Falcon 9 v1.1

El Falcon 9 original realizó cinco lanzamientos orbitales exitosos entre 2010 y 2013, todos transportando la nave espacial Dragon o una versión de prueba de la misma. ^{[ 14 ]}

El Falcon 9 v1.1 ELV era un cohete un 60 por ciento más pesado con un 60 por ciento más de empuje que la versión v1.0 del Falcon 9. ^{[ 15 ]} Incluye motores de primera etapa realineados ^{[ 16 ]} y tanques de combustible un 60 por ciento más largos, lo que lo hace más susceptible a doblarse durante el vuelo. ^{[ 15 ]} Los motores se actualizaron de los Merlin 1C a los motores Merlin 1D más potentes . Estas mejoras aumentaron la capacidad de carga útil a LEO de 10 454 kilogramos (23 047 lb) ^{[ 17 ]} a 13 150 kilogramos (28 990 lb) . ^{[ 1 ]} El sistema de separación de etapas se rediseñó y redujo el número de puntos de fijación de doce a tres, ^{[ 15 ]} y el vehículo también tenía aviónica y software actualizados. ^{[ 15 ]}  

La versión del propulsor v1.1 dispuso los motores en una forma estructural que SpaceX denominó Octaweb , con ocho motores dispuestos en un patrón circular alrededor de un único motor central. La versión v1.0 utilizó un patrón rectangular de motores. El patrón Octaweb tenía como objetivo optimizar el proceso de fabricación. ^{[ 18 ]} Los vehículos v1.1 posteriores incluyen cuatro patas de aterrizaje extensibles, ^{[ 19 ]} utilizadas en el programa de pruebas de descenso controlado . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Tras el primer lanzamiento del Falcon 9 v1.1 en septiembre de 2013, que sufrió un fallo en el reinicio del motor de la segunda etapa después de la misión, las líneas de propulsor del ignitor de la segunda etapa se aislaron para facilitar el reinicio en el espacio tras las fases de vuelo inercial prolongadas para las maniobras de trayectoria orbital. ^{[ 22 ]} El vuelo 6 del Falcon 9 fue el primer lanzamiento del Falcon 9 configurado con una cofia de carga útil desechable . ^{[ 14 ]}

El Falcon 9 v1.1 utiliza una primera etapa impulsada por nueve motores Merlin 1D . ^{[ 23 ] [ 24 ]} Las pruebas de desarrollo de la primera etapa del Falcon 9 v1.1 se completaron en julio de 2013. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

La primera etapa v1.1 tiene un empuje total a nivel del mar en el despegue de 5885 kN (1 323 000 libras-fuerza) , con los nueve motores encendidos durante 180 segundos nominales, mientras que el empuje de la etapa aumenta a 6672 kN (1 500 000 libras-fuerza) a medida que el propulsor asciende fuera de la atmósfera. ^{[ 27 ]} Los nueve motores de la primera etapa están dispuestos en una forma estructural que SpaceX denomina Octaweb . Este cambio con respecto a la disposición cuadrada del Falcon 9 v1.0 tiene como objetivo optimizar el proceso de fabricación. ^{[ 18 ]}  

Como parte de los esfuerzos de SpaceX para desarrollar un sistema de lanzamiento reutilizable , las primeras etapas seleccionadas incluyen cuatro patas de aterrizaje extensibles ^{[ 19 ]} y aletas de rejilla para controlar el descenso. Las aletas se probaron por primera vez en el vehículo de prueba reutilizable F9R Dev-1. ^{[ 28 ]} Las aletas de rejilla se implementaron en el Falcon 9 v1.1 en la misión CRS-5, ^{[ 29 ]} pero se quedaron sin fluido hidráulico antes de un aterrizaje planificado. ^{[ 30 ]}

SpaceX pretende, en última instancia, producir vehículos de lanzamiento reutilizables Falcon 9 y Falcon Heavy con capacidad de aterrizaje vertical completo . ^{[ 20 ] [ 21 ]} Se están realizando pruebas atmosféricas iniciales de prototipos de vehículos en el vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV) Grasshopper , demostrador de tecnología experimental , además de las pruebas de descenso y aterrizaje controlados del propulsor descritas anteriormente. ^{[ 31 ]}

La primera etapa de la versión 1.1 utiliza una mezcla pirofórica de trietilaluminio - trietilborano (TEA-TEB) como iniciador de primera etapa, la misma que se utilizó en la versión 1.0. ^{[ 32 ]}

Al igual que el Falcon 9 v1.0 y la serie Saturn del programa Apolo , la presencia de múltiples motores de primera etapa puede permitir la finalización de la misión incluso si uno de los motores de primera etapa falla en pleno vuelo. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Los tubos principales de suministro de propulsor desde los tanques de RP-1 y oxígeno líquido a los nueve motores de la primera etapa tienen un diámetro de 10 cm (4 pulgadas) . ^{[ 35 ]}  

La etapa superior está propulsada por un único motor Merlin 1D modificado para funcionar en el vacío. ^{[ 36 ]}

La interetapa, que conecta la etapa superior e inferior del Falcon 9, es una estructura compuesta de fibra de carbono con núcleo de aluminio. ^{[ 37 ]} Las pinzas de separación y un sistema de empuje neumático separan las etapas. ^{[ 38 ]} Las paredes y cúpulas del tanque del Falcon  9 están hechas de aleación de aluminio-litio . ^{[ 39 ]} SpaceX utiliza un tanque totalmente soldado por fricción-agitación , una técnica que minimiza los defectos de fabricación y reduce los costos, según un portavoz de la NASA. ^{[ 40 ]} El tanque de la segunda etapa del Falcon  9 es simplemente una versión más corta del tanque de la primera etapa y utiliza la mayoría de las mismas herramientas, materiales y técnicas de fabricación. Esto ahorra dinero durante la producción del vehículo. ^{[ 33 ]}

El diseño del carenado fue completado por SpaceX, y la producción del carenado de carga útil de 13 m (43 pies) de largo y 5,2 m (17 pies) de diámetro se realizó en Hawthorne, California . ^{[ 41 ]}    

Las pruebas del nuevo diseño del carenado se completaron en las instalaciones de la Estación Plum Brook de la NASA en la primavera de 2013, donde se simularon condiciones de choque acústico, vibración mecánica y descarga electrostática electromagnética . Las pruebas se realizaron en un prototipo a escala real dentro de una cámara de vacío . SpaceX pagó a la NASA 581 300 dólares estadounidenses por el alquiler del tiempo de prueba en las instalaciones de la cámara de simulación de la NASA, cuyo costo ascendió a 150 millones de dólares. ^{[ 42 ]}

El primer vuelo de un Falcon 9 v1.1 ( CASSIOPE , septiembre de 2013) fue el primer lanzamiento del Falcon 9 v1.1, así como de la familia Falcon 9 configurada con una cofia de carga útil . La cofia se separó sin incidentes durante el lanzamiento de CASSIOPE, así como en las dos misiones de inserción GTO posteriores. ^{[ 42 ]} En las misiones Dragon, la cápsula protege cualquier satélite pequeño, eliminando la necesidad de una cofia. ^{[ 43 ]}

SpaceX utiliza múltiples computadoras de vuelo redundantes en un diseño tolerante a fallos . Cada motor Merlin está controlado por tres computadoras de votación , cada una con dos procesadores físicos que se verifican constantemente entre sí. El software se ejecuta en Linux y está escrito en C++ . ^{[ 44 ]}

Para mayor flexibilidad, se utilizan piezas comerciales estándar y un diseño "tolerante a la radiación" en todo el sistema en lugar de piezas endurecidas contra la radiación . ^{[ 44 ]} El Falcon  9  v1.1 continúa utilizando las computadoras de vuelo de triple redundancia y la navegación inercial —con superposición de GPS para una mayor precisión en la inserción orbital— que se utilizaron originalmente en el Falcon 9 v1.0. ^{[ 33 ]}

En abril de 2013 se realizó una prueba del sistema de ignición de la primera etapa Falcon  9 v1.1. ^{[ 45 ]} El 1 de junio de 2013 se produjo un encendido de diez segundos de la primera etapa Falcon 9 v1.1; se esperaba un encendido de duración completa de 3 minutos unos días después. ^{[ 46 ] [ 47 ]}   

Para septiembre de 2013, el espacio total de fabricación de SpaceX había aumentado a casi 1.000.000 de pies cuadrados (93.000 m²) y ^la fábrica se había configurado para alcanzar una tasa de producción de hasta 40 núcleos de cohetes por año, tanto para el Falcon 9 v1.1 como para el Falcon Heavy de tres núcleos . ^{[ 48 ]} La tasa de producción de vehículos Falcon 9 en noviembre de 2013 era de uno por mes. La compañía declaró que esta aumentaría a 18 por año a mediados de 2014, y que llegaría a 24 vehículos de lanzamiento por año para finales de 2014. ^{[ 22 ]}   

A medida que aumenta el número de lanzamientos programados y la frecuencia de lanzamientos entre 2014 y 2016, SpaceX busca aumentar su capacidad de procesamiento de lanzamientos mediante la creación de procesos de lanzamiento paralelos de doble vía en la instalación de lanzamiento. A partir de marzo de 2014 proyectaron que lo tendrían en funcionamiento en algún momento de 2015, y apuntaban a un ritmo de lanzamientos de aproximadamente dos lanzamientos por mes en 2015. ^{[ 49 ]}

La investigación atribuyó el accidente a la falla de un puntal dentro del tanque de oxígeno líquido de la segunda etapa. La NASA concluyó que la causa más probable de la falla del puntal fue un error de diseño: en lugar de usar un perno de ojo de acero inoxidable fabricado con material de grado aeroespacial, SpaceX eligió un material de grado industrial sin las pruebas y controles adecuados, y pasó por alto el margen de seguridad recomendado. ^{[ 54 ]}

Varias misiones del Falcon 9 v1.1 fueron seguidas de vuelos de prueba posteriores a la misión que requerían que el propulsor de la primera etapa ejecutara una maniobra de giro, una ignición de retroceso para reducir la velocidad horizontal del cohete, una ignición de reentrada para mitigar el daño atmosférico a velocidad hipersónica, un descenso atmosférico controlado con guiado autónomo hacia el objetivo y, finalmente, una ignición de aterrizaje para reducir la velocidad vertical a cero justo antes de llegar al océano o a la plataforma de aterrizaje. SpaceX anunció el programa de pruebas en marzo de 2013 y su intención de continuar realizando dichas pruebas hasta que puedan regresar al sitio de lanzamiento y realizar un aterrizaje propulsado . ^{[ 20 ]}

La primera etapa del vuelo 6 del Falcon 9 realizó la primera prueba de descenso controlado y aterrizaje propulsado sobre el agua el 29 de septiembre de 2013. ^{[ 10 ]} Aunque no fue un éxito total, la etapa pudo cambiar de dirección y realizar una entrada controlada en la atmósfera. ^{[ 10 ]} Durante la maniobra final de aterrizaje, los propulsores ACS no pudieron superar un giro inducido aerodinámicamente, y la fuerza centrífuga privó al motor de aterrizaje de combustible, lo que provocó una parada prematura del motor y un fuerte amerizaje que destruyó la primera etapa. Se recuperaron fragmentos de los restos para su posterior estudio. ^{[ 10 ]}

La siguiente prueba, utilizando la primera etapa del SpaceX CRS-3 , resultó en un aterrizaje suave exitoso en el océano; sin embargo, presumiblemente el propulsor se desintegró en mares agitados antes de que pudiera ser recuperado. ^{[ 59 ]}

Después de más pruebas de aterrizaje en el océano, la primera etapa del vehículo de lanzamiento CRS-5 intentó aterrizar en una plataforma flotante, el barco dron autónomo del puerto espacial , en enero de 2015. El cohete se guió con éxito hacia el barco, pero el aterrizaje fue demasiado brusco para sobrevivir. ^{[ 60 ]} La primera etapa de la misión CRS-6 logró un aterrizaje suave en la plataforma; sin embargo, el exceso de velocidad lateral provocó que se volcara rápidamente y explotara. ^{[ 61 ]} Elon Musk, director ejecutivo de SpaceX, indicó que una válvula de aceleración del motor estaba atascada y no respondió con la suficiente rapidez para lograr un aterrizaje suave. ^{[ 62 ]}

El Falcon 9 v1.1 nunca fue recuperado ni reutilizado con éxito hasta su retirada. Sin embargo, el programa de pruebas continuó con vuelos del Falcon 9 Full Thrust , que lograron tanto el primer aterrizaje en tierra en diciembre de 2015 como el primer aterrizaje en un barco en abril de 2016.

Los servicios de carga útil del Falcon 9 incluyen la conexión de cargas útiles secundarias y terciarias a través de un anillo ESPA , el mismo adaptador entre etapas utilizado inicialmente para lanzar cargas útiles secundarias en misiones del Departamento de Defensa de EE . UU. que utilizan los vehículos de lanzamiento desechables evolucionados (EELV) Atlas V y Delta IV . Esto permite misiones secundarias e incluso terciarias con un impacto mínimo en la misión original. A partir de 2011, SpaceX anunció los precios de las cargas útiles compatibles con ESPA en el Falcon 9. ^{[ 66 ]}