Кіріспе

SpaceX-тің қайта пайдаланбайтын ұшыру жүйесі Falcon 1 – 2006 жылдан 2009 жылға дейін SpaceX, американдық аэроғарыш өндірушісімен пайдаланылған шағын көтергіш ұшыру құралы. 2008 жылдың 28 қыркүйегінде Falcon 1 Жер орбитасына шыққан алғашқы жекеменшік әзірленген, толық сұйық отынмен жұмыс істейтін ұшыру аппараты болды. Екі сатылы орбиталық зымыран екі сатысында да LOX/RP 1 отынын қолданды, бірінші сатысы бір Merlin қозғалтқышымен, ал екінші сатысы бір Kestrel қозғалтқышымен қамтамасыз етілді. Көлік құралы барлығы бес рет ұшырылды. Үш сәтсіз ұшыру әрекетінен кейін, Falcon 1 2008 жылдың қыркүйегінде төртінші әрекетте орбитаға шықты, оның жүгі – масса симуляторы болды. 2009 жылдың 14 шілдесінде Falcon 1 екінші сәтті ұшуын жасады, SpaceX-тің алғашқы коммерциялық ұшырылымында (барлығының бесінші және соңғы ұшырылымы) Малайзияның RazakSAT спутнигін орбитаға жеткізді. Осы ұшудан кейін Falcon 1 тоқтатылып, оның орнын Falcon 9 алды. SpaceX компаниясы Falcon 1e деп аталатын жетілдірілген нұсқасын жариялаған болатын. Жеке қаржыландырылған және әзірленген тағы бір орбиталық ұшыру құралы – 1982 жылғы Conestoga және 1990 жылы алғаш рет ұшырылған Pegasus, ол ұшыру платформасы ретінде үлкен ұшақты пайдаланады. Falcon 1-ді әзірлеудің жалпы құны шамамен 90 миллионнан 100 миллион АҚШ долларына дейін бағаланды. Falcon 1-дің әзірлеуі жеке қаржыландырылса да, алғашқы екі Falcon 1 ұшырылымын АҚШ Қорғаныс министрлігі DARPA пайдалануына жарамды жаңа АҚШ ұшыру құралдарын бағалау бағдарламасы аясында сатып алды.

Алып тасталған ұшырулар

15 миллион АҚШ доллары көлеміндегі келісімшарттың аясында Falcon 1 2005 жылы TacSat 1 спутнигін орбитаға шығаруға тиіс болды. 2005 жылдың мамыр айының соңында SpaceX компаниясы Falcon 1 спутнигінің Ванденбергтен TacSat 1 спутнигін ұшыруға дайын екенін мәлімдеді. Бірақ Әскери-әуе күштері сынақтан өтпеген ракетаның, жақын маңдағы SLC 4E ұшыру алақанынан соңғы Titan IV ракетасы ұшқанға дейін ұшырылуын қаламады. Falcon 1 ракетасының ұшырылуындағы келесі және қайталама сәтсіздіктер TacSat 1 спутнигінің ұшырылуын кешіктірді. 2006 жылдың 16 желтоқсанында TacSat 2 спутнигі Orbital Sciences Minotaur I ракетасымен орбитаға шығарылғаннан кейін, Қорғаныс министрлігі TacSat 1 спутнигін ұшыру қажеттілігін қайта қарастырды. 2007 жылдың тамызында Қорғаныс министрлігі TacSat 1 спутнигінің жоспарланған ұшырылуын тоқтатты, өйткені TacSat спутнигінің барлық мақсаттары орындалды. SpaceX компаниясының веб-сайтындағы 2005 жылғы тамыздағы жаңартуда Falcon 1 ракетасымен жоспарланған 6 ұшыру көрсетілді, оның клиенттеріне MDA Corp (CASSIOPE, ол 2013 жылы Falcon 9 ракетасымен орбитаға шығарылды), Swedish Space Corp және АҚШ Әуе күштері кірді.

Дизайн

SpaceX-тің мәлімдемесінше, Falcon 1 төмен Жер орбитасына спутниктерді шығару бағасын төмендету, сенімділігін арттыру және ұшу ортасын және ұшырылуға дейінгі уақытты оңтайландыру мақсатында жобаланды. Ол сонымен қатар Falcon 9-да қайта қолданылатын компоненттер мен құрылымдық ерекшеліктерді сынау үшін де пайдаланылды. SpaceX компаниясы ең кішкентай, пайдалы орбиталық зымыранды – минималды өнімді (орбитаға шығатын Falcon 1) құрудан бастады, үлкен әрі күрделі жобаға кірісіп, қаржы жетіспей банкрот болудың алдын алу үшін.

Бірінші кезең

Бірінші саты 2219 алюминий қорытпасымен үйкеліспен дәнекерленген. Ол LOX және RP 1 бактары арасындағы ортақ бөлек, сондай-ақ ұшу қысымын тұрақтандыруды қолданады. Оны қысымсыз қауіпсіз тасымалдауға болады (ауыр Delta II изогрид конструкциясы сияқты), бірақ ұшу үшін қысымға түскенде қосымша күш алады (басымсыз тасымалдау мүмкін емес Atlas II сияқты). Irvin Parachute Corporation компаниясы жасаған парашют жүйесі жоғары жылдамдықты тежегіш парашют пен негізгі парашютті пайдаланады. Алғашқы екі ұшырылымда Falcon 1 Merlin 1A қозғалтқышын қолданды. Merlin 1A-ның жақсартылған нұсқасы, Merlin 1B, Falcon 1-дің кейінгі ұшуларында қолданылуға тиіс еді, бірақ ол одан әрі жақсартылып Merlin 1C құрылды, ол үшінші Falcon 1 ұшуында және Falcon 9-дың алғашқы бес ұшуында қолданылды. Falcon 1 бірінші сатысы RP 1 және сұйық оттегімен жанатын Merlin 1C қозғалтқышымен бір сорғы арқылы қуаттандырылды, ол теңіз деңгейінде итермелеу күші мен 245 с (вакуумде 290 с) нақты импульс береді. Қысымды бактар – Arde корпорациясымен жасалған, инконель қорытмасымен оралған композиттік қысымды ыдыстар, Delta III-те қолданылған сияқты. Екінші саты қысыммен берілетін Kestrel қозғалтқышымен қуаттандырылды, вакуумде итермелеу күші және 330 с вакуумдық нақты импульспен. Екінші саты қайта пайдалануға арналмаған. 2005 жылы Falcon 1-дің құны 5,9 миллион доллар (2015 жылы инфляцияға байланысты 7,3 миллион доллар) деп жарияланды. 2006 жылдан 2007 жылға дейін ракетаның бағасы 6,7 миллион долларды құрады. 2009 жылдың соңында SpaceX Falcon 1 және 1e үшін жаңа бағаларды жариялады – тиісінше 7 миллион және 8,5 миллион доллар, көптеген ұшыру шарты бойынша шағын жеңілдіктермен, шамамен 11 миллион АҚШ долларын қамтамасыз етуге болады деп күтілді. Бірнеше жыл бұрын SpaceX Falcon 1 арқылы шағын спутниктік ұшыру нарығын ашуға ниеттенген, бастапқыда LEO орбитасына 600 килограммға жуық жүк жіберуді жоспарлаған, бұл 6 миллион долларға бағаланған; кейіннен жүк көлемі шамамен 9 миллион долларға дейін төмендеді. Кейін Falcon 1e шамамен 11 миллион долларға ұсынылатын болды, бірақ компания сұраныстың шектеулі екенін айтып, көлікті нарықтан шығарды.

Ұшыру орындары

Барлық ұшулар Кваджалейн атоллынан SpaceX ұшыру қондырғысын Омелек аралында пайдалана отырып, сондай-ақ Рейган сынақ алаңының қашықтық қызметтерін қолданып жүзеге асырылды. Ванденберг әуе базасының 3W ғарыш ұшыру кешені бастапқыда Falcon 1 үшін ұшыру алаңы болған, бірақ жақын орналасқан ұшыру алаңдарымен үнемі кестедегі келіспеушіліктерге байланысты сынақ отырысы кезеңінде ол тоқтатылды. Кейп-Канаверал әуе күштері станциясының 40-шы ғарыш ұшыру кешені (Falcon 9 ұшыру алаңы) Falcon 1 ұшырулары үшін қарастырылған, бірақ Falcon 1 қызметтен шығарылар алдында дамытылмады.

Нұсқалар

Falcon 1 нұсқалары Merlin A; 2006–2007 Merlin C; 2007–2009 Falcon 1e (ұсынылған) 1-ші саты 1 × Merlin 1A 1 × Merlin 1C 1 × Merlin 1C 2-ші саты 1 × Kestrel 1 × Kestrel 1 × Kestrel Биіктігі (макс.; м) 21.3 22.25 26.83 Диаметрі 1.7 (5.57743 фут) 1.7 (5.57743 фут) 1.7 (5.57743 фут) Бастапқы итермелеу (кН) 318 (71489.2 фунт-күш) 343 (77109.5 фунт-күш) 454 (102063 фунт-күш) Ұшу салмағы (тонна) 27.2 33.23 38.56 Фейринг диаметрі (ішкі; м) 1.5 1.5 1.71 Пайдалы жүктеме (LEO 185 км; кг) 420 470 (полярлыққа 290 дейін) 1010 (полярлыққа 430 дейін) Баға (млн. USD) 6.7 7 10.9 Ең төменгі баға / кг (LEO 185 км; USD) ~14,000 ~14,000 ~8400 (~20,000 полярлыққа) Сәттілік коэффициенті (сәтті / жалпы) 0/2 2/3 —

Бірінші ұшу

Ұшыру тізбегі (алғашқы ұшу мысалы); уақыт өлшемі секундтармен берілген. Falcon 1-нің алғашқы ұшуы жаңа аппараттың түрлі техникалық мәселелеріне байланысты бірнеше рет кейінге шегерілді. Ванденберг әуе базасындағы Titan IV ұшырылысымен келіспеушіліктер де кешігуге себеп болды және ұшыру Кваджалейн атоллындағы Рейган сынақ алабына көшірілді. Алғашқы ұшыру 2005 жылдың 31 қазанына жоспарланған, бірақ кейінге шегерілді, содан кейін 25 қарашаға қайта жоспарланды, бірақ ол да өтпеді. 2005 жылдың 19 желтоқсанында тағы бір әрекет жасалды, бірақ ақаулы клапан бірінші сатыдағы отын багінде вакуум тудырып, құрылымдық зақымдануға әкеп соқтырғандықтан ұшыру тоқтатылды. Бірінші саты ауыстырылғаннан кейін, Falcon 1 2006 жылдың 25 наурызында жергілікті уақыт бойынша сағат 09:30-да ұшырылды. DARPA жүгі – АҚШ Әуе күштері академиясының FalconSAT–2 спутнигі, ол ғарыш плазмасының құбылыстарын өлшеуге арналған. Ұшыру 2006 жылдың 24 наурызында сағат 22:30 UTC-де Маршалл аралдарындағы Омелек аралындағы SpaceX ұшыру алаңынан басталды. Ұшу басталғаннан бір минуттан кейін отын құбырынан ағып шыққан жанармайдан өрт шығып, ұшыру сәтсіз аяқталды. Көлік ұшып шыққаннан кейін айқын инерциялық қозғалыс байқалды, бұл іске қосу видеосында көрсетілгендей, біршама шайқалып, содан кейін T+26 секундте күрт бұрылды. Соқтығысу T+41 секундте ұшыру алаңынан шамамен 250 фут қашықтықтағы өлі рифке болды. FalconSAT–2 спутнигі күшейткіштен бөлініп, аралға қонды, ал зақымдану туралы хабарлар жеңілден ауырға дейін өзгеретін. SpaceX бастапқыда өртті отын құбырының дұрыс бекітілмеген гайкасына байланысты деп есептеді. Кейінірек DARPA жүргізген тексеру көрсетті, гайка дұрыс бекітілген, өйткені оның құлыптау сымы орнында болған, бірақ тұзды судың шашырауынан коррозияға ұшырағандықтан бұзылған. SpaceX ракетаның дизайны мен бағдарламалық жасақтамасына осындай апаттың қайталануын болдырмау үшін көптеген өзгерістер енгізді, соның ішінде алюминий бөлшектерін тот баспайтын болатпен алмастыру (бұл әдетте арзан, бірақ салмағы біршама ауыр) және ұшыру алдындағы компьютерлік тексерулерді отыз есеге арттыру.

Екінші ұшу

Екінші сынақ ұшуы бастапқыда 2007 жылдың қаңтарына жоспарланған еді, бірақ екінші кезеңдегі проблемалар салдарынан кейінге қалдырылды. Қаңтар айындағы ұшыру күніне дейін SpaceX 2006 жылдың қыркүйегінен қараша мен желтоқсанға ауысып, бұрынғы ұшыру күндерін жариялаған болатын. Желтоқсанда ұшыру 9 наурызға ауыстырылды, бірақ Кваджелейн үстінен қайтадан кіретін Minuteman III сынақ ұшуынан туындаған ұшу қашықтығының қолжетімділік мәселелеріне байланысты кейінге қалдырылды. 19 наурыздағы ұшыру әрекеті деректерді беру мәселесіне байланысты 23:00 GMT-ден 45 минутқа кешіктірілді, содан кейін компьютерлік мәселелерге байланысты 23:45-те ұшырудан 1 минут 2 секунд бұрын тоқтатылды, онда қауіпсіздік компьютері процестегі бірнеше миллисекундтық аппараттық кешігуден туындаған хабар таратудың сәтсіздігін дұрыс анықтамады. 20 наурыздағы әрекет бастапқыда жоспарланған 23:00-ден 65 минутқа кешіктірілді, себебі NASA эксперименттерінің бірі мен TDRS жүйесі арасындағы байланыс мәселесі туындады. 2007 жылдың 21 наурызындағы ұшырудың алғашқы әрекеті ұшыру алдындағы соңғы секундта және қозғалтқыш жанғаннан кейін 00:05 GMT-де тоқтатылды. Алайда, сол күні тағы бір ұшыруды жүргізу туралы шешім қабылданды. Ракета 2007 жылдың 21 наурызында сағат 01:10 GMT-де DARPA және NASA үшін DemoSat пайдалы жүктемесімен ұшыру алаңын сәтті тастады. Ракета бірінші сатыдағы күйдіру кезінде жақсы жұмыс істеді. Алайда, сатылардың бөліну кезінде бірінші сатының жоғарғы бөлігіндегі сатылар аралық қорғаныш екінші сатының қозғалтқыш түйіріне соқты. Бұл соқтырылыс екінші сатының соплосы сатылар аралық кеңістіктен шығар кезде болды, ал бірінші саты күтілгеннен әлдеқайда жылдам айналып (айналу жылдамдығы шамамен 2,5°/с, күтілетін жылдамдығы 0,5°/с максимум), осылайша екінші сатының ниобий соплосымен байланысқа түсті. Илон Маск бұл соқтырылыстың зақымдануға себеп болмағанын және олардың көміртек-көміртектен емес, ниобий юбкасын таңдауының себебі осындай жағдайларда болатын проблемалық зақымданудың алдын алу болғанын хабарлады. Екінші сатыдағы қозғалтқыш жанғаннан кейін, жоба бойынша қозғалтқыш түйірінен тұрақтандыру сақинасы ажыратылды. T+4:20 шамасында дөңгелек пішіндес тербеліс басталды, ол амплитудасы бейне жоғалғанға дейін артты. T+5:01 кезінде аппарат айнала бастады, телеметрия тоқтатылды. Илон Масктың айтуынша, екінші сатыдағы қозғалтқыш T+7:30-да айналуды басқару мәселесіне байланысты тоқтаған. LOX резервуарындағы отынның қозғалуы тербелісті күшейтті. Бұл тербеліс әдетте екінші сатыдағы Thrust Vector Control жүйесімен басылады, бірақ сатылардың бөліну кезіндегі соқтырылыс түзетуде артық өтемақыға әкелді. Бірінші сатының жағдайы белгісіз; ол жұмыс істемейтін GPS бақылау құрылымының проблемаларына байланысты қалпына келтірілмеді. Ракета орбитаға қажетті 7,5 км/с жылдамдықпен салыстырғанда 5,1 км/с жылдамдыққа және соңғы биіктікке жетті. SpaceX сынақ ұшуын сәтті деп сипаттады, өйткені Falcon 1 жүйелерінің 95%-дан астамы ұшуда сынақтан өтті. Олардың негізгі мақсаты – жылдам ұшыру процедураларын сынау және деректерді жинау.

Төртінші ұшу

Үш рет сәтсіздікке ұшырағаннан кейін SpaceX командасы төртінші зымыранды алты апта ішінде компанияның соңғы мүмкіндігі ретінде қолда бар бөлшектерді пайдаланып құрастырды. Зымыранды жылдам жеткізу үшін Boeing C 17 Globemaster III жалданып алынды, бірақ жол бойында зымыран жартылай күйреп қалды, себебі қысымды төмендету C 17 нұсқаулығынан күткеннен асып кетті және зымыранды құтқару үшін шұғыл жөндеу жұмыстары жүргізілуге тиіс болды. Қиындықтарға қарамастан, Falcon 1 зымыранының төртінші ұшырылысы 2008 жылдың 28 қыркүйегінде сәтті аяқталды, 165 килограммдық (363 фунт) жұмыс істемейтін макеттік ғарыш кемесін Жердің төменгі орбитасына жеткізді. Ұшу 28 қыркүйекте 23:15 UTC-де, 5 сағаттық ұшыру терезесінің басындағы 15 минут ішінде өтті. Егер ұшыру кейінге қалдырылса, оны 1 қазанға дейін сол терезенің ішінде жүргізуге болар еді. Ұшырудан 9 минут 31 секунд өткен соң, екінші сатыдағы қозғалтқыш өшті, ал аппарат орбитаға жеткеннен кейін. Ұзақ уақыттан кейін екінші саты қайта іске қосылды және екінші күйдіруді сәтті орындады, нәтижесінде 621 × 643 км × 9,35° орбитасы пайда болды. Зымыран бұрынғы ұшу траекториясын ұстанды, ол Trailblazer, NanoSail D, PRESat және Celestis Explorers ғарыш кемелерін орбитаға шығара алмады. Зымыранға ешқандай маңызды өзгерістер енгізілмеді, бірінші сатының күйіп өшуі мен екінші сатының бөлінуі арасындағы уақытты ұзартудан басқа. Бұл шағын өзгеріс бұрынғы ұшуда байқалған сәтсіздікті – бірінші және екінші сатылардың қайта байланысын – жоюға көмектесті, оларды ажырату алдында бірінші сатыдағы қозғалтқыштағы қалдық итеру күшін азайту арқылы. Ratsat және оған қосылған екінші саты 2021 жылға дейін орбитада қалып отыр.

Бесінші ұшу

SpaceX бесінші Falcon 1 зымыранының құрылысын аяқтағанын және көлікті 2009 жылдың 21 сәуірінде ұшырылатын Кваджалейн атолының ұшыру кешеніне тасымалдайтынын мәлімдеді, бұл АҚШ-та 2009 жылдың 20 сәуіріне сәйкес келеді. Жоспарланған ұшыру күніне бір апта қалғанда, Малайзия жаңалықтары ракетада қауіпті діріл деңгейі анықталғанын және жөндеу жұмыстары шамамен алты аптаға созылатынын хабарлады. 2009 жылдың 20 сәуірінде SpaceX баспасөз хабарламасында ұшырудың RazakSAT спутнигі мен Falcon 1 зымыралық кешені арасындағы ықтимал үйлесімсіздіктерге байланысты кейінге шегерілгенін хабарлады. Спутниктің болжамды зымыралық ортаның әсерінен зардап шегуі мүмкін екеніне қатысты алаңдаушылық туды. 1 маусымда SpaceX келесі ұшыру терезесінің 13 шілдеде, дүйсенбі күні ашылатынын және 14 шілде, сейсенбіге дейін жалғасатынын, күнделікті терезе UTC 21:00-де (жергілікті уақыт бойынша 09:00) ашылатынын мәлімдеді. 13 шілдедегі ұшыру сәтті аяқталды, RazakSAT алғашқы тұрақ орбитасына орналастырылды. 38 минуттан кейін зымыранның екінші сатылы қозғалтқышы орбитаны дөңгелектеу үшін қайтадан іске қосылды. Пайдалы жүк сәтті бөлінді. Ұшырудан кейін SpaceX-тің негізін қалаушы және бас директоры Илон Маск журналистерге ұшырудың сәтті өткенін айтты. "Біз орбитаны мақсатты параметрлердің ішінде, дерлік нысанаға тигіздік" деді Маск.

Бағдарламаның соңы

Бесінші ұшудан кейін Falcon 1-дің келесі ұшырылымдары кейінге шегерілді, соңында тоқтатылды және аппарат қызметтен алынып, SpaceX компаниясы «Falcon 1-ді бизнес жобасы ретінде табысты ете алмадық» деп мәлімдеді.