¿Qué dificultades se enfrentarán al hacer modificaciones para el cohete Falcon 9 FT, de esta manera hacer aterrizajes más suaves, mejores y más fáciles de la primera etapa de una misión GTO?
Por ejemplo, aumentar un poco el tamaño del cohete en altura o diámetro para tener un poco más de combustible para quemar 5 segundos más o incluso menos de 5 segundos, solo para tener una mejor oportunidad de aterrizajes exitosos. Por supuesto, modificando de esa manera que la presión aerodinámica seguirá estando bien. Otra opción podría ser un mejor rendimiento del motor, por lo tanto, cuánto se debe aumentar el rendimiento, el empuje, por ejemplo, ya que el impulso específico generalmente es difícil de aumentar. Esto podría aumentar el peso de los motores, pero el peso de los motores es demasiado pequeño en comparación con el peso total del cohete alimentado. Entonces, aumentar el empuje de los motores de cohetes en esa masa que el nuevo rendimiento le da al cohete 5 segundos más de empuje (5 segundos se toman como referencia solo por ejemplo) en la combustión final antes de aterrizar. Otra opción podría ser una quema de 4 o 5 motores más breve que la quema de 3 motores antes de la quema final con 1 motor en el centro de octaweb. Tal vez esta no sería una buena opción, pero supongo que como opción podría ser mejor de la misma manera que SpaceX cambió para la misión GTO de una técnica de quemado de un solo motor a una técnica de quemado de 3 motores. Que dificultades habrá para estas opciones que tomé como ejemplo o incluso para otras opciones que podrían ser como posibles variantes. Estas modificaciones o pruebas tendrán un costo y probablemente aumenten un poco el costo de Falcon 9 FT pero los precios de SpaceX siguen siendo los más bajos del mercado y serán más bajos si una primera etapa aterriza con éxito mucho más seguido y más fácil yendo hacia la perfección y Aterrizajes 100% exitosos. Tal vez esta no sería una buena opción, pero supongo que como opción podría ser mejor de la misma manera que SpaceX cambió para la misión GTO de una técnica de quemado de un solo motor a una técnica de quemado de 3 motores. Que dificultades habrá para estas opciones que tomé como ejemplo o incluso para otras opciones que podrían ser como posibles variantes. Estas modificaciones o pruebas tendrán un costo y probablemente aumenten un poco el costo de Falcon 9 FT pero los precios de SpaceX siguen siendo los más bajos del mercado y serán más bajos si una primera etapa aterriza con éxito mucho más seguido y más fácil yendo hacia la perfección y Aterrizajes 100% exitosos. Tal vez esta no sería una buena opción, pero supongo que como opción podría ser mejor de la misma manera que SpaceX cambió para la misión GTO de una técnica de quemado de un solo motor a una técnica de quemado de 3 motores. Que dificultades habrá para estas opciones que tomé como ejemplo o incluso para otras opciones que podrían ser como posibles variantes. Estas modificaciones o pruebas tendrán un costo y probablemente aumenten un poco el costo de Falcon 9 FT pero los precios de SpaceX siguen siendo los más bajos del mercado y serán más bajos si una primera etapa aterriza con éxito mucho más seguido y más fácil yendo hacia la perfección y Aterrizajes 100% exitosos. Que dificultades habrá para estas opciones que tomé como ejemplo o incluso para otras opciones que podrían ser como posibles variantes. Estas modificaciones o pruebas tendrán un costo y probablemente aumenten un poco el costo de Falcon 9 FT pero los precios de SpaceX siguen siendo los más bajos del mercado y serán más bajos si una primera etapa aterriza con éxito mucho más seguido y más fácil yendo hacia la perfección y Aterrizajes 100% exitosos. Que dificultades habrá para estas opciones que tomé como ejemplo o incluso para otras opciones que podrían ser como posibles variantes. Estas modificaciones o pruebas tendrán un costo y probablemente aumenten un poco el costo de Falcon 9 FT pero los precios de SpaceX siguen siendo los más bajos del mercado y serán más bajos si una primera etapa aterriza con éxito mucho más seguido y más fácil yendo hacia la perfección y Aterrizajes 100% exitosos.
Toda esta descripción fue como una idea o posibles sugerencias.
Entonces, en una pregunta simple, ¿cuáles serían los desafíos para el equipo de SpaceX para hacer algún tipo de modificación que le dé más segundos para quemar los motores por más tiempo y aterrizar de manera más fácil y segura en la primera etapa?
Si lo piensas bien, si fuera fácil, SpaceX lo estaría haciendo. Después de todo, una primera etapa usada tiene un valor potencial de $ 40 millones de dólares, por lo que no es una cosa menor recuperar o perder una etapa.
Un mejor rendimiento del motor ayudaría, pero por supuesto, el motor Merlin ha estado bajo constantes actualizaciones a lo largo de su vida útil.
El Merlin 1A se usó en el Falcon 1. En realidad, se actualizó al Merlin 1B en los dos últimos vuelos del Falcon 1 con un mejor rendimiento. El Merlin 1C inició los primeros cinco vuelos del Falcon 9, luego pasó al Merlin 1D para los restantes en el Falcon 9 v1.1 y Full Thrust. Sin cambiar el nombre, actualizaron el Merlin 1D del 85 % al empuje completo, y se rumorea que habrá OTRA actualización de empuje por venir. Básicamente, ya están haciendo esto en el mundo real, y lo han estado haciendo todo el tiempo.
En cuanto al combustible, ya estiraron el Falcon 1.0 de primera y segunda etapa al 1.1. Luego estiraron un poco la segunda etapa y un poco la primera etapa en el F9 Full Thrust (ya que SpaceX se niega a llamarlo 1.2). Además, están subenfriando el combustible y el comburente para aumentar la densidad y llenar más en los mismos tanques. No pueden aumentar la circunferencia del escenario, ya que debe ser transitable, y están limitados por las alturas estándar de los puentes. (Tiene que conducir Hawthorne, CA -> McGregor, TX -> CCAFS, FL, y posiblemente Boca Chica, TX en el futuro).
Están limitados a estirar mucho más la longitud de la primera etapa ya que se acercan a los límites de flexión. Si es demasiado largo, puede doblar el tubo (¿alguna vez lo ha hecho con un rollo de papel toalla?) cuando está en vuelo y bajo tensión.
Lo único que realmente podrían hacer para ayudar es actualizar a un mejor motor en la segunda etapa. El trabajo de la primera etapa es hacer que la segunda etapa sea lo suficientemente alta y rápida para que la segunda etapa pueda llevar la carga útil a donde debe ir.
Por lo tanto, una segunda etapa mejor, tal vez usando un Raptor que tiene mejor Isp (medida de rendimiento) ya que el Merlin 1D-Vac es un buen motor, pero no un gran actor de etapa superior. Pero eso es cualquier cosa menos un cambio barato/fácil. No solo por un nuevo problema de diseño del escenario, sino también por un cambio a metano líquido como combustible, lo que significa cosas nuevas en el sitio de lanzamiento, en el TEL, etc.
Una de las cosas buenas del enfoque que está tomando SpaceX es que todos están pagando por un lanzamiento prescindible en este momento. Así que están vendiendo la primera etapa a un costo del que pueden vivir. Luego obtienen un experimento gratuito, a gran escala, donde pueden probar las variantes de las ideas que tienen sus ingenieros.
Vimos esto cuando cambiaron de una quema de aterrizaje de un solo motor, a una quema de motor tres-uno, y luego a una aproximación de quema de aterrizaje 1-3-1. Están explorando los bordes, viendo qué pueden hacer para encontrar dónde están los bordes y qué tan cerca pueden llegar a ellos.
A estas alturas del año, potencialmente les quedan de 8 a 13 lanzamientos en 2016, cada uno de los cuales intentará recuperar el escenario. Musk ha dicho que espera una tasa de recuperación de solo el 70% mientras intentan encontrar esos bordes en su programa de prueba. Que tuvieran 4 éxitos fue increíble. La perfección está en camino, pero primero necesitan algunos experimentos para llegar allí.
Como ha explicado geoffc en su respuesta, SpaceX está trabajando para nuevas modificaciones o soluciones encontrando los límites de lo que se podría hacer.
En teoría, otra opción posible para los aterrizajes de misiones GTO podría ser incluir el propulsor de cohetes sólidos y no modificar Falcon 9 FT en absoluto. El uso de dos pequeños propulsores de cohetes sólidos solo en misiones GTO mejoraría el rendimiento del Falcon 9 FT y permitiría ahorrar más combustible en la primera etapa, aumentando mucho las posibilidades de aterrizajes exitosos. Aumentará el costo, pero proporcionar aterrizajes exitosos y reutilización, bajaría mucho el precio y los clientes aún estarían satisfechos. Por ejemplo, dos pequeños refuerzos sólidos en la misma categoría con GEM-40, GEM-46 ( $ 2.5 millones uno ) de Delta II podrían funcionar para misiones similares a las que ha realizado hasta ahora. Para mayores cargas útiles ayudaría un sólido refuerzo tan potente como el GEM-60 de Delta IV, o el AJ-60Ade Atlas V. Así que en el futuro para algún tipo de misiones que Falcon 9 FT no pueda realizar, no necesariamente se debería usar Falcon Heavy (su versión más pesada) sino una versión más pequeña y menos costosa.
Su Merlin 1D FT es un gran motor y han hecho un gran trabajo. Proyectar y producir un propulsor sólido no sería difícil para SpaceX, ya que son mucho menos complicados y más baratos. También podrían hacerlos incluso reutilizables, ya que están intentando con carenados de carga útil, ¿por qué no pueden hacer esto incluso con sus propulsores sólidos, reduciendo el costo de usarlos? Incluso si no los reutilizarán, el precio estará bien. Hasta que produzcan su propulsor sólido, deben comprarlo en Aerojet Rocketdyne u Orbital ATK. Parece difícil que suceda ya que estas empresas son rivales de SpaceX. Y SpaceX ha mostrado ambiciones de querer hacer todo por sí mismos de una manera original. Pero podría ser como opción pensar que harían realidad la reutilización de todas sus primeras etapas.
Por supuesto, tal vez SpaceX no necesite refuerzos sólidos, solo harán modificaciones, mejoras o cambiarán los procedimientos que siguen para la primera etapa de Falcon 9 FT. Han tenido un gran éxito con sus aterrizajes y probablemente tendrán una tasa de éxito del 100% en la perfección en un par de meses. Pero recordando la misión SES-9 GTO que tenía la carga útil más pesada hasta ahora, SpaceX podría tener misiones con cargas útiles un poco más pesadas o mucho más pesadas que eso. Necesitaría un Falcon Heavy, pero para qué usarlo si uno más pequeño y con más capacidades que el Falcon 9 FT, de clase media, podría hacer esa misión.
Los considero una opción porque es una forma similar a la que operan los cohetes de la familia Delta IV, o como el proyecto de la familia Atlas V, donde se planeó incluso una versión HLV pesada con tres propulsores de motor de cohete RD-180. De esta forma resolverán las dificultades en las misiones GTO sin forzar, llevando al límite todo lo que hay en su cohete, y además sus clientes no tendrán que pagar más dinero por un cohete más pesado (Falcon Heavy) si otra versión más pequeña y económica pudiera hazlo.
La razón más importante es no usar una configuración de refuerzo sólido como reemplazo de Falcon Heavy en algún tipo de misión. El más importante es recuperar de forma segura las primeras etapas de una misión GTO. Lo están intentando con el actual Falcon 9 FT y para el próximo año esperan un 100% de éxito. Pero si continúan enfrentando problemas y no logran un éxito del 100 %, comprar pequeños impulsores sólidos (o producir depende de qué opción sea mejor para ellos) podría salvar su primera etapa del Falcon 9 FT. El precio total de lanzamiento de un Falcon 9 FT reutilizado ronda los 43 millones . Incluyendo los propulsores sólidos, el costo de una nueva misión GTO seguirá siendo inferior al precio actual de 62 millones., por lo que no hay problemas para los clientes que seguirán satisfechos. SpaceX tendrá algunos costos para ajustar el refuerzo sólido con Falcon 9 FT y para realizar cambios en la plataforma de lanzamiento, pero aún tienen muchas misiones GTO próximas. De esta forma estos costes no serán un problema para una empresa como SpaceX, ganará mucho más dinero en las próximas misiones GTO. Lo que vale la pena para ellos es que podrían aprender de las pruebas y aterrizajes suaves de las misiones GTO donde tenemos altas velocidades. Estos aterrizajes difíciles les ayudarían con datos útiles para los aterrizajes en Marte que también son difíciles y que también es su objetivo. Entonces podrían tener la oportunidad de estudiar las primeras etapas de las misiones GTO (que son muchas misiones) haciéndolas reutilizables. Con un 100 % de éxito, el costo se reducirá más rápidamente para la reutilización, y también lo más importante tomando datos útiles para misiones difíciles en Marte. SpaceX podría realizar más actualizaciones en Falcon 9 FT y podría lograr un 100 % de éxito en el próximo año o antes. Si no, tal vez esto podría ser una opción.
Una cosa en la que SpaceX está trabajando y que aún no he visto mencionado aquí son los puntales de aterrizaje. Después de su último intento fallido de aterrizar en una barcaza, hubo algunos comentarios acerca de que ya se estaban preparando nuevos puntales de aterrizaje que podrían sobrevivir al impacto del aterrizaje más duro y que también podrían desplegarse antes para proporcionar más resistencia para la reducción pasiva de la velocidad. .
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Fred Larson
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Evan Steinbrenner