Nota dell'editore: questo post degli ospiti è stato scritto da Lukas Davia e Marijn Achternaam.
Digitando "missili riutilizzabili" in un motore di ricerca, non puoi fare a meno di essere attratto dal fascino dei collegamenti correlati a SpaceX che riempiono lo schermo. La ragione di ciò è comprensibile: con la morte dello Space Shuttle e la mancanza di una chiara pianificazione per il futuro da parte della maggior parte dei vecchi giocatori nel campo dei voli spaziali, il semplice piano a breve termine di SpaceX e i precedenti test di volo li rendono i preferiti da tutti per ridurre drasticamente i costi di orbita con razzi che tornano a casa - pronti per essere riutilizzati.
E con l'imminente lancio del 14 ° razzo Falcon 9 di SpaceX il 6 gennaio che trasportava Dragon all'ISS, il potenziale per la vera riusabilità del razzo è certamente a portata di mano per la prima volta in assoluto nei quasi 90 anni da quando Goddard ha lanciato il primo razzo a combustibile liquido al mondo da Massachusetts nel 1926. Eppure, ora è un momento più importante che mai per mitigare le nostre aspettative selvagge per la possibilità di missili che volano indietro sulla piattaforma di lancio. Mentre una rivoluzione del rocketry può essere tra di noi, è un processo iterativo e in più passaggi che trascende qualsiasi singola missione - e non dovremmo aspettarci di vedere un riutilizzo regolare simile a quello di una compagnia aerea e grandi riduzioni dei costi in qualsiasi momento presto.
Va notato che Elon Musk, nonostante tutti i suoi incredibili successi, non ha mai fissato una linea temporale dura e veloce su quando il rocketry economico e accessibile sarebbe disponibile, per non parlare di un prezzo solido. Perché? Semplicemente perché stiamo entrando in un territorio che rimane inesplorato.
L'unico veicolo di lancio nella storia che sia mai stato ri-volato più volte dopo aver raggiunto l'orbita era lo Space Shuttle. Nonostante il riutilizzo di gran lunga la parte più costosa di qualsiasi razzo - i motori e i sistemi associati - lo Shuttle ha costato almeno 450 milioni di dollari per essere lanciato secondo la NASA, con un carico utile relativamente piccolo di 24 tonnellate sull'orbita terrestre bassa, o quasi $ 19.000 al chilogrammo . Compresi i costi di sviluppo, sommati e divisi per volo, il prezzo da lanciare può raggiungere una media di $ 1,5 miliardi o tre volte l'importo dichiarato della NASA. Ciò che doveva ridurre drasticamente il costo per chilogrammo di sollevamento del carico in orbita è diventato uno dei veicoli di lancio più costosi della storia umana. Perché è diventato così costoso?
La concezione dello Space Shuttle è stata il risultato di un matrimonio tra la NASA, l'Air Force e altri partner. Ognuno voleva le proprie specifiche di progettazione, che finirono per produrre un veicolo maneggevole senza uno scopo ben definito, e divenne il "catturare tutto" del settore spaziale. Principalmente, la quantità di manutenzione richiesta dopo ogni missione è stata ampiamente sottovalutata dalla NASA. Dopo ogni volo, l'intero veicolo doveva essere sostanzialmente ricostruito: piastrelle sostituite, motori ispezionati, booster rinnovati. In particolare, il trio di motori principali RS-25 doveva essere smontato e verificato per ogni possibile difetto che potesse causare un guasto, e quando le cose si rompevano, non c'era una linea di alimentazione sana che potesse sostituirli facilmente, causando il il costo dei pezzi di ricambio è salito alle stelle e il mantenimento di una forza lavoro pronta e in grado di ristrutturare lo Shuttle è diventato rapidamente un lavandino che la NASA non è mai stata in grado di recuperare.
SpaceX non è la NASA però. Hanno introdotto un approccio di sviluppo più agile e reattivo ai loro prodotti, che ha avuto un enorme successo. Hanno anche anni di progetti precedenti (da più fonti) per imparare da ciò che la NASA non ha fatto. Tuttavia, questi non sono problemi che possono essere semplicemente evitati. Piuttosto, sono questioni fondamentali che devono essere affrontate: non c'è modo di sfuggire ai confini della fisica.
Un tema comune delle dichiarazioni di Musk è l'audace aspirazione di rivoluzionare il modello "usa e getta" che ha dominato l'industria dei missili sin dall'inizio, trasformandola in qualcosa di più strettamente correlato a un modello di compagnia aerea basato sui servizi. Questo è un grosso compito, anche per gli standard di Iron Man.
Molti fan mostrano sottovalutazione delle barriere all'ingresso. Infatti, in un recente sondaggio condotto sulla community dei fan di SpaceX su Reddit.com, quando è stato chiesto di indovinare il prezzo di un lancio di un razzo Falcon 9 tra 5 anni, una parte significativa dei quasi 600 intervistati ha selezionato un valore sotto $ 20.000.000. Alcuni hanno persino selezionato prezzi inferiori a $ 10.000.000. Sebbene COO di SpaceX, Gwynne Shotwell abbia detto di sfuggita che i lanci riutilizzabili di Falcon 9 potrebbero eventualmente determinare un prezzo di $ 5-7 milioni, questo è probabilmente molto lontano in futuro, molto oltre l'alba dei missili riutilizzabili. Per qualche prospettiva, cinque anni fa nel 2010, SpaceX ha lanciato due missili Falcon 9. L'anno scorso ne hanno lanciati sei e improvvisamente, entro il 2020, il costo di un lancio standard di Falcon 9 sarà tre volte più economico? Da dove viene questa ulteriore accelerazione nello sviluppo? Forse viene dalla mente di alcuni fan un po 'troppo ottimisti.
In effetti, qualcosa di altrettanto essenziale come la manutenzione a lungo termine del motore è ancora relativamente sconosciuto. In precedenza, SpaceX ha chiarito che ogni motore ha una durata di circa 40 colpi e un osservatore occasionale supponeva che ciò si tradurrebbe in un motore che può essere utilizzato in 40 missioni. Tuttavia, con tre incendi di prova del motore prima di ogni lancio, il lancio stesso e le tre ustioni necessarie per completare il processo di rientro e rientro, il motore centrale è infatti tenuto a sparare 7 volte per completare una missione e con nove motori su ogni livello inferiore, anche se la maggior parte sparano solo poche volte, il che si traduce in parecchie parti che possono guastarsi dopo ogni volo. Controllare questi guasti e ripararli potrebbe diventare molto più costoso e richiedere molto tempo di quanto si possa sperare.
Ad esempio, con un diametro di 3,66 me un'altezza di circa 42 metri, ci sono quasi 500 metri quadrati di superficie del primo stadio che è stata esposta da un lato alle temperature rigide dell'ossigeno liquido e del cherosene freddo, e dall'altro , varie temperature dal rientro nell'atmosfera bassa e minacciosa. In effetti, anche l'accumulo di ghiaccio sulla pelle esterna del veicolo da solo è abbastanza significativo da alterare sostanzialmente la massa del veicolo! All'interno di quella vasta area, la fatica a trazione, termodinamica e legata alla pressione ha il potenziale per accumularsi. Le striature potrebbero nucleare e formare fessure sottili. Questo è un pericolo che potrebbe portare a un fallimento critico in una missione operativa e un tale evento potrebbe radicare in modo permanente un'associazione tra il nascente missile riutilizzabile e l'instabilità nelle menti degli operatori satellitari e del settore assicurativo. E sebbene Falcon 9 possa essere considerato troppo ingegnerizzato, è improbabile che SpaceX giochi alla roulette con razzi.
Sebbene l'ingegnere capo del razzo abbia stimato una probabilità di lancio di una moneta, sul promettente atterraggio propulsivo del CRS-5 sulla "nave da sbarco autonoma di droni" recentemente battezzata, il primo stadio vuoto verrà probabilmente rispedito al quartier generale di SpaceX Hawthorne, California, e ispezionato con vari metodi di analisi distruttiva e non distruttiva per quantificare come i rigori dell'accelerazione a una velocità di quasi 2 chilometri al secondo in meno di tre minuti e poi abbastanza decelerando, rientrando nell'atmosfera, atterrando in prossimità del mare e del sale , influisce sul veicolo.
Un altro esempio di un potenziale costo di ristrutturazione risiede nel carburante di scelta di SpaceX, il cherosene. Brucia relativamente sporco, come dimostra il pilastro traslucido di fuliggine marrone-nero su cui Falcon 9 sale, un ritorno ai giorni dei primi aerei. Ciò porta a un effetto prevalentemente associato ai motori cherolox noto come "coking", in cui la fuliggine non completamente bruciata aderisce al motore e all'ugello quasi fusi, riducendo la sua capacità di irradiare calore. Puliscilo, dici? Congratulazioni, hai appena introdotto un rinnovamento nell'equazione, cosa che SpaceX si sta sforzando di evitare.
Anche ignorando il veicolo stesso, i lanci e le sostanze chimiche necessarie sono costosi! C'è l'elio a prezzi esorbitanti che è necessario per mantenere sotto pressione i serbatoi e il fluido di accensione piroforico TEA-TEB usato per iniziare il matrimonio esplosivo tra RP-1 e LOX. Non sono solo sostanze chimiche. Ci sono anche costi per le operazioni di lancio a terra, che vanno dai salari dei dipendenti, al noioso processo di richiesta dei permessi, alla vernice ablativa leggermente più interessante che ricopre la struttura Transporter-Erector che tiene verticale Falcon 9, ai costi di trasporto e trasferimento. Con ogni probabilità, le attuali spese in conto capitale di un solo lancio, ignorando l'ovvio valore del razzo stesso, totale nella regione di oltre 3 milioni di dollari.
Fondamentalmente, dobbiamo disaccoppiare il re-atterraggio, il rinnovo, la riusabilità e il riutilizzo finanziario rapido e rapido l'uno dall'altro. Può essere un concetto difficile comprendere che tutti e quattro sono distinti e che il successo di uno non implica che il passaggio successivo sia garantito. Per questo motivo, rimangono ancora dei punti interrogativi sul costo, il tempo e la complessità dei passaggi finali necessari affinché SpaceX completi il suo piano master riutilizzabile per missili. Ad esempio: il rientro di un razzo non rende necessariamente inesistente il rinnovamento. Questa è la storia da portare a casa dello Space Shuttle.
Un atterraggio da solo non rivoluziona il rocketry; piuttosto, possiamo solo renderci conto che la rivoluzione della raffinazione del rocketry in un modello simile ad una compagnia aerea è avvenuta bene solo guardando indietro nello specchietto retrovisore.
Viviamo nella speranza che SpaceX raggiunga ciò che originariamente aveva intenzione di fare quasi 13 anni fa. SpaceX è arrivato molto, molto più vicino di chiunque altro a questo obiettivo, ma come ha detto lo stesso Musk, "I missili sono duri". In bocca al lupo al team di SpaceX per l'imminente tentativo di lancio e atterraggio di CRS-5, è l'inizio di qualcosa di molto più grande.
Scritto da Lukas Davia e Marijn Achternaam
Bios: quando non fai il giocoliere come studente di ingegneria del software e sviluppatore web a tempo pieno in Nuova Zelanda, Lukas Davia è un tossicodipendente di SpaceX e si può trovare contribuendo alla comunità Reddit / r / SpaceX, aggiungendo al suo sito web SpaceXStats.com e creando infografiche. Che ci crediate o no, trova il tempo per uscire e fare escursioni anche nel suo tempo libero!
Marijn Achternaam è uno studente olandese, autoproclamato ingegnere di poltrone e fanatico dei voli spaziali che può essere frequentemente trovato come collaboratore delle comunità / r / space e / r / SpaceX Reddit.
