팰컨 9 v1.1

Falcon 9 v1.1
팰컨 9 v1.1
Launch of Falcon 9 carrying CRS-6 Dragon (17170624642).jpg
2015년 1월 10일 스페이스X CRS-5가 탑재된 제9호 팔콘 9 v1.1호 발사.이 로켓은 착륙 다리와 격자 지느러미를 장착했다.
함수궤도 중거리 발사체
제조사스페이스X
원산지미국
출시당 비용5,650만 달러(2013년) – 6,120만 달러(2015년)[1]
크기
높이68.4m(224ft)[2]
지름3.66m(12.0ft)[2]
미사505,846 kg(1,162,200 lb)[2]
단계2
역량
LEO에 대한 페이로드(28.5°)
미사13,150 kg(28,990 lb)[2]
10,886 kg (24,000 lb) (PAF 구조 제한)[3]
GTO에 대한 페이로드(27°)
미사4,570kg(10,690lb)[2]
연합 로켓
가족팰컨 9
파생작업팰컨 9 풀 스러스트
비교할 수 있는
실행 기록
상태은퇴한
시작 사이트
총출발15
성공14
실패1
착지0/3 시도
제1편2013년 9월 29일[4]
마지막 비행2016년 1월 17일
사람 또는 화물이 운송됨드래곤, DSCOVR
1단계
전원 공급 기준9 멀린 1D
최대 추력해수면: 5,885 kN(1,323,000 lbf)[2]
진공: 6,672 kN(1,500,000 lbf)[2]
특정충동해수면: 282초[5]
진공: 311초[5]
굽는 시간180초[2]
추진제LOX / RP-1
2단계
전원 공급 기준1 Merlin 1D Vacuum
최대 추력716kN(161,000lbf)[6]
특정충동340초[2]
굽는 시간375초[2]
추진제LOX / RP-1

팰컨 9 v1.1스페이스X팰컨 9 궤도 발사 차량의 두 번째 버전이었다.로켓은 2011~2013년 개발됐으며 2013년 9월 첫 발사,[7] 2016년 1월 마지막 비행을 했다.[8]팰컨 9 로켓은 스페이스X에 의해 완전히 설계, 제조, 운용되었다.2차 CRS(Commercial Resupply Services) 출시 이후 초기 버전인 Falcon 9 v1.0은 사용이 중단되고 v1.1 버전으로 대체되었다.

팰컨 9 v1.1은 60% 더 많은 추력과 중량을 가진 팰컨 9 v1.0에서 상당히 진화한 것이었다.그것의 첫 비행은 2013년 9월 29일에 CASIOPE 위성과 함께 시범 임무를 수행했는데, 이것은 팔콘 9의 전체 6번째 발사였다.[9]

2단 대 오르빗 차량의 두 단계 모두 액체산소(LOX)와 로켓급 등유(RP-1) 추진체를 사용했다.[10]팰컨 9 v1.1은 1만350kg(2만8990lb)의 탑재물을 낮은 지구 궤도로 끌어올릴 수 있고, [1]팰컨 9의 설계가 발사체 중간 상승 범위에 있는 정지궤도 전환 궤도로 4850kg(1만690lb)을 들어올릴 수 있다.[11]

2014년 4월부터 드래곤 캡슐은 팰컨 9 v1.1에 의해 추진되어 NASA와의 상업적 재공급 서비스 계약에 따라 국제우주정거장에 화물을 운송했다.[12]이 버전은 2014년[13] 9월에 체결된 NASA 상용 승무원 개발 계약에 따라 우주비행사를 ISS로 실어 나르기 위한 것이기도 했지만, 현재 이 미션들은 2015년 12월에 처음 비행한 개량 팰컨 9 풀 스러스트 버전을 사용할 예정이다.

Falcon 9 v1.1은 재사용 가능한 로켓의 개발을 선도한 것으로, 스페이스X는 1단 부스트백, 대기권 재진입, 제어 강하 최종적인 추진 착륙을 위한 기술을 점차적으로 다듬었다.이 마지막 목표는 후속 모델인 Falcon 9 Full Strush의 첫 비행에서, Falcon 9 v1.1로 몇 차례 거의 성공한 후에 달성되었다.

2013년 9월 29일 SLC-4, Vandenberg AFB (Falcon 9 Flight 6)에서 첫 번째 Falcon 9 v1.1의 발사.
2014년 4월 스페이스X CRS-3 드래곤 우주선을 발사하는 팰컨 9 v1.1 로켓.

디자인

팰컨 9 v1.1은 2단계의 LOX/RP-1 동력 발사 차량이다.[10]

Falcon 9 v1.0에서 수정

오리지널 팰컨 9호는 2010-2013년에 다섯 차례나 성공적인 궤도 발사를 했으며, 모두 드래곤 우주선이나 우주선의 시험 버전을 탑재하고 있었다.[14]

팰컨 9 v1.1 ELV는 팰컨 9의 v1.0 버전보다 추력이 60% 더 무거운 로켓이었다.[15]그것은 재조립된 1단 엔진과[16] 60% 더 긴 연료 탱크를 포함하고 있어 비행 중 구부러지기 더 쉽다.[15]엔진은 Merlin 1C에서 보다 강력한 Merlin 1D 엔진으로 업그레이드되었다.이러한 개선으로 LEO에 대한 페이로드 능력이 10,454kg(23,047lb)[17]에서 13,150kg(2만8,990lb)으로 증가했다.[1]스테이지 분리 시스템을 재설계해 부착 지점 수를 12개에서 3개로 줄였고,[15] 항공기와 소프트웨어도 업그레이드했다.[15]

v1.1 부스터 버전은 엔진을 옥타웹이라는 구조적인 형태의 스페이스X로 배열했으며, 8개의 엔진이 단일 중앙 엔진 주위에 원형 패턴으로 배열되었다.v1.0은 직사각형의 엔진 패턴을 사용했다.옥타웹 패턴은 제조 공정을 합리화하는 것을 목표로 했다.[18]이후 v1.1 차량에는 제어-도전 시험 프로그램에 사용되는 [19]확장형 착륙 다리가 4개 포함된다.[20][21]

2013년 9월 팰컨 9 v1.1 1차 발사 후 2단 엔진 재시동 실패를 경험한 데 이어 2단 점화 스위치 추진체 라인이 절연되어 궤도 궤도 비행을 위한 긴 해안상에 이어 공간 내 재시동을 보다 잘 지원한다.[22]팰컨 9편 6편투하물 페어링으로 구성된 팰컨 9호의 첫 발사였다.[14]

1단계

Falcon 9 v1.0(왼쪽) 및 v1.1(오른쪽) 엔진 구성

Falcon 9 v1.1은 9개의 Merlin 1D 엔진으로 구동되는 1단계를 사용한다.[23][24]v1.1 Falcon 9 1단계 개발 테스트는 2013년 7월에 완료되었다.[25][26]

v1.1 1단계는 5885kN(1,323,000파운드힘)의 총 해수면 추력을 가지고 있으며, 9개의 엔진이 공칭 180초 동안 연소하며, 단계 추력은 부스터가 대기권 밖으로 상승함에 따라 6,672kN(1,500,000파운드힘)까지 상승한다.[27]9개의 1단계 엔진은 스페이스X가 옥타웹(Octaweb)이라고 부르는 구조적인 형태로 배열되어 있다.v1.0 Falcon 9의 정사각형 배열에서 이러한 변화는 제조 공정을 합리화하기 위한 것이다.[18]

재사용 가능한 발사 시스템을 개발하기 위한 스페이스X의 노력의 일환으로, 선택된 첫 번째 단계에는 4개의 확장 가능한 착륙 다리와[19] 강하를 제어하기 위한 그리드 핀이 포함된다.핀은 F9R Dev-1 재사용 가능 시험 차량에서 처음 시험되었다.[28]그리드 핀은 CRS-5 임무에서 Falcon 9 v1.1에 구현되었지만 계획된 착륙 전에 유압 오일이 고갈되었다.[29][30]

스페이스X는 궁극적으로는 완전한 수직 착륙 능력을 갖춘 재사용 가능한 팰컨 9와 팰컨 헤비 론칭 차량을 모두 생산할 계획이다.[20][21]프로토타입 차량의 초기 대기 시험은 위에서 설명한 부스터 제어-등도 및 착륙 시험 외에도 베짱 실험 기술-데모스트레이터 재사용 발사체(RLV)에 대해 실시되고 있다.[31]

v1.1 1단계는 v1.0 버전에서 사용했던 것과 동일한 1단계 점화기로 트리에틸알루미늄-트리에틸보레인(TEA-TEB)의 파이로포린 혼합물을 사용한다.[32]

팰컨 9 v1.0이나 아폴로 프로그램토성 시리즈처럼 1단 엔진 중 하나가 비행 중 실패하더라도 복수의 1단 엔진의 존재는 임무 완료를 가능하게 할 수 있다.[33][34]

1단 엔진 9개에 대한 RP-1과 액체산소탱크로부터 주 추진체 공급관은 직경이 10cm(4인치)이다.[35]

2단계

Falcon 9 페어링 테스트, 2013년 5월 27일

상부 스테이지에는 진공 운전을 위해 개조된 Merlin 1D 엔진 1개가 동력을 공급한다.[36]

팰컨 9의 상단과 하단을 연결하는 인터스테이지(interstage)는 탄소섬유 알루미늄 코어 복합구조물이다.[37]분리 콜릿과 공압 푸셔 시스템은 단계를 분리한다.[38]팰컨 9 탱크 벽과 돔은 알루미늄-리튬 합금으로 만들어졌다.[39]NASA 대변인에 따르면 스페이스X는 제조상의 결함을 최소화하고 비용을 절감하는 기술인 전 마찰식 스턴 용접 탱크를 사용한다고 한다.[40]팰컨 9의 2단계 탱크는 단순히 1단계 탱크의 짧은 버전이며 대부분의 동일한 툴링, 재료 및 제조 기법을 사용한다.이렇게 하면 차량 생산에 드는 비용이 절약된다.[33]

페이로드 페어링

페어링 디자인은 SpaceX에 의해 완성되었고, 캘리포니아 호손에서 13m 길이, 5.2m 길이, 17ft 직경의 페이로드 페어링이 생산되었다.[41]

새로운 페어링 설계에 대한 테스트는 2013년 봄 NASA의 플럼 브룩 스테이션 시설에서 완료되었으며, 음향 충격, 기계적 진동 및 전자기 정전기 방전 조건이 시뮬레이션되었다.실험은 진공실에서 실물 크기의 시험 용품에 대해 실시되었다.스페이스X는 1억 5천만 달러 규모의 NASA 시뮬레이션 챔버 시설에서 시험 시간을 임대하기 위해 NASA에 미화 581,300달러를 지불했다.[42]

팰컨 9 v1.1의 첫 비행(CASIOPE, 2013년 9월)은 팰컨 9 v1.1의 첫 번째 발사일 뿐 아니라 페이로드 페어링으로 구성된 팰컨 9 제품군이다.페어링은 CASIOPE를 출시하는 동안 두 번의 GTO 삽입 미션뿐만 아니라 사고 없이 분리되었다.[42]드래곤 미션에서 캡슐은 작은 위성을 보호하여 페어링의 필요성을 부정한다.[43]

컨트롤

스페이스X는 다중 중복 비행 컴퓨터내결함성 설계로 사용한다.각각의 멀린 엔진은 투표용 컴퓨터 3대에 의해 제어되며, 각각의 컴퓨터는 끊임없이 서로를 확인하는 두 개의 물리적 프로세서를 가지고 있다.이 소프트웨어는 Linux에서 실행되며 C++[44]로 작성된다.

유연성을 위해 방사선 경화 부품 대신 상용 기성 부품과 시스템 전반의 "방사선 내성" 설계를 사용한다.[44]Falcon 9 v1.1은 원래 Falcon 9 v1.0에서 사용된 3중 중복 비행 컴퓨터와 관성 항법(추가 궤도 삽입 정확도를 위한 GPS 오버레이 포함)을 계속 사용한다.[33]

개발이력

왼쪽에서 오른쪽으로 팰컨 1, 팰컨 9 v1.0, 팰컨 9 v1.1의 3가지 버전, 팰컨 9 v1.2(풀러스트러스트), 팰컨 9 블록 5의 3가지 버전, 팰컨 헤비 2가지 버전이 있다.

테스트

2013년 4월에 Falcon 9 v1.1 1단 점화 시스템 시험이 실시되었다.[45]2013년 6월 1일, 팰컨 9 v1.1 1단계의 10초 발사가 발생했으며, 며칠 후 3분간의 총격이 예상되었다.[46][47]

생산

2013년 9월까지 스페이스X의 총 제조 공간은 약 100만 평방피트(93,000m2)까지 증가했으며, 이 공장은 팰컨 9 v1.1과 트라이코어 팰컨 헤비 모두에 대해 연간 최대 40개의 로켓 코어 생산률을 달성하도록 구성되었다.[48]2013년 11월 팰컨9 차량의 생산률은 월 1회였다.이 회사는 2014년 중반에는 연간 18대로 증가할 것이며, 2014년 말까지 연간 24대의 발사 차량이 될 것이라고 밝혔다.[22]

스페이스X는 2014~2016년 발사 매니페스트와 발사율이 높아짐에 따라 발사시설에 듀얼 트랙 병렬 발사공정을 구축해 발사 처리를 늘리는 방안을 모색하고 있다.2014년 3월 현재, 그들은 2015년경에 이것을 가동할 것으로 예상했고, 2015년 발사 속도를 월 2회 정도 목표로 하고 있었다.[49]

실행 기록

실질적으로 업그레이드된 Falcon 9 v1.1 차량의 첫 번째 발사는 2013년 9월 29일에 성공적으로 수행되었다.[10][50]

번째 팰컨 9 v1.1 발사는 많은 "첫 번째"[4][51]를 포함했다.

스페이스X는 2016년 1월 17일 팰컨 9 v1.1의 15번째와 마지막 비행을 실시했다.15개의 발사 중 14개는 1차 탑재물을 지구 저궤도 또는 지오동기 전달 궤도에 성공적으로 전달하였다.

팰컨 9 v1.1의 유일한 미션이 14번째인 스페이스X CRS-7, 2015년 6월 28일 2단계 산소탱크 과압사건으로 인해 1단계 작업 중 소실되었다.[53] (CRS-7 이후, 2016년 1월 17일, Jason-3 탑재체를 발사하기 위해 V1.1의 최종 발사가 1회 있었다.

CRS-7 고장, 조사 및 변경 사항

조사 결과 2단 액체산소 탱크 안에 있던 스트럿이 고장 난 것으로 드러났다.나사(NASA)는 스트럿 고장 발생의 가장 유력한 원인은 설계 오류라고 결론 내렸다. 스페이스X는 항공우주 등급 재료로 만들어진 스테인리스강 아이볼트를 사용하는 대신 적절한 선별과 테스트가 없는 산업용 재료를 선택했고 권장 안전 여유도를 간과했다.[54]

재사용성

Falcon 9 v1.1은 2013년 9월 최초 v1.1 발사 당시 설계에 포함된 재사용 가능 발사체 기술의 여러 측면을 포함한다(1단계에서 회전 및 재시동 가능한 엔진, 향후 착륙 다리의 추가 등을 구조적으로 수용할 수 있는 1단계 탱크 설계).팰컨 9 v1.1의 발사는 스페이스X가 발사체 양쪽 단계에 대해 완전하고 신속한 재사용 가능성을 확보한다는 목표로 민간 자금 지원 개발 프로그램에 약속한 지 2년 만에 이뤄졌다.[55]

2012년 2월 '추력기만을 이용해 로켓을 발사대로 복귀시키는 시스템'에 대한 설계가 완료됐다.[56]재사용 가능 발사 시스템 기술은 팰컨 9와 팰컨 헤비 양쪽 모두에 대해 검토되고 있으며, 특히 비행 프로필에서 두 개의 외부 코어가 로켓으로부터 훨씬 이전에 분리되어 단계 분리 시 느린 속도로 이동하는 팰컨 헤비에는 잘 적합하다고 간주된다.[56]

재사용 가능한 1단계가 현재 우주선 베짱이 로켓으로 스페이스X에 의해 시험되고 있다.[57]2013년 4월까지 저고도 저속 실증실험 차량인 베짱 v1.0은 2012년 말부터 2013년 8월까지 고도가 250m(820ft)인 61초 공기부양정을 포함해 7차례 VTVL 시험비행을 했다.

2013년 3월 스페이스X는 2013년 9월에 비행한 팰컨 9 발사체(Falcon 9 v1.1)의 스트레치 버전 첫 비행을 시작으로 모든 1단계가 계측되고 제어된 하강 시험 차량으로 장착될 것이라고 발표했다.스페이스X는 "추진력-반환력 테스트를 할 계획"이라며 "발사장으로 복귀해 동력 착륙을 할 때까지 테스트를 계속할 것"이라고 말했다.스페이스X는 "올바른 방법을 배우기 전에 몇 번의 실패를 예상한다"[20]고 말했다. 스페이스X는 성공적이었던 여러 번의 수상 착륙을 완료했고, 현재 그들은 1단계 비행 CRS-5를 바다의 무인 무인 항구에 착륙시킬 계획이다.[21]

재사용 가능한 Falcon 9(Falcon 9-R) 9-9 엔진 v1.1 원형 엔진 구성을 위한 재시동 점화 시스템의 첫 번째 테스트 사진이 2013년 4월에 공개되었다.[45]

2014년 3월 스페이스X는 부스터만 재사용할 수 있는 미래 재사용 가능한 팰컨 9(F9-R)의 GTO 탑재량이 약 3,500kg(7,700lb)이 될 것이라고 발표했다.[58]

비행 후 시험 비행 및 착륙 시도

국제우주정거장CRS-6가 발사된 이후 자율우주포트 드론선에 제어 착륙을 시도하는 팰컨 9 비행기의 첫 단계.무대는 착지 후 심하게 착지하여 넘어졌다.

Falcon 9 v1.1의 몇 가지 임무에 이어 1단계 부스터가 플립 어라운드 기동, 로켓의 수평 속도를 줄이기 위한 부스트백 화상, 극초음속에서의 대기 손상을 완화하기 위한 재진입 화상, 목표 a에 대한 자율적인 안내로 제어된 대기 하강 등을 수행할 것을 요구하는 사후 시험 비행이 이어졌다.그리고 마침내 착륙 화상으로 바다나 착륙대에 도달하기 직전에 수직 속도를 0으로 줄였다.스페이스X는 2013년 3월 시험 프로그램을 발표했으며 발사장에 복귀해 동력 착륙을 할 수 있을 때까지 이 같은 시험을 계속 진행하겠다는 의도를 밝혔다.[20]

팰컨 9 비행기의 1단계는 2013년 9월 29일 통제된 하강과 물 위로의 추진 착륙에 대한 첫 번째 테스트를 수행했다.[10]비록 완전한 성공은 아니었지만 무대는 방향을 바꿔 대기권 진입을 통제할 수 있었다.[10]최종 착륙 화력 중 ACS 추진기는 공기역학적으로 유도된 스핀을 극복하지 못했고, 원심력은 착륙 엔진의 연료가 떨어져 조기 엔진 정지 및 1단계를 파괴했다.잔해 조각들은 추가 연구를 위해 수습되었다.[10]

스페이스X CRS-3의 1단계를 이용한 다음 테스트는 바다에 연착륙하는 데 성공했지만, 부스터는 회수되기 전에 격랑에서 부서진 것으로 추정된다.[59]

이후 추가 해양 착륙 테스트를 거쳐 2015년 1월 CRS-5 발사체 1단계는 자율형 우주선 드론 선박인 부유식 플랫폼에 착륙을 시도했다.그 로켓은 성공적으로 우주선에 도착했지만 생존을 위해 너무 심하게 착륙했다.[60]CRS-6 임무의 1단계는 플랫폼에 연착륙하는 것을 관리했지만, 과도한 가로세로 인해 빠르게 뒤집혀 폭발했다.[61]스페이스X 최고경영자(CEO) 일론 머스크는 엔진용 스로틀 밸브가 고착돼 있고, 매끄러운 착륙을 이룰 정도로 빠르게 대응하지 못했다고 지적했다.[62]

팰컨 9 v1.1은 은퇴할 때까지 복구되거나 재사용되지 않았다.그러나 2015년 12월 1차 지상착륙과 2016년 4월 1차 선박 착륙을 모두 달성한 팰컨9 풀러스트(Full Strush) 비행으로 시험 프로그램은 계속됐다.

시작 사이트

팰컨 9 v1.1 로켓은 케이프 커내버럴 공군기지 발사 40단지반덴버그 공군기지 발사 4E단지에서 모두 발사됐다.반덴버그 사이트는 2013년[10] 9월 29일 v1.1 처녀 비행과 2016년 1월 17일 마지막 임무 모두에 사용되었다.

미국 남부 텍사스주 케네디우주센터 발사장 39패드 A와 보카 치카의 추가 발사장소는 로켓의 후속 모델인 팰컨 9 풀러스트팰컨 헤비호를 발사할 예정이다.

출시가격

2015년 10월 기준, Falcon 9 v1.1 상용 출시 가격 6,120만 달러(2013년 10월 5,650만 달러에서 상승)[1]경쟁이 치열해지는 시장에서 상업용 출시 경쟁을 벌였다.[63]

NASA는 ISS에 대한 임무를 재공급하는데, 여기에는 각 비행에 대한 새로운 드래곤 화물 우주선의 제공이 포함된다. 평균 가격은 1억 3천 3백만 달러다.[64]NASA에 계약한 최초의 화물 수송기 12편이 한 번에 이루어졌기 때문에 v1.0 발사와는 달리 v1.1 발사의 가격 변화는 반영되지 않는다.그 계약은 정해진 수의 비행을 통해 우주정거장으로 운반되고 우주정거장에서 돌아오는 일정량의 화물에 대한 것이었다.

스페이스X는 임무 보증 절차 비용 때문에 미군 발사는 상업용 발사의 50% 정도 더 비싸질 것이라고 밝혔다. 따라서 팰컨 9 발사는 현재 우주선이 아닌 다른 발사에서 미국 정부에게 평균 4억 달러에 가까운 비용을 지불한 것에 비해 미국 정부에게는 약 9천만 달러에 팔릴 것이라고 말했다.[65]

보조 페이로드 서비스

Falcon 9 페이로드 서비스는 ESPA 을 통한 2차 및 3차 페이로드 연결을 포함하며, EELV(Envanced Extensible Launch Vehicles) Atlas VDelta IV를 활용하는 미국 DoD 임무에서 2차 페이로드 실행에 처음 사용되는 동일한 단계간 어댑터가 사용된다.이것은 원래의 임무에 미치는 영향을 최소화하면서 2차적, 3차적 임무를 가능하게 한다.2011년 현재 스페이스X는 팰컨 9에서 ESPA 호환 탑재물에 대한 가격을 발표했다.[66]

참고 항목

참조

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