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SpaceX 재사용 발사 시스템 개발 프로그램

SpaceX reusable launch system development program
SpaceX 재사용 발사 시스템 개발 프로그램
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팰컨 9 2015년 12월 착륙지 1호에 수직 착륙한 20편 1단계 비행
나라미국
조직스페이스X
목적재사용 가능 발사 시스템
상태활동적인
프로그램 이력
기간2011-현재
제1편스페이스X CRS-3
시작 사이트
차량 정보
출시 차량
다음에 대한 시리즈 일부
개인 우주 비행
적극적 기업
능동형 차량
계약 및 프로그램

스페이스X 재사용 발사 시스템 개발 프로그램은 항공기의 재사용 가능성과 유사한 방식으로 여러 번 재사용될 수 있는 궤도 발사 시스템을 위한 일련의 새로운 기술을 개발하기 위한 민간 자금 프로그램이다.스페이스X는 우주발사체의 완전하고 신속한 재사용을 촉진하기 위해 수년에 걸쳐 이 기술을 개발해 왔다.프로젝트의 장기 목표는 발사체 1단계를 발사장에 몇 분 만에 복귀시키고, 발사장과 대기권 재진입이 최대 24시간 안에 이뤄지는 궤도 재조정에 이어 2단계를 발사대에 복귀시키는 것이다.스페이스X의 장기 목표는 궤도형 발사체의 두 단계 모두 귀환 후 몇 시간 후 재사용이 가능하도록 설계하는 것이다.[1]

이 프로그램은 2011년에 공개적으로 발표되었다.스페이스X는 2015년 12월 1단계의 착륙과 회복에 성공했다.착륙[2] 1단 재비행은 2017년 3월 두 번째 발생으로 부스터의 첫 비행이 시작된 지 불과 5개월 만인 2017년 6월에 발생했다.[3]세 번째 시도는 2017년 10월 SES-11/EchoStar-105 미션을 통해 이루어졌다.리퍼브된 1단계의 조명등은 그 후 일상화되었다.2021년 5월, B1051은 10개의 미션을 작동시킨 최초의 부스터가 되었다.[4]

재사용 가능한 발사 시스템 기술은 개발되어 처음에는 팰컨 9의 1단계에 사용되었다.[5]스테이지 분리 후 부스터가 빙빙 돌고, 선택적 부스트백 화상이 진로를 되돌리기 위해 수행되며, 재진입 화상이 수행되며, 착륙 지점에 도달하기 위한 방향을 제어하고 최종 저고도 감속과 터치다운에 영향을 미치기 위해 착륙 화상이 수행된다.

스페이스X는 재사용 가능한 비행 하드웨어를 2단계로 확장하는 기술을 개발하려고 의도했으며, 이는 차량이 궤도 속도로 주행하고 있기 때문에 더욱 어려운 엔지니어링 문제였다.[6][5][7]2단계 재사용은 화성의 정착을 가능하게 하려는 일론 머스크의 계획에 가장 중요한 것으로 여겨진다.팰컨 9의 2단계를 재사용할 수 있도록 하기 위한 초기 개념은 폐기되었다.[8]

2021[업데이트]의 스페이스 X적극적으로, 의도는fully-reusable 2단 발사체, 기존의 모든 발사 차량과 spacecraft 위성 전송과 인간 transport—Falcon 9일로, 팔콘 중공업과 Dragon—and은 결국 달, 화성으로 비행을 지원하기 사용되는을 대체하기 위한 것을 만들 수 있는 우주선 시스템을 개발하고 있다..게다가 그것은 지구상의 지점간 이동에도 사용될 수 있다.[9]

역사

왼쪽에서 오른쪽으로 팰컨 1, 팰컨 9 v1.0, 팰컨 9 v1.1의 세 가지 버전, 팰컨 9 v1.2(풀러스트러스트), 팰컨 9 블록 5, 팰컨 헤비 블록 5의 세 가지 버전.스페이스X 재사용 로켓 기술은 팰컨 9 v1.2와 팰컨 헤비 모두를 위해 개발되고 있다.

스페이스X는 당초 낙하산으로 팰컨 1단 착륙을 시도했지만 대기권 재진입에서 살아남지 못했다.그들은 2010년 이후 가장 이른 Falcon 9 비행에서 낙하산으로 계속해서 실험을 했다.스페이스X는 이후 동력 강하 착륙 시스템 개발로 초점을 전환했다.[10]

재사용 가능한 발사체계의 넓은 윤곽은 2011년 9월에 처음으로 공개 설명되었다.스페이스X는 완전 수직 이륙, 수직 착륙(VTVL) 로켓인 팰컨 9단계의 동력 강하와 회복을 시도하겠다고 밝혔다.동사는 동력 강하를 위해 꼬리 먼저 돌아오는 1단계와 열 차폐를 갖춘 2단계에 대한 개념적 시각을 컴퓨터 애니메이션으로 제작한 영상을 제작, 동력 강하를 위해 회전하기 전에 먼저 머리를 다시 들어가는 장면을 제작했다.[11][12][13][14]2012년 9월 스페이스X는 아등변 베짱이 로켓으로 재사용 가능한 1단계 시제품에 대한 비행시험을 시작했다.[15]두 번째 및 더 큰 시제품 차량인 F9R Dev1의 시험을 포함하여 2014년까지 그러한 시험이 계속되었다.

며칠 전 미국 연방항공청이 텍사스 스페이스X 시험장에 대한 환경영향평가 초안을 발표하면서 베짱이 시험발사체에 대한 소식이 알려졌고, 우주 매체들이 이를 보도한 바 있다.[16][17]스페이스X는 2012년 5월 미국항공우주국(NASA) 마셜우주비행센터 풍동실험시설에서 176회 시험운행을 토대로 팰컨 9 1단 복구용 대기시험 데이터 세트를 입수했다.이 작업은 NASA와 보상 가능한 우주법 협정에 따라 스페이스X에 의해 계약되었다.[18]

2012년에, 감속과 역회전 기동과 제어 강하 및 착륙에 필요한 잔류 연료를 제공하기 위해 소모성 팰컨 9의 마하 10 (7,600 mph; 3.4 km/s)이 아닌 대략 마하 6 (4,600 mph; 2.0 km/s)의 속도로 재사용 가능한 팰컨 9 로켓의 1단계 분리가 발생할 것으로 예측되었다.ng.[1]

2012년 11월, CEO 일론 머스크는 팰컨 9와 팰컨 헤비에서 사용되는 LOX/RP-1이 아닌 LOX/메탄으로 구동되는 두 번째, 훨씬 더 크고 재사용 가능한 로켓 시스템을 만들겠다는 스페이스X의 계획을 발표했다.새로운 시스템은 "스페이스X의 팰컨 9 부스터의 진화"가 될 예정이었고, 스페이스X는 수직착륙 기술의 돌파구를 개발하겠다는 의지를 거듭 강조했다.[19]2012년 말까지 시범 시험 차량인 베짱이는 2012년 12월 17일 40m(130ft)까지 29초간 공기부양정을 하는 등 3번의 VTVL 시험 비행을 했다.[15]스페이스X는 2013년 3월 초 베짱이가 고도 80m(260ft) 이상으로 비행하면서 네 번째 시험 발사에 성공했다.[20]

스페이스X는 2013년 3월 후속 팰컨 9호를 제어 강하 시험 차량으로 계측 및 장착할 것이라고 발표했으며, 이르면 2014년 중반에 차량을 동력 착륙을 위해 발사장으로 반환할 목적으로 2013년부터 과급 감속 시뮬레이션 착륙 계획을 시작했다.[21]SpaceX South Texas 발사장에 대한 2013년 4월 초안 환경 영향 선언문 초안에는 팰컨 9 1단계 부스터를 발사장에 반환하기 위한 구체적인 숙박시설이 포함되어 있다.[22]일론 머스크는 2013년 4월 공개적으로 재사용 가능한 팰컨 9를 팰컨 9-R로 지칭했다.[23]

스페이스X는 2013년 9월 궤도 발사 시 사용후 부스터의 엔진 3개를 재시동하는 데 성공했고 부스터는 연소되지 않고 극초음속도로 대기권에 재진입했다.[24]스페이스X는 고도에서 부스터 제어 강하의 첫 번째 비행 시험에서 수집한 데이터와 함께, 베짱이 저고도 착륙 시험기의 기술적 진보가 결합되어 부스터 단계의 완전한 육지 복구를 시험할 준비가 되었다고 발표했다.[25]스페이스X는 1차 고고도 비행시험의 긍정적인 결과를 바탕으로 차기 우주정거장 화물에 대한 재공급 비행을 규제승인이 있을 때까지의 목적으로 2014년 중반에서 2015년[clarification needed] 초로 시험 예상일을 앞당겼다.[26][27]그 비행기는 2014년 4월 18일에 이륙했다.[28][29]

머스크는 2013년 5월 이 프로그램의 목표는 2015년까지 1단계의 완전하고 신속한 재사용성을 달성하고, 이를 따라 "미래 설계 아키텍처의 일부"[30]로 완전한 출시 차량 재사용성을 개발하는 것이라고 밝혔다.스페이스X는 2013년 9월 "테스트 프로그램의 모든 측면이 성공적이었고 고객이 관심이 있다면 빠르면 2014년 말 팰컨 9 부스터 스테이지의 첫 번째 리프라이트가 발생할 수 있다"고 밝혔다.[26]

2014년 2월 스페이스X는 당시 화성 식민 트랜스포터라고 불리던 초중량 발사체도 재사용 가능한 기술을 활용할 것이라고 명시했다.[7]이는 2012년 머스크가 "혁명적 돌파구는 완전하고 빠르게 재사용 가능한 로켓과 함께 나올 것"이라는 전략적인 발언과 일치했다.우리가 그렇게 하지 않는 한 우리는 화성을 정복하지 않을 것이다.너무 비쌀 거야.바다를 건너는 배들이 재사용되지 않았다면 미국의 식민지는 결코 개척되지 않았을 겁니다."[31]

또한 2014년 5월, 스페이스X는 관련 재사용 가능한 기술에 대한 광범위한 시험 프로그램을 공개적으로 발표했는데, 그것은 DragonFly라고 불리는 예상 착륙한 우주 캡슐이다.이 테스트는 2014~2015년 맥그리거 로켓 시험 시설에서 텍사스에서 실시될 예정이었다.[32]

2014년 6월 COO 그윈 숏웰은 재사용 가능 발사 시스템 기술 개발 프로그램의 개발 및 시험에 대한 모든 자금은 스페이스X의 민간 자금이며 미국 정부의 기여는 없다고 명확히 했다.[33][34] 스페이스X는 2017년 현재 개발 프로그램에 10억 달러 이상을 지출했다.[35]

스페이스X는 2014년 7월 처음으로 "발사장에서 부유식 발사대에 성공적으로 착륙할 수 있을 것으로 확신한다"고 밝힌 바 있다.[36]

스페이스X는 2014년 말 팰컨 9단 복구 및 재사용 계획을 중단 또는 포기했다.[37] 필요한 열 차폐 장치, 착륙 기어 및 저출력 착륙 엔진의 추가 질량은 너무 큰 성능 저하를 초래할 것이다.그 아이디어는 나중에 다시 언급되었지만, 우주선 개발이 진전되면서 결국 포기되었다.[8]

스페이스X는 2015년 12월, 12월 22일 발사에서 1단계가 복구된 데 이어 2016년에는 복구된 부스터의 첫 번째 리플라이트가 발생할 가능성이 높지만, 이를 위해 12월 22단계를 다시 조명하지는 않을 것이라고 전망했다.[38]

2016년 9월 스페이스X는 재사용 가능한 비행 하드웨어를 2단계로 확장하기 위한 개발이 진행 중이라고 발표했는데, 이는 차량이 궤도 속도로 주행하고 있기 때문에 더욱 어려운 엔지니어링 문제였다.재사용 가능한 기술은 2016년 유조선과 승무원 우주선 상부 스테이지 변종, 행성간 운송 시스템 1단계 설계로 확장될 예정이었으며,[6][5][7] 일론 머스크가 화성 정착을 위해 옹호하고 있는 계획에 가장 중요한 것으로 간주되고 있다.[39][40][41]2016년, 행성간 운송 시스템 차량의 초기 시험 비행은 2020년 이전에 예상되었다.[6]

2017년 스페이스X는 점차적으로 그리고 반복적으로 페어링 회수 시스템을 개발하면서 시험 비행을 진행하였다.[42][2]머스크는 2017년 7월 "페어링을 회복할 수 있을 정도로 상당히 가까워졌다"고 말했다.연말까지는 페어링을 회복하고, 올해 말이나 내년 초쯤에는 다시 조명할 수 있는 괜찮은 샷이 나왔다고 말했다.[43]페어링을 복구하기 위한 스페이스X의 비용 절감액은 미화 500만 달러가 될 것으로 예상된다.부스터 스테이지와 페어링을 합치면 발사 비용의 약 80%를 차지한다.[43]페어링은 조련할 수 있는 낙하산을 갖추고 큰 그물을 장착한 배를 향해 떨어진다.[44]온전한 페어링은 2017년부터 바다에서 회수할 수 있으며,[45] 2019년부터는 그물에 착륙할 수 있다.[44]

기술

팰컨 9와 팰컨 헤비 1단계, 그리고 스타쉽 2단계 모두의 성공적인 발사 및 복구를 위해 몇 가지 새로운 기술을 개발하고 테스트할 필요가 있었다.2017년 이후 팔콘 로켓 부스터의 회수 및 재사용은 일상화됐다.

그리드 핀이 있는 Falcon 9 부스터 단계 재진입, DSCOVR 임무 개시 후 2015년 2월

아직 정제되고 있는 팰컨 9를 위해 개발된 기술은 다음과 같다.

  • 1단계 [23]부스터용 재시동식 점화 시스템상층 대기의 초음속 속도(발사대에서 멀리 떨어진 고속을 역방향으로 되돌리고 부스터를 다시 발사대로 향하는 하강 궤도에 올려놓기 위해)와 하층 대기의 높은 트랜소닉 속도에서 모두 재시동하여 단자 강하를 늦추고 연착륙을 수행해야 한다.[46]부스터가 육지의 착륙 지점으로 복귀하는 경우, 중앙 엔진의 총 4개의 화상에 대해 부스터의 비행 방향을 반대로 하기 위해 스테이지 분리 직후에 또 다른 화상이 필요하다.
  • 부스터가 비파괴적 복귀와 충분한 공기역학적 제어에 도움이 되는 방식으로 하강 로켓 본체를 대기권 내에 진입시키는 새로운 자세 제어 기술로서 착륙의 터미널 단계가 가능하다.[47]여기에는 2013년 9월 1차 고고도 비행시험에서 롤 레이트가 부스터태도제어장치(ACS)의 성능을 초과하고 탱크 내 연료가 단일 엔진을 정지시키는 탱크의 측면에 "중심화"된 상태에서 로켓이 과도하게 회전하지 않도록 하기 위한 충분한 롤링 제어 권한이 포함된다.저고도 감속 기동에 [27][48]관여했었죠이 기술은 단자 속도로 주 단계 엔진 중 하나를 재점전하기 전에 극초음속 조건에서 우주의 진공에서 초음속 속도로 감속하고 트랜소닉 뷔페를 통과하는 전환을 처리할 필요가 있다.[25]
  • 정밀 착륙을 위해 2014년 제5차 해양 제어 시험 비행에서 시작되는 부스터 시험 차량 설계에 극초음속 격자 핀이 추가되었다."X" 구성으로 배열된 그리드 핀은 차량이 대기로 복귀한 후 하강 로켓의 리프트 벡터를 제어하여 훨씬 정밀한 착륙 위치를 가능하게 한다.[49][50]디자인에 대한 반복은 2017년까지 계속되었다.단조 티타늄으로 제작돼 도색되지 않은 채 방치된 더 크고 튼튼한 그리드 핀은 2017년 6월 처음 시험됐으며 2018년 5월부터 모든 재사용 가능한 블록 5 팰컨 9 1단계에 사용됐다.[51]
착륙 다리가 부착된 팰컨 9 v1.1은 로켓이 격납고에서 발사 준비를 할 때 적재된 위치에 있다.
2015년 1월 항구에 있는 무인 우주선 무인정찰기.
  • 1단계가 발사장으로 복귀할 연료가 충분하지 않은 발사를 위한 대형 부유식 착륙 플랫폼.스페이스X는 미국 각 해안마다 1척씩 2척의 자율 우주선 드론선을 건조했다.
  • 대기권 재진입 시 1단계의 손상을 방지하기 위한 열보호계통.[57]
  • 부스터 스테이지용 경량 전개식 랜딩 기어.[17][50]2013년 5월, 설계는 A-프레임에 내포된 텔레스코핑 피스톤으로 나타났다.탄소섬유/알루미늄 확장형 착륙다리의[58][59] 총 길이는 약 18m(60ft)이며, 무게는 2,100kg(4,600lb)에도 미치지 못한다.전개 시스템은 고압 헬륨을 작동 유체로 사용한다.[60][61]25편 비행을 통해 각 착지 레그는 특히 단단한 착륙에 대한 착륙의 충격을 흡수하기 위해 "크러쉬 코어"를 포함하고 있다고 발표되었다.[62][63]

로켓 재사용의 경제성

팰컨 9를 재사용하고 발사장으로 복귀시키기 위해서는 1단계를 거치면서 최대 탑재량을 소모성 팰컨 9에 비해 약 30% 줄여야 한다.[64]후속 비행에서 이전에 사용한 스테이지의 리플라이트는 착륙 스테이지의 상태에 따라 달라지며, 우주왕복선의 재사용 가능한 고체 로켓 부스터 외부에서는 거의 사용되지 않는 기술이다.

머스크는 2015년 지상에서 수행된 엔진의 전체 작동 시간, 그리고 그 때까지 입증된 다중 엔진 재시동 시간 때문에 프로그램의 리플라이트 단계가 '직진'이 될 것이라고 예측했는데, 큰 성능 저하는 보이지 않았다.[65]2015년, 업계 분석가들은 무대를 새롭게 단장하고 다시 시작하는데 드는 비용이 아직 입증되지 않았고, 재사용을 위한 경제적 사례는 반드시 빈번한 출시에 크게 의존할 것이기 때문에 경제적 재사용을 막을 수 있는 문제들을 계속해서 예측했다.[66]

스페이스X는 우주에 대한 접근 비용을 크게 줄이고, 우주 발사 서비스에서 점점 경쟁이 치열해지는 시장을 변화시킬 것으로 기대된다.[26][67]마이클 벨피오어는 2013년 포린폴리시(Foreign Policy)에서 발사당 5650만 달러(약 5650억 원)를 들여 "팔콘 9호 로켓은 이미 업계에서 가장 저렴하다"고 썼다."재사용 가능한 팰컨 9s는 그 가격을 엄청나게 떨어뜨려 더 많은 우주 기반 기업을 촉발할 수 있으며, 이는 다시 규모의 경제를 통해 우주에 대한 접근 비용을 더 떨어뜨릴 것이다."[24]추가 발사 서비스를 제공하기 위한 여러 계약 요건이 있는 군사 발사에도 스페이스X의 가격은 1억 달러 미만이다.[68][69]

일부 부유식 플랫폼 복구 테스트를 위한 Falcon 9 착륙 궤적 묘사

우주산업 분석가 아제이 코타리는 스페이스X 재사용 기술이 "60년 전 제트엔진이 항공 운송에 어떤 역할을 했는지는 매년 5억명 이상의 승객이 비행기로 여행할 것이며 비용은 현재의 수준으로 감소할 것이라고는 상상도 못했었다"고 말했다.올메와 신뢰할 수 있는 재사용이 가능함."[70]스페이스 X1월 2014년에 그들이 재사용할 수 있는 기술 개발의 약 5달러 700만의 재사용 가능한 팰컨 9호를 발사 가격 possible,[71]고 12월 2015년에 성공적인 첫 무대 회복에 따라 사향은 이날 장기적으로 잠재적인 비용 감소 1배를 초과하는 아마도 하고 있다고 말했다 성공하고 있다고 말했다.00."[66]

2014년 3월 현재 스페이스X와 경쟁하는 론칭 서비스 제공업체들은 유사한 기술을 개발하거나 경쟁적으로 재사용 가능한 런처 옵션을 제공할 계획이 없었다.러시아 프로톤 로켓의 발사를 판매하는 ILS도, 아리안스페이스도, 시 런칭도 재사용 가능한 발사체 서비스를 개발하고 마케팅할 계획이 없었다.스페이스X는 재사용 가능한 로켓 기술의 값비싼 개발과 그러한 이론적 시장 기회에 대한 옵션을 개발하기 위한 민간 자본의 지출을 정당화하기 위해 수요 측면에 충분히 탄력적인 시장을 예상한 유일한 경쟁자였다.[72]

2014년에 Falcon 9 v1.1 로켓은 공식 탑재물 규격보다 약 30% 더 많은 용량을 갖도록 설계되었다. 추가 성능은 스페이스X가 재사용을 위한 1단계 재진입 및 착륙 테스트를 수행하면서 고객들을 위해 지정된 궤도 탑재물 전달을 여전히 달성하도록 예약되었다.[73]

재사용 가능한 기술의 완전한 경제적 이익을 달성하려면, 재사용 가능 발사 차량의 초기 시도를 방해했던 길고 비용이 많이 드는 개조 기간이나 부분적으로 재사용 가능한 설계 없이, 재사용이 빠르고 완전해야 한다.스페이스X는 "우주 비행을 개방할 수 있는 엄청난 잠재력"[74]이 완전하고 신속한 재사용 가능성의 달성에 달려 있다는 점을 분명히 해왔다.[28][68]머스크 CEO는 2014년 팰컨9에 탑재된 추진제/옥시디저 비용이 전체 차량 비용의 0.3%에 불과해 기술개발 노력의 성공으로 '우주비행 비용 100배 절감'[75]이 가능하다고 밝힌 바 있다.[76]

스페이스X가 출시 가격을 낮추고 기술이 성공적으로 완성될 경우 출시 가격을 더욱 획기적으로 낮출 수 있는 잠재적 미래와 별개로 2014년 에어웨이크는 "스페이스X 재사용 발사 작업은 연구개발(R&D) 모델"이라고 밝혔다.그 프로그램의 개념과 진행속도의 대담성이 그것을 본보기로 삼는다. ...그 놀라운 발전 속도는 거의 아폴로처럼 실행되어 왔다...성공이 보장되는 것과는 거리가 멀다고 말했다.[77]

그윈 숏웰 스페이스X 사장은 2016년 3월 9일 비용과 무게 문제로 2단계의 재사용 시도가 무산된 지금 재사용 발사 비용 절감 가능성에 대해 보다 현실적인 평가를 내렸다.그녀는 연료교체 비용 100만 달러와 중고 1단계를 개조하는 비용 300만 달러가 출시 가격을 30% 할인된 4,000만 달러까지 낮출 수 있을 것이라고 말했다.스페이스X의 최대 고객사인 SES는 재사용 차량을 가장 먼저 타길 원하지만 공정을 개척할 위험을 상쇄하기 위해 출시 가격 3000만 달러 또는 50%를 절약하고 싶다고 말했다.[78]

일론 머스크에 따르면 팔콘의 거의 모든 조각을 100번 이상 재사용해야 한다.히트 실드와 몇 가지 다른 항목은 교체하기 전에 10회 이상 재사용해야 한다.[79]2017년 3월 스페이스X는 600만 달러의 페이로드 페어링을 회수하고 결국 재사용하기 위한 실험의 진전을 발표했다.SES-10 임무에서, 페어링 반쪽 중 하나는 추력기와 조종 가능한 낙하산을 사용하여 제어된 대기권 재진입과 스플래시 다운을 수행했고, 페어링은 결국 떠다니는 "보운시 성" 구조물에 착륙할 예정이다.[80]

스페이스X는 2017년부터 기존에 출시된 부스터 스테이지의 재공격을 시작했다.첫 재비행은 부스터의 처녀비행 후 거의 1년이 지난 2017년 3월에, 두 번째는 처녀비행 후 불과 5개월 만인 2017년 6월에 이뤄졌다.둘 다 성공적이었고, 보험사와 론칭 서비스 고객 모두 다중이용 부스터가 제공하는 론칭 서비스에서 새롭게 부상하는 시장을 흔쾌히 지원하고 있다.[3]

2020년 8월 일론 머스크는 트위터를 통해 "부스터 리퍼레이션과 재사용은 10% 이하인 반면 페이로드는 40% 이하인 상태에서 새로운 부스터 가격을 적용하고 있다"고 밝혔다.그의 트윗에 따르면 스페이스X는 부스터 한 명당 두 번째 비행을 해도 부서지고 세 번째 비행에서 돈을 절약한다.[81]당시 팰컨 9블록 5호는 부스터 11대와 함께 35편의 비행을 했다.

기술적 타당성

2015년 12월 재사용이성 프로그램이 성공하기 전에는 궤도형 발사체 부스터 로켓의 반환이 결코 이루어지지 않았고, 많은 사람들은 기술적, 경제적 타당성 모두에 의문을 제기하였다.그리고 이 성공 이후에도 로켓의 빠른 재사용은 시도되지 않았다.재사용 가능한 로켓을 개발하는 것은 궤도에 오를 수 있는 로켓 질량의 적은 비율 때문에 매우 어려운 일이다.[12][82]일반적으로 로켓의 탑재량은 로켓 중량의 약 3%에 불과하며, 이는 또한 차량의 재진입에 필요한 연료 중량의 대략적인 양이기도 하다.[83]

일론 머스크는 프로그램 초반에 스페이스X 제조 방법론에서 로켓 효율이 일반적인 3% 마진을 초과하기 때문에 반환, 수직 착륙, 회복이 가능하다고 생각한다고 말했다.재사용 가능한 구성으로 작동하는 스페이스X 로켓은 소모성 구성에서 동일한 로켓보다 약 30% 적은 탑재체 리프트 용량을 가진다.[25]

재사용 가능 발사 시스템 기술은 팰컨 로켓[5] 계열의 1단계에 개발되어 초기에는 사용되었지만, 특히 비행 초기에 두 개의 외부 코어가 로켓으로부터 분리되는 팰컨 헤비(Falcon Havy)에 잘 적합하므로, 단계 분리 시 더 느리게 움직이고 있다.예를 들어, 팰컨 9 20편에서 분리시 속도는 6000km/h에[84] 가까웠고, 이를 통해 발사장 인근으로 되돌아갈 수 있었다.보다 에너지 효율적인 GTO 궤도로 가는 22편 비행에서, 분리 시 더 높은 속도는 8000에서 9000 km/h 사이였다.이렇게 빠른 속도에서는 착륙을 위해 발사장 근처로 부스터를 되돌릴 수 없다. 착륙을 시도할 경우 무인정찰기로 수백 킬로미터의 저공비행할 필요가 있다.

재사용은 위험 추정에도 영향을 미친다.재사용 로켓의 초기 고객들은 더 낮은 가격을[85] 요구했지만, 이미 비행한 부스터는 현실적인 비행 조건에서 작동한다는 것이 증명되었다.일부 고객들은 이제 새로운 부스터보다 재사용 부스터를 선호한다.[86]

Falcon 9 재사용성 개발

2013년 스페이스X는 1단 부스터 발사체 설계(베짱이, F9R Dev1, F9R Dev2 등 3개 테스트 차량 포함)와 재사용 가능한 새로운 스페이스X 드래곤 2 우주 캡슐(DragonFly라는 저고도 테스트 차량 포함) 모두에 대해 재사용 가능한 기술을 시험하고 있었다.

스페이스X는 부스터 단계에 대한 4가지 측면을 포함하는 다중 요소 증분 시험 프로그램을 공개하였다.

저고도 부스터 비행시험은 2012년과 2013년 베짱이 8차례 이뤄졌다.고공에서 나온 1차 부스터 리턴 제어-불쾌도 시험은 2013년 9월, 4월 2차 시험,[26][29][90] 7월[91] 3차 시험비행, 2014년 9월 4차 시험으로 이뤄졌다.현재까지 네 번의 시험 비행은 모두 물 위에 있는 모의 착륙을 의도했다.[36]F9R Dev1의 저고도 부스터 비행시험 5회 4월중 비행5번째 비행에서 안전상의 이유로 차량이 스스로 파괴되기 전인 2014년 8월.[92][93]

비행시험차량

재사용 가능한 발사체 기술을 개발하기 위한 시도로 325미터의 비행에 이어 부드러운 추진 착륙을 하는 베짱이 로켓.

스페이스X는 2012년 재사용 가능 부스터 기술을 시험하기 위해 실험 기술인 데모버레이터, 아보르바이탈 재사용 발사체(RLV) 세트를 사용했다.원형의 재사용할 수 있는 시험 로켓의 두가지 버전 built—the다(32m)키 큰 베짱이는(이전에 베짱이는 v1.0로 지정된)과160-foot(49m)키가 큰 팰컨 9호 활용할 수 있는 개발 차량 또는 F9R Dev1—formerly 베짱이는 v1.1[74]—as는 드래곤 승무원들과 차의 추진력 있는 착륙을 시험하기 위한 캡슐 원형으로 알려져106-foot.가세요Palcon 9용 캡슐—DragonFly.[74]베짱이는 2012년 9월부터 시작해 2013년 10월 8차례의 시험 비행을 거쳐 마무리된 저고도 저속도 공기부양식 시험을 위해 2011~2012년 건조됐다.[16][17][74]두 번째 프로토타입 차량 설계인 F9R Dev1은 훨씬 더 큰 Falcon 9 v1.1 부스터 단계에 구축되어 실제 비행 하드웨어에 더 잘 맞는 차량의 저고도 비행 시험 범위를 더욱 확장하기 위해 사용되었으며 2014년에 5번의 시험 비행을 했다.[74][94][95]시험차량 로켓과 캡슐의 저고도 저속 비행은 텍사스[16][17][74] 주 맥그리거의 스페이스X 로켓 시험 시설에서 진행됐다.

스페이스 X11월 2018년에 그들은"선박mini-BFR"처럼 기술이 본격적인 우주선을 위해 필요한 초경 열 차단 장치와high-Mach 제어 surfaces,[96][97]지만 2주 later,을 포함한 수의 대기권 재진입 시험에 사용할 보일 것 무거운 변형된 팰컨 9호 2단계 시험으로 여겨졌던 것으로 나타났다. 사향 dis대신 지름이 완전한 BFR을 사용하는 접근법을 놓쳤다.[98]

베짱이

주요기사 : 메뚜기(로켓)

이 회사 최초의 VTVL 시험 차량인 베짱이는 팰컨 9 v1.0 1단 탱크와 멀린-1D 엔진 1개, 영구 부착된 강철 착륙 다리 4개로 구성됐다.그것은 높이가 106피트(32m)나 되었다.[17]스페이스X는 메뚜기 비행시험 프로그램을 지원하기 위해 텍사스주 맥그리거의 로켓 개발 및 시험 시설에 0.5에이커(0.20ha)의 콘크리트 발사 시설을 건설했다.[99]베짱이는 베짱이급 시험 차량을 제작하던 2014년 이전 버전인 베짱이 버전 1.0으로도 알려져 있었다.

2012년 3차례의 시험비행 외에 2013년 3월 전체 4차 시험을 포함해 2013년 10월 말까지 5차례의 추가 비행에 성공해 베짱이 최고 도약을 두 배로 늘려 34초 비행으로 80.1m(263ft)까지 올라갔다.[100]7차 시험에서는 2013년 8월 60초 비행 중 250m(820ft)까지 비행한 뒤 100m(330ft)의 횡방향 기동을 실행한 뒤 패드로 돌아갔다.[101]베짱이는 2013년 10월 7일 8번째이자 최종 시험비행을 한 뒤 744m(2,441ft)까지 비행한 뒤 8번째 착륙에 성공했다.[102]베짱이 시험 차량은 이제 퇴역했다.[103]

Falcon 9 재사용 가능한 개발 차량

스페이스X는 빠르면 2012년 10월 베짱이 2세대 시험차량 개발을 논의했는데, 로켓 옆면에 접히는 가벼운 착지다리로 1차 베짱이 차량보다 50% 가까이 길어질 것으로 보인다.[95]스페이스X는 2013년 초 스페이스X 로켓 개발 및 시험 시설에서 자격시험에 사용된 팰컨 9 v1.1 1단 탱크 중 대형 베짱이급 아관절 비행체가 건설될 것이라고 2013년 3월 발표했다.확장 가능한 착지 다리로 F9R Dev1로 재구축되었다.2014년에 5번의 시험 비행이 발생했다.[74]

두 번째 VTVL 비행시험 차량인 F9R Dev1은 훨씬 긴 Falcon 9 v1.1 1단계 탱크 위에 제작되었으며, 접히는 착륙다리로 2014년 4월 17일에 첫 시험 비행을 했다.[74][92]F9R Dev1은 2014년 동안 총 5편의 시험 비행이 이루어졌으며 최대 고도가 3,000m(10,000ft)[74] 미만으로 발표된 텍사스 주 맥그리거 지역의 저고도 시험 비행에 사용되었다.이 차량은 2014년 8월 22일 다섯 번째 시험비행 중 안전조치로 자폭했다.[104]

2014년 4월까지 세 번째 비행시험 차량인 F9R Dev2가 제작되고 있었으며, 뉴멕시코의 스페이스포트 아메리카에서 이용 가능한 고고도 시험장에서 비행할 계획이었는데, 최대 9만1000m(30만ft) 이상의 고도에서 비행할 것으로 예상되었다.[74]스페이스X가 유료 궤도 발사 및 상승에 사용한 후 고고도 시험 프로그램을 제어된 가속도 시험으로 옮겼을 때 결코 비행하지 않았다.

드래곤플라이

주요 기사: DragonFly (로켓)

DragonFly는 저고도 비행시험을 목적으로 하는 Suborbital 재사용 발사체(RLV)인 SpaceX Dragon 캡슐의 예상 착륙 버전의 시제품 시험 기사였다.2014년 5월 현재 맥그리거 로켓 시험 시설에서 2014-2015년 동안 텍사스에서 시험 프로그램을 실시할 계획이었다.[32][105][needs update]

DragonFly 테스트 차량은 8개의 SuperDraco 엔진에 의해 구동되며, 추진 시스템 설계의 내결함성을 지원하기 위해 중복된 패턴으로 배치된다.[106]슈퍼드라코스는 1세대 드래곤 우주선에서 자세 제어와 조종에 사용되는 훨씬 작은 드라코 추진기에 사용되는 것과 동일한 추진제인 MMH(Monomethyl Hydrazine) 연료와 질소 테트로크사이드 산화제(NTO)를 저장 가능한 추진제 혼합체로 활용한다.[105]슈퍼드레이코 엔진은 7만3,000뉴턴(1만6,400lbf)의 추력이 가능한 반면, 드래곤플라이 비행시험 차량에서 사용하는 동안 차량 안정성을 유지하기 위해 각각 68,170뉴턴(1만5,325lbf) 미만으로 조절된다.[105]

2013~2014년 약 3,000피트(3,000m) 고도에서 헬리콥터에서 낙하한 비행에서 추진 보조 장치(파라츄트+추력기) 2개와 추진 착륙(낙하산 없음) 2개를 포함하여 30편의 비행에 대한 시험 비행 프로그램이 제안되었다.나머지 26편의 시험 비행은 8개의 추진 보조 홉(낙하산+추력기로 착륙)과 18개의 완전 추진 홉으로, 베짱이와 F9R Dev 부스터 단계 시험 비행과 유사하게 패드에서 이륙할 것으로 예측되었다.[105][106]2014년 현재 DragonFly 테스트 프로그램은 McGregor 시설에서 F9R Dev1 부스터 테스트를 완료한 후에야 시작될 것으로 예상되었다.[106][needs update]

Falcon 9 부스터 비행 후 시험

CRS-6 부스터 착륙 시도
주요 기사:Falcon 9 1단계 착륙 시험

스페이스X는 발사 차량에 대해 매우 특이한 방식으로 2013년 궤도 비행의 상승 단계를 완료한 후 추진력-반환 제어-도천 비행 시험에 팔콘 9 v1.1 로켓의 일부 1단계를 사용하여 시작했다.1957년 우주비행의 등장 이후, 발사체 부스터는 보통 그들의 운송수단을 설정한 후에 폐기될 것이다.스페이스X가 시작한 과수 실험은 반덴버그 공군기지 남쪽 태평양과 대서양, 케이프 커내버럴 공군기지 동쪽에서 이뤄졌다.1차 비행시험은 부스터에서 분리된 CASIOPE와 나노삿짐 탑재로 2단계 이후인 2013년 9월 29일에 실시되었다.이러한 강하 및 모의 착륙 시험은 2014년 4월 18일에 2차 비행시험이 실시되었고,[26][29][90] 2014년에 2회 추가시험이 실시되었으며, 2015년에 4회 후속시험이 실시되었다.[107]스페이스X는 일부 2016-2018 팰컨 9 및 팰컨 헤비 항공편에서 부스터 설계와 특정 재사용 가능 기술, 강하 프로파일 및 추진제 마진을 반복적이고 점진적으로 변경하여 설계 및 운용 파라미터를 변경하였다.이러한 하강 및 착륙 시험의 대부분은 부스터가 대기권에 재진입하여 회복 가능한 착륙을 시도함에 따라 스페이스X 고객들을 위한 능동 궤도 우주 비행 임무에서 시험되었다.

재진입 및 강하 제어

스페이스X는 2013년 9월 첫 부스터 제어 강하로부터 얻은 비행시험 데이터를 분석한 후 비행에서 대량의 신기술을 성공적으로 시험했으며, 베짱이 저고도 착륙시범기에 대한 기술 진전과 결합해 완전한 회수를 시험할 준비가 되었다고 발표했다.e 부스터 스테이지첫 비행시험은 성공적이었으며 스페이스X는 "진공에서 극초음파, 초음속, 트랜소닉을 거쳐 성공적으로 전환될 수 있었고 엔진에 불을 붙이고 [대기][25]를 통해 무대를 조종할 수 있었다"고 말했다.머스크는 "팔콘9호를 복구하기 위한 다음 시도는 업그레이드된 로켓의 4번째 비행에 있을 것"이라고 말했다.이것은 ISS로 가는 세 번째 상업용 드래곤 화물기가 될 것이다."[27]

이 두 번째 비행 시험은 ISS로 가는 2014년 4월 드래곤 비행 중에 실시되었다.스페이스X는 NASA에 계약한 3번째 화물 재공급 임무에 대한 2단계 발화 이후 1단계에 착륙 다리를 부착하고, 그것을 바다 위로 감속시키고 물 위로 모의 착륙을 시도했다.첫 단계는 성공적으로 대서양 연착륙에 충분할 정도로 느려졌다.[29]스페이스X는 2014년 2월 아음속 시스템을 통해 극초음파로부터 정밀제어가 입증될 때까지 1단 부스터를 바다에 착륙시키기 위한 테스트를 계속하겠다는 의도를 발표했다.[90]2014년부터 2015년 4월까지 5차례 추가 통제시험이 실시됐으며 발사장 동쪽 대서양에 떠 있는 착륙 플랫폼인 스페이스X 구축 자율우주포트 드론 선박에 착륙을 시도했으나 두 차례 모두 착륙 플랫폼으로 차량을 가져가지 못했다.성공적인 착륙

지상 패드 첫 착륙

2015년 12월 22일 헬리콥터에서 바라본 팰컨 9 20편 첫 단계 착륙.

스페이스X는 2015년 발사 공백 기간 동안 FAA에 규제 승인을 요청해 바다에 떠 있는 플랫폼 대신 케이프캐너벌로 가는 다음 비행기의 회항을 시도했다.목표는 부스터를 최근 스페이스X가 대형 로켓 착륙대를 건설했던 옛 발사장 13단지인 임대한 랜딩 존 1 시설에 수직으로 착륙시키는 것이었다.[108]FAA는 2015년 12월 18일 지상착륙 안전계획을 승인했다.[109]1단계는 현지시간으로 12월 21일(현지시간 12월 22일 01:38 UTC) 20:38로 목표물에 성공적으로 착륙했다.[110][107]

1단계 부스터 B1019는 비행 후 다시는 비행하지 않았다.[111]오히려 로켓은 몇 마일 북쪽으로 발사대 39A의 스페이스X 격납고 시설로 옮겨져 최근 인접한 케네디 우주센터의 스페이스X가 정비한 것으로 2016년 1월 15일 사용되기 전 점검을 받은 로켓은 원래 발사대인 발사 40단지에 대한 정전기 사격시험을 실시하였다.[112]이번 시험은 회수된 부스터의 건강상태와 이 로켓 설계가 앞으로 반복적으로 비행할 수 있는 능력을 평가하는 것을 목적으로 했다.[113][107]이 테스트는 추력 변동을 경험하는 외부 엔진 중 하나를 제외하고 전반적으로 좋은 결과를 보여주었다.[113]일론 머스크는 이것이 파편 섭취 때문일 수도 있다고 보고했다.[114]그 후 부스터는 캘리포니아 호손에 있는 스페이스X 시설로 퇴역되었다.

팰컨 9 비행기의 1단계 21편은 2016년 1월 17일, 착륙 다리가 걸리지 않아 로켓이 전복된 직후 부드러운 착륙 플랫폼 위로 하강했다.

드론 선박 상륙 시도

팰컨 9 21편은 2016년 1월 17일 제이슨-3 위성을 발사하고 태평양에서 약 320km 떨어진 곳에 위치한 부유식 플랫폼 저스트 레딩 더 디렉션에 착륙을 시도했다.[115]비행 시작 약 9분 후, 업링크 위성에 대한 잠금이 끊겨 드론 선박의 실시간 비디오 공급이 중단되었다.사고 차량은 선박에 순조롭게 착륙했지만 발사 전 짙은 안개 때문에 생긴 얼음 때문에 잠금 콜릿이 빗장을 걸지 못해 착지 다리 4개 중 1개가 제대로 잠기지 못한 것으로 알려졌다.[116]결과적으로 부스터는 터치다운 직후에 넘어졌고 패드와의 충격에 의해 파괴되었다.[117][118]

22편은 정지궤도(GTO)까지 5,271kg(1만2,000lb)의 무거운 탑재물을 싣고 있었다.이는 이전에 광고되었던 GTO에 대한 최대 리프트 용량보다 다소 비동기화됨으로써 가능했던 것보다 더 무거웠다.스페이스X 19편 실패에 따른 지연으로 SES-9 위성이 초동기화되도록 추가 추진력을 제공하기로 합의했다.[119]이런 요인들로 인해 정상 여백으로 완전한 재진입 및 착륙 시험을 실시할 추진체가 거의 남아 있지 않았다.결과적으로 팰컨 9 1단계는 분리 후 탄도 궤적을 따라갔다가 고속으로 대기권에 재진입해 착륙에 성공할 가능성이 낮아졌다.[120][119]대기권 재진입과 제어된 하강은 초고속으로 인해 1단계의 공기역학적 제약조건이 높아졌음에도 불구하고 성공적이었다.하지만 로켓은 너무 빨리 움직였고 드론 선박과 충돌하면서 파괴되었다.스페이스X는 GTO 임무에서 부스터를 복구하는 데 필요한 확장 비행 엔벨롭에 대한 귀중한 데이터를 수집했다.

바다에 첫 상륙

주요 기사:자율형 우주선, 스페이스X CRS-8, JATH-2B
팰컨 9 1단 23편 무인정찰기에 착륙

스페이스X는 2015년 1월부터 로켓 궤적을 따라 해안에서 수백 마일 떨어진 곳에 안정적인 부유식 플랫폼을 배치했으며, 이러한 변화된 바지선은 무인 우주선이라고 불렸다.[121]2016년 4월 8일 풀러스트 버전 3편인 팰컨9 23편은 국제우주정거장으로 가는 도중 스페이스X CRS-8 화물을 전달했고, 1단계에서는 대서양 상공에서 부스트백과 재진입 기동을 실시했다.이륙 후 9분 후, 부스터는 플로리다 해안선에서 300km 떨어진 드론 선박 Of Course I Still Love You에 수직 착륙하여 스페이스X 재사용성 개발 프로그램의 오랜 숙고 끝에 대기록을 달성했다.[122]

2016년 5월 6일 두 번째 드론 선박 착륙 성공이 있었고, 다음 비행기로 JATH-14에서 GTO로 발사되었다.이 두 번째 해상 착륙은 CRS-8이 낮은 지구 궤도를 향해 발사했을 때 6,650 km/h (4,130 mph)에 비해 분리 시 부스터가 약 8,350 km/h (5,190 mph)를 이동했기 때문에 이전보다 더 어려웠다.[123]스페이스X는 비행 외피의 한계를 시험하기 위한 그들의 실험을 추구하면서, 이전의 시도에서 보았던 단발 엔진 화상 대신에 3개의 엔진으로 더 짧은 착륙 화상을 선택했다; 이 접근법은 가능한 한 오랫동안 자유 낙하 상태에서 무대를 떠나 더 급격히 감속함으로써 연료를 덜 소비하여 에너지 양을 최소화했다.중력에 반하는.[124]일론 머스크는 이 첫 번째 단계가 다른 사람들이 좋은지 확인하기 위해 지상 테스트의 삶의 리더로 사용되는 대신 다시 비행되지 않을 수도 있다고 말했다.[125]

5월 27일 GTO 발사에 필요한 고속에서 감속한 후 세 번째 착륙에 성공했다.이 착륙으로 한쪽 다리로 '크러쉬 코어'가 찌그러져 드론 선박에 서 있는 모습이 눈에 띄게 무대로 기울어지게 됐다.[62]

일상적 절차

주요 기사:팰컨 9 및 팰컨 헤비 론칭 목록 및 팰컨 9 1단계 부스터 목록

이후 이어진 임무에 걸쳐 1단 착륙은 점차 통상적인 절차가 되었고, 2017년 1월부터 스페이스X는 착륙 시도를 '실험'이라고 지칭하는 것을 중단했다.ISS에 대한 저에너지 임무는 발사장으로 되돌아와 LZ-1에 착륙하는 반면, 보다 까다로운 위성 임무는 수백 마일 아래쪽에 있는 드론 선박에 착륙한다.때때로 EchoStar 23과 같이 무거운 탑재량을 가진 미션들은 착륙을 시도하지 않고 지느러미와 다리 없이 소모적인 구성으로 비행한다.

스페이스X는 2016년과 2017년 동안 육상과 드론 선박 모두에 1단계를 다수 회수해 부스터 재사용을 위해 필요한 절차를 신속히 최적화하는 데 도움을 주고 있다.2016년 1월 일론 머스크는 2016년 모든 착륙 시도에서 성공 가능성을 70%로 추정했고, 2017년에는 희망적으로 90%까지 상승했다. 또한 그는 또한 "RUD 몇 개 더 (Rapid Unsched Disconstructionly, 충격 시 차량의 파괴를 나타내는 머스크의 완곡한 표현)를 기대해야 한다고 경고했다.[126]머스크의 예측은 2016년 8대 중 5대(63%)가 회수됐고, 2017년에는 14대 중 14대(100%)가 회수되는 등 정당성이 입증됐다.중장비 GTO 임무 3건(2017년 3월 에코스타 23건, 2017년 5월 인마삿 5F4건, 2017년 7월 인텔삿 35e건)이 착륙용 장비가 아닌 소모성 구성으로 비행했다.회수할 수 있었던 부스터 1대는 의도적으로 다리 없이 비행해 바다에서 부드러운 터치다운을 한 후 가라앉도록 방치했다(2017년 12월 이리듐 NEXT 31–40 임무의 부스터 B1036).

1단계 재사용

스페이스X는 2018년 8월 6일 현재 이전 임무에서 1단 부스터 21대를 회수했으며, 이 중 6대를 두 차례 회수해 총 27대의 착륙을 달성했다.스페이스X는 2017년 20개 중 총 5개 미션을 재사용 부스터(25%)로 비행했다.2018년 8월 현재 총 14대의 부스터가 재유동됐다.

2016년 7월 28일, 스페이스X McGregor 시설에서 JATH-2B 임무의 첫 번째 단계가 완전 기간 동안 성공적으로 시험 발사되었다.[127]1차[128] 재사용 시도는 2017년 3월 30일 SES-10이 발사되면서 [129]성공적 비행과 2016년 4월 CRS-8 임무에서 회복된 B1021 1단 2착륙이 이뤄졌다.[130]또 다른 리프라이트는 2017년 1월 이리듐 NEXT 미션에서 불가리아Sat-1이 B1029 부스터를 타고 2017년 6월에 성공했다.[131]부스터 B1031은 2017년 2월 국제우주정거장으로 CRS-10 미션을 비행했고, 2017년 10월 통신위성 SES-11을 정지궤도에 진입시키는 데 도움을 주었다.부스터 B1035와 B1036은 같은 고객, 2017년 6월과 12월에는 NASA 임무 CRS-11과 CRS-13의 경우 B1035, 2017년 6월과 12월에는 이리듐 NEXT 위성 10개 묶음의 경우 B1036을 각각 두 번 비행했다.B1032는 2017년 5월 NROL-76에 이어 2018년 1월 GoverSat-1에 재이용됐다.

스페이스X는 재사용이 가능한 첫 부스터인 B1021을 4개월 동안 리퍼브한 뒤 약 1년 만에 다시 출시했다.[132]두 번째로 비행할 부스터인 B1029는 '단 두어 달'[3] 만에 새롭게 단장하고 5개월 만에 다시 발사됐다.[131]일론 머스크는 24시간 내에 1단계를 뒤집겠다는 목표를 밝혔다.[133]머스크는 이 장기적인 목표가 스페이스X 로켓 기술로 달성될 수 있다고 확신하고 있지만, [134]팰컨 9의 설계로 달성될 것이라는 언급은 하지 않았다.

부스터 B1019와 B1021은 은퇴하여 전시되었다.[when?]B1029도 불가리아Sat-1 임무 이후 은퇴했다.B1023, B1025, B1031, B1035는 두 번째로 복구되었고, B1032와 B1036은 부드러운 바다 터치다운 후 바다에 의도적으로 가라앉았다.[citation needed]

스페이스X는 현재까지 단 3회만 단일 부스터를 리플로우를 한 후 2019년 말까지 최소 5회 이상 사용할 계획이라고 밝혔다.[135]이를 달성한 부스터는 없었지만 B1048이 4번 비행했고 2020년 1월 2번(B1046과 B1049)이 4번째 비행을 했다.스페이스X는 2020년 3월 다섯 번째 부스터(B1048)를 처음 날렸다.[136]

팰컨 중용도

Falcon 무거운 시험 비행은 계약된 고객이 없었고, 그러한 시험 비행에 드는 비용을 제한하기 위해 스페이스X는 사이드 부스터를 재사용하는 것을 목표로 삼았다.팰컨9 구성으로 비행하던 부스터 B1023과 B1025를 재구성해 2018년 2월 팰컨헤비 첫 비행에서 측면 부스터로 사용한 뒤 지상 패드에 거의 동시에 나란히 착륙했다.이후 팔콘 헤비 항공편은 새로운 부스터 또는 이전에 팔콘 헤비에서 비행한 사이드 부스터를 사용했다.스페이스X는 그동안 팰컨 헤비 3개 중 어느 하나에서도 중앙 코어를 복구하지 못했지만 6면 부스터를 모두 복구하는 데 성공했다.[137]

블록 5 부스터

주요 기사:팰컨 9블록 5

스페이스X는 2016년부터 2018년 초까지 1단계의 19연속 복구 시도가 성공하면서 1단 부스터의 빠른 재사용을 집중해왔다.3블록과 4블록은 2017년과 2018년 11개의 부스터가 리플로잉되면서 두 차례 비행이 가능한 경제성이 입증됐다.블록5는 다중 재사용을 염두에 두고 설계되었으며, 최소 검사로 최대 10회, 리퍼브 시 최대 100회까지 사용할 수 있다.[138]새로운 공격적 재진입 프로파일은 2018년 초 소모성 블록3와 블록4 부스터로 실험해 향후 블록5의 잠재력이 있는 회수가능 발사마진 범위에 대한 한계를 시험했다.[139]2021년 5월 9일, B1051은 열 번째로 발사되어 착륙한 최초의 부스터가 되어 스페이스X의 재사용 대기 목표 중 하나를 달성했다.[140]

공정 재사용

주요 기사: SpaceX 페어링 복구 프로그램

페이로드 페어링은 전통적으로 소모품이었으며, 대기에 타거나 바다에 충돌할 때 파괴되었다.머스크는 빠르면 2015년 중순 바하마 해안에서 정체불명의 팰컨 9 발사체 구간의 잔해가 발견된 데 이어 스페이스X가 재사용을 공정화하는 작업을 하고 있을 수 있음을 시사했고, 이후 스페이스X에 의해 해안으로 밀려온 유상화물 공정의 구성 요소로 확인되었다.[141]스페이스X는 2016년 4월까지 팰컨 9 페어링 회복을 목표로 공표했다.[42]페어링 비용은 발사당 약 600만 달러로 전체 발사 비용의 약 10%를 차지한다.[142]머스크는 2017년 : "공중을 날아다니는 팔레트에 600만 달러의 현금이 있다고 상상하면, 그것은 바다에 박살날 것 같았다.그걸 복구해 보시겠습니까?그래, 그러겠지."[143]

스페이스X는 2017년 3월 SES-10 미션을 수행하면서 처음으로 페이로드 페어링의 제어 착륙을 수행했고, 자세제어 추진기와 조종이 가능한 낙하산의 도움을 받아 페어링 반을 성공적으로 회복해 물 위에서 부드럽게 터치다운하는 방향으로 미끄러지는 것을 도왔다.[2][42]이 회사는 머스크가 농담으로 "떠다니는 만년성"이라고 표현하고 완전한 재사용을 목적으로 한 건조한 유연한 구조물에 결국 페어링을 착륙시킬 의향을 밝혔다.[80]여러 항공편에 대한 연속적인 시험과 개선으로, 2018년에 회복된 페어링을 재조명할 계획으로, 온전한 페어링 복구가 2017년의 목표로 명시되었다.[43]

"보운시 성" 밈은 사실 스티븐(지금의 GO Ms. Tree)이라는 이름의 고속 플랫폼 보급선의 큰 팔 사이에 걸려 있는 그물이었다.회수선은 동적 위치 확인 시스템을 갖추고 있으며, 2017년 반덴버그 공군기지에서 파즈 위성이 발사된 뒤 시험한 것이다.[144][145]또한 이 임무는 버전 2 페어링을 최초로 사용했으며, "발사 후 복구 시도의 생존 가능성을 개선하고 향후 임무에서 재사용할 수 있도록" 명시적으로 설계되었다.[146]이 복구 시도는 완전히 성공하지 못했다. 페어링은 몇 백 미터 차이로 배를 놓쳤으나 물 속에[147] 온전히 가라앉은 후 복구되어 항구로 다시 옮겨졌다.[145]2018년 8월 현재, 스페이스X가 복구선에 페어링을 착륙시키려는 네 번의 시도는 모두 실패했지만, 스티븐은 2018년 7월 이전에 더 큰 그물에 걸맞았다.[148][149]

2018년 10월, 최소 두 번의 페어링 복구 테스트를 실시했는데, 이 테스트는 약 3300미터 높이에서 절반의 페어링이 떨어지게 된다.그 시험의 결과는 불분명했다.[150]

2019년 4월, 제2차 팰컨 헤비 미션 중, 구조선 고 서셔호가 페어링 반쪽을 바다에서 건져냈으며, 페어링은 스타링크 임무에 사용될 것이라고 발표되었다.[151]이 페어링들은 2019년 11월 11일 스타링크 임무에서 재사용되었다.[152]

2019년 6월 제3차 팰컨 헤비발사에 이어 첫 번째 페어링 캐치가 성공적으로 이뤄졌다.발사 몇 시간 후 트위터에 올린 이미지에는 페어링의 절반 정도가 복구 선박인 GO Ms. Tree의 그물에 둥지를 틀고 있는 모습이 담겼다.[153]

2020년 말까지는 스페이스X가 정기적으로 페이로드 페어링을 복구하고 있었으며 스페이스X는 두 척의 맞춤 개조된 복구선인 Ms를 파견하고 있었다. Tree and Ms. Chief—대부분의 출시에서 플로리다 출시 현장에서 페어링을 수집하기 위해.이 무렵 스페이스X는 또한 스타링크 위성이 1차 또는 유일한 탑재물인 자체 비행을 통해 정기적으로 회수된 페어링을 발사할 때 반박하고 있었다.그러나 2020년 8월 현재, 성공적인 그물 착륙은 아직 일상적이지 않아, 지난 3개월 동안의 페어링의 절반도 채 되지 않았지만, 대부분은 바다에 연착륙한 후에도 여전히 회복되었다.

스페이스X는 2021년 4월까지 낙하산 강하 하에 있는 건식 페이로드 페어링의 빠른 배 위에서 그물망으로 복구를 시도하기 위한 실험 프로그램을 포기했다.스페이스X는 향후 팰컨 9 비행에서 페어링의 "습득 복구"를 운영하기로 결정했으며, 이러한 페어링을 보다 경제적으로 청소, 개조 및 재사용할 수 있다는 것을 발견했다.[154]스페이스X는 미스 트리와 미스 촌장을 계약에서 풀어주고 복구 작업을 공정하게 하기 위해 두 척의 배를 구매한 것은 물론 동해안에서 드론을 견인하고 지원하기 위해서였다.이 두 척의 배는 데모-2의 우주비행사 더그 헐리와 밥 번켄을 기리기 위해 더그와[155] 밥으로 명명되었다.밥과 더그함의 초기 이름은 각각 엘라 G와 잉그리드였다.현재 더그는 포트캐너버럴에서 영업 중이며 밥은 탬파에서 공사 중이다.

스페이스X는 2021년 5월 26일까지 적어도 한 번의 페어링 반을 리플라이한 40편의 비행을 시작했으며, 한 번의 페어링이 다섯 번의 다른 비행을 통해 이전 4번의 페어링을 회수하고 청소했다.[143]

2단계 재사용

스페이스X는 팰컨 9의 2단계를 재사용할 수 있도록 노력한다는 초기 발표에도 불구하고 2014년 말까지 2단계의 복구 지원 및 다른 회사 목표로부터의 개발 자원 전환에 필요한 질량을 재진입 열 차폐, 착륙 엔진 및 기타 장비에 필요한 질량이라고 결정했다.당시는 엄두도 못 냈고, 팰컨 로켓에 대한 2단계 사용가능성 계획을 무기한 중단했다.[156][157]그러나 2017년[43] 7월에 그들은 그들의 우주선 개발 과정을 알리기 위한 재사용 가능성에 대해 더 배우기 위해 하나 이상의 2단계 회복에 대한 실험 테스트를 할 수 있다는 것을 나타냈고 2018년 5월에 그들이 그 테스트를 수행할 수 있는 방법에 대한 추가적인 세부사항을 제공했다.[158][159]

우주선은 20년대 중반 이후 기존의 모든 스페이스X 발사와 우주선을 대체할 계획이다.팰컨 9, 팰컨 헤비 및 드래곤 우주선은 처음에는 지구 궤도 발사 시장을 목표로 했지만, 시슬루나 화성 미션 환경에서 장기간 우주 비행을 지원할 수 있는 능력을 갖추고 있다.[160]두 단계 모두 완전히 재사용할 수 있을 것이다.통합형 2단계 우주선 설계는 이전 발사 차량에서는 사용되지 않았다.[160]

드래곤캡슐 재사용

스페이스X의 드래곤 캡슐은 재사용을 위해 점차 개선되었다.구조 요소와 내부 부품은 비행 사이에 새로 단장하고 있으며, 열 차폐는 새로운 임무마다 교체된다.마지막으로 새로 건설된 드래곤 화물 캡슐은 2017년 7월에 처음 비행했다; 이후 모든 ISS 재공급 임무는 리퍼브 캡슐로 수행되었고,[161] 일부 캡슐은 세 번째 비행을 했다.[162][163]드래곤의 트렁크 구간은 임무를 마친 뒤 대기권에서 타오르도록 설계돼 있어 재사용할 수 없다.[164]

스페이스X 드래곤 2도 재사용할 계획이다.처음에는 NASA의 모든[165] 승무원 임무에 새로운 캡슐을 사용할 계획이었지만, 시범 임무에 대한 경험은 NASA와 스페이스X가 Crew-2부터 재사용을 하기로 합의하게 된다.[166][167]

작동 흐름

스페이스X는 실험 시험 비행에서 성공적인 스테이지 복귀 첫 해에 각 착륙 스테이지에서 특별 및 비행별 평가와 구성요소 테스트를 수행했다.단계는 케네디 우주 센터 발사 단지 39에서 최근에 완공된 새로운 격납고 스페이스X에서 발사 격납고 또는 케이프 캐너버럴 착륙에 대해 처리되고 처음에 평가되었다.반환된 로켓 부품은 또한 엔지니어링 평가와 테스트를 위해 스페이스X 호손과 스페이스X 맥그리거로 운송되었다.

2017년 2월, 8개의 로켓 코어가 성공적으로 착륙한 후 - 그 중 7개는 케이프 커내버럴에서 발사된 - 스페이스X는 로켓을 가공하고 개조하기 위해 물리적 시설을 확장할 계획을 발표했다.이들은 대서양자율우주포트 드론선이 정박해 있는 위치 인근 플로리다주 포트캐너벌에 건설될 새 건물과 임대된 공간에서 모두 이 작업을 수행할 예정이며, 동-코스트 드론선에 착륙하는 단계들은 배에서 제거된다.[168]

우주선 재사용성 개발

주요 기사: 스페이스X 우주선 개발

스타십은 미국 항공우주기업 스페이스X가 개발 중인 완전히 재사용 가능한 발사 시스템으로, 1단계는 슈퍼 헤비, 2단계는 스타십으로 구성된다.두 단계 모두 스테인리스강으로 만들어졌으며 액체산소와 액체메탄을 수용하도록 설계되었다.발사 전 전문 타워가 스타쉽의 무대와 발사대를 쌓아 차량을 탑재한다.그러면 슈퍼 헤비 우주선은 로켓을 궤도 속도까지 끌어올리고, 그 후에 두 우주선 모두 착륙하여 다시 사용할 수 있다.우주선은 100 미터톤(220,000 lb) 이상을 낮은 지구 궤도로 보낼 수 있다; 더 높은 지구와 다른 궤도는 유조선 스타쉽에 의해 재급유된 후에 접근할 수 있다.미래의 우주선 변종들은 달과 화성에 착륙할 수 있을 것이다.

우주선 발사체계의 목표는 완전히 재사용 가능한 궤도형 발사체 및 재진입체가 되는 것이다.[169]우주선 발사 시스템은 슈퍼 헤비 부스터와 우주선의 두 단계로 구성된다.[170] 두 우주선은 모두 SAE 304L 스테인리스강으로 만들어진 몸을 가지고 있다.[171]우주선은 100 미터톤(220,000 lb) 이상을 낮은 지구 궤도로 보낼 수 있다;[172] 더 높은 지구와 다른 궤도는 유조선 스타쉽에 의해 재급유된 후에 접근할 수 있다.미래의 우주선 변종들은 달과 화성에 착륙할 수 있을 것이다.[173]스타쉽의 디자인은 테란 R의 완전한 재사용 가능성과 같은 다른 발사 차량에 영향을 주었다.[174]

설계이력

Artist's depiction of a white rocket, consisting of the booster firing its engines and the spacecraft at the top with its fins
우주비행사 우주X에 의한 비행중인 대형팔콘로켓 제작

스페이스X가 우주선 리프팅 능력을 갖춘 로켓 개념을 처음으로 언급한 것은 2005년이다.머스크는 학생 회의에서 나중에 팰컨 XX로 알려진 코드명 BFR이라는 이론적 중차선 발사체를 간단히 언급했다.[175]그것은 멀린 2라고 불리는 더 큰 버전의 멀린 엔진에 의해 작동될 것이며, 140 미터 톤(31만 lb)[176]의 리프팅 능력을 가지고 있다.2012년, 개념적인 화성 식민지화 프로그램에 대한 공개 토론에서 머스크는 화성 식민지화 트랜스포터를 묘사했다.그는 이 우주선이 지구 저궤도에 약 150~200톤(33만~44만 파운드)을 전달할 수 있는 재사용 가능한 초중량형 발사체로 상상했다.화성 식민 트랜스포터는 액체 메탄과 액체 산소를 소비하는 랩터에 의해 작동될 수 있다.[177]

머스크는 2016년 9월 제67회 국제우주비행대회에서 태양계 내 화성과 다른 목적지로 인간을 발사하기 위해 고안된 개념적 재사용 로켓인 행성간 운송 시스템(ITS)을 발표했다.ITS는 122m(400ft)의 높이와 12m(39ft)의 넓이로, 300m(66만lb)를 지구 저궤도로 끌어올릴 수 있게 되어 있었다.[178]두 단계 모두 탄소 복합 재료로 제작될 예정이었다.첫 번째 스테이지나 부스터는 42개의 랩터가, 두 번째 스테이지에는 9개의 랩터가 동력을 공급할 예정이었다.[179]일단 지구 궤도에 있는 동안 연료를 주입하면, 그 우주선은 화성으로 가속할 수 있다.[180]행성간 우주선은 대기권에 진입하면 증발을 통해 스스로 냉각되고 델타 날개와 분할 플랩을 움직여 우주선의 하강을 조절한다.[181]다음 의회에서 머스크는 빅 팔콘 로켓 또는 비공식적으로 빅 좆 로켓이라고 불리는 대체 로켓을 발표했다.빅 팔콘 로켓은 높이가 106m(348ft)이고 폭은 9m(30ft)이다.[182]그 회의에서, 그는 가능한 아원류 수송 기능에 대해 이야기했고, 그것을 지구 대 지구라고 불렀다.[183]

2018년 11월 현재 명칭이 처음 사용되었다.부스터를 위한 Super Havy, 우주선을 위한 Starship, 그리고 전체 차량을 위한 Starship 시스템 또는 단지 Starship.[184]그 무렵 머스크는 후트 플랩 3개와 전진 플랩 2개로 재설계된 우주선 개념을 발표했다.[185]머스크는 2019년 1월 스타십이 스테인리스강으로 제작될 것이라고 발표하면서 광범위한 온도에서 등가 탄소복합체보다 강할 수 있다고 밝혔다.[186]머스크는 지난 3월 트위터를 통해 스페이스X가 증산 대신 육각형 세라믹 타일로 구성된 열 차폐를 선택했다고 밝혔다.[187]10월에는 우주선의 엔진 구성이 대기압에 최적화된 랩터 3대, 우주에 최적화된 3대로 바뀌었다.[188]후면 지느러미의 수를 3개에서 2개로 줄이고 열 차폐판의 가장자리에 배치했다.[189]

테스트

A picture of flying rocket, with large plume at the ground
보카치카 발사장에서 SN8 발사, 랩터 3발 발사

2019년 8월 27일, 스타호퍼라는 이름의 간이 시험 기사가 150m(490ft) 높이에서 깡충깡충 뛰었다.[190]2019년 9월 스페이스X 행사에서 공개된 스타쉽 Mk1(마크 1)은 최초로 본격적인 우주선 시험 기사로 제작됐다.플로리다의 Mk2는 5개월 후에 건설되었다.[191]어느 것도 날리지 않았다.Mk1은 극저온증 검사 도중 파괴되었고 Mk2는 폐기되었다.[192]스페이스X는 2020년 초 Mk3의 이름을 SN1(시리얼 넘버 1)로 바꿨다.[193]2021년 2월 28일 극저온증 검사 도중 SN1의 하부 탱크의 결함으로 인해 깨졌다.2020년 3월 8일 SN2 벗겨진 시험 탱크가 유일한 극저온 입증 시험을 완료했다.[194]2020년 4월 3일 SN3의 극저온증 검사 도중 밸브가 하부 탱크 내부의 액체 질소를 누출시켜 선박의 감압과 붕괴를 초래했다.[195]2020년 5월 29일 SN4의 다섯 번째 정전기 화재시험에 성공한 뒤 급속 차단 연료선이 폭발하는 원인이 됐다.[196]머스크는 2020년 6월 15일 트위터에 301개의 스테인리스 스틸 대신 SAE 304L로 새로운 시제품을 만들 것이라고 밝혔다.[197]SN5는 2020년 8월 4일 비행시험을 온전한 첫 번째 풀스케일 테스트 기사인 단일 랩터를 이용해 150m(490ft) 홉을 완료했다.[198]2020년 8월 24일, SN6는 성공적으로 SN5의 비행 경로를 복제했다.[199]SN7은 완성되지 않았지만 2021년 10월 이후 각종 실험을 위해 탱크를 인양했다.[200]

SN8은 최초의 완전한 시험 기사였다.[201]2020년 10월과 11월 SN8은 1차, 2차, 4차 등 4차례 정전기화 시험을 거쳤으나 3차 시험은 엔진 정지를 초래했다.머스크에 따르면 엔진에서 나오는 힘이 발사대의 일부를 엔진으로 보내면서 파괴했다고 한다.[202]2020년 12월 9일, SN8은 고도 12.5 km (7.8 mi)에 도달하여 우주선에 의한 첫 비행을 수행했다.착륙하는 동안, 그것의 메탄 헤더 탱크는 랩터들에게 충분한 연료를 공급하지 못하여, 하나의 엔진에서 추진력을 감소시켰다.시험품은 충격으로 폭발했다.[203]2021년 2월 2일 SN9은 10km(6.2mi) 높이 비행했다.[204]하강하는 동안 엔진 하나가 작동하지 않고 비스듬히 착륙하면서 터졌다.[205]2021년 3월 3일 SN10은 SN9의 비행 경로를 반복하다가 8분 뒤 폭발로 추락해 자멸했다.[206]

1호 슈퍼헤비 부스터인 BN1(부스터 넘버 1)은 2021년 3월 8일 공사를 마쳤지만 엔진은 받지 못했다.[207]2021년 3월 30일 발사장의 짙은 안개 때문에 SN11이 확인된 설명 없이 공중 폭발했다.[208]가능한 설명은 엔진이 시험 기사의 항전기를 연소시켰을 수 있고 엔진의 터보펌프에 딱딱한 시동이 걸렸을 수 있다는 것이다.[209]스페이스X는 출시 후 SN12, SN13, SN14, BN2를 생략하고 노후 시험 기사의 개선사항을 SN15에 통합했다.[210]2021년 5월 5일, 시험 기사는 이전의 시험 기사와 같은 비행 경로를 비행하여 연착륙에 성공했다.[211][212]2021년 7월 20일 BN3는 유일하게 엔진을 발사했다.[213]2021년 10월 현재 SN15, SN16, BN3가 은퇴하여 전시되어 있다.[211][214]

2021년 10월 현재 BN4와[a] 함께 SN16, SN17, SN18, SN19, SN20을 건너뛰는 것이 2021년 후반으로 예정된 궤도 비행을 목표로 하고 있다.그러나 NASA의 우주선 재진입 관측 계획을 개략적으로 설명한 NASA 공개문서는 이번 발사가 2022년 3월경 이뤄질 수 있다고 추론했다.[216]그러나 기사에서는 관측 비행이 우주선의 첫 시험 비행이 될 것이라고 명시하지 않아 대략적인 발사 날짜는 아직 알 수 없다.연방항공청(FAA)은 2021년 9월 19일 발표한 환경영향평가서 초안을 승인하지 않았다.[217][218]BN4는 해안선에서 약 30km(19mi) 떨어진 멕시코만의 궤도 비행과 스플래시다운에서 약 3분 동안 분리될 것으로 예상된다.이어 로켓의 SN20 2단 지상 트랙은 키웨스트와 쿠바 사이를 플로리다 해협 중앙을 가로지르게 되는데, 이는 오작동으로 생긴 파편이 인구 밀집 지역에서 떨어져 나가도록 보장하기 위한 안전 범위 고려 사항이다.이후 SN20은 대서양을 넘어 공전속도에 가깝게 가속해 하와이 카우아이 북서쪽 100km(60mi) 부근에 스플래시 다운이 예상된다.[219][220]

  • 우주선 시험 기사 사진
  • Photograph of equipment in front of white tents, with a steel nose cone at the back

    건설 텐트 근처의 우주선 Mk1 노즈콘

  • Photograph of a short steel rocket stage with its fins touching the ground

    건설중인 스타호퍼

  • Photograph of a crane hooking onto a steel vessel body

    기중기를 들어올리는 스타쉽 SN5

  • Photograph of a steel tank

    우주선 SN7의 전차

  • Photograph of a spacecraft with a pair of steel flaps on top and bottom

    발사대의 우주선 SN9

  • Photograph of a worker on an aerial work platform repairing a spacecraft's black heatshield

    한 직원이 스타쉽 SN20의 세라믹 타일을 살펴보고 있다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 스페이스X는 2021년 8월경 X가 일련번호인 '스타쉽 X'와 '부스터 X'라는 대체 명칭 체계를 사용했다.그것들은 종종 "S"와 "B"로 약칭되고, 그 뒤에 프로토타입의 번호가 붙는다.때때로 "Starship X"는 "X선"으로 축약된다.[215]

참조

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