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 carga media comenzó en 2005 y voló por primera vez el 4 de junio de 2010. El Falcon 9 v1.0 luego lanzó cuatro naves espaciales de carga Dragon : una en un vuelo de prueba orbital , luego una de demostración y dos misiones operativas de reabastecimiento a la Estación Espacial Internacional bajo un contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial con la NASA .
El vehículo de dos etapas estaba propulsado por motores Merlin de SpaceX, que quemaban oxígeno líquido (LOX) y queroseno de grado cohete ( RP-1 ). Si se hubiera utilizado el F9 V1.0 para lanzar cargas útiles distintas de la Dragon 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 mejorado , 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 carga útil secundaria.
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 a nivel del mar de 556 kN (125.000 libras-fuerza) para un empuje total en el despegue de aproximadamente 5.000 kN (1.100.000 libras-fuerza). [3]
Las paredes y las cúpulas del tanque del Falcon 9 se fabricaron con 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 funcionar al vacío , con una relación de expansión de 117:1 y un tiempo de combustión nominal de 345 segundos. Para una mayor fiabilidad del reinicio, el motor tiene dos encendedores pirofóricos redundantes (TEA-TEB). [3] El tanque de la segunda etapa del Falcon 9 es simplemente una versión más corta del tanque de la primera etapa y utiliza la mayor parte de las mismas herramientas, materiales y técnicas de fabricación. Esto ahorra dinero durante la producción del vehículo. [3]
La interetapa del Falcon 9 v1.0, que conecta la etapa superior con la inferior del Falcon 9, es una estructura compuesta con núcleo de aluminio y fibra de carbono. Las etapas están separadas por pinzas de separación reutilizables y un sistema de empuje neumático. El sistema de separación de etapas tenía doce puntos de sujeción (que luego se redujeron 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 con derecho a voto , cada una de las cuales tiene dos procesadores físicos que se verifican entre sí constantemente. El software se ejecuta en Linux y está escrito en C++ . Para mayor flexibilidad, se utilizan piezas comerciales listas para usar y un diseño "tolerante a la radiación" para todo el sistema en lugar de piezas reforzadas con radiación . [9]
Se iban a utilizar cuatro propulsores Draco al menos para 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 usaban para mantener una actitud estable para la separación de la carga útil o, como un servicio no estándar, también se diseñaron para usarse para hacer girar la etapa y la carga útil a un máximo de 5 rotaciones por minuto (RPM), [10] aunque ninguna de las cinco misiones voladas tenía un requisito de carga útil para este servicio.
Mientras que 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 costes de desarrollo del Falcon 9 v1.0 fueron de aproximadamente 300 millones de dólares , y la NASA verificó dichos costes. Si se incluyera parte de los costes de desarrollo del Falcon 1, ya que el desarrollo del F1 contribuyó en cierta medida 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 NASA-Fuerza Aérea (NAFCOM), un enfoque tradicional de contrato de costo más margen para las adquisiciones espaciales civiles y militares de Estados Unidos , en US$3.600 millones según el entorno/cultura de la NASA, o US$1.600 millones 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 de duplicar la tasa de producción a uno cada seis semanas en 2012. [16]
La versión v1.0 del Falcon 9 fue lanzada cinco veces, todas ellas transportando exitosamente una nave espacial Dragon a la órbita terrestre baja, de las cuales tres lograron acoplarse a 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 restricciones de seguridad impuestas por la misión principal de la ISS.
SpaceX realizó un conjunto limitado de pruebas de vuelo de recuperación de refuerzo 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 propulsivo 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 su esperanza de que ambas etapas pudieran eventualmente reutilizarse . El diseño inicial de SpaceX para la reutilización de etapas incluía agregar un 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 de sistemas de lanzamiento reutilizables de SpaceX ) con el objetivo de diseñar una primera y una segunda etapa reutilizables que utilicen el retorno propulsivo de las etapas a la plataforma de lanzamiento. Sin embargo, el programa inicial se centra únicamente en el retorno de la primera etapa. [18]
Como componente inicial de ese programa plurianual, 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 a baja altitud y aterrizajes verticales exitosos entre 2012 y 2013 antes de que el vehículo fuera retirado.
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