SpaceX — Elono Musko privati kosminė bendrovė: raketos, misijos, pasiekimai

Istorija

2001 m. Elonas Muskas pasiūlė projektą, pagal kurį Marse būtų iškeltas nedidelis šiltnamis augalams auginti. Jis sakė: "Tai būtų toliausiai, kiek gyvybė yra nukeliavusi", taip bandydamas sugrąžinti visuomenės susidomėjimą kosmoso tyrimais ir padidinti NASA biudžetą. E. Muskas bandė įsigyti pigių raketų iš Rusijos, bet grįžo tuščiomis rankomis, nes nepavyko rasti raketų už prieinamą kainą. Vėliau E. Muskas suprato, kad galėtų įkurti įmonę, kuri galėtų pagaminti jam reikalingas raketas. Pasak ankstyvojo "Tesla" ir "SpaceX" investuotojo Steve'o Jurvetsono, Muskas apskaičiavo, kad raketos statybai reikalingos žaliavos iš tikrųjų sudarė 3 % tuometinės raketos kainos. Taikydama vertikaliąją integraciją, gamindama apie 85 proc. paleidimo įrangos savo jėgomis ir taikydama programinės įrangos inžinerijos modulinį metodą, "SpaceX" galėjo dešimteriopai sumažinti paleidimo kainą ir vis tiek turėti 70 proc. bendrąją maržą.

2002 m. pradžioje E. Muskas ieškojo darbuotojų savo naujai kosmoso bendrovei, kuri netrukus buvo pavadinta "SpaceX". Muskas surado raketų inžinierių Tomą Muellerį (vėliau "SpaceX" traukos technikos direktorių). Jis sutiko dirbti Muskui. Taip gimė "SpaceX". Pirmoji "SpaceX" būstinė buvo sandėlyje El Segundo mieste, Kalifornijoje. Nuo įkūrimo 2002 m. įmonė sparčiai augo: 2005 m. lapkritį joje dirbo 160 darbuotojų, 2010 m. - 1 100, 2013 m. spalį - 3 800 darbuotojų ir rangovų, 2015 m. pabaigoje - beveik 5 000, o 2017 m. balandį - apie 6 000 darbuotojų. 2017 m. lapkričio mėn. duomenimis^{[atnaujinta],} įmonės darbuotojų skaičius išaugo iki beveik 7 000. 2016 m. E. Muskas pasakė kalbą Tarptautiniame astronautikos kongrese, kur paaiškino, kad JAV vyriausybė raketų technologijas naudoja kaip "pažangią ginklų technologiją", todėl sunku įdarbinti ne amerikiečius.

Raketos nešėjos, erdvėlaiviai ir raketiniai varikliai

Ankstyvosios transporto priemonės

"Falcon 1" buvo pirmoji "SpaceX" raketa nešėja. Iš viso ji buvo paleista 5 kartus, tačiau tik ketvirtasis ir paskutinis skrydžiai buvo sėkmingi. Falcon 1, kaip rodo pavadinimas, veikė su 1 "Kestrel" varikliu ir į orbitą galėjo iškelti ne daugiau kaip 670 kg.

Kita ankstyvoji transporto priemonė buvo atšaukta "Falcon 5", kurios pirmojoje pakopoje buvo 5 "Merlin" varikliai, o antrojoje - 2 "Kestrel". Ji buvo atšaukta 2007 m., kai buvo išbraukta iš bendrovės vartotojo vadovo.

Dabartinės raketos

"Falcon 9" yra veikianti, daugkartinio naudojimo dviejų dalių raketa, kuri paleidžiama naudojant devynis "Merlin" variklius pirmojoje dalyje ir specialų "Merlin" variklį, sukurtą vietoms, kuriose nėra oro. Ji varoma skystu deguonimi ir raketoms pagamintais degalais, vadinamais RP-1. Ji gali išlaikyti iki 22 800 kg (50 300 svarų) svorį, taip pat gali palaikyti "SpaceX" erdvėlaivį "Dragon". Tai pirmoji į orbitą galinti pakilti raketa, kurios pirmąją dalį galima nugabenti atgal į Žemę.

"Falcon Heavy" yra dar viena veikianti, pakartotinai naudojama raketa, panaši į "Falcon 9". Tačiau "Falcon Heavy" pirmoji dalis yra trijų branduolių, o ne vieno branduolio, kaip "Falcon 9". Trijų branduolių raketos 1-oji dalis turi 27 "Merlin" variklius. Antrojoje dalyje vis dar yra tik 1 "Merlin" (vakuuminė versija) variklis. Šiuo metu "Falcon Heavy" yra galingiausia pasaulyje veikianti raketa ir ketvirta pagal galingumą raketa pasaulyje. Dėl šios papildomos galios raketa gali iškelti 63 800 kg (140 660 svarų) į žemą Žemės orbitą ir 26 700 kg (58 860 svarų) į geosinchroninę orbitą.

2018 m. vasario 6 d. 20:45 UTC pirmą kartą Kenedžio kosmoso centre, Floridoje, iš 39A aikštelės pakilo "Falcon Heavy". Per šią misiją "Falcon Heavy Test Flight" ("Falcon Heavy" bandomasis skrydis) "SpaceX" nusprendė naudoti Elono Musko automobilį (2008 m. "Tesla Roadster") kaip manekenišką naudingąjį krovinį. Po šiuo naudinguoju kroviniu taip pat buvo po juo esanti dabartinių "SpaceX" darbuotojų lentelė, taip pat kamerų laikikliai, kad būtų galima transliuoti tiesioginę automobilio transliaciją į "youtube".

Drakonas

Erdvėlaivis "Dragon" yra krovininė kapsulė, skirta TKS esantiems astronautams skirtai įrangai ir reikmenims. Kapsulė užkeliama ant "Falcon 9" raketos (nes "Dragon" neturi pakankamai didelių raketų, kad galėtų savarankiškai skristi į kosmosą) ir iškeliama į orbitą. Iš orbitos ji atsiskiria nuo raketų nešėjų, tada kapsulė savo mažesnėmis raketomis pasiekia TKS. Tada kapsulė pripildoma senos įrangos, mokslinių eksperimentų rezultatų ir šiukšlių. Tada ji vėl įskrenda į Žemės atmosferą ir parašiutu nusileidžia į vandenyną. Pirmasis "Dragon" skrydis įvyko 2010 m. birželio mėn. Paskutinis skrydis įvyko 2020 m. kovo 6 d., o visas būsimas misijas planuojama vykdyti su "Dragon 2".

Drakonas 2

2014 m. gegužės 29 d. "SpaceX" pristatė "Dragon V2" prototipinę versiją, kurioje galėjo būti ir krovinių, ir astronautų. Kita šios patobulintos "Dragon" versijos ypatybė - siekiant apsaugoti įgulos gyvybę "Falcon 9" gedimo atveju, joje buvo sumontuoti "SuperDraco" varikliai, kurie stumtų kapsulę nuo raketos. V2 variantas "Cargo Dragon" pakeis dabartinę "Dragon" versiją, kuri gali gabenti tik krovinius.

Raketiniai varikliai

Nuo "SpaceX" veiklos pradžios 2002 m. bendrovė sukūrė trijų tipų raketinius variklius - "Merlin" ir iš eksploatacijos pasitraukusį "Kestrel", skirtus nešančiosioms raketoms varyti, ir "Draco" valdymo variklius. Šiuo metu "SpaceX" kuria dar du raketinius variklius: SuperDraco" ir "Raptor". "Merlin" yra "SpaceX" gaminamų raketinių variklių šeima, skirta naudoti jų raketose. Iš pradžių "Merlin" variklis buvo skirtas iškelti į jūrą ir pakartotinai naudoti. Kestrel - tai skystu deguonimi ir raketiniais degalais maitinamas slėginis raketinis variklis, kuris buvo naudojamas kaip raketos "Falcon 1" antrosios pakopos pagrindinis variklis. Abu variklių "Merlin" ir "Kestrel" pavadinimai kilę iš Šiaurės Amerikos sakalų rūšių: kestrelių ir merlinų.

"Draco" yra hipergoliniai skystojo kuro raketiniai varikliai, kuriuose naudojamas monometilhidrazino kuras ir azoto tetroksido oksidatorius. Kiekvienas "Draco" varikliukas sukuria 400 niutonų (90 svarų sterlingų) traukos jėgą. Jie naudojami kaip reakcijos valdymo sistemos (RCS) varikliai erdvėlaivyje "Dragon". SuperDraco varikliai - tai daug galingesnė "Draco" raketinių variklių versija, kuri iš pradžių turėjo būti naudojama kaip nusileidimo ir būdas avariniu atveju iškelti kapsulę antrosios versijos erdvėlaivyje "Dragon", "Dragon 2". Šių "SuperDraco" variklių naudojimo nusileidimui koncepcija buvo atšaukta 2017 m., kai buvo nuspręsta atlikti tradicinį nusileidimą parašiutu ir nusileidimą jūroje.

"Raptor" - tai nauja metanu varomų variklių šeima, kuri bus naudojama būsimose "Starship" raketose. Bandomosios versijos buvo paleistos 2016 m. pabaigoje. 2019 m. balandžio 3 d. "SpaceX" atliko sėkmingą bandymą, kurio metu variklis buvo paleistas, tačiau raketa buvo prilaikoma Teksase esančioje "Starhopper" transporto priemonėje, kuri uždegė variklį, o transporto priemonė liko pritvirtinta prie žemės. 2019 m. liepos 24 d. "SpaceX" atliko sėkmingą bandomąjį skrydį 20 metrų aukštyje su savo bandomąja transporto priemone "Starhopper". 2019 m. rugpjūčio 28 d. "SpaceX" "Starhopper" prototipas atliko sėkmingą 150 metrų bandomąjį skrydį.

Moksliniai tyrimai ir plėtra

Pakartotinio naudojimo galimybės

Antrinė "SpaceX" misija - pakartotinai naudoti raketas, panašiai kaip lėktuvą. 2012 m. ji pirmą kartą pradėjo pakartotinio naudojimo bandymus su prototipu, pavadintu "Grasshopper", ir kontroliuojamais minkštais nusileidimais į vandenį per "Falcon 9" paleidimus. 2014 m. "Grasshopper" pakeitė "F9R", kuris buvo patobulinta "Grasshopper" versija su įtraukiama važiuokle ir 3 varikliais, palyginti su vienu "Grasshopper" varikliu. Gruodžio mėnesį "Falcon 9" nusileido ant antžeminės aikštelės, o kitais metais nusileido ant bepiločio orlaivio. Šiuo metu "SpaceX" yra sėkmingai nusileidusi su 48 raketomis. Taip pat pakartotinai naudojamos "Dragon" kapsulės, taip pat faringai. Pakartotinis raketų dalių panaudojimas labai sumažina išlaidas.

Palydovinis internetas

2015 m. sausį "SpaceX" vadovas Elonas Muskas paskelbė apie naujo palydovų žvaigždyno, skirto teikti interneto paslaugas pasauliui, kūrimą. 2015 m. birželį bendrovė paprašė federalinės vyriausybės leidimo pradėti projekto, kuriuo siekiama sukurti 4425 palydovų tinklą, galintį perduoti internetą visam pasauliui, įskaitant atokius regionus, kuriuose šiuo metu nėra interneto prieigos, bandymus. Interneto paslaugai teikti būtų naudojami 4 425 tarpusavyje susieti ryšių palydovai, esantys 1 100 km orbitoje. Ji pradėta kurti 2015 m., o bandomieji palydovai buvo paleisti 2017 m. per "SpaceX PAZ" misiją. Pirminis žvaigždyno veikimas galėtų prasidėti jau 2020 m. Bendrovė "SpaceX" JAV reguliavimo institucijoms pateikė planus paleisti į orbitą papildomų 7518 palydovų negeosinchroninėse orbitose ryšių paslaugoms teikti" vadinamąjį "V juostos žemoje Žemės orbitoje (VLEO) žvaigždyną", jį sudarytų "7518 palydovų, kurie sektų po [anksčiau] pasiūlytų 4425 palydovų, kurie veiktų Ka ir Ku juostose". 2019 m. vasarį "SpaceX" įsteigė giminingą bendrovę "SpaceX Services, Inc. , kuri licencijavo iki 1 000 000 stacionarių palydovinių antžeminių stočių, kurios palaikys ryšį su "Starlink" sistema, kūrimą ir paleidimą. 2019 m. gegužę "SpaceX" iš Kanaveralo kyšulio (Floridos valstija) paleido pirmąją 60 palydovų partiją iš raketos "Falcon 9".

"Starship" ir "SuperHeavy

"SpaceX" kuria itin sunkią keliamąją raketą "Starship". "Starship" - tai raketa iš dviejų dalių, kurias galima naudoti vėl ir vėl. Planuojama, kad iki 2020-ųjų pradžios ji pakeis visas esamas bendrovės raketas.

2016 m. "SpaceX" iš pradžių numatė 12 metrų skersmens tarpplanetinės transporto sistemos (ITS) koncepciją, kuri buvo planuojama tik kelionėms Marse ir kitoms tarpplanetinėms reikmėms. 2017 m. "SpaceX" suprojektavo mažesnę 9 metrų skersmens raketą "Big Falcon Rocket", kuri pakeistų visus "SpaceX" paleidimo į orbitą pajėgumus - Žemės orbitą, Mėnulio orbitą, tarpplanetines misijas ir galbūt net tranzitą per Žemę - bet tai atliktų visiškai daugkartinio naudojimo transporto priemonių rinkiniu su mažesne sąnaudų struktūra. Didelė dalis "Starship" komponentų pagaminti iš 301 nerūdijančio plieno. Privatus keleivis Yusaku Maezawa sudarė sutartį dėl skrydžio aplink Mėnulį "Starship" 2023 m.

Ilgalaikė E. Musko bendrovės vizija - sukurti technologiją ir priemones, tinkamas žmonių kolonizacijai Marse. Jis išreiškė norą kada nors keliauti į šią planetą ir pareiškė: "Norėčiau mirti Marse, tik ne nuo smūgio". Maždaug kas dvejus metus paleidžiama raketa galėtų tapti baze žmonėms, atvyksiantiems 2025 m. po 2024 m. starto. Pasak Steve'o Jurvetsono, Muskas mano, kad vėliausiai 2035 m. į Marsą skraidins tūkstančiai raketų, kurios skraidins milijoną žmonių, kad būtų galima įkurti savarankišką žmonių koloniją.

Sutartys

NASA sutartys

COTS

2006 m. NASA pranešė, kad "SpaceX" laimėjo NASA komercinių orbitinio transporto paslaugų (COTS) 1 etapo sutartį dėl krovinių pristatymo į TKS, pagal kurią gali būti sudaryta sutartis dėl įgulos skrydžių. Pagal šią sutartį, kurią NASA sukūrė siekdama suteikti "pradinį kapitalą" per "Space Act" sutartis naujoms kosmoso galimybėms plėtoti, NASA sumokėjo bendrovei "SpaceX" 396 mln. dolerių už krovininio erdvėlaivio "Dragon" konfigūracijos kūrimą, o "SpaceX" išleido daugiau kaip 500 mln. dolerių raketai nešėjai "Falcon 9" sukurti. Įrodyta, kad šie "Space Act" susitarimai leido NASA sutaupyti milijonus dolerių kūrimo išlaidų, todėl raketų kūrimas buvo ~4-10 kartų pigesnis nei tuo atveju, jei raketas kurtų tik NASA.

2010 m. gruodį, kai buvo paleista "COTS Demo Flight 1" misija, "SpaceX" tapo pirmąja privačia bendrove, sėkmingai paleidusia, iškėlusia į orbitą ir sugrąžinusia erdvėlaivį. "Dragon" buvo sėkmingai išvestas į orbitą, du kartus apskriejo aplink Žemę, o tada kontroliuojamai sudegė ir nusileido vandenyje Ramiajame vandenyne. Saugiai sugrąžinus "Dragon", "SpaceX" tapo pirmąja privačia bendrove, paleidusia, iškėlusia į orbitą ir sugrąžinusia erdvėlaivį; iki šios misijos orbitinius erdvėlaivius sugrąžinti galėjo tik vyriausybinės agentūros.

2012 m. gegužę buvo paleistas "COTS Demo Flight 2", kurio metu "Dragon" sėkmingai susijungė su TKS - tai buvo pirmas kartas, kai tai pavyko privačiam erdvėlaiviui.

Komerciniai kroviniai

Komercinės aprūpinimo paslaugos (angl. Commercial Resupply Services, CRS) - tai grupė sutarčių, kurias NASA 2008-2016 m. sudarė dėl krovinių ir atsargų pristatymo į TKS komerciniais erdvėlaiviais. Pirmosios CRS sutartys buvo pasirašytos 2008 m. ir pagal jas "SpaceX" buvo skirta 1,6 mlrd. dolerių už 12 krovinių siuntimo misijų, apimančių pristatymą iki 2016 m. 2012 m. spalio mėn. paleistas "SpaceX CRS-1", pirmasis iš 12 planuotų aprūpinimo kroviniais misijų, pasiekė orbitą, prisijungė prie stoties ir joje išbuvo 20 dienų, o po to vėl įžengė į atmosferą ir nusileido Ramiajame vandenyne. Nuo to laiko CRS misijos į TKS skraido maždaug du kartus per metus. 2015 m. NASA pratęsė pirmojo etapo sutartis, užsakydama papildomus tris "SpaceX" atsarginių skrydžių skrydžius. Po tolesnių pratęsimų 2015 m. pabaigoje šiuo metu planuojama, kad "SpaceX" iš viso atliks 20 misijų. Dėl antrosios sutarčių grupės (vadinamosios CRS2) buvo kreiptasi ir pasiūlyta sudaryti 2014 m. Jos buvo suteiktos 2016 m. sausio mėn. ir skirtos krovinių gabenimo skrydžiams, kurie prasidės 2019 m. ir turėtų trukti iki 2024 m.

Komercinė įgula

Komercinės įgulos kūrimo programa (CCDev) siekiama sukurti komerciniais tikslais naudojamus erdvėlaivius, galinčius nugabenti astronautus į TKS. Pirmajame etape (CCDev 1) "SpaceX" nelaimėjo susitarimo dėl kosmoso akto, tačiau antrajame etape (CCDev 2) NASA skyrė "SpaceX" 75 mln. dolerių vertės sutartį, pagal kurią ji toliau tobulino savo paleidimo evakuacinę sistemą, išbandė įgulos patalpų maketą ir toliau tobulino savo "Falcon" / "Dragon" įgulos gabenimo projektą. Vėliau programa CCDev tapo programa "Commercial Crew Integrated Capability" (CCiCap), o 2012 m. rugpjūtį NASA paskelbė, kad "SpaceX" skirta 440 mln. dolerių toliau kurti ir bandyti erdvėlaivį "Dragon 2".

2014 m. rugsėjį NASA pasirinko "SpaceX" ir "Boeing" kaip dvi bendroves, kurioms bus finansuojamas JAV įgulų gabenimo į TKS ir iš jos sistemų kūrimas. SpaceX laimėjo 2,6 mlrd. dolerių, kad iki 2017 m. užbaigtų ir sertifikuotų "Dragon 2". Sutartyse numatyta atlikti bent vieną skrydžio su įgula bandymą, kuriame dalyvautų bent vienas NASA astronautas. Kai "Crew Dragon" gaus NASA sertifikatą, pagal sutartį reikalaujama, kad "SpaceX" surengtų bent du ir net šešis įgulos skrydžius į kosminę stotį. 2017 m. pradžioje "SpaceX" iš NASA gavo keturis papildomus įgulos misijų į TKS užsakymus, kad galėtų gabenti astronautus pirmyn ir atgal. 2019 m. pradžioje "SpaceX" sėkmingai atliko "Crew Dragon" bandomąjį skrydį, kurio metu ji prisišvartavo (vietoj "Dragon 1" prisišvartavimo būdo naudojant "Canadarm 2"), o tada nusileido Atlanto vandenyne.

2020 m. sausį "SpaceX" atliko skrydžio nutraukimo bandymą, kurio metu pademonstravo gebėjimą pasitraukti nuo raketos iškilus problemai. Po bandymo Elonas Muskas pareiškė, kad skrydis su astronautais galbūt galėtų įvykti nuo balandžio pradžios iki birželio pabaigos. Dabartinė darbinė "Demo-2" data yra 2020 m. gegužės 7 d.