El Falcon 9 v1.0 fue el primer miembro de la familia de vehículos de lanzamiento Falcon 9 , diseñado y fabricado por SpaceX en Hawthorne, California . El desarrollo del lanzador de elevación media comenzó en 2005 y voló por primera vez el 4 de junio de 2010. Luego, el Falcon 9 v1.0 lanzó cuatro naves espaciales de carga Dragon : una en un vuelo de prueba orbital , luego una demostración y dos misiones operativas de reabastecimiento para la Estación Espacial Internacional bajo un contrato de Servicios Comerciales de Reabastecimiento con la NASA .
El vehículo de dos etapas estaba propulsado por motores Merlin de SpaceX , que quemaban oxígeno líquido (LOX) y queroseno apto para cohetes ( RP-1 ). Si el F9 V1.0 se hubiera utilizado para lanzar cargas útiles distintas del Dragón a la órbita, habría lanzado 10.450 kg (23.040 lb) a la órbita terrestre baja (LEO) y 4.540 kg (10.000 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO).
El vehículo fue retirado en 2013 y reemplazado por el Falcon 9 v1.1 actualizado , que voló por primera vez en septiembre de 2013. De sus cinco lanzamientos entre 2010 y 2013, todos entregaron con éxito su carga útil principal, aunque una anomalía provocó la pérdida de una secundaria. carga útil.
La primera etapa del Falcon 9 v1.0 se utilizó en los primeros cinco lanzamientos del Falcon 9 y estaba propulsada por nueve motores de cohetes SpaceX Merlin 1C dispuestos en un patrón de 3x3. Cada uno de estos motores tenía un empuje al nivel del mar de 556 kN (125.000 libras de fuerza) para un empuje total en el despegue de aproximadamente 5.000 kN (1.100.000 libras de fuerza). [3]
Las paredes y las cúpulas del tanque Falcon 9 estaban hechas de una aleación de aluminio y litio . SpaceX utiliza un tanque soldado por fricción y agitación , la técnica de soldadura más resistente y confiable disponible. [3]
La primera etapa del Falcon 9 v1.0 utilizó una mezcla pirofórica de trietilaluminio - trietilborano (TEA-TEB) como encendedor de primera etapa. [7]
La etapa superior estaba propulsada por un único motor Merlin 1C modificado para funcionamiento en vacío , con una relación de expansión de 117:1 y un tiempo de combustión nominal de 345 segundos. Para mayor confiabilidad en el reinicio, el motor tiene dos encendedores pirofóricos redundantes (TEA-TEB). [3] El tanque de segunda etapa del Falcon 9 es simplemente una versión más corta del tanque de primera etapa y utiliza la mayoría de las mismas herramientas, materiales y técnicas de fabricación. Esto ahorra dinero durante la producción del vehículo. [3]
La etapa intermedia del Falcon 9 v1.0, que conecta la etapa superior e inferior del Falcon 9, es una estructura compuesta con núcleo de aluminio y fibra de carbono. Pinzas de separación reutilizables y un sistema de empuje neumático separan las etapas. El sistema de separación de escenarios tenía doce puntos de conexión (luego se redujo a solo tres en el lanzador v1.1). [8]
SpaceX utiliza múltiples 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 controlan constantemente entre sí. El software se ejecuta en Linux y está escrito en C++ . Para mayor flexibilidad, se utilizan piezas comerciales disponibles en el mercado y un diseño "tolerante a la radiación" para todo el sistema en lugar de piezas endurecidas por radiación . [9]
Se iban a utilizar cuatro propulsores Draco para al menos la segunda revisión de la segunda etapa del cohete Falcon 9 v1.0 como sistema de control de reacción . [10] Se desconoce si el Falcon 9 alguna vez voló con estos propulsores; La segunda revisión del Falcon 9 v1.0 fue reemplazada por el Falcon 9 v1.1, que usaba propulsores de gas frío de nitrógeno . [11] Los propulsores se utilizaron para mantener una actitud estable para la separación de la carga útil o, como servicio no estándar, también fueron diseñados para usarse para hacer girar el escenario y la carga útil a un máximo de 5 rotaciones por minuto (RPM), [ 10] aunque ninguna de las cinco misiones realizadas requería carga útil para este servicio.
Mientras SpaceX gastó su propio dinero para desarrollar su primer vehículo de lanzamiento, el Falcon 1 , el desarrollo del Falcon 9 se aceleró con la compra de varios vuelos de demostración por parte de la NASA. Esto comenzó con capital inicial del programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) en 2006. [12] SpaceX fue seleccionada entre más de veinte empresas que presentaron propuestas COTS. [13] Sin el dinero de la NASA, el desarrollo habría llevado más tiempo, dijo Musk. [2]
Los costos de desarrollo de Falcon 9 v1.0 fueron de aproximadamente 300 millones de dólares y la NASA verificó esos costos. Si se incluyeran algunos de los costos de desarrollo del Falcon 1, dado que el desarrollo de la F1 contribuyó hasta cierto punto al Falcon 9, entonces el total podría considerarse tan alto como 390 millones de dólares . [14] [2]
La NASA también evaluó los costos de desarrollo del Falcon 9 utilizando el Modelo de Costos de la Fuerza Aérea de la NASA (NAFCOM), un enfoque tradicional de contrato de costo más costo para la adquisición espacial civil y militar de EE. UU., en 3.600 millones de dólares según el entorno/cultura de la NASA, o dólares estadounidenses. 1.600 millones de dólares utilizando un enfoque más comercial. [15] [14]
En diciembre de 2010, la línea de producción de SpaceX fabricaba un nuevo Falcon 9 (y una nave espacial Dragon) cada tres meses, con un plan para duplicar la tasa de producción a uno cada seis semanas en 2012. [16]
La versión v1.0 de Falcon 9 se lanzó cinco veces y todas llevaron con éxito una nave espacial Dragon a la órbita terrestre baja, de las cuales tres lograron acoplarse con la Estación Espacial Internacional.
Una de esas misiones desplegó su carga útil secundaria en una órbita más baja de lo esperado debido a una falla del motor y a las limitaciones de seguridad impuestas por la misión principal de la ISS.
SpaceX realizó un conjunto limitado de pruebas de vuelo de recuperación de propulsores posteriores a la misión en los primeros lanzamientos de cohetes Falcon, tanto Falcon 1 como Falcon 9. El enfoque de diseño inicial basado en paracaídas finalmente no tuvo éxito y la compañía adoptó una nueva metodología de diseño de retorno de propulsión que Utilizaría el vehículo Falcon 9 v1.1 para pruebas de recuperación orbital, pero utilizó un tanque de refuerzo Falcon 9 v1.0 para pruebas de vuelo a baja altitud y baja velocidad en 2012-2013.
Desde los primeros días del desarrollo del Falcon 9, SpaceX había expresado esperanzas de que ambas etapas eventualmente fueran reutilizables . El diseño inicial de SpaceX para la reutilización del escenario incluía agregar capacidad de sistema de protección térmica (TPS) liviano a la etapa de refuerzo y utilizar la recuperación con paracaídas de la etapa separada. Sin embargo, los primeros resultados de las pruebas no fueron exitosos, [17] lo que llevó al abandono de ese enfoque y al inicio de un nuevo diseño.
En 2011, SpaceX inició un programa de desarrollo formal y financiado , el programa de desarrollo del sistema de lanzamiento reutilizable SpaceX , con el objetivo de diseñar una primera y segunda etapas reutilizables utilizando el retorno propulsivo de las etapas a la plataforma de lanzamiento. Sin embargo, el programa inicial se centra únicamente en el regreso de la primera etapa. [18]
Como componente inicial de ese programa de varios años, se utilizó un tanque de primera etapa Falcon 9 v1.0, de 32 metros (106 pies) de largo, para construir y probar el prototipo del vehículo de prueba Grasshopper , que realizó ocho despegues exitosos a baja altitud y aterrizajes verticales en 2012-2013 antes de que se retirara el vehículo.
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