SpaceX: Vesoljsko podjetje Elona Muska — zgodovina, rakete, izstrelitve

Elon Musk je leta 2001 predlagal projekt pristanka majhnega rastlinjaka za gojenje rastlin na Marsu. Dejal je: "To bi bilo najdaljše, kar je življenje kdajkoli prepotovalo." S tem je poskušal ponovno vzbuditi zanimanje javnosti za raziskovanje vesolja in povečati proračun agencije NASA. Musk je poskušal kupiti poceni rakete iz Rusije, vendar se je vrnil praznih rok, ker ni našel raket po dostopni ceni. Kasneje je Musk ugotovil, da bi lahko ustanovil podjetje, ki bi izdelalo rakete, ki jih je potreboval. Po navedbah zgodnjega vlagatelja v podjetji Tesla in SpaceX Steva Jurvetsona je Musk izračunal, da so surovine za izdelavo rakete dejansko predstavljale 3 % takratne cene rakete. Z uporabo vertikalne integracije, lastne proizvodnje približno 85 % izstrelitvene strojne opreme in modularnega pristopa iz programskega inženiringa bi lahko podjetje SpaceX znižalo ceno izstrelitve za desetkrat in še vedno imelo 70-odstotno bruto maržo.

V začetku leta 2002 je Musk iskal delavce za svoje novo vesoljsko podjetje, ki se je kmalu imenovalo SpaceX. Musk je našel raketnega inženirja Toma Muellerja (pozneje tehničnega direktorja družbe SpaceX za pogon). Ta je privolil v delo za Muska. Tako se je rodil SpaceX. Prvi sedež podjetja SpaceX je bil v skladišču v El Segundu v Kaliforniji. Podjetje je od ustanovitve leta 2002 hitro raslo: od 160 delavcev novembra 2005 se je povečalo na 1 100 delavcev leta 2010, 3 800 delavcev in pogodbenih izvajalcev oktobra 2013, skoraj 5 000 konec leta 2015 in približno 6 000 aprila 2017. Novembra 2017^{[posodobitev]} se je število zaposlenih povečalo na skoraj 7.000. Leta 2016 je imel Musk govor na Mednarodnem astronavtskem kongresu, kjer je pojasnil, da ameriška vlada raketno tehnologijo uporablja kot "napredno orožarsko tehnologijo", zaradi česar je težko zaposlovati neameričane.

Zgodnja vozila

Falcon 1 je bila prva nosilna raketa družbe SpaceX. Izstrelilo se je petkrat, vendar sta bila uspešna le četrti in zadnji polet. Falcon 1 je, kot pove že ime, uporabljal 1 motor Kestrel in je lahko v orbito ponesel največ 670 kilogramov.

Drugo zgodnje vozilo je bil odpovedani Falcon 5, ki je imel na prvi stopnji 5 motorjev Merlin, na drugi stopnji pa 2 motorja Kestrel. Ukinjeno je bilo leta 2007, ko je bilo odstranjeno iz priročnika podjetja.

Trenutne rakete

Falcon 9 je delujoča dvodelna raketa za večkratno uporabo, ki se izstreli z devetimi motorji Merlin v prvem delu in posebnim motorjem Merlin, izdelanim za kraje, kjer ni zraka. Poganja jo tekoči kisik in gorivo, izdelano za rakete, imenovano RP-1. Njena nosilnost je do 22 800 kilogramov (50 300 funtov), podpira pa lahko tudi SpaceX-ovo vozilo Dragon. Gre za prvo raketo, ki je sposobna poleteti v orbito in ki lahko svoj prvi del vrne na Zemljo.

Falcon Heavy je še ena delujoča raketa za večkratno uporabo, podobna Falconu 9. Vendar ima Falcon Heavy namesto enojedrnega sistema v prvem delu trijedrni sistem, kot ga ima Falcon 9. S tremi jedri ima prvi del rakete 27 motorjev Merlin. Drugi del ima še vedno le 1 motor Merlin (vakuumska različica). Falcon Heavy je trenutno najmočnejša delujoča raketa na svetu in četrta najmočnejša raketa na svetu. Ta dodatna moč raketi omogoča, da lahko 63 800 kg (140 660 lb) prenese v nizko zemeljsko orbito in 26 700 kg (58 860 lb) v geosinhrono orbito.

Falcon Heavy je 6. februarja 2018 ob 20:45 UTC prvič vzletel v Kennedyjevem vesoljskem središču na Floridi z letališke ploščadi 39A. Pri tej misiji, "Falcon Heavy Test flight", se je družba SpaceX odločila, da bo kot preskusni tovor uporabila avtomobil Elona Muska (Tesla Roadster iz leta 2008). Ta koristni tovor je pod seboj vseboval tudi tablo s sedanjimi zaposlenimi v družbi SpaceX ter nosilce za kamero, ki so omogočali prenos neposrednega posnetka avtomobila na youtube.

Dragon

Vesoljsko plovilo Dragon je tovorna kapsula, namenjena polnjenju z opremo in zalogami za astronavte na ISS. Kapsula je nameščena na raketo Falcon 9 (ker Dragon nima dovolj velikih raket, da bi sam poletel v vesolje) in poleti v orbito. V orbiti se loči od nosilnih raket, nato pa kapsula z lastnimi manjšimi raketami pripotuje do ISS. Nato se kapsula napolni s staro opremo, rezultati znanstvenih poskusov in smetmi. Nato ponovno vstopi v zemeljsko atmosfero in s padali pade v ocean. Prvi polet plovila Dragon je bil junija 2010. Zadnji polet je bil 6. marca 2020, za vse prihodnje polete pa je predviden polet z modulom Dragon 2.

Zmaj 2

Družba SpaceX je 29. maja 2014 predstavila prototipno različico plovila Dragon V2, ki bi lahko prevažalo tovor in astronavte. Še ena značilnost te nadgrajene različice plovila Dragon je bila, da bi ob morebitni odpovedi rakete Falcon 9 zaščitila življenje posadke, in sicer je bila opremljena s potisnimi motorji SuperDraco, ki bi kapsulo potisnili stran od rakete. Cargo Dragon, različica V2, bo nadomestila sedanjo različico dragona, ki lahko nosi le tovor.

Raketni motorji

Podjetje SpaceX je od začetka delovanja leta 2002 izdelalo tri vrste raketnih motorjev - Merlin in upokojeni Kestrel za pogon nosilnih raket ter krmilne motorje Draco. Podjetje SpaceX trenutno razvija še dva nova raketna motorja: SuperDraco in Raptor. Merlin je družina raketnih motorjev, ki jih SpaceX izdeluje za svoje rakete. Motor Merlin je bil prvotno zasnovan za obnovo in ponovno uporabo na morju. Kestrel je raketni motor na tekoči kisik/raketno gorivo, ki se napaja pod tlakom, in je bil uporabljen kot glavni motor druge stopnje rakete Falcon 1. Obe imeni za motorja Merlin in Kestrel izhajata iz vrst severnoameriških sokolov: kestrel in merlin.

Draco so hipergolični raketni motorji na tekoče gorivo, ki uporabljajo gorivo monometil hidrazin in oksidator dušikov tetroksid. Vsak potisni motor Draco ustvari 400 njutonov (90 funtov) potiska. Na vesoljskem plovilu Dragon se uporabljajo kot potisni motorji sistema za nadzor reakcije (RCS). Motorji SuperDraco so veliko močnejša različica potisnih motorjev Draco, ki so bili sprva namenjeni za pristajanje in način, kako v sili odpeljati kapsulo na vesoljskem plovilu Dragon različice 2, Dragon 2. Koncept uporabe teh motorjev SuperDraco za pristanek je bil leta 2017 preklican, ko so se odločili za izvedbo tradicionalnega spusta s padalom in pristanka v morju.

Raptor je nova družina motorjev na metan, ki se bodo uporabljali v prihodnjih raketah Starship. Testne različice so bile testno izstreljene konec leta 2016. Družba SpaceX je 3. aprila 2019 izvedla uspešen preizkus, pri katerem je zagnala motor, vendar je bila raketa zadržana v Teksasu na njenem vozilu Starhopper, ki je vžgalo motor, medtem ko je vozilo ostalo pritrjeno na tla. Družba SpaceX je 24. julija 2019 izvedla uspešen testni polet 20 metrov visoko na svojem testnem vozilu Starhopper. 28. avgusta 2019 je prototipno vozilo Starhopper družbe SpaceX izvedlo uspešen preskusni let na 150 metrov.

Ponovna uporabnost

Druga naloga družbe SpaceX je ponovna uporaba raket, podobno kot pri letalih. Ponovno uporabnost je začel preizkušati s prototipom Grasshopper leta 2012, med izstrelitvijo rakete Falcon 9 pa je izvedel tudi nadzorovane mehke pristanke v vodi. Leta 2014 je Grasshopperja zamenjal F9R, ki je bil nadgrajena različica Grasshopperja in je vključeval zložljivo podvozje ter tri motorje v primerjavi z enim motorjem Grasshopperja. Falcon 9 je decembra pristal na zemeljski ploščadi, naslednje leto pa je sledil pristanek na ladji z brezpilotnim letalom. Trenutno je SpaceX uspešno pristal z 48 pospeševalniki. Ponovno se uporabljajo tudi kapsule Dragon in faringi. Ponovna uporaba delov raket močno zmanjša stroške.

Satelitski internet

Januarja 2015 je izvršni direktor družbe SpaceX Elon Musk napovedal razvoj nove satelitske konstelacije za zagotavljanje internetnih storitev po vsem svetu. Junija 2015 je podjetje zaprosilo zvezno vlado za dovoljenje za začetek testiranja projekta, katerega cilj je zgraditi mrežo 4 425 satelitov, ki bodo lahko prenašali internet na ves svet, vključno z oddaljenimi regijami, ki trenutno nimajo dostopa do interneta. Internetna storitev bi uporabljala 4 425 medsebojno povezanih komunikacijskih satelitov v orbitah 1 100 km. Izdelovati so jo začeli leta 2015, leta 2017 pa so bili z misijo SpaceX PAZ izstreljeni testni sateliti. Začetno delovanje konstelacije bi se lahko začelo že leta 2020. Družba SpaceX je pri ameriških regulativnih organih vložila načrte za vzpostavitev konstelacije dodatnih 7 518 satelitov v negeosinhronih orbitah za zagotavljanje komunikacijskih storitev" v imenovani "V-band low-Earth-orbit (VLEO) constellation", sestavljalo bi jo "7 518 satelitov, ki bi sledili [prej] predlaganim 4 425 satelitom, ki bi delovali v Ka-band in Ku-band". Februarja 2019 je družba SpaceX ustanovila sorodno podjetje SpaceX Services, Inc. , ki bo pridobila licenco za vzpostavitev in izstrelitev do 1 000 000 fiksnih satelitskih zemeljskih postaj, ki bodo komunicirale z njenim sistemom Starlink. Maja 2019 je družba SpaceX izstrelila prvo serijo 60 satelitov na krovu rakete Falcon 9 iz Cape Canaveral v Floridi.

Starship in SuperHeavy

Družba SpaceX izdeluje supertežko nosilno raketo Starship. Starship je raketa z dvema deloma, ki ju je mogoče uporabljati vedno znova. Do začetka leta 2020 naj bi nadomestila vse obstoječe rakete podjetja.

Družba SpaceX je leta 2016 sprva predvidela koncept medplanetarnega transportnega sistema (ITS) s premerom 12 metrov, ki je bil načrtovan le za potovanja na Mars in druge medplanetarne namene. Leta 2017 je SpaceX zasnoval manjšo raketo "Big Falcon Rocket" s premerom 9 metrov, ki naj bi nadomestila vse SpaceX-ove zmožnosti izstrelitve - v zemeljsko orbito, lunarno orbito, medplanetarne misije in potencialno celo zemeljski tranzit -, vendar s popolnoma ponovno uporabnim sklopom vozil z nižjo stroškovno strukturo. Velik del sestavnih delov ladje Starship je narejen iz nerjavnega jekla 301. Zasebni potnik Yusaku Maezawa je sklenil pogodbo, da bo leta 2023 z ladjo Starship obletel Luno.

Muskova dolgoročna vizija podjetja je ustvariti tehnologijo in sredstva, primerna za človeško kolonizacijo Marsa. Izrazil je zanimanje, da bi nekoč odpotoval na ta planet, in izjavil: "Rad bi umrl na Marsu, vendar ne ob trku." Raketa na približno vsaki dve leti bi lahko po izstrelitvi leta 2024 zagotovila bazo za ljudi, ki bi prispeli leta 2025. Po besedah Steva Jurvetsona Musk verjame, da bo najkasneje do leta 2035 na tisoče raket, ki bodo na Mars ponesle milijon ljudi, kar bo omogočilo samostojno človeško kolonijo.

Pogodbe NASA

COTS

Leta 2006 je NASA sporočila, da je družba SpaceX pridobila pogodbo NASA za komercialne orbitalne transportne storitve (COTS) v prvi fazi za dostavo tovora na ISS z morebitno možnostjo pogodbe za polet s posadko. Po tej pogodbi, ki jo je NASA zasnovala za zagotavljanje "zagonskega denarja" prek sporazumov Space Act za razvoj novih vesoljskih priložnosti, je NASA plačala družbi SpaceX 396 milijonov USD za delo na tovorni konfiguraciji vesoljskega plovila Dragon, družba SpaceX pa je porabila več kot 500 milijonov USD za razvoj nosilne rakete Falcon 9. Dokazano je, da so ti sporazumi Space Act prihranili NASA milijone dolarjev pri stroških razvoja, zaradi česar je razvoj raket ~4-10-krat cenejši, kot če bi ga NASA izvajala sama.

Decembra 2010 je SpaceX z izstrelitvijo predstavitvenega poleta 1 projekta COTS postal prvo zasebno podjetje, ki je uspešno izstrelilo vesoljsko plovilo, ga poslalo v orbito in izstrelilo. Plovilo Dragon je bilo uspešno izstreljeno v orbito, dvakrat obkrožilo Zemljo in nato nadzorovano vzletelo za pristanek v vodi v Tihem oceanu. Z varno izstrelitvijo plovila Dragon je SpaceX postal prvo zasebno podjetje, ki je izstrelilo, poslalo v orbito in izstrelilo vesoljsko plovilo; pred to misijo so orbitalna vesoljska plovila lahko izstrelile le vladne agencije.

Maja 2012 je bil izstreljen predstavitveni polet 2 projekta COTS, v katerem se je Dragon uspešno povezal z ISS, kar je bilo prvič, da je to uspelo zasebnemu vesoljskemu plovilu.

Komercialni tovor

Commercial Resupply Services (CRS) je skupina pogodb, ki jih je NASA sklenila med letoma 2008 in 2016 za dostavo tovora in zalog na ISS s komercialno upravljanimi vesoljskimi plovili. Prve pogodbe CRS so bile podpisane leta 2008 in so družbi SpaceX zagotovile 1,6 milijarde dolarjev za 12 misij pošiljanja tovora, ki so zajemale dobave do leta 2016. SpaceX CRS-1, prva od 12 načrtovanih oskrbovalnih misij, je bila izstreljena oktobra 2012, dosegla orbito, se povezala s postajo in na njej ostala 20 dni, nato pa ponovno vstopila v atmosfero in se raztreščila v Tihem oceanu. Od takrat so poleti CRS na ISS potekali približno dvakrat na leto. Leta 2015 je NASA podaljšala pogodbe iz faze 1 in pri družbi SpaceX naročila dodatne tri oskrbovalne polete. Po nadaljnjih podaljšanjih konec leta 2015 naj bi družba SpaceX trenutno izvedla skupno 20 poletov. Druga skupina pogodb (znana kot CRS2) je bila razpisana in predlagana leta 2014. Podeljene so bile januarja 2016, in sicer za polete za prevoz tovora, ki se bodo začeli leta 2019 in bodo predvidoma trajali do leta 2024.

Komercialna posadka

Program razvoja komercialne posadke (CCDev) je namenjen razvoju komercialno upravljanih vesoljskih plovil, ki bodo lahko dostavljala astronavte na ISS. SpaceX v prvem krogu (CCDev 1) ni pridobil sporazuma Space Act, vendar je NASA v drugem krogu (CCDev 2) družbi SpaceX dodelila pogodbo v vrednosti 75 milijonov dolarjev za nadaljnji razvoj sistema za reševanje ob izstrelitvi, testiranje makete za namestitev posadke in nadaljnji razvoj zasnove za prevoz posadke Falcon/Dragon. Program CCDev se je pozneje preoblikoval v program CCiCap (Commercial Crew Integrated Capability), avgusta 2012 pa je NASA sporočila, da je SpaceX dobil 440 milijonov dolarjev za nadaljnji razvoj in testiranje svojega vesoljskega plovila Dragon 2.

Septembra 2014 je NASA izbrala SpaceX in Boeing kot podjetji, ki bosta financirali razvoj sistemov za prevoz ameriških posadk na ISS in nazaj. SpaceX je dobil 2,6 milijarde dolarjev za dokončanje in certificiranje plovila Dragon 2 do leta 2017. Pogodbi vključujeta vsaj en preizkus poleta s posadko z vsaj enim astronavtom NASA na krovu. Ko bo Crew Dragon pridobil certifikat NASA, pogodba zahteva, da SpaceX izvede najmanj dva in največ šest poletov s posadko na vesoljsko postajo. V začetku leta 2017 je NASA družbi SpaceX dodelila štiri dodatne misije s posadko na ISS, da bi astronavte prepeljala tja in nazaj. V začetku leta 2019 je družba SpaceX uspešno izvedla testni polet plovila Crew Dragon, ki se je privezalo (namesto metode privezovanja plovila Dragon 1 s pomočjo Canadarm 2) in nato pljusknilo v Atlantski ocean.

Januarja 2020 je družba SpaceX izvedla test prekinitve poleta, s katerim je dokazala, da se lahko v primeru težav oddalji od rakete. Po preizkusu je Elon Musk izjavil, da bi bil polet z astronavti na krovu morda mogoč od začetka aprila do konca junija. Trenutni delovni datum za demo-2 je 7. maj 2020.