Falcon 9 | un cohete de dos etapas
El Falcon 9 es un cohete de dos etapas. Fue diseñado y fabricado por SpaceX en Estados Unidos. Algunas partes del cohete pueden utilizarse más de una vez. La última versión de la primera etapa puede volver a la Tierra y ser volada de nuevo muchas veces. Tanto la primera como la segunda etapa están propulsadas por motores Merlin de SpaceX. Utilizan oxígeno líquido criogénico y queroseno para cohetes (RP-1) como combustible. Su nombre procede de la nave espacial ficticia de La Guerra de las Galaxias, el Halcón Milenario. El 9 es por los nueve motores de la primera etapa del cohete. Ha habido muchas versiones del cohete. Entre ellas se encuentran la v1.0 (2010-2013), la v1.1 (2013-2016) y la v1.2 Full Thrust (2015-actualidad). También incluye la versión Falcon 9 Block 5.
También incluye la versión Block 5 Full Thrust. Esta versión se utiliza desde mayo de 2018. La mayoría de los cohetes sólo pueden utilizarse una vez. SpaceX ha hecho aterrizar los cohetes Falcon 9 más de cien veces. Las primeras etapas se han utilizado hasta once veces.
El Falcon 9 puede transportar hasta 22.800 kilogramos (50.300 libras) a la órbita terrestre baja (LEO). Si se utiliza en su totalidad, puede transportar 8.300 kg (18.300 lb) hasta la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). El cohete puede transportar 5.500 kg (12.100 lb) hasta la GTO cuando se recupera la primera etapa. Tiene un tamaño de carga de ]145 metros cúbicos de volumen Las cargas más pesadas transportadas a GTO han sido el Intelsat 35e (6.761 kg (14.905 lb)) y el Telstar 19V (7.075 kg (15.598 lb)).
En 2008, SpaceX obtuvo un contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS) en el programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) de la NASA. Llevarían carga a la Estación Espacial Internacional (ISS) utilizando el Falcon 9 y la cápsula Dragon. La primera misión bajo este contrato se lanzó el 8 de octubre de 2012. El Falcon 9 puede llevar a los astronautas de la NASA a la ISS. También está certificado para el programa de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional y el Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA como "Categoría 3". Esto significa que puede utilizarse en las misiones más caras, importantes y complejas de la NASA. Muchas fuentes afirman que el Falcon 9 es el vehículo de lanzamiento espacial más avanzado del mundo. A partir de enero de 2021, el Falcon 9 es el que tiene más lanzamientos entre todos los cohetes estadounidenses que se utilizan actualmente. Es el único cohete estadounidense totalmente certificado para transportar seres humanos a la Estación Espacial Internacional. También es el único cohete comercial que lleva seres humanos a la órbita. El 24 de enero de 2021, el Falcon 9 estableció un nuevo récord de número de satélites lanzados por un solo cohete. Transportó 143 satélites a la órbita.
Se lanzaron cinco cohetes del diseño de la versión 1.0 desde junio de 2010 hasta marzo de 2013. La versión 1.1 tuvo quince lanzamientos desde septiembre de 2013 hasta enero de 2016. La versión "Full Thrust" se utiliza desde diciembre de 2015. Hay muchas actualizaciones de esta versión. La última variante "Full Thrust", el bloque 5, se introdujo en mayo de 2018. Tiene más empuje, patas de aterrizaje mejoradas y otras mejoras menores para facilitar la recuperación y la reutilización. La versión Falcon Heavy voló por primera vez en febrero de 2018. Cuenta con una primera etapa Falcon 9 más potente como núcleo central. También tiene dos primeras etapas Falcon 9 añadidas que se utilizan como propulsores. SpaceX tiene previsto sustituir el Falcon 9 y el Falcon Heavy por el sistema de lanzamiento Starship, mucho más grande.
Historia del desarrollo
Concepción y financiación
En octubre de 2005, SpaceX dijo que iba a lanzar el Falcon 9 en el primer semestre de 2007. El primer lanzamiento tuvo lugar en 2010.
SpaceX gastó su propio dinero para crear el Falcon 1. La creación del Falcon 9 fue más rápida porque la NASA ayudó con el coste. También dijeron que comprarían varios vuelos comerciales. Esto comenzó con dinero del programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) en 2006. El contrato era un Acuerdo de la Ley Espacial (SAA) "para desarrollar y demostrar el servicio de transporte orbital comercial". Incluía el pago por parte de la NASA de tres vuelos de demostración. El contrato ascendía a 278 millones de dólares para financiar el desarrollo de Dragon, Falcon 9 y los lanzamientos de demostración de Falcon 9 con Dragon. En 2011 se añadieron otros hitos, lo que hizo que el valor total del contrato fuera de 396 millones de dólares.
La NASA se convirtió en el principal usuario del vehículo en 2008. Acordaron comprar 12 lanzamientos de servicios comerciales de reabastecimiento a la Estación Espacial Internacional. El dinero se pagaría después de que las misiones de demostración se completaran con éxito. El contrato de suministro de logística espacial estaba valorado en 1.600 millones de dólares para un mínimo de 12 misiones de transporte de suministros hacia y desde la Estación Espacial Internacional.
Elon Musk ha dicho que habría tardado más tiempo sin el dinero de la NASA.
SpaceX sólo ha llegado hasta aquí basándose en los increíbles logros de la NASA, teniendo a la NASA como inquilino de anclaje para el lanzamiento y recibiendo el asesoramiento de expertos y la tutoría durante todo el proceso de desarrollo. SpaceX desea agradecer especialmente a la oficina COTS de la NASA su apoyo y orientación continuos a lo largo de este proceso. El programa COTS ha demostrado el poder de una verdadera asociación entre el sector privado y el público, y esperamos con interés los emocionantes esfuerzos que nuestro equipo llevará a cabo en el futuro.
En 2011, SpaceX dijo que los costes del Falcon 9 v1.0 eran de unos 300 millones de dólares. La NASA dijo que los costes habrían sido de 3.600 millones de dólares si se hubiera utilizado un enfoque de contrato tradicional de coste incrementado. En 2014, SpaceX hizo públicos los costes totales tanto del Falcon 9 como de la cápsula Dragon. La NASA aportó 396 millones de dólares. SpaceX aportó más de 450 millones de dólares.
Un informe de la NASA de 2011 decía que les habría costado unos 4.000 millones de dólares desarrollar un cohete como el propulsor Falcon 9. "Un enfoque de "desarrollo más comercial" podría haber permitido a la agencia pagar sólo 1.700 millones de dólares".
El testimonio de SpaceX en el Congreso en 2017 dijo que el proceso normal de la NASA de establecer sólo un requisito y dejar los detalles a SpaceX les permitió fabricar el cohete Falcon 9 a un coste mucho menor.
Desarrollo
Al principio, SpaceX quería seguir al Falcon 1 con un vehículo de mayor capacidad, el Falcon 5. En 2005, SpaceX dijo que estaba trabajando en el Falcon 9 en su lugar. Dijeron que ya tenían un cliente gubernamental. Se dijo que el Falcon 9 era capaz de transportar aproximadamente 9.500 kilogramos (20.900 libras) a la órbita baja de la Tierra. Dijeron que costaría 27 millones de dólares por vuelo con una carga útil de 3,7 metros (12 pies). Costaría 35 millones de dólares con una carga útil de 5,2 metros (17 pies). SpaceX también dijo que una versión pesada del Falcon 9 tendría una capacidad de carga útil de unos 25.000 kilogramos (55.000 libras). El Falcon 9 estaba destinado a permitir lanzamientos a la órbita terrestre baja (LEO), a la órbita de transferencia geosíncrona (GTO), así como a vehículos de tripulación y de carga a la Estación Espacial Internacional (ISS). El cohete no era totalmente reutilizable en ese momento. Esto hizo que las estimaciones de precio fueran más altas de lo esperado.
Probando
El contrato original de la NASA preveía un vuelo de demostración de Falcon en septiembre de 2008. También pedía que las tres misiones de demostración se realizaran en septiembre de 2009. En febrero de 2008, el plan para el primer vuelo de demostración se retrasó hasta principios de 2009. Según Elon Musk, el retraso se debió a lo cpmplejas que eran las normas de lanzamiento desde Cabo Cañaveral.
La primera prueba con dos motores conectados a la primera etapa se realizó en enero de 2008. Otras pruebas llevaron al Falcon 9 a ser probado con nueve motores. Los motores se probaron durante una misión completa (178 segundos para la primera etapa) en noviembre de 2008. En octubre de 2009, la primera etapa realizó por primera vez con éxito un disparo de prueba con todos los motores. Esto se hizo en McGregor, Texas. En noviembre de 2009, SpaceX realizó la primera prueba de la segunda etapa. Esta prueba duró cuarenta segundos. En enero de 2010, se realizó un disparo de duración completa (329 segundos) de la segunda etapa del Falcon 9. La fecha de lanzamiento prevista por SpaceX es marzo de 2010.
En febrero de 2010, la primera pila de vuelo de SpaceX se instaló en el Complejo de Lanzamiento Espacial 40 de Cabo Cañaveral. El 9 de marzo de 2010, SpaceX debía probar el disparo de la primera etapa. La prueba se detuvo 2 segundos antes del disparo. Esto se debió a un fallo en el sistema diseñado para bombear helio a alta presión desde la plataforma de lanzamiento a la primera etapa. El problema se produjo en la plataforma y no en el propio cohete. Todos los sistemas del Falcon 9 que condujeron al aborto funcionaron como se esperaba. Otra prueba realizada el 13 de marzo de 2010 fue un éxito.
Producción
En diciembre de 2010, SpaceX fabricaba un Falcon 9 (y una nave espacial Dragon) cada tres meses. Querían duplicar el ritmo a una cada seis semanas. En septiembre de 2013, el espacio de fabricación de SpaceX había aumentado a casi 93.000 metros cuadrados (1.000.000 de pies cuadrados). La fábrica se había preparado para hacer 40 núcleos de cohetes al año. En noviembre de 2013, la fábrica fabricaba un vehículo Falcon 9 al mes. La empresa quería aumentar esa cifra a 18 vehículos al año a mediados de 2014 y a 24 al año a finales de 2014. Querían fabricar 40 núcleos de cohetes al año a finales de 2015.
Estas tasas de producción no se alcanzaron en febrero de 2016. La compañía dijo que la tasa de producción de núcleos de Falcon 9 sólo había aumentado a 18 por año. También dijeron que el número de núcleos de la primera etapa que pueden fabricarse a la vez se había duplicado de tres a seis. Se esperaba que la tasa aumentara a 30 núcleos por año a finales de 2016. Aun así, en agosto de 2016, SpaceX estaba trabajando para alcanzar una capacidad de producción de 40 núcleos al año.
Desde 2018, SpaceX suele reutilizar las primeras etapas. Esto ha reducido la necesidad de nuevos núcleos. En 2021, SpaceX realizó 31 lanzamientos de F9. Sólo en dos de ellos se utilizaron boosters nuevos. Recuperaron el booster en todos los vuelos menos en uno.
Familia de cohetes Falcon 9; de izquierda a derecha: Falcon 9 v1.0, v1.1, Full Thrust, Block 5 y Falcon Heavy.
Diseño
El Falcon 9 es un cohete de dos etapas. Está impulsado por LOX y RP-1. Ambas etapas cuentan con motores cohete Merlin 1D. La primera etapa tiene nueve que están adaptados para su uso a nivel del mar. La segunda etapa tiene uno que está adaptado para su uso en el vacío. Los motores utilizan una mezcla pirofórica de trietilaluminio-trietilborano (TEA-TEB) para su encendido. Los motores de la primera etapa están dispuestos en una forma que SpaceX llama "Octaweb". Muchos núcleos tienen cuatro patas de aterrizaje en la base de la Octaweb. Para controlar el núcleo mientras cae en la atmósfera, SpaceX utiliza aletas de rejilla. Se despliegan desde el vehículo tras la separación. Las patas se despliegan momentos antes del aterrizaje.
Las paredes del tanque de propulsante y las cúpulas están hechas de una aleación de aluminio-litio. El tanque de la segunda etapa de un Falcon 9 es una versión más corta del tanque de la primera etapa. Esto disminuye el coste de su fabricación. La conexión entre las dos etapas es una estructura de
fibra de carbono y núcleo de aluminio. El sistema original de separación de etapas tenía doce puntos de unión. Esto fue lo que se redujo a tres en el lanzador v1.1.
El Falcon 9 utiliza un carenado de carga útil para proteger los satélites durante el lanzamiento. El carenado mide 13 m de largo, 5,2 m de diámetro y pesa aproximadamente 1.900 kg. Está fabricado con una piel de fibra de carbono sobre un núcleo de aluminio en forma de panal. Las pruebas del diseño se realizaron en las instalaciones de la estación Plum Brook de la NASA en la primavera de 2013.
SpaceX utiliza varios ordenadores de vuelo. Esto hace que el sistema se vea menos afectado por los fallos. Cada motor de cohete Merlin está controlado por tres ordenadores. Cada uno de estos ordenadores tiene dos procesadores que se controlan mutuamente. El software se ejecuta en Linux. Está escrito en C++. Cada etapa tiene sus propios ordenadores de vuelo. Esto se suma a los controladores de cada motor. La CPU del microcontrolador de cada motor funciona con una arquitectura PowerPC.
El cohete Falcon 9 puede perder hasta dos de los motores y seguir completando la misión. Cada motor crea 854 kN (192.000 librasf ) de empuje.
Modelo interactivo en 3D del Falcon 9, totalmente integrado a la izquierda y en vista de despiece a la derecha.
Versiones del lanzador
El Falcon 9 v1.0 voló cinco veces entre 2010 y 2013. El Falcon 9 v1.1 realizó su primer vuelo en septiembre de 2013. La misión transportó una carga útil muy pequeña de 500 kg (1.100 lb), el satélite CASSIOPE. Posteriormente lanzó cosas más grandes. Entre ellas, el satélite de comunicaciones SES-8 GEO. Tanto el Falcon 9 v1.0 como el Falcon 9 v1.1 eran vehículos de lanzamiento desechables (ELV). El Falcon 9 Full Thrust realizó su primer vuelo en diciembre de 2015. La primera etapa de la versión Falcon 9 Full Thrust puede utilizarse varias veces. La versión actual, conocida como Falcon 9 Block 5, realizó su primer vuelo en mayo de 2018.
Precios
En 2010, el precio de un lanzamiento de Falcon 9 v1.0 era de 49,9 a 56 millones de dólares. En 2012, el rango de precios cotizados había aumentado a 54-59,5 millones de dólares. En agosto de 2013, el precio de un Falcon 9 v1.1 era de 56,5 millones de dólares; se elevó a 61,2 millones de dólares en junio de 2014. Desde mayo de 2016, el precio de una misión Falcon 9 Full Thrust (que permite la recuperación del booster) es de 62 millones de dólares. Las misiones de carga Dragon a la ISS tienen un coste medio de 133 millones de dólares La misión DSCOVR, para la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), costó 97 millones de dólares.
En 2004, Elon Musk dijo que "los planes a largo plazo contemplan el desarrollo de un producto de transporte pesado e incluso de un superpesado, si hay demanda de los clientes. [...] En última instancia, creo que 500 dólares por libra (1.100 dólares/kg) [de carga útil entregada en órbita] o menos es muy alcanzable". En su precio de 2016, un lanzamiento de Falcon 9 FT cuesta algo más de 2.700 dólares/kg (1.200 dólares/libra).
En 2011, Musk estimó que los materiales necesarios para el lanzamiento del Falcon 9 v1.0 costaban unos 200.000 dólares. La primera etapa utiliza 245.620 L (54.030 imp gal; 64.890 US gal) de oxígeno líquido y 146.020 L (32.120 imp gal; 38.570 US gal) de combustible RP-1, mientras que la segunda etapa utiliza 28.000 L (6.200 imp gal; 7.400 US gal) de oxígeno líquido y 17.000 L (3.700 imp gal; 4.500 US gal) de RP-1.
En octubre de 2019, los datos de la NASA mostraron que el "precio base" del Falcon 9, de 62 millones de dólares por lanzamiento, se reduciría a 52 millones de dólares para los vuelos programados a partir de 2021.
La CNBC informó en abril de 2020 de que los lanzamientos de la Fuerza Aérea de Estados Unidos costaban 95 millones de dólares, debido a la seguridad adicional utilizada. El ejecutivo de SpaceX, Christopher Couluris, declaró que la reutilización de cohetes puede abaratar aún más los precios, que "cuesta 28 millones de dólares lanzarlo, eso con todo".
Galería
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Un cohete impulsor de la primera etapa (Falcon 9, número de serie B1021) tras el aterrizaje de un vuelo en 2016. Este cohete aterrizó en una nave no tripulada.
Otros sitios web
- Página oficial del Falcon 9
- SAOCOM 1B | Lanzamiento y aterrizaje
- Disparo de prueba de dos motores Merlin 1C conectados a la primera etapa del Falcon 9, Película 1, Película 2 (18 de enero de 2008)
- Comunicado de prensa anunciando el diseño (9 de septiembre de 2005)
- SpaceX espera abastecer la ISS con el nuevo lanzador pesado Falcon 9 (Flight International, 13 de septiembre de 2005)
- SpaceX lanza el Falcon 9, con un cliente Archivado el 11 de junio de 2007 en la Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 de septiembre de 2005)
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el Falcon 9?
R: El Falcon 9 es un cohete de dos etapas diseñado y fabricado por SpaceX en Estados Unidos. Utiliza oxígeno líquido criogénico y queroseno para cohetes (RP-1) como combustible, y su nombre proviene de la nave espacial ficticia de La Guerra de las Galaxias, el Halcón Milenario. El número nueve hace referencia a los nueve motores de la primera etapa del cohete.
P: ¿Cuántas versiones del Falcon 9 hay?
R: Ha habido muchas versiones del cohete, entre ellas la v1.0 (2010-2013), la v1.1 (2013-2016), la v1.2 Full Thrust (2015-actualidad), la versión Block 5 y la versión Block 5 Full Thrust que se utiliza desde mayo de 2018.
P: ¿Es posible reutilizar partes del Falcon 9?
R: Sí, algunas partes del cohete pueden utilizarse más de una vez; por ejemplo, la última versión de la primera etapa puede regresar a la Tierra y volver a volar muchas veces.
P: ¿Cuánta carga puede transportar el Falcon 9?
R: Puede transportar hasta 22.800 kilogramos a la órbita terrestre baja (LEO). Si se utiliza en su totalidad, puede transportar 8.300 kilogramos (18.300 libras) hasta la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Cuando se recupera tras el lanzamiento puede transportar 5500 kg (12100 lb) hasta la GTO con un tamaño de carga de 145 metros cúbicos de volumen.
P: ¿Qué contrato ganó SpaceX en 2008?
R: En 2008 SpaceX ganó un contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS) en el programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial de la NASA que llevaría carga a la Estación Espacial Internacional utilizando su Falcon 9 y la cápsula Dragon.
P: ¿Qué récord estableció el Falcon 9 el 24 de enero de 2021?
R: El 24 de enero de 2021, el Falcon 9 estableció un nuevo récord al poner en órbita 143 satélites a la vez, más que cualquier otro cohete estadounidense en uso en ese momento.
