det nästan 500 kvadratmeter första fasytan som har utsatts på ena sidan för de otydliga temperaturerna för flytande syre och kyld fotogen, och på den andra , olika temperaturer från återinträde till den soppiga lägre atmosfären. Faktum är att även isuppbyggnaden på fordonets yttre hud är tillräckligt betydande för att väsentligt förändra fordonets massa! Inom det stora området har draghållfasthet, termodynamisk och tryckrelaterad trötthet potential att ackumuleras. Striationer kan kärnan och bilda hårfäste sprickor. Detta är en fara som kan leda till ett kritiskt fel på ett operativt uppdrag, och en sådan händelse kan permanent samla en koppling mellan den framtida återanvändbara raketen och instabilitet i hjärnan hos satellitoperatörer och försäkringsbranschen. Och även om Falcon 9 kan betraktas som överkonstruerad, är det osannolikt att SpaceX kommer att spela raketroulett.
Även om raketens chefstekniker uppskattade en myntkastning sannolikheten för framgång, efter den hoppfulla framdrivande landningen av CRS-5 på det nyligen döpt ”autonoma drönningslandningsfartyget”, kommer den tomma första etappen troligen att skickas tillbaka till SpaceXs Hawthorne, Kaliforniens huvudkontor och inspekteras med olika metoder för destruktiv och icke-destruktiv analys för att kvantifiera hur ansträngningarna att accelerera till en hastighet av nästan 2 kilometer per sekund på mindre än tre minuter och sedan retardera tillräckligt, återinträda genom atmosfären, för att landa i närheten av hav och salt , påverkar fordonet.
Ett annat exempel på en potentiell renoveringskostnad ligger i SpaceXs valbara bränsle, fotogen. Det bränner relativt smutsigt, vilket framgår av den genomskinliga pelaren av brunsvart sot som Falcon 9 stiger på, ett kast till de tidiga flygplanens dagar. Detta leder till en effekt främst förknippad med keroloxmotorer känd som "koksning" - där ofullständigt förbränts sot fäster vid den nästan smälta motorn och munstycket, vilket minskar dess förmåga att utstråla bort värme. Rengör det, säger du? Grattis, du har precis infört renovering i ekvationen, något som SpaceX strävar efter att undvika.
Även att ignorera själva fordonet, lanseringarna och de kemikalier som behövs är dyra! Det finns den exorbitant prisade helium som krävs för att hålla tankarna under tryck, och den pyroforiska TEA-TEB-tändvätskan som används för att inleda det explosiva äktenskapet mellan RP-1 och LOX. Det är inte bara kemikalier. Det finns också kostnader för lansering av mark, allt från anställdas löner, till den tråkiga processen med tillståndsansökningar, till den lite mer intressanta ablativfärgen som täcker Transporter-Erector-strukturen som håller Falcon 9 vertikal, till transport- och omlokaliseringskostnader. Med all sannolikhet är de nuvarande kapitalkostnaderna för en enda lansering, utan att bortse från det självklara värdet av själva raketen, totalt i området $ 3 miljoner plus.
I grund och botten måste vi avkoppla omlandning, renovering, återanvändbarhet och ekonomiskt hållbart och snabbt återanvändning från varandra. Det kan vara ett svårt begrepp att förstå att alla fyra är distinkta, och framgången för en inte innebär att nästa steg garanteras. På grund av detta kvarstår frågetecken över kostnaden, tiden och komplexiteten för de sista stegen som krävs för att SpaceX ska kunna slutföra sin återanvändbara raketmastersplan. Till exempel: om landning av en raket gör inte nödvändigtvis renovering obefintlig. Det här är hemhistoria om rymdfärjan.
En ensam landning revolutionerar inte raketry; snarare kanske vi bara inser att revolutionen med att förfina raket till en flygliknande modell har inträffat väl bara genom att titta tillbaka i bakspegeln.
Vi lever i hopp om att SpaceX uppnår vad den ursprungligen avsåg göra för nästan 13 år sedan. SpaceX har kommit långt, långt närmare än någon annan till detta mål, men som Musk själv har sagt: "Raketer är svåra". Lycka till teamet på SpaceX för deras kommande CRS-5 lanserings- och landningsförsök, det är början på något mycket större.
Skrivet av Lukas Davia & Marijn Achternaam
Bios: När jag inte jonglerar med att vara en programteknikstudent och webbutvecklare på heltid i Nya Zeeland, Lukas Davia är en självbedömd SpaceX-missbrukare och kan hittas bidra till Reddit community / r / SpaceX, lägga till sin webbplats SpaceXStats.com och skapa infografik. Tro det eller inte hittar han tid att gå ut och vandra på fritiden också!
Marijn Achternaam är en holländsk student, självutnämnd fåtöljtekniker och rymdflygfanatiker som ofta kan hittas som bidrar till / r / rymden och / r / SpaceX Reddit.
