Falcon 1

Falcon 1
Falcon 1 na stanowisku startowym w Vandenberg
Producent	SpaceX (USA)
Rodzina rakiet	Falcon
Przeprowadzone starty	5
Nieudane starty	3
Udane starty	40 %
Data pierwszego startu	24 marca 2006
Data ostatniego startu	- -
Koszt wystrzelenia	7,9 mln USD (2008)
Zdolność wynoszenia	570 kg na niską orbitę okołoziemską
Siła ciągu przy starcie	342 kN
Wymiary
Długość	21,3 m
Średnica	1,7 m
Masa całkowita	27 200 kg
Człony
Człon 1.	1 x Falcon 1-1
Człon 2.	1 x Falcon 1-2

Falcon 1 — komercyjna, dwustopniowa rakieta nośna, najmniejsza z rodziny Falcon, skonstruowana przez prywatną amerykańską firmę SpaceX. Pierwsza na świecie prywatna rakieta nośna na paliwo ciekłe. Powstała z myślą o możliwie najmniejszych kosztach produkcji i obsługi, dlatego też jej pierwszy stopień jest częściowo wielorazowego użytku. SpaceX podaje cenę rakiety (wraz z kosztami startu, ubezpieczenia i kosztów montażu ładunku) na 7,9 mln USD (na rok 2008). Jest więc prawdopodobnie najtańszą na świecie rakietą nośną. Porównywalna rakieta Pegasus, wraz z wystrzeleniem, kosztuje ok. 31 mln USD. Jej przeznaczeniem są loty na niskie orbity okołoziemskie.

Opracowanie rakiety, od przygotowań do pierwszego startu, zajęło ponad trzy lata. Jej nazwa pochodzi od fikcyjnego statku kosmicznego Millenium Falcon z filmu Gwiezdne Wojny^{[potrzebne źródło]}.

Falcon 1, tak jak i inne rakiety serii Falcon, posiada system nazywany przez producenta wstrzymanie przed zwolnieniem (ang. hold-before-release system). Jest to układ znany z samolotów, ale rzadko spotykany w rakietach. Powoduje on, że rakieta nie startuje od razu po odpaleniu silnika głównego, ale jest "wstrzymywana", aby sprawdzić, czy silnik i inne układy rakiety działają prawidłowo. Jeśli pracuje normalnie, rakieta zostaje "zwolniona" ze stanowiska startowego. W przeciwnym wypadku następuje automatycznie wyłączenie silników i całej rakiety oraz automatyczne wypompowanie paliwa.

Koszty

Mimo swojej i tak niskiej ceny, SpaceX prawdopodobnie uda się ją zmniejszyć jeszcze bardziej. Będzie to możliwe po tym, jak firma opanuje procedury związane z odzyskiwaniem pierwszego stopnia, Falcon 1-1. Został on zaprojektowany do wielorazowego użytku. Wyłowiony z wody, po opadnięciu z atmosfery, będzie przechodził gruntowny przegląd techniczny, a po uzupełnieniu paliwa, będzie mógł stanowić część kolejnej rakiety.

Miejsca startów

Rakieta może startować z trzech dostępnych firmie SpaceX kosmodromów:

• kosmodromu w Vandenberg (Kalifornia, USA), ze stanowiska SLC-3W
• Centrum Lotów Kosmicznych imienia Johna F. Kennedy'ego, na Florydzie, w USA, ze stanowiska SLC-36A
• kosmodromu na wyspie Omelek w atolu Kwajalein, części Wysp Marshalla

Zdolność wynoszenia

Udźwig rakiety jest zależny od miejsca startu, rodzaju docelowej orbity, i metody wynoszenia (z jednokrotnym włączeniem 2. stopnia rakiety, "bezpośrednia"; z dwukrotnym włączeniem 2. stopnia rakiety, "pośrednia"):

Miejsce startu	Metoda	Wysokość orbity [km]	Nachylenie orbity [°]	Udźwig [kg]
Vandenberg	bezpośrednia	200 do 700	98	510 do 160
Vandenberg	pośrednia	400 do 800	98	470 do 410
Przylądek Canaveral	bezpośrednia	200 do 700	28,5	670 do 240
Przylądek Canaveral	pośrednia	400 do 800	28,5	630 do 800

^{[potrzebne źródło]}

Średnica czepca osłaniającego przedział ładunkowy wynosi 1,5 m (1,4 m dostępne dla ładunku), a długość całkowita wynosi 3,5 m (2,8 m dostępne dla ładunku).

Przebieg startu

Typowy przebieg startu z metodą bezpośredniego wprowadzenia ładunku na orbitę przebiega następująco:

Czas od startu	Zdarzenie	Wysokość [km]	Prędkość [m/s]
0 s	zapłon 1. członu i start	0	472
169 s	odrzucenie 1. członu	81	2 940
174 s	odpalenie 2. członu	87	2 930
194 s	odrzucenie osłony aerodynamicznej	118	2 950
552 s	wyłączenie 2. członu	400	7 700
570 s	odłączenie ładunku	400	7 700
1 114 s	człon 1. spada do wody	0	0
4 h	wyłowienie 1. członu	0	0

Przyczyny pierwszej porażki

Start rakiety Falcon 1

Elon Musk, właściciel SpaceX poinformował o przyczynach katastrofy pierwszej rakiety Falcon 1 podczas National Space Symposium, 5 kwietnia 2006. Leżała ona w pracach podejmowanych podczas pobytu rakiety już na platformie startowej. Dopuszczono do niewielkiego wycieku paliwa, który zaczął się około 4 minuty przed zapłonem silnika. Można było tego uniknąć poprawiając umocowanie małej rurki paliwowej w czasie prac nad awioniką, noc przed startem. Przeciek mógł być też dostrzeżony, gdyby monitorowano właściwe wskazania przyrządów.

Amerykańska wojskowa agencja DARPA, właściciel ładunku, zrewidowała potem to oświadczenie. Agencja doszukała się uszkodzenia nie w poluzowaniu nakrętki mocującej, lecz w jej uszkodzeniu. Element mocujący był na swoim miejscu, co oznacza, że został przymocowany prawidłowo. Nakrętka uległa zniszczeniu w wyniku korozji. Przyczyna skorodowania aluminiowej nakrętki nie jest znana dokładnie, jednak podejrzewa się, że doszło do niej albo przez galwaniczną korozję między nakrętką a stalową rurką, albo przez uszkodzenie anodyzowanej powłoki i wystawienie nieosłoniętego miejsca na działanie gorącego, wilgotnego powietrza panującego na kosmodromie. W kolejnych lotach, nakrętki aluminiowe zastąpione zostały wykonanymi ze stali nierdzewnej.

Człony

Falcon 1-1

Falcon 1-1
Producent	SpaceX (USA)
Człon rakiet	Falcon 1
Materiały napędowe	kerozyna i ciekły tlen
Rok pierwszego startu	2006
Osiągi
Siła ciągu przy starcie	342 (409 w próżni) kN
Impuls właściwy w próżni	304 s
Impuls właściwy na poz. morza	255 s
Wymiary
Długość	16 m
Średnica	1,7 m
Silniki
Silnik 1.	1 x Merlin 1C

Podstawowy człon rakiety Falcon 1. Napędzany silnikiem jednokomorowym na mieszankę tlenu i węglowodorów.

Zbliżenie na silnik Merlin 1 i koniec dolny członu Falcon 1-1

Falcon 1-1, wraz silnikiem, jest członem wielorazowego użytku. Po wypaleniu się i odłączeniu od reszty rakiety opada na spadochronie do wody, skąd jest wyławiany. System sprowadzania członu i odzyskiwania opracowała firma Irvin Parachute Corporation. Ta sama firma opracowała podobny system na potrzeby amerykańskich promów kosmicznych.

Człon jest autorską konstrukcją producenta rakiety. Jego konstrukcja jest pośrednia względem dwóch technologii zwykle stosowanych w konstrukcji członów rakiet nośnych: ciężkiej, ale sztywnej i mocnej konstrukcji, a lekkiej, jednak potrzebującej utrzymywania ciśnienia wewnątrz, aby podtrzymać jej sztywność (gdyż szkielet nie podtrzymałby sam własnego ciężaru). Falcon 1-1 posiada zbiornik z helem do utrzymywania odpowiedniego ciśnienia wewnątrz członu, dostarczany przez Arde Corporation. Taki sam zbiornik jest używany w rakietach Delta 4, firmy Boeing. Poszycie członu jest wykonane ze stopu aluminium, opatentowanego przez SpaceX.

Człon jest wyposażony w system samokontroli, wstrzymanie przed zwolnieniem (ang. "hold-before-release system"). Powoduje on, że rakieta nie startuje od razu po odpaleniu silnika głównego, ale jest "wstrzymywana", aby sprawdzić, czy silnik i inne układy rakiety działają prawidłowo. Jeśli pracuje normalnie, rakieta zostaje "zwolniona" ze stanowiska startowego. W przeciwnym wypadku następuje automatycznie wyłączenie silników i całej rakiety oraz automatyczne wypompowanie paliwa.

Oddzielanie członu następuje poprzez bolce separacyjne z podwójnym wyzwalaczem i system pneumatycznego odrzucania.

Falcon 1-2

Falcon 1-2
Producent	SpaceX (USA)
Człon rakiet	Falcon 1
Materiały napędowe	kerozyna i ciekły tlen
Rok pierwszego startu	2006
Osiągi
Siła ciągu przy starcie	31 (w próżni) kN
Impuls właściwy w próżni	327 s
Wymiary
Długość	3 m
Średnica	1,7 m
Silniki
Silnik 1.	1 x Kestrel

Drugi człon rakiety Falcon 1. Napędzany silnikiem jednokomorowym na mieszankę tlenu i węglowodorów. Silnik jest przystosowany do kilkukrotnego włączania go w przestrzeni kosmicznej.

Do budowy użyto stopu aluminium i litu – stopu o największej wytrzymałości przy jednocześnie najmniejszej masie, jaki można użyć w takich zastosowaniach, np. przy kontakcie z ciekłym tlenem. Stopy takie są używane, np. w silnikach wynoszących wahadłowce kosmiczne.

Silnik Kestrel – napęd członu Falcon 1-2

Konstrukcja członu jest wspomagana przez utrzymywanie w nim stałego ciśnienia atmosfery helowej. Zbiornik helu, tak jak w przypadku członu Falcon 1-1, dostarcza firma Arde. Hel jest jednocześnie używany w silniczkach korekcyjnych członu oraz do utrzymywania w odpowiednim stanie mieszanki paliwowej, w wypadku konieczności ponownego odpalania silnika członu.

Chronologia startów

• 19 grudnia 2005 – próba startu z satelitą Falconsat 2. Do startu nie doszło z powodu uszkodzenia wadliwego zaworu w 1. członie rakiety. Człon został wymieniony na nowy, a uszkodzony oddano do naprawy

1. 23 marca 2006, 22:30 GMT; s/n ?; miejsce startu: kosmodrom Omelek, USA
   Ładunek: Falconsat 2; Uwagi: start nieudany – data startu była odkładana wielokrotnie z różnych powodów technicznych, w tym problemów z silnikiem. Pierwotnie planowana z kosmodromu w Vandenberg, przeniesiona na atol Kwajalein. Podczas lotu nie doszło do oderwania się zewnętrznej osłony termicznej chroniącej zbiornik ciekłego tlenu (górną połowę 1. członu) przed odparowywaniem. Prosty element łączący, rzep Velcro, przywiązany do wyrzutni, miał rozpiąć się i rozpaść. Rakieta jednak wzniosła się wraz z łopoczącą osłoną. Zaraz po starcie zaczęła nabierać ruchu obrotowego. W 20 sekund po starcie, rosnący opór powietrza spowodował odrywanie się osłony. W 26. sekundzie po starcie, rakieta zaczęła nabierać nieplanowanego przechyłu. W 41. sekundzie spadła w pozycji poziomej na martwą rafę, 76 m od stanowiska startowego. Późniejsza analiza danych, w tym zbliżeń startującej rakiety, ujawniła, że zaraz po starcie w górnej części silnika 1. członu wybuchł pożar, będący następstwem wycieku paliwa. W 25. sekundzie lotu, pożar uszkodził przewody z helem, co skutkowało wyłączeniem silnika cztery sekundy później. Satelita podczas wybuchu rakiety został wyrzucony w powietrze, a następnie spadł na dach budynku montażowego, przebijając go i spadając na podłogę (doznając różnych uszkodzeń, od małych po znaczące). Było to jedyne uszkodzenie na wyspie powstałe w wyniku nieudanego startu. Nie oderwanie się osłony termicznej nie miało wpływu na lot i działanie rakiety
2. 21 marca 2007, 01:10 GMT; s/n ?; miejsce startu: kosmodrom Omelek, USA
   Ładunek: LCT-2, AFSS; Uwagi: start nieudany – wzlot rakiety, odrzucenie I członu, zapłon silnika II członu i odrzucenie osłony aerodynamicznej przebiegło prawidłowo. Począwszy od 4 minuty 25 sekundy lotu zamontowana na zewnątrz rakiety kamera pokazała narastające oscylacje silnika drugiego stopnia. W 300. sekundzie lotu rakieta utraciła stabilizację. Pięć sekund później wstrzymano transmisję obrazu z kamery. Rakieta osiągnęła wysokość 322 km, po czym spadła do oceanu około 2000 km na wschód od miejsca startu. Pierwszy stopień nie został odnaleziony, gdyż jego nadajnik GPS nie funkcjonował już podczas odliczania. Nie wiadomo, czy rozwinęły się spadochrony, ani czy zachował pływalność. Jego dalsze poszukiwania zostały zaniechane. Dane telemetryczne wskazują, że silnik pracował jeszcze przez 2 minuty 25 sekund po zaprzestaniu transmisji. Narastające oscylacje spowodowane były falowaniem ciekłego tlenu w zbiorniku
3. 3 sierpnia 2008, 03:34 GMT; s/n ?; miejsce startu: kosmodrom Omelek, USA
   Ładunek: Trailblazer, PRESat, NanoSail-D, Celestis 07; Uwagi: start nieudany – w 158. sekundzie loty nastąpiło wyłączenie silnika I członu. Półtorej sekundy później doszło do separacji stopni, jednak szczątkowy ciąg silnika pierwszego stopnia spowodował ich kolizję. Pierwsza próba startu miała miejsce o 03:00, jednak tuż przed wzlotem została przerwana, gdy ciśnienie w pompie odchyliło się o ok. 3,5 kPa od nominalnej wartości
4. 28 września 2008, 23:15 UTC; s/n ?; miejsce startu: kosmodrom Omelek, USA
   Ładunek: RatSat (wykonany z aluminium symulator); Uwagi: start udany – pierwszy udany start rakiety Falcon 1. Umieścił około 168 kg symulator masy na orbicie okołoziemskiej. Symulator celowo pozostał połączony z drugim członem rakiety.
5. 14 lipca 2009, 03:35 UTC; s/n ?; miejsce startu: kosmodrom Omelek, USA
   Ładunek: RazakSAT; Uwagi: start udany

Bibliografia

• Strona domowa producenta (ang.)
• Falcon 1 na stronach Lotów Kosmicznych (pol.)
• Sprawozdanie z dziewiczego lotu Falcona 1 (ang.)

Zobacz też

• SpaceX
• Falcon (rakieta)