SpaceX ha financiado de forma privada el desarrollo de sistemas de lanzamiento orbital que se pueden reutilizar muchas veces, de forma similar a la reutilización de los aviones . SpaceX ha desarrollado tecnologías durante la última década para facilitar la reutilización completa y rápida de los vehículos de lanzamiento espacial . Los objetivos a largo plazo del proyecto incluyen devolver la primera etapa de un vehículo de lanzamiento al sitio de lanzamiento en cuestión de minutos y devolver una segunda etapa a la plataforma de lanzamiento , tras la realineación orbital con el sitio de lanzamiento y el reingreso atmosférico en hasta 24 horas. El objetivo a largo plazo de SpaceX habría sido la reutilización de ambas etapas de su vehículo de lanzamiento orbital, y la primera etapa estaría diseñada para permitir la reutilización unas horas después del regreso. [1] El desarrollo de segundas etapas reutilizables para Falcon 9 se abandonó más tarde a favor del desarrollo de Starship , [2] sin embargo, SpaceX desarrolló carenados de carga útil reutilizables para el Falcon 9. [3]
El programa se anunció en 2011. SpaceX logró por primera vez un aterrizaje y recuperación exitosos de una primera etapa en diciembre de 2015. El primer re-vuelo de una primera etapa aterrizada ocurrió en marzo de 2017 [3] y el segundo ocurrió en junio de 2017, ese solo cinco meses después del vuelo inaugural del cohete. [4] El tercer intento ocurrió en octubre de 2017 con la misión SES-11 / EchoStar-105 . Los re-vuelos de las primeras etapas reacondicionadas se convirtieron entonces en rutina. En mayo de 2021, B1051 se convirtió en el primer cohete en lanzar diez misiones. [5]
La tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se desarrolló inicialmente para la primera etapa del Falcon 9. [ 6] Después de la separación de la etapa , el propulsor gira (una quema de refuerzo opcional invierte su curso), una quema de reentrada elimina la velocidad inducida por la gravedad para evitar el sobrecalentamiento de la etapa mientras la nave espacial reingresa a la parte más espesa de la atmósfera , y una quema de aterrizaje logra la desaceleración final a baja altitud y el aterrizaje.
SpaceX planeó desde al menos 2014 desarrollar segundas etapas reutilizables, un problema de ingeniería más desafiante porque el vehículo viaja a velocidad orbital . [7] [6] [8] La reutilización de la segunda etapa se considera vital para los planes de Elon Musk de colonizar Marte . Los conceptos iniciales para una segunda etapa reutilizable del Falcon 9 se abandonaron en 2018. [2]
A partir de 2023 [update], SpaceX está desarrollando el sistema Starship para que sea un vehículo de lanzamiento de dos etapas totalmente reutilizable, destinado a reemplazar todos sus otros vehículos de lanzamiento y naves espaciales para la entrega de satélites y el transporte humano (Falcon 9, Falcon Heavy y Dragon) y, eventualmente, apoyar vuelos a la Luna y Marte. En teoría, podría usarse para el transporte punto a punto en la Tierra. [9]
SpaceX intentó aterrizar la primera etapa del Falcon 1 con paracaídas , pero la etapa no sobrevivió al reingreso a la atmósfera. Continuaron experimentando sin éxito con paracaídas en los primeros vuelos del Falcon 9 después de 2010. SpaceX posteriormente pasó a desarrollar un sistema de aterrizaje con descenso motorizado . [10]
En septiembre de 2011 se presentó una descripción del sistema de lanzamiento reutilizable. SpaceX dijo que intentaría desarrollar un descenso y recuperación motorizados de ambas etapas del Falcon 9: un cohete de despegue y aterrizaje vertical ( VTVL ). La compañía produjo un video animado de la primera etapa que regresa con la cola primero para un descenso motorizado y la segunda etapa con un escudo térmico, reingresando con la cabeza primero antes de rotar para un descenso motorizado. [11] [12] [13] [14] En septiembre de 2012, SpaceX comenzó las pruebas de vuelo en un prototipo de primera etapa reutilizable con el cohete suborbital Grasshopper . [15] Esas pruebas continuaron en 2014, incluidas las pruebas de un segundo y más grande vehículo prototipo, el F9R Dev1 .
La noticia del lanzamiento del cohete de prueba Grasshopper se había hecho pública unos días antes, cuando la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos publicó un borrador de la Evaluación de Impacto Ambiental para el Sitio de Pruebas de SpaceX en Texas, y los medios espaciales lo habían informado. [16] [17] En mayo de 2012, SpaceX obtuvo un conjunto de datos de pruebas atmosféricas para la recuperación de la primera etapa del Falcon 9 basados en 176 pruebas en el túnel de viento del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA . El trabajo fue contratado por SpaceX en virtud de un Acuerdo de la Ley Espacial reembolsable con la NASA. [18]
En 2012, se proyectó que la separación de la primera etapa de un cohete Falcon 9 reutilizable ocurriría a una velocidad de aproximadamente Mach 6 (4600 mph; 2,0 km/s) en lugar de Mach 10 (7600 mph; 3,4 km/s) para un Falcon 9 prescindible, para proporcionar el combustible residual necesario para la maniobra de desaceleración y giro y el descenso y aterrizaje controlados. [1]
En noviembre de 2012, el director ejecutivo Elon Musk anunció sus planes de construir un segundo sistema de cohetes reutilizable , mucho más grande, propulsado por LOX / metano en lugar del LOX/ RP-1 utilizado en Falcon 9 y Falcon Heavy. El nuevo sistema iba a ser "una evolución del cohete Falcon 9 de SpaceX", y SpaceX reiteró su compromiso de desarrollar un avance en la tecnología de aterrizaje vertical. [19] A finales de 2012, el vehículo de prueba de demostración, Grasshopper, había realizado tres vuelos de prueba VTVL, incluido un vuelo estacionario de 29 segundos a 40 metros (130 pies) el 17 de diciembre de 2012. [15] A principios de marzo de 2013, SpaceX probó con éxito Grasshopper por cuarta vez cuando voló a una altitud de más de 80 metros (260 pies). [20]
En marzo de 2013, SpaceX anunció que instrumentaría y equiparía las primeras etapas posteriores del Falcon 9 como vehículos de prueba de descenso controlado, con planes para aterrizajes simulados con desaceleración propulsiva sobre el agua a partir de 2013, con la intención de devolver el vehículo al sitio de lanzamiento para un aterrizaje propulsado, posiblemente a mediados de 2014. [21] El borrador de la Declaración de Impacto Ambiental de abril de 2013 para el propuesto Sitio de Lanzamiento de SpaceX en el Sur de Texas incluye adaptaciones específicas para el regreso de los propulsores de la primera etapa del Falcon 9 al sitio de lanzamiento. [22] Elon Musk se refirió públicamente por primera vez al Falcon 9 reutilizable como Falcon 9-R en abril de 2013. [23]
En septiembre de 2013, SpaceX volvió a encender con éxito tres motores de un propulsor gastado en un lanzamiento orbital, y el propulsor volvió a entrar en la atmósfera a velocidad hipersónica sin quemarse. [24] Con los datos recopilados de la primera prueba de vuelo de un descenso controlado por propulsor desde gran altitud, junto con los avances tecnológicos realizados en el demostrador de aterrizaje a baja altitud Grasshopper, SpaceX anunció que creía que estaba listo para probar una recuperación total en tierra de una etapa de propulsión. [25] Con base en los resultados positivos de la primera prueba de vuelo a gran altitud, SpaceX adelantó la fecha esperada de una prueba de mediados de 2014 a principios de 2015 [ aclaración necesaria ] , con la intención de hacerlo en el próximo vuelo de reabastecimiento de carga de la Estación Espacial en espera de las aprobaciones regulatorias. [26] [27] Ese vuelo tuvo lugar el 18 de abril de 2014. [28] [29]
En mayo de 2013, Musk declaró que el objetivo del programa es lograr la reutilización completa y rápida de la primera etapa para 2015, y desarrollar la reutilización completa del vehículo de lanzamiento a partir de entonces como "parte de una futura arquitectura de diseño". [30] En septiembre de 2013, SpaceX dijo que si todos los aspectos del programa de prueba tenían éxito y si un cliente estaba interesado, el primer re-vuelo de una etapa de refuerzo Falcon 9 podría ocurrir a fines de 2014. [26]
En febrero de 2014, SpaceX hizo explícito que el recién definido vehículo de lanzamiento superpesado para lo que entonces se llamaba Mars Colonial Transporter también haría uso de la tecnología reutilizable. [8] Esto era coherente con la declaración estratégica de Musk en 2012 de que "El avance revolucionario vendrá con cohetes que sean completamente y rápidamente reutilizables. Nunca conquistaremos Marte a menos que hagamos eso. Será demasiado caro. Las colonias americanas nunca habrían sido pioneras si los barcos que cruzaron el océano no hubieran sido reutilizables". [31]
También en mayo de 2014, SpaceX anunció un extenso programa de pruebas para una cápsula espacial reutilizable y propulsada llamada DragonFly . Las pruebas se realizarían en Texas, en las instalaciones de pruebas de cohetes McGregor , entre 2014 y 2015. [32]
En junio de 2014, la directora de operaciones Gwynne Shotwell aclaró que toda la financiación para el desarrollo y las pruebas del programa de desarrollo de tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable es financiación privada de SpaceX, sin ninguna contribución del gobierno de los EE . UU . [33] [34] En 2017, SpaceX había gastado más de mil millones de dólares en el programa de desarrollo. [35]
Por primera vez, SpaceX declaró en julio de 2014 que estaban "muy seguros de poder aterrizar con éxito en una plataforma de lanzamiento flotante o de regresar al sitio de lanzamiento y volver a poner en marcha el cohete sin necesidad de reacondicionamiento". [36]
A fines de 2014, SpaceX suspendió o abandonó el plan de recuperar y reutilizar la segunda etapa del Falcon 9; [37] la masa adicional del escudo térmico, el tren de aterrizaje y los motores de aterrizaje de baja potencia requeridos implicarían una penalización de rendimiento demasiado grande. Si bien la idea se mencionó nuevamente más tarde, finalmente se abandonó a medida que avanzaba el desarrollo de Starship . [2]
En diciembre de 2015, tras la recuperación de la primera etapa del lanzamiento del 22 de diciembre , SpaceX proyectó que el primer re-vuelo de un propulsor recuperado probablemente ocurriría en 2016, pero sin utilizar la etapa recuperada del 22 de diciembre. [38]
En septiembre de 2016, SpaceX anunció que estaba en marcha el desarrollo para extender el hardware de vuelo reutilizable a las segundas etapas [ cita requerida ] , un problema de ingeniería más desafiante porque el vehículo viaja a velocidad orbital . La tecnología reutilizable se habría extendido a los diseños de 2016 tanto de las variantes de la etapa superior del avión cisterna como de la nave espacial tripulada, así como a la primera etapa del Sistema de Transporte Interplanetario , [7] [6] [8] y se considera primordial para los planes que Elon Musk está defendiendo para permitir la colonización de Marte . [39] [40] [41] En 2016, se esperaban los vuelos de prueba iniciales de un vehículo del Sistema de Transporte Interplanetario no antes de 2020. [7]
En 2017, SpaceX estaba haciendo progresos en vuelos de prueba en el desarrollo incremental e iterativo de un sistema de recuperación de carenado. [42] [3] En julio de 2017, Musk dijo que "estamos bastante cerca de poder recuperar el carenado... Tenemos una oportunidad decente de recuperar un carenado para fin de año, y volver a volar a fines de este año o principios del próximo". [43] Se espera que el ahorro de costos para SpaceX por recuperar el carenado sea del orden de US$5 millones . Juntos, la etapa de refuerzo y el carenado representan aproximadamente el 80 por ciento del costo de un lanzamiento. [43] Los carenados están equipados con un paracaídas orientable y caen hacia un barco equipado con una gran red. [44] Los carenados intactos podrían recuperarse del océano a partir de 2017, [45] con aterrizajes en la red a partir de 2019. [44]
Fue necesario desarrollar y probar varias tecnologías nuevas para facilitar el lanzamiento y la recuperación exitosos de las primeras etapas del Falcon 9 y el Falcon Heavy, y de ambas etapas del Starship . Desde 2017, la recuperación y reutilización de los cohetes propulsores del Falcon se ha convertido en una rutina.
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Las tecnologías que se desarrollaron para Falcon 9, algunas de las cuales aún se están perfeccionando, incluyen:
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Para que el Falcon 9 sea reutilizable y pueda regresar al sitio de lanzamiento, se debe llevar combustible adicional y tren de aterrizaje en la primera etapa, lo que requiere una reducción de alrededor del 30 por ciento de la carga útil máxima en órbita en comparación con el Falcon 9 prescindible. [64] El re-vuelo de una etapa previamente utilizada en un vuelo posterior depende de la condición de la etapa aterrizada, y es una técnica que ha tenido poco uso fuera de los cohetes propulsores sólidos reutilizables del transbordador espacial .
En 2015, Musk proyectó que la etapa de re-vuelo del programa sería "sencilla", debido a los múltiples encendidos de duración completa de los motores que se habían hecho en tierra y los múltiples reinicios de los motores que se habían demostrado hasta ese momento, sin que se observara una degradación significativa. [65] En 2015, los analistas de la industria continuaron pronosticando problemas que podrían impedir la reutilización económica porque los costos de reacondicionamiento y relanzamiento de la etapa aún no se habían demostrado, y el caso económico para la reutilización dependería necesariamente en gran medida de un lanzamiento frecuente. [66]
Se espera que SpaceX reduzca significativamente el costo de acceso al espacio y cambie el mercado cada vez más competitivo en servicios de lanzamiento espacial. [26] [67] Michael Belfiore escribió en Foreign Policy en 2013 que, con un costo publicado de US$56,5 millones por lanzamiento a la órbita baja de la Tierra , "los cohetes Falcon 9 ya son los más baratos de la industria. Los Falcon 9 reutilizables podrían reducir el precio en un orden de magnitud , lo que generaría más empresas basadas en el espacio, lo que a su vez reduciría aún más el costo de acceso al espacio a través de economías de escala". [24] Incluso para los lanzamientos militares, que tienen una serie de requisitos contractuales para que se proporcionen servicios de lanzamiento adicionales, el precio de SpaceX es inferior a US$100 millones . [68] [69]
El analista de la industria espacial Ajay Kothari ha señalado que la tecnología reutilizable de SpaceX podría hacer por el transporte espacial "lo que los motores a reacción hicieron por el transporte aéreo hace sesenta años, cuando la gente nunca imaginó que más de 500 millones de pasajeros viajarían en aviones cada año y que el costo podría reducirse al nivel actual, todo debido al volumen de pasajeros y la reutilización confiable". [70] SpaceX dijo en enero de 2014 que si tienen éxito en el desarrollo de la tecnología reutilizable, los precios de lanzamiento de un Falcon 9 reutilizable serían posibles de alrededor de 5 a 7 millones de dólares estadounidenses , [71] y después de la exitosa recuperación de la primera etapa en diciembre de 2015, Musk dijo que "la reducción potencial de costos a largo plazo es probablemente superior a un factor de 100". [66]
En marzo de 2014, [update]los proveedores de servicios de lanzamiento que compiten con SpaceX no tenían previsto desarrollar una tecnología similar ni ofrecer opciones competitivas de lanzadores reutilizables. Ni ILS , que comercializa lanzamientos del cohete ruso Proton , ni Arianespace , ni SeaLaunch tenían previsto desarrollar y comercializar servicios de vehículos de lanzamiento reutilizables. SpaceX era el único competidor que proyectaba un mercado suficientemente elástico en el lado de la demanda para justificar el costoso desarrollo de la tecnología de cohetes reutilizables y el gasto de capital privado para desarrollar opciones para esa oportunidad teórica de mercado. [72]
En 2014, el cohete Falcon 9 v1.1 fue diseñado con aproximadamente un 30 por ciento más de capacidad que sus especificaciones de carga útil oficiales; el rendimiento adicional se reservó para que SpaceX realizara pruebas de reingreso y aterrizaje de la primera etapa con miras a la reutilización y, al mismo tiempo, lograr la entrega de carga útil orbital especificada para los clientes. [73]
Para lograr el beneficio económico total de la tecnología reutilizable, es necesario que la reutilización sea rápida y completa, sin el largo y costoso período de reacondicionamiento o el diseño parcialmente reutilizable que plagaron los intentos anteriores de vehículos de lanzamiento reutilizables. SpaceX ha sido explícito al afirmar que el "enorme potencial para abrir los vuelos espaciales" [74] depende de lograr una reutilización completa y rápida. [28] [68] El director ejecutivo Musk declaró en 2014 que el éxito con el esfuerzo de desarrollo de la tecnología podría reducir "el costo de los vuelos espaciales en un factor de 100" [75] porque el costo del propulsor/oxidante en el Falcon 9 es solo el 0,3 por ciento del costo total del vehículo. [76]
Además de la competencia en el mercado provocada por los menores precios de lanzamiento de SpaceX y el potencial futuro de precios de lanzamiento aún más radicalmente más bajos si la tecnología puede completarse con éxito, Aviation Week dijo en 2014 que "el trabajo de lanzamiento reutilizable de SpaceX es un modelo de I+D " - "La audacia del concepto y la velocidad del progreso del programa lo convierten en un ejemplo... [el] ritmo vertiginoso de desarrollo ha sido casi como el de Apolo en su ejecución... [aunque] el éxito está lejos de estar garantizado". [77]
El 9 de marzo de 2016, la presidenta de SpaceX, Gwynne Shotwell, hizo una evaluación más realista de los posibles ahorros de un lanzamiento reutilizado ahora que los intentos de reutilizar la segunda etapa (del Falcon 9) habían sido abandonados debido a problemas de costo y peso. Dijo que con un costo de US$1 millón de reabastecimiento y US$3 millones de costo de reacondicionamiento de una primera etapa usada, potencialmente se podría permitir un lanzamiento con un precio tan bajo como US$40 millones , un ahorro del 30%. El mayor cliente de SpaceX, SES, dijo que quiere ser el primero en utilizar un vehículo reutilizado, aunque quiere un precio de lanzamiento de US$30 millones o un ahorro del 50% para compensar el riesgo de ser pionero en el proceso. [78]
Según Elon Musk, casi todas las piezas del Falcon deberían reutilizarse más de 100 veces. Los escudos térmicos y algunos otros elementos deberían reutilizarse más de 10 veces antes de reemplazarlos. [79] En marzo de 2017, SpaceX anunció avances en sus experimentos para recuperar y, eventualmente, reutilizar, el carenado de carga útil de 6 millones de dólares . En la misión SES-10 , una de las mitades del carenado realizó una reentrada atmosférica controlada y un amerizaje utilizando propulsores y un paracaídas dirigible; los carenados finalmente están programados para aterrizar en una estructura flotante de "castillo inflable". [80]
SpaceX comenzó a realizar vuelos repetidos de etapas de refuerzo lanzadas anteriormente en 2017. El primer vuelo repetido se llevó a cabo en marzo de 2017, casi un año después del vuelo inaugural del cohete ; el segundo fue en junio de 2017, solo cinco meses después de su vuelo inaugural. Ambos vuelos tuvieron éxito, y tanto las aseguradoras como los clientes de servicios de lanzamiento están apoyando el mercado de servicios de lanzamiento proporcionados por cohetes de uso múltiple. [4]
En agosto de 2020, Elon Musk tuiteó que la renovación y reutilización de un propulsor se realiza por menos del 10% del precio de un propulsor nuevo, mientras que la reducción de la carga útil es inferior al 40%. Según su tuit, SpaceX alcanza el punto de equilibrio con un segundo vuelo por propulsor y ahorra dinero a partir del tercer vuelo. [81] En ese momento, Falcon 9 Block 5 había realizado 35 vuelos con 11 propulsores.
Antes del éxito del programa de reutilización en diciembre de 2015, nunca se había logrado el regreso de un cohete propulsor del sistema de lanzamiento orbital, y muchos cuestionaban la viabilidad tanto técnica como económica. E incluso después de este éxito, la reutilización rápida de un cohete no se ha intentado. Desarrollar un cohete reutilizable es extremadamente difícil debido al pequeño porcentaje de la masa de un cohete que puede llegar a la órbita. [12] [82] Por lo general, la carga útil de un cohete es solo alrededor del 3% de la masa del cohete, que también es aproximadamente la cantidad de masa en combustible que se requiere para el reingreso del vehículo. [83]
Elon Musk dijo al comienzo del programa que creía que el regreso, el aterrizaje vertical y la recuperación eran posibles porque las metodologías de fabricación de SpaceX dan como resultado una eficiencia del cohete que supera el margen típico del 3%. Un cohete de SpaceX que opera en la configuración reutilizable tiene aproximadamente un 30% menos de capacidad de elevación de carga útil que el mismo cohete en una configuración desechable . [25]
Aunque la tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se desarrolló y se utilizó inicialmente para las primeras etapas de la familia de cohetes Falcon [6], es particularmente adecuada para el Falcon Heavy, donde los dos núcleos externos se separan del cohete antes en el vuelo y, por lo tanto, se mueven más lentamente en la separación de etapas. Por ejemplo, en el vuelo 20 del Falcon 9 , la velocidad en la separación fue cercana a los 6000 km/h [84] y esto permitió un regreso cerca del sitio de lanzamiento. En el vuelo 22 , yendo a una órbita GTO más energética , la velocidad más alta en la separación fue de entre 8000 y 9000 km/h. A estas velocidades más rápidas, no es posible regresar el propulsor cerca del sitio de lanzamiento para un aterrizaje; si se intenta un aterrizaje, debe estar a cientos de kilómetros de distancia en un dron autónomo .
La reutilización también tiene un impacto en las estimaciones de riesgo. Si bien los primeros clientes de cohetes reutilizados pedían un precio más bajo, [85] se ha demostrado que un propulsor que ya ha volado funciona en condiciones de vuelo realistas. Algunos clientes ahora prefieren los propulsores reutilizados a los nuevos. [86]
En 2013, SpaceX estaba probando tecnologías reutilizables tanto para los diseños de sus vehículos de lanzamiento de primera etapa (con tres vehículos de prueba: Grasshopper , F9R Dev1 y F9R Dev2 ) como para su nueva cápsula espacial reutilizable SpaceX Dragon 2 (con un vehículo de prueba de baja altitud llamado DragonFly ).
SpaceX ha revelado públicamente un programa de pruebas incrementales de múltiples elementos para etapas de refuerzo que incluye cuatro aspectos:
Grasshopper realizó ocho pruebas de vuelo de baja altitud con el cohete propulsor en 2012 y 2013. La primera prueba de descenso controlado con retorno del cohete propulsor desde gran altitud se realizó en septiembre de 2013, con una segunda prueba en abril, [26] [29] [90] un tercer vuelo de prueba en julio [91] y una cuarta prueba en septiembre de 2014. Los cuatro vuelos de prueba hasta la fecha estaban destinados a ser aterrizajes simulados sobre el agua. [36] Se realizaron cinco pruebas de vuelo de baja altitud del cohete propulsor F9R Dev1 durante abril-agosto de 2014, antes de que el vehículo se autodestruyera por razones de seguridad en el quinto vuelo. [92] [93]
SpaceX utilizó un conjunto de demostradores de tecnología experimental, vehículos de lanzamiento reutilizables suborbitales (RLV) para comenzar a probar en vuelo sus tecnologías de refuerzo reutilizables en 2012. Se construyeron dos versiones de los prototipos de cohetes de prueba reutilizables: el Grasshopper de 106 pies (32 m) de altura (anteriormente designado como Grasshopper v1.0 ) y el Falcon 9 Reutilizable de Desarrollo Vehículo de 160 pies (49 m) de altura , o F9R Dev1 —anteriormente conocido como Grasshopper v1.1 [74] —así como un prototipo de cápsula para probar aterrizajes propulsivos de la tripulación del Dragon y la cápsula de carga para el Falcon 9— DragonFly . [74] Grasshopper se construyó en 2011-2012 para pruebas de vuelo estacionario a baja altitud y baja velocidad que comenzaron en septiembre de 2012 y concluyeron en octubre de 2013 después de ocho vuelos de prueba. [16] [17] [74] El segundo prototipo de vehículo, F9R Dev1, se construyó sobre la etapa de refuerzo Falcon 9 v1.1, mucho más grande , que se utilizó para ampliar aún más la capacidad de prueba de vuelo a baja altitud en un vehículo que se adaptaba mejor al hardware de vuelo real. Realizó cinco vuelos de prueba en 2014. [74] [94] [95] Los vuelos a baja altitud y baja velocidad de los cohetes y la cápsula del vehículo de prueba se llevaron a cabo en las instalaciones de prueba de cohetes de SpaceX en McGregor, Texas [16] [17] [74]
SpaceX indicó en noviembre de 2018 que estaban considerando probar una segunda etapa del Falcon 9 muy modificada que se vería como una "mini -nave BFR " y se usaría para pruebas de reingreso atmosférico de una serie de tecnologías necesarias para la nave espacial a escala real , incluido un escudo térmico ultraligero y superficies de control de alto Mach , [96] [97] pero dos semanas después, Musk descartó el enfoque a favor de usar un BFR de diámetro completo en su lugar. [98]
Grasshopper, el primer vehículo de pruebas VTVL de la compañía , consistía en un tanque de primera etapa Falcon 9 v1.0 , un solo motor Merlin-1D y cuatro patas de aterrizaje de acero unidas permanentemente. Tenía una altura de 106 pies (32 m). [17] SpaceX construyó una instalación de lanzamiento de hormigón de 0,5 acres (0,20 ha) en su Instalación de Desarrollo y Prueba de Cohetes en McGregor, Texas, para apoyar el programa de pruebas de vuelo Grasshopper. [99] Grasshopper también se conocía como Grasshopper versión 1.0, o Grasshopper v1.0, antes de 2014, durante la época en que se estaban construyendo los siguientes vehículos de prueba de la clase Grasshopper.
Además de tres vuelos de prueba en 2012, cinco pruebas adicionales se realizaron con éxito a finales de octubre de 2013, incluida la cuarta prueba en general en marzo de 2013, en la que Grasshopper duplicó su salto más alto para elevarse a 80,1 metros (263 pies) con un vuelo de 34 segundos. [100] En la séptima prueba, en agosto de 2013, el vehículo voló a 250 metros (820 pies) durante un vuelo de 60 segundos y ejecutó una maniobra lateral de 100 metros (330 pies) antes de regresar a la plataforma. [101] Grasshopper realizó su octavo y último vuelo de prueba el 7 de octubre de 2013, volando a 744 metros (2441 pies) antes de realizar su octavo aterrizaje exitoso. [102] El vehículo de prueba Grasshopper ahora está retirado. [103]
En octubre de 2012, SpaceX discutió el desarrollo de un vehículo de prueba Grasshopper de segunda generación, que tendría patas de aterrizaje más ligeras que se plegarían en el costado del cohete, un compartimiento de motor diferente y sería casi un 50% más largo que el primer vehículo Grasshopper. [95] En marzo de 2013, SpaceX anunció que el vehículo de vuelo suborbital más grande de la clase Grasshopper se construiría a partir del tanque de primera etapa Falcon 9 v1.1 que se usó para pruebas de calificación en las Instalaciones de Desarrollo y Pruebas de Cohetes de SpaceX a principios de 2013. Fue reconstruido como el F9R Dev1 con patas de aterrizaje extensibles. Se realizaron cinco vuelos de prueba en 2014. [74]
El segundo vehículo de prueba de vuelo VTVL, el F9R Dev1, construido sobre el tanque de primera etapa Falcon 9 v1.1 mucho más largo, con patas de aterrizaje retráctiles, realizó su primer vuelo de prueba el 17 de abril de 2014. [74] [92] El F9R Dev1 se utilizó para vuelos de prueba de baja altitud en el área de McGregor, Texas (la altitud máxima proyectada fue inferior a 3000 metros [10 000 pies]) [74] , con un total de cinco vuelos de prueba, todos realizados durante 2014. Este vehículo se autodestruyó como medida de seguridad durante su quinto vuelo de prueba el 22 de agosto de 2014. [104]
En abril de 2014, se estaba construyendo un tercer vehículo de prueba de vuelo, el F9R Dev2, y se planeó que volara en el campo de pruebas de gran altitud disponible en Spaceport America en Nuevo México , donde se esperaba que volara a altitudes de hasta 91.000 metros (300.000 pies) o más. [74] Nunca se voló porque SpaceX trasladó el programa de pruebas de gran altitud a su prueba de descenso controlado de los propulsores usados después de su uso en un lanzamiento y ascenso orbital pagado.
DragonFly fue un prototipo de artículo de prueba para una versión de aterrizaje propulsivo de la cápsula Dragon de SpaceX , un vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV) suborbital , destinado a pruebas de vuelo a baja altitud . A partir de mayo de 2014, se planeó que se sometiera a un programa de pruebas en Texas en la Instalación de Pruebas de Cohetes McGregor, durante 2014-2015. [32] [105] [ necesita actualización ] [update]
El vehículo de pruebas DragonFly está propulsado por ocho motores SuperDraco , dispuestos en un patrón redundante para soportar la tolerancia a fallas en el diseño del sistema de propulsión. [106] Los SuperDracos usan una mezcla de combustible almacenable de monometilhidrazina ( MMH ) y oxidante de tetróxido de nitrógeno (NTO), los mismos propelentes utilizados en los propulsores Draco más pequeños utilizados para el control de actitud y maniobra en la nave espacial Dragon de primera generación . [105] Si bien los motores SuperDraco son capaces de generar 73 000 newtons (16 400 lbf) de empuje, durante su uso en el vehículo de prueba de vuelo DragonFly, cada uno se reducirá a menos de 68 170 newtons (15 325 lbf) para mantener la estabilidad del vehículo. [105]
Se propuso un programa de vuelo de prueba de treinta vuelos en 2013-2014, incluidos dos vuelos con asistencia propulsiva (paracaídas más propulsores) y dos aterrizajes con propulsión (sin paracaídas) en vuelos lanzados desde un helicóptero a una altitud de aproximadamente 10.000 pies (3.000 m). Se proyectó que los otros 26 vuelos de prueba despegarían desde una plataforma de lanzamiento : ocho serían saltos con asistencia propulsiva (aterrizaje con paracaídas más propulsores) y 18 serían saltos con propulsión completa , similares a los vuelos de prueba de la etapa de refuerzo Grasshopper y F9R Dev. [105] [106] A partir de 2014 [update], no se esperaba que el programa de pruebas DragonFly comenzara hasta después de la finalización de las pruebas del refuerzo F9R Dev1 en las instalaciones de McGregor. [106] [ necesita actualización ]
En un plan muy poco habitual para los vehículos de lanzamiento, SpaceX comenzó en 2013 a utilizar algunas de las primeras etapas de los cohetes Falcon 9 v1.1 para realizar pruebas de vuelo de descenso controlado con retorno propulsivo después de que completaran la fase de impulso de un vuelo orbital. Desde la llegada de los vuelos espaciales en 1957 , los cohetes propulsores de los vehículos de lanzamiento normalmente se descartaban después de poner en marcha sus cargas útiles. Las pruebas sobre el agua iniciadas por SpaceX se llevaron a cabo en los océanos Pacífico y Atlántico al sur de la Base Aérea Vandenberg (California) y al este de la Estación Aérea de Cabo Cañaveral (Florida). La primera prueba de vuelo se produjo el 29 de septiembre de 2013, después de que la segunda etapa con las cargas útiles CASSIOPE y nanosatélites se separara del cohete propulsor. Estas pruebas de descenso y aterrizaje simulado continuaron durante los dos años siguientes, y la segunda prueba de vuelo tuvo lugar el 18 de abril de 2014, [26] [29] [90] dos pruebas más en 2014 y cuatro pruebas posteriores realizadas en 2015. [107] SpaceX continuó realizando cambios iterativos e incrementales en el diseño del propulsor, así como en las tecnologías reutilizables específicas, el perfil de descenso y los márgenes de propulsor, en algunos vuelos Falcon 9 y Falcon Heavy de 2016-2018 para ajustar el diseño y los parámetros operativos. Muchas de estas pruebas de descenso y aterrizaje se probaron en misiones de vuelo espacial orbital activo para clientes de SpaceX cuando el propulsor reingresó a la atmósfera e intentó aterrizajes recuperables.
Tras el análisis de los datos de las pruebas de vuelo del primer descenso controlado por propulsor en septiembre de 2013, SpaceX anunció que había probado con éxito una gran cantidad de nueva tecnología en el vuelo y que, junto con los avances tecnológicos realizados en el demostrador de aterrizaje a baja altitud Grasshopper, estaban listos para probar una recuperación completa de la etapa de propulsión. La primera prueba de vuelo fue exitosa; SpaceX dijo que fue "capaz de realizar con éxito la transición del vacío a velocidades hipersónicas , supersónicas y transónicas , y encender los motores durante todo el trayecto y controlar la etapa durante todo el trayecto [a través de la atmósfera]". [25] Musk dijo que "el próximo intento de recuperación [sic] de la primera etapa del Falcon 9 será en el cuarto vuelo del cohete mejorado. Este sería [el] tercer vuelo comercial de carga del Dragon a la ISS [Estación Espacial Internacional]". [27]
Esta segunda prueba de vuelo tuvo lugar durante el vuelo de Dragon de abril de 2014 a la ISS. SpaceX colocó patas de aterrizaje en la primera etapa, la desaceleró sobre el océano e intentó un aterrizaje simulado sobre el agua, después del encendido de la segunda etapa en la tercera misión de reabastecimiento de carga contratada a la NASA. La primera etapa se desaceleró lo suficiente para un aterrizaje suave sobre el océano Atlántico. [29] SpaceX anunció en febrero de 2014 la intención de continuar las pruebas para aterrizar el propulsor de la primera etapa en el océano hasta que se hubiera demostrado un control de precisión desde regímenes hipersónicos hasta subsónicos. [90] Se realizaron cinco pruebas adicionales de descenso controlado en el resto de 2014 hasta abril de 2015, incluidos dos intentos de aterrizar en una plataforma de aterrizaje flotante (un dron espacial autónomo construido por SpaceX) en el océano Atlántico al este del sitio de lanzamiento, los cuales llevaron el vehículo a la plataforma de aterrizaje, pero ninguno de los cuales resultó en un aterrizaje exitoso.
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Durante la pausa de lanzamiento de 2015 , SpaceX solicitó la aprobación regulatoria de la FAA para intentar regresar con su próximo vuelo a Cabo Cañaveral en lugar de apuntar a una plataforma flotante en el océano. El objetivo era aterrizar el propulsor verticalmente en la instalación alquilada de la Zona de Aterrizaje 1 , el antiguo Complejo de Lanzamiento 13 donde SpaceX había construido recientemente una gran plataforma de aterrizaje de cohetes. [108] La FAA aprobó el plan de seguridad para el aterrizaje en tierra el 18 de diciembre de 2015. [109] La primera etapa aterrizó con éxito en el objetivo a las 20:38 hora local del 21 de diciembre (01:38 UTC del 22 de diciembre). [110] [107]
El primer refuerzo de la etapa B1019 nunca volvió a volar después del vuelo. [111] En cambio, el cohete fue trasladado unas pocas millas al norte a las instalaciones del hangar de SpaceX en la plataforma de lanzamiento 39A , fue restaurado por SpaceX en el adyacente Centro Espacial Kennedy , donde fue inspeccionado antes de ser utilizado el 15 de enero de 2016 para realizar una prueba de fuego estático en su plataforma de lanzamiento original, el Complejo de Lanzamiento 40. [ 112] Esta prueba tuvo como objetivo evaluar la salud del refuerzo recuperado y la capacidad de este diseño de cohete para volar repetidamente en el futuro. [113] [107] Las pruebas arrojaron buenos resultados generales, excepto por uno de los motores externos que experimentó fluctuaciones de empuje. [113] Elon Musk informó que esto puede haberse debido a la ingestión de escombros. [114] Luego, el refuerzo fue retirado a las instalaciones de SpaceX en Hawthorne, California.
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El vuelo 21 del Falcon 9 lanzó el satélite Jason-3 el 17 de enero de 2016 e intentó aterrizar en la plataforma flotante Just Read the Instructions [115] , ubicada por primera vez a unas 200 millas (320 km) en el Océano Pacífico . Aproximadamente a los 9 minutos de vuelo, la transmisión de video en vivo del barco no tripulado se interrumpió debido a la pérdida de su bloqueo en el satélite de enlace ascendente. El vehículo aterrizó suavemente en la embarcación, pero una de las cuatro patas de aterrizaje no se bloqueó correctamente, al parecer debido al hielo de la densa niebla previa al lanzamiento que impidió que se enganchara una pinza de bloqueo . [116] En consecuencia, el propulsor se cayó poco después del aterrizaje y se destruyó en una deflagración al impactar con la plataforma. [117] [118]
El vuelo 22 transportaba una pesada carga útil de 5.271 kilogramos (12.000 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Esto era más pesado que la capacidad de elevación máxima anunciada anteriormente a GTO, que fue posible al ir ligeramente subsincrónico . Después de los retrasos causados por el fallo del vuelo 19 , SpaceX acordó proporcionar empuje adicional al satélite SES-9 para llevarlo a supersincrónico . [119] Como resultado de estos factores, quedaba poco propulsor para ejecutar una prueba de reentrada y aterrizaje completa con márgenes normales. En consecuencia, la primera etapa del Falcon 9 siguió una trayectoria balística después de la separación y reingresó a la atmósfera a alta velocidad, lo que hizo menos probable que aterrizara con éxito. [120] [119] El reingreso atmosférico y el descenso controlado fueron exitosos a pesar de las mayores restricciones aerodinámicas en la primera etapa debido a la velocidad adicional. Sin embargo, el cohete se movía demasiado rápido y se destruyó cuando chocó con la nave no tripulada. SpaceX recopiló datos valiosos sobre el espacio de vuelo extendido necesario para recuperar los propulsores de las misiones GTO.
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A partir de enero de 2015, SpaceX colocó plataformas flotantes estables a unos cientos de millas de la costa a lo largo de la trayectoria del cohete; esas barcazas transformadas se denominaron barcos no tripulados de puerto espacial autónomo . [121] El 8 de abril de 2016, el vuelo 23 del Falcon 9, el tercer vuelo de la versión de empuje completo , entregó la carga del SpaceX CRS-8 en su camino a la Estación Espacial Internacional mientras la primera etapa realizaba una maniobra de retroceso y reingreso sobre el océano Atlántico. Nueve minutos después del despegue, el propulsor aterrizó verticalmente en el barco no tripulado Of Course I Still Love You , a 300 km de la costa de Florida, logrando un hito largamente buscado para el programa de desarrollo de reutilización de SpaceX. [122]
El 6 de mayo de 2016 se produjo un segundo aterrizaje exitoso de un dron, con el siguiente vuelo que lanzó el JCSAT-14 a GTO. Este segundo aterrizaje en el mar fue más difícil que el anterior porque el propulsor en la separación viajaba a unos 8.350 km/h (5.190 mph) en comparación con los 6.650 km/h (4.130 mph) del lanzamiento del CRS-8 a la órbita baja terrestre . [123] Siguiendo con sus experimentos para probar los límites de la envolvente de vuelo, SpaceX optó por un aterrizaje más corto con tres motores en lugar de los quemados con un solo motor vistos en intentos anteriores; este enfoque consume menos combustible al dejar la etapa en caída libre el mayor tiempo posible y desacelerar más bruscamente, minimizando así la cantidad de energía gastada para contrarrestar la gravedad. [124] Elon Musk indicó que es posible que esta primera etapa no vuelva a volar, sino que se utilice como líder de vida para pruebas en tierra para confirmar que otras son buenas. [125]
El 27 de mayo se produjo un tercer aterrizaje exitoso, también tras una desaceleración debido a la alta velocidad requerida para un lanzamiento GTO. El aterrizaje aplastó un "núcleo aplastado" en una pata, lo que provocó una inclinación notable de la plataforma mientras se encontraba en la nave no tripulada. [62]
En las misiones posteriores, el aterrizaje de la primera etapa se convirtió gradualmente en un procedimiento rutinario y, desde enero de 2017, SpaceX dejó de referirse a sus intentos de aterrizaje como "experimentales". Las misiones de baja energía a la ISS vuelan de regreso al sitio de lanzamiento y aterrizan en LZ-1 , mientras que las misiones satelitales más exigentes aterrizan en naves no tripuladas a unos cientos de millas de distancia. Las misiones ocasionales con cargas útiles pesadas, como EchoStar 23 , no intentan aterrizar, y vuelan en una configuración desechable sin aletas ni patas.
Durante 2016 y 2017, SpaceX ha recuperado varias primeras etapas de aterrizaje y de drones, lo que les ha ayudado a optimizar los procedimientos necesarios para reutilizar los propulsores rápidamente. En enero de 2016, Elon Musk estimó que la probabilidad de éxito de todos los intentos de aterrizaje en 2016 era del 70 por ciento, y que se espera que aumente al 90 por ciento en 2017; también advirtió que deberíamos esperar "unos cuantos RUD más" ( Rapid Unscheduled Disassembly , acrónimo de Musk para indicar la destrucción del vehículo en caso de impacto). [126] La predicción de Musk se cumplió, ya que 5 de los 8 propulsores volados ( 63%) se recuperaron en 2016 y 14 de 14 ( 100%) en 2017. Tres misiones GTO para cargas útiles pesadas ( EchoStar 23 en marzo de 2017, Inmarsat-5 F4 en mayo de 2017 e Intelsat 35e en julio de 2017) se volaron en una configuración descartable , no equipada para el aterrizaje. Un propulsor que podría haberse recuperado se voló intencionalmente sin patas y se dejó hundir después de un aterrizaje suave en el océano (propulsor B1036 para la misión Iridium NEXT 31-40 en diciembre de 2017).
Hasta el 6 de agosto de 2018 [update], SpaceX había recuperado 21 propulsores de primera etapa de misiones anteriores , de los cuales seis se recuperaron dos veces, lo que dio como resultado un total de 27 aterrizajes. En 2017, SpaceX voló un total de 5 misiones de 20 con propulsores reutilizados ( 25%). En total, 14 propulsores habían sido reutilizados hasta agosto de 2018 [update].
El 28 de julio de 2016, la primera etapa de la misión JCSAT-2B se probó con éxito durante toda su duración en las instalaciones de SpaceX McGregor. [127] El primer intento de reutilización ocurrió el 30 de marzo de 2017 [128] con el lanzamiento de SES-10 , [129] lo que resultó en un vuelo exitoso y un segundo aterrizaje de la primera etapa B1021 recuperada de la misión CRS-8 de abril de 2016. [130] Otro re-vuelo tuvo éxito en junio de 2017 con BulgariaSat-1 a bordo del propulsor B1029 de la misión Iridium NEXT de enero de 2017 . [131] El booster B1031 voló la misión CRS-10 a la ISS en febrero de 2017 y ayudó a elevar el satélite de comunicaciones SES-11 a la órbita geoestacionaria en octubre de 2017. Los booster B1035 y B1036 volaron dos veces cada uno para el mismo cliente, el B1035 para las misiones CRS-11 y CRS-13 de la NASA en junio y diciembre de 2017, y el B1036 para dos lotes de 10 satélites Iridium NEXT , también en junio y diciembre de 2017. El B1032 se reutilizó para GovSat-1 en enero de 2018 después de NROL-76 en mayo de 2017.
SpaceX pasó cuatro meses renovando el primer propulsor que se reutilizó, B1021 , y lo lanzó nuevamente después de aproximadamente un año. [132] El segundo propulsor que se volvió a utilizar, B1029 , se renovó en "solo un par de meses" [4] y se volvió a lanzar después de cinco meses. [131] Elon Musk ha declarado su objetivo de dar la vuelta a una primera etapa en 24 horas. [133] Musk sigue convencido de que SpaceX puede cumplir este objetivo a largo plazo, [134] pero no ha declarado que el objetivo se lograría con el diseño del Falcon 9.
Los cohetes B1019 y B1021 fueron retirados y puestos en exhibición. [ ¿Cuándo? ] El B1029 también fue retirado después de la misión BulgariaSat-1 . Los B1023, B1025, B1031 y B1035 fueron recuperados una segunda vez, mientras que los B1032 y B1036 fueron hundidos deliberadamente en el mar después de un suave aterrizaje en el océano. [135]
A mediados de 2019, habiendo vuelto a volar un solo propulsor solo tres veces hasta la fecha, SpaceX indicó que planean usar un solo propulsor al menos cinco veces para fines de 2019. [136] Ningún propulsor logró este cronograma, pero B1048 voló cuatro veces y dos más ( B1046 y B1049 ) realizaron un cuarto vuelo en enero de 2020. En marzo de 2020, SpaceX voló por primera vez un propulsor ( B1048 ) por quinta vez. [137]
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El vuelo de prueba del Falcon Heavy no tenía un cliente contratado y, para limitar el costo de un vuelo de este tipo, SpaceX se propuso reutilizar los propulsores laterales. Los propulsores B1023 y B1025 que habían volado como una configuración Falcon 9, se reconfiguraron y se usaron como propulsores laterales en el primer vuelo del Falcon Heavy en febrero de 2018, y luego ambos aterrizaron uno al lado del otro casi al mismo tiempo en las plataformas de tierra. Los vuelos posteriores del Falcon Heavy utilizaron propulsores nuevos o propulsores laterales previamente volados en un Falcon Heavy. SpaceX no ha podido recuperar el núcleo central en ninguno de los tres Falcon Heavy, pero logró recuperar los seis propulsores laterales. [138]
Con una racha de 19 intentos exitosos de recuperación de la primera etapa desde 2016 hasta principios de 2018, SpaceX se ha centrado en la reutilización rápida de los impulsores de la primera etapa. Se demostró que era económicamente factible volar el Bloque 3 y el Bloque 4 dos veces, ya que se han vuelto a volar 11 de estos impulsores en 2017 y 2018. El Bloque 5 se ha diseñado teniendo en cuenta múltiples reutilizaciones, hasta 10 reutilizaciones con una inspección mínima y hasta 100 usos con reacondicionamiento. [139] A principios de 2018 se experimentaron nuevos perfiles de reentrada agresivos con impulsores prescindibles del Bloque 3 y el Bloque 4, para probar las limitaciones en el rango de márgenes de lanzamiento recuperables que son potenciales para el futuro Bloque 5. [140] El 9 de mayo de 2021, B1051 se convirtió en el primer impulsor en ser lanzado y aterrizó por décima vez, logrando uno de los objetivos históricos de SpaceX para la reutilización. [141] A abril de 2024 [update]el récord de reutilización es de 20 vuelos.
Los carenados de carga útil han sido tradicionalmente descartables , ya sea porque se han quemado en la atmósfera o porque se han destruido al impactar el océano. Ya a mediados de 2015, Musk insinuó que SpaceX podría estar trabajando en la reutilización de los carenados, tras el descubrimiento de los restos de una sección no identificada del vehículo de lanzamiento Falcon 9 en la costa de las Bahamas , y posteriormente SpaceX confirmó que se trataba de un componente de un carenado de carga útil que había llegado a la costa. [142] En abril de 2016, SpaceX había anunciado públicamente la recuperación del carenado del Falcon 9 como un objetivo. [42] El coste del carenado es de unos 6 millones de dólares por lanzamiento, lo que representa aproximadamente el diez por ciento de los costes totales de lanzamiento. [143] Musk dijo en 2017: "Imagínese si tuviera 6 millones de dólares en efectivo en un palé volando por el aire y se fuera a estrellar contra el océano. ¿Intentaría recuperarlo? Sí, sí lo haría". [144]
En marzo de 2017, como parte de la misión SES-10 , SpaceX realizó por primera vez un aterrizaje controlado del carenado de carga útil y recuperó con éxito la mitad del carenado, con la ayuda de propulsores de control de actitud y un paracaídas orientable , lo que lo ayudó a planear hacia un suave aterrizaje en el agua. [3] [42] La compañía anunció la intención de aterrizar los carenados eventualmente en una estructura seca y flexible, descrita en broma por Musk como un "castillo inflable flotante", con el objetivo de reutilizar por completo el carenado. [80] Con pruebas y refinamientos sucesivos en varios vuelos, la recuperación intacta del carenado se declaró como un objetivo para 2017, con un nuevo vuelo de un carenado recuperado planeado en 2018. [43]
El meme del "castillo inflable" era de hecho una red tendida entre los grandes brazos de un buque de suministro de plataforma rápida llamado Mr. Steven (ahora GO Ms. Tree) . El buque de recuperación está equipado con sistemas de posicionamiento dinámico y se probó después del lanzamiento del satélite Paz desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en 2017. [145] [146] Esta misión también fue la primera en utilizar un carenado de la versión 2, diseñado explícitamente para "mejorar la capacidad de supervivencia para los intentos de recuperación posteriores al lanzamiento y para ser reutilizable en futuras misiones". [147] Este intento de recuperación no fue completamente exitoso; el carenado se perdió el barco por unos cientos de metros, pero aterrizó intacto en el agua [148] antes de ser recuperado y llevado de regreso al puerto. [146] En agosto de 2018 [update], los cuatro intentos de SpaceX de aterrizar un carenado en un barco de recuperación habían fracasado, a pesar de equipar al Sr. Steven con redes más grandes antes del intento de julio de 2018. [149] [150]
En octubre de 2018, se realizaron al menos dos pruebas de recuperación del carenado, en las que participaron el Sr. Steven y un helicóptero, que dejaría caer la mitad del carenado desde una altura de unos 3300 metros. El resultado de las pruebas no estaba claro. [151]
En abril de 2019, durante la segunda misión Falcon Heavy, el barco de recuperación Go Searcher sacó las mitades del carenado del mar y se anunció que se utilizarían en una misión Starlink . [152] Estos carenados se reutilizaron en una misión Starlink el 11 de noviembre de 2019. [153]
En junio de 2019, tras el tercer lanzamiento del Falcon Heavy, se logró la primera captura exitosa de un carenado. Las imágenes publicadas en Twitter horas después del lanzamiento mostraban la mitad del carenado en la red del buque de recuperación GO Ms. Tree . [154]
A finales de 2020, SpaceX recuperaba con regularidad los carenados de la carga útil y envió dos naves de recuperación personalizadas ( Ms. Tree y Ms. Chief ) para recoger los carenados en la mayoría de los lanzamientos desde su sitio de lanzamiento en Florida. Para entonces, SpaceX también volvía a lanzar con regularidad los carenados recuperados en los lanzamientos, normalmente en sus propios vuelos en los que los satélites Starlink eran la carga útil principal o única. Sin embargo, en agosto de 2020 [update], los aterrizajes con red exitosos todavía no eran rutinarios, ya que menos de la mitad de los carenados de los tres meses anteriores habían quedado atrapados en las redes, pero la mayoría se recuperaron de todos modos después de un aterrizaje suave en el océano.
En abril de 2021, SpaceX había abandonado el programa experimental para intentar recuperar los carenados de carga útil secos durante el descenso en paracaídas en una red en una nave rápida . SpaceX decidió poner en funcionamiento la "recuperación húmeda" de los carenados en futuros vuelos del Falcon 9, tras descubrir que pueden limpiar, renovar y reutilizar dichos carenados de forma más económica. [155] SpaceX liberó a Miss Tree y Miss Chief de sus contratos y compró dos naves para operaciones de recuperación de carenados, así como para remolcar y apoyar a los drones en la costa este. Estas dos naves fueron bautizadas en honor a los astronautas de Demo-2 Doug Hurley y Bob Behnken como Doug [156] y Bob . Los nombres anteriores de las naves Bob y Doug eran Ella G e Ingrid respectivamente. Actualmente, Doug está operando en Puerto Cañaveral mientras que Bob está en Tampa en construcción.
Para el 26 de mayo de 2021, SpaceX había lanzado 40 vuelos que reutilizaron al menos una mitad de carenado previamente volada, y un carenado había volado en cinco vuelos diferentes, habiendo sido recuperado y limpiado cuatro veces anteriormente. [144]
A pesar de las primeras declaraciones públicas de que SpaceX se esforzaría por hacer que la segunda etapa del Falcon 9 también fuera reutilizable, a fines de 2014, determinaron que la masa necesaria para un escudo térmico de reingreso, motores de aterrizaje y otros equipos para respaldar la recuperación de la segunda etapa, así como la desviación de recursos de desarrollo de otros objetivos de la compañía, era en ese momento prohibitiva, y suspendieron indefinidamente sus planes de reutilización de la segunda etapa para los cohetes Falcon. [157] [158] Sin embargo, en julio de 2017 [43] indicaron que podrían realizar pruebas experimentales sobre la recuperación de una o más segundas etapas para aprender más sobre la reutilización para informar su proceso de desarrollo de Starship , [159] y en mayo de 2018 proporcionaron detalles adicionales sobre cómo podrían llevar a cabo algunas de esas pruebas. [160]
Está previsto que la Starship sustituya a todos los vehículos espaciales y de lanzamiento de SpaceX existentes después de mediados de la década de 2020: Falcon 9 , Falcon Heavy y la nave espacial Dragon , destinada inicialmente al mercado de lanzamiento en órbita terrestre , pero con capacidad para soportar vuelos espaciales de larga duración en los entornos de misión cislunar y marciano . [161] Ambas etapas serán totalmente reutilizables. El diseño integrado de segunda etapa con nave espacial no se ha utilizado en vehículos de lanzamiento anteriores. [161]
Las cápsulas Dragon de SpaceX se han mejorado gradualmente para su reutilización. Los elementos estructurales y los componentes internos se están renovando entre vuelos, mientras que el escudo térmico se reemplaza para cada nueva misión. La última cápsula de carga Dragon de nueva construcción voló por primera vez en julio de 2017; todas las misiones de reabastecimiento posteriores a la ISS se llevaron a cabo con cápsulas renovadas, [162] algunas cápsulas realizaron un tercer vuelo. [163] [164] La sección del tronco de la Dragon no se puede reutilizar, ya que está diseñada para quemarse en la atmósfera después de completar su misión. [165]
La cápsula Dragon 2 de SpaceX también se reutiliza. Inicialmente, se planeó utilizar cápsulas nuevas para todas las misiones tripuladas de la NASA [166], pero la experiencia con las misiones de demostración llevó a la NASA y SpaceX a acordar la reutilización a partir de Crew-2 . [167] [168]
En el primer año de retorno exitoso de las etapas de los vuelos de prueba experimentales, SpaceX realizó evaluaciones ad hoc y específicas para el vuelo y pruebas de componentes en cada etapa que aterrizó con éxito. Las etapas se procesaron y evaluaron inicialmente en hangares de lanzamiento o, para los aterrizajes en Cabo Cañaveral, en el nuevo hangar que SpaceX completó recientemente en el Complejo de Lanzamiento 39 del Centro Espacial Kennedy . Las partes del cohete que regresaron también se transportaron a SpaceX Hawthorne y SpaceX McGregor para evaluación y pruebas de ingeniería.
En febrero de 2017, después de que ocho núcleos de cohetes aterrizaran con éxito (siete de ellos desde Cabo Cañaveral), SpaceX anunció planes para ampliar sus instalaciones físicas para procesar y reacondicionar cohetes. Lo harán tanto en un espacio alquilado como en un nuevo edificio que se construirá en Puerto Cañaveral ( Florida) , cerca del lugar donde está atracado el barco para drones del puerto espacial autónomo del Atlántico y donde ahora se retiran del barco las etapas que aterrizan en el barco para drones de la costa este . [169]
El objetivo del sistema de lanzamiento Starship es ser un vehículo de lanzamiento y reentrada orbital completamente reutilizable. [170] El sistema de lanzamiento Starship consta de dos etapas: un propulsor Super Heavy y una nave espacial Starship; [171] Ambos tienen un cuerpo hecho de acero inoxidable SAE 304L [172] y están diseñados para contener oxígeno líquido y metano líquido . Super Heavy y luego Starship impulsarán la carga útil a velocidad orbital, después de lo cual ambos aterrizarán y podrán usarse nuevamente. Starship puede enviar hasta 150 toneladas métricas (330,000 lb) (con reutilización total) a la órbita baja de la Tierra ; [173] La Tierra más alta y otras órbitas son accesibles después de ser reabastecidas por Starships cisterna. Las futuras variantes de Starship planificadas podrán aterrizar en la Luna y Marte . [174] El diseño de Starship ha influido en otros vehículos de lanzamiento, como la capacidad de reutilización parcial del Terran R. [175]
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La primera referencia de SpaceX a un concepto de cohete con capacidades de elevación de Starship fue en 2005. En una conferencia de estudiantes, Musk mencionó brevemente un teórico vehículo de lanzamiento de carga pesada con nombre en código BFR, más tarde conocido como Falcon XX. [176] Estaría propulsado por una versión más grande del motor Merlin , llamado Merlin 2, y tendría una capacidad de elevación de 140 toneladas métricas (310.000 lb) a la órbita baja de la Tierra. [177] En 2012, en una discusión pública sobre un programa conceptual de colonización de Marte, Musk describió el Mars Colonial Transporter. Lo imaginó como un vehículo de lanzamiento de carga súper pesada reutilizable que podría entregar aproximadamente de 150 a 200 toneladas métricas (330.000 a 440.000 lb) a la órbita baja de la Tierra . El Mars Colonial Transporter podría estar propulsado por motores Raptor, que consumirían metano líquido y oxígeno líquido. [178]
En septiembre de 2016, en el 67.º Congreso Astronáutico Internacional , Musk anunció el Sistema de Transporte Interplanetario (ITS), un cohete conceptual reutilizable concebido para lanzar humanos a Marte y otros destinos en el Sistema Solar . El ITS tendría 122 m (400 pies) de alto, 12 m (39 pies) de ancho y sería capaz de elevar 300 toneladas métricas (660 000 lb) a la órbita baja de la Tierra. [179] Ambas etapas se fabricarían con compuestos de carbono . La primera etapa o propulsor estaría propulsada por 42 Raptors y la segunda etapa por nueve Raptors. [180] Una vez reabastecida mientras estaba en órbita terrestre, la nave espacial podría acelerar hasta Marte. [181] Cuando una nave espacial interplanetaria entra en la atmósfera, se enfría a través de la transpiración y controla el descenso de la nave espacial moviendo sus alas delta y flaps divididos . [182] En el siguiente congreso, Musk anunció un cohete sustituto llamado Big Falcon Rocket o informalmente Big Fucking Rocket. El Big Falcon Rocket tiene 106 m (348 pies) de alto y 9 m (30 pies) de ancho. [183] En esa conferencia, habló sobre una posible función de transporte suborbital y la denominó Tierra a Tierra. [184]
En noviembre de 2018, se utilizaron por primera vez los nombres actuales: Super Heavy para el propulsor, Starship para la nave espacial y sistema Starship o simplemente Starship para todo el vehículo. [185] En esa época, Musk anunció un concepto de nave espacial rediseñado con tres flaps traseros y dos flaps delanteros. [186] En enero de 2019, Musk anunció que Starship estaría hecha de acero inoxidable y afirmó que esto podría ser más fuerte que un compuesto de carbono equivalente en un amplio rango de temperaturas. [187] En marzo, Musk tuiteó que SpaceX optó por un escudo térmico compuesto de baldosas cerámicas hexagonales en lugar de transpiración. [188] En octubre, la configuración del motor de la nave espacial Starship se cambió a tres Raptors optimizados para la presión atmosférica y tres optimizados para el espacio. [189] El número de aletas traseras se redujo de tres a dos y se colocó en los bordes del escudo térmico. [190]
El 27 de agosto de 2019, un artículo de prueba simplificado llamado Starhopper saltó 150 m (490 pies) de altura. [191] Presentado en un evento de SpaceX en septiembre de 2019, Starship Mk1 (Mark 1) fue el primer artículo de prueba de Starship a escala real que se construyó. El Mk2 en Florida se construyó cinco meses después. [192] Ninguno voló: Mk1 fue destruido durante una prueba de prueba criogénica y Mk2 fue desechado. [193] A principios de 2020, SpaceX cambió el nombre de Mk3 a SN1 (número de serie 1). [194] Durante una prueba de prueba criogénica el 28 de febrero de 2021, una falla en el tanque inferior de SN1 hizo que se desmoronara. El 8 de marzo de 2020, el tanque de prueba desmantelado de SN2 completó su única prueba de prueba criogénica. [195] El 3 de abril de 2020, durante la prueba criogénica de SN3, una válvula filtró nitrógeno líquido dentro de su tanque inferior, lo que provocó que el recipiente se despresurizara y colapsara. [196] Después de la quinta prueba de fuego estático exitosa de SN4 el 29 de mayo de 2020, la línea de combustible de desconexión rápida provocó que explotara. [197] El 15 de junio de 2020, Musk tuiteó que los nuevos prototipos se fabricarían con acero inoxidable SAE 304L en lugar de 301. [172] El 4 de agosto de 2020, SN5 completó un salto de 150 m (490 pies) usando un solo Raptor, el primer artículo de prueba a escala real en completar una prueba de vuelo intacto. [198] El 24 de agosto de 2020, SN6 replicó con éxito la trayectoria de vuelo de SN5. [199] SN7 no se completó, pero a partir de octubre de 2021, sus tanques fueron rescatados para varios experimentos. [200]
SN8 fue el primer artículo de prueba completo. [201] En octubre y noviembre de 2020, SN8 se sometió a cuatro pruebas de fuego estático; la primera, la segunda y la cuarta fueron exitosas, pero la tercera provocó un apagado del motor. Según Musk, la fuerza del motor destruyó partes de la plataforma de lanzamiento enviando algunos pedazos al motor. [202] El 9 de diciembre de 2020, SN8 realizó el primer vuelo de una Starship, alcanzando una altitud de 12,5 km (7,8 mi). Durante el aterrizaje, su tanque de cabecera de metano no proporcionó suficiente combustible a los Raptors, lo que redujo el empuje de un motor. El artículo de prueba explotó al impactar. [203] El 2 de febrero de 2021, SN9 voló a 10 km (6,2 mi) de altura. [204] Mientras descendía, uno de sus motores no funcionó y explotó al aterrizar en ángulo. [205] El 3 de marzo de 2021, SN10 repitió la trayectoria de vuelo de SN9, luego aterrizó con fuerza y se autodestruyó en una explosión 8 minutos después. [206]
El primer cohete Super Heavy, llamado BN1 (el cohete número 1), terminó su construcción el 8 de marzo de 2021, pero no había recibido motores. [207] El 30 de marzo de 2021, el SN11 explotó en el aire sin una explicación confirmada debido a la densa niebla en el lugar de lanzamiento. [208] Una posible explicación es que un motor podría haber quemado la aviónica del artículo de prueba y podría haber causado un arranque difícil en la turbobomba del motor. [209] Después del lanzamiento, SpaceX se saltó el SN12, SN13, SN14 y BN2, e incorporó en su lugar las mejoras de los artículos de prueba obsoletos al SN15. [210] El 5 de mayo de 2021, el artículo de prueba voló la misma trayectoria de vuelo que los artículos de prueba anteriores y aterrizó suavemente con éxito. [211] [212] El 20 de julio de 2021, el BN3 encendió sus motores por única vez. [213] A partir de octubre de 2021, SN15, SN16 y BN3 se habían retirado y se exhibieron. [211] [214]
Tras el vuelo del SN15, SpaceX puso fin a la campaña de vuelos suborbitales y probó prototipos en tierra durante casi dos años. El Booster 3 realizó una primera prueba de fuego estático en julio de 2021, y los siguientes boosters realizaron pruebas de fuego estático con un número cada vez mayor de motores. La primera prueba de apilar una nave sobre un booster se realizó en agosto de 2021 con Ship 20 y Booster 4. Paralelamente, se actualizó el soporte de lanzamiento orbital para soportar un lanzamiento.
El Booster 7 y el Ship 24 se lanzaron para una primera prueba de vuelo integrada el 20 de abril de 2023, con la intención de volar 3/4 de una órbita y volver a entrar sobre el océano cerca de Hawái. El cohete despegó de la plataforma de lanzamiento y voló durante tres minutos, pero varios motores de refuerzo fallaron durante el vuelo y el cohete finalmente perdió el control antes de la separación de etapas, alcanzando una altitud máxima de 39 km (24 mi). El sistema de terminación de vuelo se activó y una explosión posterior destruyó el vehículo. [215] El lanzamiento rompió la plataforma de hormigón debajo del soporte de lanzamiento, lo que provocó que SpaceX la reemplazara con una placa de acero refrigerada por agua para lanzamientos posteriores. [216]
El Booster 9 y el Ship 25 se lanzaron en la segunda prueba de vuelo integrada el 18 de noviembre de 2023, que tenía una trayectoria planificada idéntica a la del primer vuelo. [217] A diferencia del Booster 7, el Booster 9 no tuvo fallas de motor hasta el comienzo de la quema de refuerzo, cuando explotó por razones actualmente desconocidas. [218] El Ship 25 alcanzó una velocidad final de más de 15000 mph antes de ser destruido por su sistema de terminación de vuelo. [219]
El Booster 10 y el Ship 28 volaron en la Prueba de Vuelo Integrada 3 , el 14 de marzo de 2024. [220] Tuvo una trayectoria diferente a los dos lanzamientos anteriores, apuntando a un amerizaje fuerte del barco en el Océano Índico. [220] Durante el ascenso y el impulso de retorno, no hubo fallas de motor, aunque durante la quema de aterrizaje, todos menos uno de los motores centrales del B10 fallaron. [220] S28 tuvo un intento de reencendido del Raptor abortado y se quemó durante el reingreso. [220]
'The earliest Falcon 9 launches carried parachutes which were to have been used to recover the first stage. However, this was abandoned due to the stage disintegrating during reentry, before the parachutes could be deployed. Instead, SpaceX began to investigate using the stage's engines to make a powered descent and landing. Alongside this, an improved Falcon 9 vehicle, the Falcon 9 v1.1, was developed.'
@18:15 "It is a very tough engineering problem—and it wasn't something that I thought, wasn't sure it could be solved for a while. But then, just relatively recently, in the last 12 months or so, I've come to the conclusion that it can be solved. And SpaceX is going to try to do it. Now, we could fail. I am not saying we are certain of success here, but we are going to try to do it. And we have a design that, on paper, doing the calculations, doing the simulations, it does work. Now we need to make sure that those simulations and reality agree, because generally when they don't, reality wins. So that's to be determined."
much bigger [than Falcon 9], but I don't think we're quite ready to state the payload. We'll speak about that next year.
Q. What is strategy on booster recover? Musk: Initial recovery test will be a water landing. First stage continue in ballistic arc and execute a velocity reduction burn before it enters atmosphere to lessen impact. Right before splashdown, will light up the engine again. Emphasizes that we don't expect success in the first several attempts. Hopefully next year with more experience and data, we should be able to return the first stage to the launch site and do a propulsion landing on land using legs. Q. Is there a flight identified for return to launch site of the booster? Musk: No. Will probably be the middle of next year.
The April 17 F9R Dev 1 flight, which lasted under 1 min., was the first vertical landing test of a production-representative recoverable Falcon 9 v1.1 first stage, while the April 18 cargo flight to the ISS was the first opportunity for SpaceX to evaluate the design of foldable landing legs and upgraded thrusters that control the stage during its initial descent.
hopeful that sometime in the next couple of years we'll be able to achieve full and rapid reusability of the first stage—which is about three-quarters of the cost of the rocket—and then with a future design architecture, achieve full reusability.
This technology element [reusable launch vehicle technology] all this innovation is being done by SpaceX alone, no one is paying us to do it. The government is very interested in the data we are collecting on this test series. ... This is the kind of thing that entrepreneurial investment and new entrants/innovators can do for an industry: fund their own improvements, both in the quality of their programs and the quality of their hardware, and the speed and cadence of their operations.
SpaceX is using private capital to develop and demonstrate the Falcon 9 rocket's reusability. SpaceX has not disclosed how much the reusable rocket program will cost.
Musk said SpaceX made the Falcon 9 rocket's first stage reusable with entirely private funding, investing at least $1 billion in the effort...
SpaceX exists to further [the vision of humans becoming multi-planetary] on several fronts: to develop the reusable rocket technology that would be needed to ferry large numbers of people, and large amounts of cargo, to Mars; ...
So it is a bit tricky. Because we have to figure out how to improve the cost of the trips to Mars by five million percent ... translates to an improvement of approximately 4 1/2 orders of magnitude. These are the key elements that are needed in order to achieve a 4 1/2 order of magnitude improvement. Most of the improvement would come from full reusability—somewhere between 2 and 2 1/2 orders of magnitude—and then the other 2 orders of magnitude would come from refilling in orbit, propellant production on Mars, and choosing the right propellant.
.jpg/1280px-StarshipLaunch_(crop_2-3).jpg)
{{cite AV media}}: CS1 maint: location (link)I think we are quite close to being able to recover the fairing. ... about a 5 or 6 million dollar piece of equipment. We've got a decent shot of recovering a fairing by the end of the year, and reflight by late this year or early next. ... Upper stage is about 20 percent of the cost of the mission. So if you get boost stage and fairing we're around 80 percent reusable. ... Think for a lot of missions, we could even bring the second stage back. So were going to try to do that, but our primary focus [for the next couple of years will be crew Dragon].
The Dragon capsule has a shape that is stable on reentry from orbit, whereas rocket states traditionally are not stable on reentry, so there is a lot of software involved, a lot of guidance navigation and control involved, and a lot of thermal protection required; so we have to make advances in all those areas. We also have to restart the engines supersonically.
A key upgrade to enable precision targeting of the Falcon 9 all the way to touchdown is the addition of four hypersonic grid fins placed in an X-wing configuration around the vehicle, stowed on ascent and deployed on reentry to control the stage's lift vector. Each fin moves independently for roll, pitch and yaw, and combined with the engine gimbaling, will allow for precision landing – first on the autonomous spaceport drone ship, and eventually on land.
The Falcon 9 first stage carries landing legs which will deploy after stage separation and allow for the rocket's soft return to Earth. The four legs are made of state-of-the-art carbon fiber with aluminum honeycomb. Placed symmetrically around the base of the rocket, they stow along the side of the vehicle during liftoff and later extend outward and down for landing.
The Falcon Heavy first stage center core and boosters each carry landing legs, which will land each core safely on Earth after takeoff. After the side boosters separate, the center engine in each will burn to control the booster's trajectory safely away from the rocket. The legs will then deploy as the boosters turn back to Earth, landing each softly on the ground. The center core will continue to fire until stage separation, after which its legs will deploy and land it back on Earth as well. The landing legs are made of state-of-the-art carbon fiber with aluminum honeycomb. The four legs stow along the sides of each core during liftoff and later extend outward and down for landing.
F9R (pronounced F-niner) shows a little leg. Design is a nested, telescoping piston w A frame... High pressure helium. Needs to be ultra light.
The crush core in the Falcon legs is reusable after soft landings, but needs to be replaced after hard.
The first successful "soft landing" of a Falcon 9 rocket happened in April of this year.
[Falcon 9 v1.1] vehicle has thirty percent more performance than what we put on the web and that extra performance is reserved for us to do our reusability and recoverability [tests] ... current vehicle is sized for reuse.
SpaceX's work with the F9R is part of an effort to develop fully and rapidly reusable launch systems, a key priority for the company. Such technology could slash the cost of spaceflight by a factor of 100.
Expendable rockets, which many smart people have worked on in the past, get maybe 2% of liftoff mass to orbit -- really not a lot. Then, when they've tried reusability, it's resulted in negative payload, a 0 to 2% minus payload [laughs]. The trick is to figure out how to create a rocket that, if it were expendable, is so efficient in all of its systems that it would put 3% to 4% of its mass into orbit. On the other side, you have to be equally clever with the reusability elements such that the reusability penalty is no more than 2%, which would leave you with a net ideally of still 2% of usable load to orbit in a reusable scenario, if that makes sense. You have to pry those two things apart: Push up payload to orbit, push down the mass penalty for reusability -- and have enough left over to still do useful work.
At this point, we are highly confident of being able to land successfully on a floating launch pad or back at the launch site and refly the rocket with no required refurbishment.
"Falcon 9 second stage will be upgraded to be like a mini-BFR Ship," Musk said. The BFR's upper stage is sometimes referred to as a "spaceship".
SpaceX has constructed a half-acre concrete launch facility in McGregor, and the Grasshopper rocket is already standing on the pad, outfitted with four insect-like silver landing legs.
SES's contract with SpaceX called for the rocket to deploy SES 9 into a "sub-synchronous" transfer orbit with an apogee around 16,155 miles (26,000 kilometers) in altitude. Such an orbit would require SES 9 to consume its own fuel to reach a circular 22,300-mile-high perch, a trek that Halliwell said was supposed to last 93 days. The change [SpaceX offered] in the Falcon 9's launch profile will put SES 9 into an initial orbit with an apogee approximately 24,419 miles (39,300 kilometers) above Earth, a low point 180 miles (290 kilometers) up, and a track tilted about 28 degrees to the equator.
This mission is going to a Geostationary Transfer Orbit. Following stage separation, the first stage of the Falcon 9 will attempt an experimental landing on the "Of Course I Still Love You" droneship. Given this mission's unique GTO profile, a successful landing is not expected.
To space and back, in less than nine minutes? Hello, future.
Shotwell said SpaceX plans to attempt second stage recoveries from the existing Falcon family is less to reuse them, and more to learn about reusability in preparation for the BFR's second stage.
Musk: "in the upcoming flights [SpaceX will] gather data about the reentry experience of the upper stage. Previously, we had not put a lot of effort into gathering data from the upper stage after it does its disposal burn. We will monitoring at what altitude and speed the stage breaks up…" Collecting this data is not easy. Musk explained that "it's tricky because it comes in like a meteor. It's sort of like a ball of plasma. You can only broadcast diagonally backwards, so we will be looking to communicate, probably [with] the Iridium constellation, and try to transmit basic data about temperature, basic health of the stage, velocity, and altitude."
{{cite AV media}}: CS1 maint: location (link)