Halcón 1

Falcon 1 fue un vehículo de lanzamiento de pequeña elevación que fue operado de 2006 a 2009 por SpaceX, un fabricante aeroespacial estadounidense. El 28 de septiembre de 2008, Falcon 1 se convirtió en el primer vehículo de lanzamiento de combustible líquido totalmente desarrollado de forma privada que entró en órbita alrededor de la Tierra.

El cohete de dos etapas a órbita utilizó LOX/RP-1 para ambas etapas, la primera propulsada por un solo motor Merlin y la segunda propulsada por un solo motor Kestrel.

El vehículo fue lanzado un total de cinco veces. Después de tres intentos fallidos de lanzamiento, Falcon 1 alcanzó la órbita en su cuarto intento en septiembre de 2008 con un simulador de masa como carga útil. El 14 de julio de 2009, Falcon 1 realizó su segundo vuelo exitoso, poniendo en órbita el satélite malasio RazakSAT en el primer lanzamiento comercial de SpaceX (quinto y último lanzamiento en general). Después de este vuelo, el Falcon 1 fue retirado y sucedido por el Falcon 9.

SpaceX había anunciado una variante mejorada, el Falcon 1e, pero el desarrollo se detuvo a favor del Falcon 9.

Historia

Financiación privada

El cohete Falcon 1 fue desarrollado con financiación privada. Los únicos otros vehículos de lanzamiento orbital que recibieron financiación y desarrollo privados fueron el Conestoga en 1982; y Pegasus, lanzado por primera vez en 1990, que utiliza un avión de gran tamaño como plataforma de lanzamiento.

El costo total de desarrollo del Falcon 1 fue de aproximadamente entre 90 y 100 millones de dólares.

Si bien el desarrollo del Falcon 1 recibió financiación privada, los dos primeros lanzamientos del Falcon 1 fueron adquiridos por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en el marco de un programa que evalúa nuevos vehículos de lanzamiento estadounidenses adecuados para su uso por DARPA.

Lanzamientos cancelados

Como parte de un contrato de 15 millones de dólares, el Falcon 1 debía transportar el TacSat-1 en 2005. A finales de mayo de 2005, SpaceX declaró que el Falcon 1 estaba listo para lanzar el TacSat-1 desde Vandenberg. Pero la Fuerza Aérea no quería que se lanzara un cohete no probado hasta que el último Titan IV volara desde el cercano SLC 4E. Los retrasos posteriores y repetidos debido a fallas en el lanzamiento del Falcon 1 retrasaron el lanzamiento del TacSat-1. Después del lanzamiento de TacSat-2 en un Minotaur I de Orbital Sciences el 16 de diciembre de 2006, el Departamento de Defensa reevaluó la necesidad de lanzar TacSat-1. En agosto de 2007, el Departamento de Defensa canceló el lanzamiento previsto del TacSat-1 porque se habían cumplido todos los objetivos del TacSat.

Una actualización de agosto de 2005 en el sitio web de SpaceX mostró 6 lanzamientos planeados para Falcon 1, con clientes que incluyen MDA Corp (CASSIOPE, que finalmente se lanzó en 2013 en Falcon 9), Swedish Space Corp y US Air Force.

Diseño

Según SpaceX, el Falcon 1 fue diseñado para minimizar el precio por lanzamiento de satélites en órbita terrestre baja, aumentar la confiabilidad y optimizar el entorno de vuelo y el tiempo de lanzamiento. También se utilizó para verificar componentes y conceptos de diseño estructural que se reutilizarían en el Falcon 9. SpaceX comenzó con la idea de que el cohete orbital útil más pequeño era el producto mínimo viable (Falcon 1 con aproximadamente 450 kg o 990 lb en órbita). en lugar de construir algo más grande y complicado, y luego quedarse sin dinero y declararse en quiebra.

Primera etapa

La primera etapa se fabricó con una aleación de aluminio 2219 soldada por fricción y agitación. Emplea un mamparo común entre los tanques LOX y RP-1, así como estabilización de la presión de vuelo. Se puede transportar de forma segura sin presurización (como el diseño isógrido Delta II, más pesado), pero gana resistencia adicional cuando se presuriza para el vuelo (como el Atlas II, que no se puede transportar sin presurización). El sistema de paracaídas, construido por Irvin Parachute Corporation, utiliza un paracaídas de alta velocidad y un paracaídas principal.

Para los dos primeros lanzamientos, el Falcon 1 utilizó un motor Merlin 1A. Se suponía que una versión mejorada del Merlin 1A, el Merlin 1B, volaría en vuelos posteriores del Falcon 1, aunque se mejoró aún más para crear el Merlin 1C, que voló por primera vez en el tercer vuelo del Falcon 1 y en el primero. 5 vuelos del Falcon 9. La primera etapa del Falcon 1 estaba propulsada por un motor Merlin 1C alimentado por una sola bomba que quemaba RP-1 y oxígeno líquido y proporcionaba 410 kilonewtons (92 000 lbf) de empuje al nivel del mar y un impulso específico de 245 s ( vacío I_sp 290 s). La primera etapa se quema hasta agotarse y tarda unos 169 segundos en hacerlo.

Segunda etapa

Los tanques Falcon 1 de segunda etapa se construyeron con una aleación de aluminio 2014 compatible con criogenia, con el plan de pasar a una aleación de aluminio y litio en el Falcon 1e. El sistema de presurización de helio bombea propulsor al motor, suministra gas presurizado calentado para los propulsores de control de actitud y se utiliza para la acumulación de propulsor de cero g antes de reiniciar el motor. El motor Kestrel incluye un intercambiador de calor de titanio para pasar el calor residual al helio, ampliando así enormemente su capacidad de trabajo. Los tanques de presión son recipientes a presión compuestos fabricados por la corporación Arde con aleación de inconel y son los mismos que los utilizados en el Delta III.

La segunda etapa estaba propulsada por un motor Kestrel alimentado por presión con 31 kilonewtons (7000 lbf) de empuje de vacío y un impulso específico de vacío de 330 s.

Reutilizabilidad

Originalmente se planeó que la primera etapa regresara en paracaídas a un aterrizaje en el agua y fuera recuperada para su reutilización, pero esta capacidad nunca se demostró. La segunda etapa no fue diseñada para ser reutilizable.

Secuencia de lanzamiento

En el lanzamiento, el motor de la primera etapa (Merlin) se enciende y se acelera a máxima potencia mientras el lanzador está inmovilizado y todos los sistemas son verificados por la computadora de vuelo. Si los sistemas funcionan correctamente, el cohete se lanza y sale de la torre en unos siete segundos. La combustión de la primera etapa dura aproximadamente 2 minutos y 49 segundos. La separación de etapas se logra con pernos explosivos y un sistema de empuje accionado neumáticamente. El motor Kestrel de segunda etapa funciona durante unos seis minutos, insertando la carga útil en una órbita terrestre baja. Es capaz de realizar múltiples reinicios.

Precios

SpaceX citó los precios de lanzamiento del Falcon 1 como los mismos para todos los clientes. En 2005, se anunció que el Falcon 1 costaba 5,9 millones de dólares (7,3 millones de dólares ajustados a la inflación en 2015). Entre 2006 y 2007, el precio cotizado del cohete en funcionamiento fue de 6,7 millones de dólares. A finales de 2009, SpaceX anunció nuevos precios para los Falcon 1 y 1e de 7 millones de dólares y 8,5 millones de dólares respectivamente, con pequeños descuentos disponibles para contratos de lanzamiento múltiple, y en 2012 anunció que las cargas útiles seleccionadas originalmente para volar en los Falcon 1 y 1e volarían como cargas útiles secundarias en el Falcon 9.

Históricamente, originalmente se planeó que el Falcon 1 lanzara unos 600 kilogramos (1.300 libras) a la órbita terrestre baja por 6.000.000 de dólares estadounidenses, pero luego disminuyó a aproximadamente 420 kilogramos (930 libras) a medida que el precio aumentó a aproximadamente 9.000.000 de dólares estadounidenses. La oferta de SpaceX pretendía abrir a la competencia el mercado de lanzamiento de satélites pequeños. Se proyectaba que la versión final del Falcon 1, el Falcon 1e, proporcionaría aproximadamente 1.000 kg (2.200 lb) por 11 millones de dólares.

Hace varios años, SpaceX iba a abrir el mercado de lanzamiento de Smallsat con el Falcon 1, que originalmente iba a lanzar alrededor de 600 kilogramos a LEO por 6 millones de dólares; la capacidad de carga de pagos más tarde disminuyó a unos 420 kg (930 libras) a medida que el precio aumentó a alrededor de 9 millones de dólares. Más tarde, el Falcon 1e debía proporcionar aproximadamente 1.000 kg (2.200 libras) por $11 millones, pero la empresa retiró el vehículo del mercado, citando la demanda limitada.

Sitios de lanzamiento

Todos los vuelos se lanzaron desde el atolón Kwajalein utilizando las instalaciones de lanzamiento de SpaceX en la isla Omelek y las instalaciones de campo del sitio de pruebas Reagan.

Vandenberg AFB Space Launch Complex 3W fue el sitio de lanzamiento original del Falcon 1, pero fue abandonado en la etapa de prueba debido a conflictos persistentes de programación con las plataformas de lanzamiento adyacentes. El Complejo de Lanzamiento Espacial 40 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral (la plataforma Falcon 9) se consideró para los lanzamientos del Falcon 1, pero nunca se desarrolló antes de que se retirara el Falcon 1.

Variantes

Lanzamientos

Falcon 1 hizo cinco lanzamientos. Los tres primeros fracasaron, sin embargo, los dos vuelos posteriores tuvieron éxito, el primer lanzamiento exitoso que lo convirtió en el primer cohete propulsor líquido financiado privadamente y desarrollado para llegar a órbita. El quinto lanzamiento fue su primer vuelo comercial, y colocó RazakSAT en órbita terrestre baja.

Primer vuelo

Secuencia de lanzamiento ( ejemplo de vuelo principal); la escala del tiempo es en segundos.

El vuelo inaugural del Falcon 1 se pospuso varias veces debido a diversos problemas técnicos con el nuevo vehículo. Los conflictos de programación con el lanzamiento de un Titan IV en Vandenberg AFB también provocaron retrasos y provocaron que el lanzamiento se trasladara al sitio de pruebas Reagan en el atolón Kwajalein. El lanzamiento inaugural estaba previsto para el 31 de octubre de 2005, pero se pospuso y luego se reprogramó para el 25 de noviembre, lo que tampoco ocurrió. Se hizo otro intento el 19 de diciembre de 2005, pero fracasó cuando una válvula defectuosa provocó un vacío en el tanque de combustible de la primera etapa que succionó hacia adentro y causó daños estructurales. Después de reemplazar la primera etapa, Falcon 1 se lanzó el sábado 25 de marzo de 2006 a las 09:30 hora local. La carga útil de DARPA era el FalconSAT-2 de la Academia de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, que habría medido los fenómenos del plasma espacial.

El lanzamiento tuvo lugar el sábado 24 de marzo de 2006 a las 22:30 UTC, desde el sitio de lanzamiento de SpaceX en la isla Omelek en las Islas Marshall. Terminó en falla menos de un minuto después del vuelo debido a una fuga en la línea de combustible y el posterior incendio. El vehículo tuvo un movimiento de balanceo notable después del despegue, como se muestra en el video de lanzamiento, balanceándose un poco hacia adelante y hacia atrás, y luego, en T+26 segundos, se inclinó rápidamente. El impacto se produjo en T+41 segundos sobre un arrecife muerto a unos 250 pies del lugar de lanzamiento. La carga útil FalconSAT-2 se separó del propulsor y aterrizó en la isla, con informes de daños que variaron de leves a significativos. SpaceX inicialmente atribuyó el incendio a una tuerca de la línea de combustible mal apretada. Una revisión posterior realizada por DARPA encontró que la tuerca estaba correctamente apretada, ya que su cable de bloqueo todavía estaba en su lugar, pero había fallado debido a la corrosión causada por el agua salada.

SpaceX implementó numerosos cambios en el diseño y el software del cohete para evitar que este tipo de fallas se repitieran, incluido el acero inoxidable para reemplazar el hardware de aluminio (que en realidad es menos costoso, aunque la contrapartida es que pesa un poco más) y pre -Comprobaciones informáticas de despegue que aumentaron en un factor de treinta.

Segundo vuelo

El segundo vuelo de prueba estaba originalmente programado para enero de 2007, pero se retrasó debido a problemas con la segunda etapa. Antes de la fecha de lanzamiento de enero, SpaceX había declarado fechas potenciales de lanzamiento anteriores, pasando de septiembre de 2006 a noviembre y diciembre. En diciembre, el lanzamiento se reprogramó para el 9 de marzo, pero se retrasó debido a problemas de disponibilidad de alcance causados por un vuelo de prueba del Minuteman III, que volvería a entrar sobre Kwajelein. El intento de lanzamiento del 19 de marzo se retrasó 45 minutos desde las 23:00 GMT debido a un problema de retransmisión de datos, y luego se canceló 1 minuto y 2 segundos antes del lanzamiento a las 23:45 debido a un problema informático, por el cual el ordenador de seguridad detectó incorrectamente una transmisión. Fallo causado por un retraso de hardware de unos pocos milisegundos en el proceso. El intento del 20 de marzo se retrasó 65 minutos respecto a la hora originalmente prevista de las 23:00 debido a un problema con las comunicaciones entre uno de los experimentos de la NASA en la carga útil y el sistema TDRS.

El primer intento de lanzamiento el 21 de marzo de 2007 fue abortado a las 00:05 GMT, en el último segundo antes del lanzamiento y después de que el motor se hubiera encendido. Sin embargo, se decidió realizar otro lanzamiento ese mismo día. El cohete abandonó con éxito la plataforma de lanzamiento a la 01:10 GMT del 21 de marzo de 2007 con una carga útil DemoSat para DARPA y NASA. El cohete funcionó bien durante la combustión de la primera etapa. Sin embargo, durante la puesta en escena, el carenado entre etapas en la parte superior de la primera etapa chocó con la campana del motor de la segunda etapa. El golpe se produjo cuando la boquilla de la segunda etapa salió de la etapa intermedia, con la primera etapa girando mucho más rápido de lo esperado (una velocidad de rotación de aproximadamente 2,5°/s frente a la velocidad esperada de 0,5°/s como máximo), haciendo así contacto con el niobio. Boquilla de la segunda etapa. Elon Musk informó que el golpe no parecía haber causado daños y que la razón por la que eligieron un faldón de niobio en lugar de carbono-carbono fue para evitar daños problemáticos en caso de tales incidentes. Poco después del encendido de la segunda etapa, un anillo estabilizador se desprendió de la campana del motor como estaba diseñado. Alrededor de T+4:20, comenzó una oscilación de cono circular, que aumentó en amplitud hasta que se perdió el vídeo. A las 5:01 T+ el vehículo empezó a rodar y finalizó la telemetría. Según Elon Musk, el motor de la segunda etapa se apagó a las 7:30 T+ debido a un problema de control de balanceo. El chapoteo del propulsor en el tanque LOX aumentó la oscilación. Esta oscilación normalmente habría sido amortiguada por el sistema Thrust Vector Control en la segunda etapa, pero el golpe en la boquilla de la segunda etapa durante la separación provocó una sobrecompensación en la corrección. El cohete continuó dentro de un minuto de su duración esperada y también logró desplegar el anillo simulador de masa del satélite. Si bien el video de la transmisión web terminó prematuramente, SpaceX pudo recuperar la telemetría de todo el vuelo. Se desconoce el estado de la primera etapa; no se recuperó debido a problemas con un dispositivo de rastreo GPS que no funcionaba. El cohete alcanzó una altitud final de 289 km (180 millas) y una velocidad final de 5,1 km/s, en comparación con los 7,5 km/s necesarios para la órbita.

SpaceX caracterizó el vuelo de prueba como un éxito, habiendo probado en vuelo más del 95% de los sistemas del Falcon 1. Sus objetivos principales para este lanzamiento fueron probar procedimientos de lanzamiento receptivos y recopilar datos. El equipo de SpaceX planeó un diagnóstico y una solución examinados por expertos externos, creyendo que el problema del chapoteo podría corregirse agregando deflectores al tanque LOX de la segunda etapa y ajustando la lógica de control. Además, el transitorio de apagado de Merlin debía abordarse iniciando el apagado a un nivel de empuje mucho más bajo, aunque con cierto riesgo para la reutilización del motor. El equipo de SpaceX deseaba trabajar en el problema para evitar que se repitiera mientras pasaban a la fase operativa del Falcon 1.

Tercer vuelo

SpaceX intentó el tercer lanzamiento del Falcon 1 el 3 de agosto de 2008 (GMT) desde Kwajalein. Este vuelo transportó el satélite Trailblazer (Jumpstart-1) para la Fuerza Aérea de EE. UU., los nanosatélites NanoSail-D y PREsat para la NASA y una carga útil de entierro espacial para Celestis. El cohete no alcanzó la órbita. Sin embargo, la primera etapa, con el nuevo motor Merlin 1C, funcionó perfectamente.

Cuando se preparaba para el lanzamiento, un intento de lanzamiento anterior se retrasó debido a la lenta e inesperada carga de helio en el Falcon 1; exponiendo así el combustible y el oxidante al helio criogénico, dejando al vehículo en un estado de lanzamiento prematuro. Aún dentro de la ventana especificada, el intento de lanzamiento se recicló, pero se canceló medio segundo antes del despegue debido a una lectura errónea del sensor. El problema se resolvió y el lanzamiento se recicló nuevamente. Cuando quedaban 25 minutos en la ventana de lanzamiento, el Falcon 1 despegó de la isla Omelek a las 03:35 UTC. Durante el lanzamiento se observaron pequeñas oscilaciones del balanceo del vehículo. La separación de etapas se produjo según lo planeado, pero debido a que el combustible residual en el nuevo motor Merlin 1C se evaporó y proporcionó un empuje transitorio, la primera etapa volvió a contactar con la segunda etapa, impidiendo la finalización exitosa de la misión.

El resumen de la misión del vuelo 3 de SpaceX indicó que el vuelo 4 se llevaría a cabo según lo planeado y que el fallo del vuelo 3 no hizo necesaria ninguna actualización tecnológica. Se declaró que era suficiente un tiempo más largo entre la parada del motor de la primera etapa y la separación de las etapas. SpaceX hizo público el vídeo completo del tercer intento de lanzamiento unas semanas después del lanzamiento.

Musk se culpó a sí mismo por el fracaso de este lanzamiento, así como de los dos intentos anteriores, y explicó en el Congreso Astronáutico Internacional de 2017 que su papel como ingeniero jefe en los primeros lanzamientos del Falcon 1 no fue por elección propia y casi llevó a la quiebra a la empresa antes. subsiguiente:

Y la razón por la que terminé siendo el ingeniero jefe o diseñador jefe, no fue porque quiero, es porque no podía contratar a nadie. Nadie bueno se uniría. Así que terminé siendo eso por defecto. Y metí los primeros tres lanzamientos. Los tres primeros lanzamientos fallaron. Afortunadamente el cuarto lanzamiento que fue – ese fue el último dinero que teníamos para Falcon 1 – el cuarto lanzamiento funcionó, o eso habría sido para SpaceX.

Musk explicó con más detalle la situación al periodista de Ars Technica, Eric Berger:

En ese momento tuve que asignar un montón de capital a Tesla y SolarCity, así que estaba fuera de dinero. Tuvimos tres fracasos bajo nuestro cinturón. Así que es difícil recaudar dinero. La recesión está empezando a golpear. La ronda de financiación de Tesla que intentamos elevar ese verano había fracasado. Me divorcié. Ni siquiera tenía una casa. Mi ex esposa tenía la casa. Fue un verano de mierda.

Cuarto vuelo

Tras los tres fallos anteriores, el equipo de SpaceX montó el cuarto cohete utilizando las piezas disponibles en seis semanas como última oportunidad para la empresa. Se contrató un Boeing C-17 Globemaster III para entregar rápidamente el cohete, pero en el camino, el cohete implosionó parcialmente cuando la despresurización excedió lo que el equipo de SpaceX había esperado del manual del C-17 y el cohete tuvo que someterse a una emergencia. reparaciones que se salvarán. A pesar de los desafíos, el cuarto vuelo del cohete Falcon 1 realizó con éxito el 28 de septiembre de 2008, llevando una nave espacial no funcional de 165 kilogramos (363 libras) a la órbita terrestre baja. Fue el primer lanzamiento exitoso de Falcon 1 y el primer lanzamiento orbital exitoso de cualquier cohete portador desarrollado y financiado con fondos privados y totalmente propulsado por líquido.

El lanzamiento se produjo desde la isla Omelek, parte del atolón Kwajalein en las Islas Marshall. El despegue se produjo a las 23:15 UTC del 28 de septiembre, 15 minutos después de una ventana de lanzamiento de 5 horas. Si el lanzamiento se hubiera cancelado, podría haberse realizado durante el mismo período hasta el 1 de octubre. 9 minutos y 31 segundos después del lanzamiento, el motor de la segunda etapa se apagó, después de que el vehículo alcanzara la órbita. Se informó que la órbita inicial era de unos 330 × 650 km. Después de un período de costa, la segunda etapa se reinició y realizó un segundo encendido exitoso, lo que resultó en una órbita final de 621×643 km×9,35°.

El cohete siguió la misma trayectoria que el vuelo anterior, que no logró poner en órbita las naves espaciales Trailblazer, NanoSail-D, PRESat y Celestis Explorers. No se realizaron cambios importantes en el cohete, aparte de aumentar el tiempo entre el agotamiento de la primera etapa y la separación de la segunda etapa. Este pequeño cambio solucionó el fallo observado en el vuelo anterior, el recontacto entre la primera y la segunda etapa, al disipar el empuje residual en el motor de la primera etapa antes de separarlas.

Ratsat y la segunda etapa adjunta todavía están en órbita en 2021.

Quinto vuelo

SpaceX anunció que había completado la construcción del quinto cohete Falcon 1 y estaba transportando el vehículo al complejo de lanzamiento del atolón Kwajalein donde iba a ser lanzado el 21 de abril de 2009, que sería el 20 de abril de 2009 en los Estados Unidos. Menos de una semana antes de la fecha de lanzamiento prevista, las noticias de Malasia informaron que se habían detectado niveles de vibración peligrosos en el cohete y que se esperaba que las reparaciones duraran unas seis semanas. El 20 de abril de 2009, SpaceX anunció en un comunicado de prensa que el lanzamiento se había pospuesto debido a un posible problema de compatibilidad entre la nave espacial RazakSAT y el vehículo de lanzamiento Falcon 1. Se había identificado una preocupación respecto del posible impacto de los entornos de vehículos previstos en el satélite. El 1 de junio, SpaceX anunció que la próxima ventana de lanzamiento se abriría el lunes 13 de julio y se extendería hasta el martes 14 de julio, con una ventana diaria que se abriría a las 21:00 UTC (09:00 hora local).

El lanzamiento del lunes 13 de julio fue exitoso y colocó a RazakSAT en su órbita de estacionamiento inicial. Treinta y ocho minutos más tarde, el motor de la segunda etapa del cohete se encendió de nuevo para circular la órbita. Luego, la carga útil se implementó con éxito. Después del lanzamiento, Elon Musk, fundador y director ejecutivo de SpaceX, dijo a un periodista que el lanzamiento había sido un éxito. "Hemos fijado la órbita dentro de los parámetros objetivo... prácticamente una diana" dijo almizcle.

La etapa superior del Falcon 1 todavía se encuentra en órbita terrestre baja en 2021.

Fin del programa

Después del quinto vuelo, los futuros lanzamientos del Falcon-1 se pospusieron y finalmente se cancelaron, y el vehículo fue retirado del servicio. SpaceX afirmó: "No pudimos hacer que el Falcon 1 funcionara como negocio". Los lanzamientos que se habían reservado en Falcon-1 se trasladaron a otros vehículos o se volvieron a reservar como cargas útiles de viajes compartidos de Falcon-9.