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 ファルコン1号4回目の飛行。民間開発の完全液体燃料ロケットの地球周回軌道への打ち上げに初めて成功。 | |
| 関数 | 小型ロケット |
|---|---|
| メーカー | スペースX |
| 原産国 | アメリカ合衆国 |
| プロジェクト費用 | 9,000万ドル |
| 打ち上げコスト | 700万米ドル |
| サイズ | |
| 身長 | 21メートル（68フィート11インチ） |
| 直径 | 1.7 m (5 フィート 7 インチ) |
| 質量 | 28,000 kg (62,000 ポンド) |
| ステージ | 2 |
| 容量 | |
| LEOへのペイロード | |
| 軌道傾斜角 | 9.0 - 9.35° |
| 質量 |
|
| SSOへのペイロード | |
| 質量 | 200 kg (440 ポンド) [3] |
| 関連ロケット | |
| 派生作品 | ファルコン 9 v1.0 |
| 発売履歴 | |
| 状態 | 引退[4] |
| 発射場 | オメレク島 |
| 総打ち上げ数 | 5 |
| 成功 | 2 |
| 失敗 | 3 |
| 初飛行 | 2006年3月24日 22:30 UTC |
| 最終便 | 2009年7月14日 03:35 UTC |
| 第一段階 | |
| 搭載 | 1 ×マーリン 1A (最初の 2 回の飛行) 1 ×マーリン 1C (最後の 3 回の飛行) |
| 最大推力 | 450 kN (100,000 lb f ) |
| 比推力 | 海面で255秒（2.50 km/s） |
| 燃焼時間 | 169秒 |
| 推進剤 | RP-1 /液体酸素 |
| 第二段階 | |
| 搭載 | チョウゲンボウ1 羽 |
| 最大推力 | 31 kN (7,000 lb f ) |
| 比推力 | 327秒（3.21km/秒） |
| 燃焼時間 | 378秒 |
| 推進剤 | RP-1 /液体酸素 |
ファルコン1号は、アメリカの航空宇宙メーカーSpaceX社が2006年から2009年まで運用した2段式 小型ロケットである[5]。2008年9月28日、ファルコン1号は民間で開発された完全液体燃料ロケットとして初めて軌道到達に成功した。[6] : 203 [7]
ファルコン 1 は両ステージにLOX / RP-1 を使用し、第 1 ステージは単一のポンプで供給されるMerlinエンジンで駆動され、第 2 ステージは SpaceX の圧力で供給されるKestrel真空エンジンで駆動されました。
このロケットは合計 5 回打ち上げられました。3 回の打ち上げ失敗の後、ファルコン 1 は 2008 年 9 月の 4 回目の試みで質量シミュレータを積載して軌道に乗りました。2009 年 7 月 14 日、ファルコン 1 は 2 回目の飛行に成功し、 SpaceX の最初の商業打ち上げ (全体では 5 回目で最後の打ち上げ) でマレーシアの RazakSAT衛星を軌道に乗せました。
スペースXは改良型であるファルコン1eを発表していたが[4]、この飛行の後、ファルコン1は退役し、代わりに同社の成功を収めて長きにわたって運用されてきたファルコン9打ち上げロケットの最初のバージョンであるファルコン9 v1.0が採用された。
歴史
民間資金
ファルコン1ロケットは民間資金で開発された。[8] [9] 民間資金で開発された他の軌道打ち上げ機は、 1982年のコネストーガと、1990年に初めて打ち上げられ、大型航空機を打ち上げプラットフォームとして使用するペガサスのみである。[ 10]
ファルコン1の総開発費は約9,000万ドル[11]から1億ドル[12]であった。
ファルコン1の開発は民間資金で行われたが、最初の2回のファルコン1の打ち上げは、DARPAでの使用に適した米国の新型打ち上げロケットを評価するプログラムの一環として米国国防総省が購入した。[9] [13] [14]
打ち上げ中止
1500万ドルの契約の一環として、ファルコン1号は2005年にTacSat-1 [15]を運ぶことになっていた。2005年5月下旬までに、スペースXはファルコン1号がヴァンデンバーグからTacSat-1を打ち上げる準備ができていると発表した。しかし空軍は、最後のタイタンIVが近くのSLC 4Eから飛ぶまで、テストされていないロケットの打ち上げが行われることを望んでいなかった。ファルコン1号の打ち上げ失敗によるその後の度重なる遅延により、TacSat-1の打ち上げは遅れた。 2006年12月16日にオービタルサイエンシズのミノタウルスI号でTacSat-2が打ち上げられた後、国防総省はTacSat-1打ち上げの必要性を再評価した。2007年8月、国防総省はTacSatの目的がすべて達成されたため、 計画されていたTacSat-1 [16]の打ち上げをキャンセルした。
2005年8月のSpaceXのウェブサイトの更新では、ファルコン1で6回の打ち上げが計画されており、顧客にはMDA Corp（CASSIOPE、最終的には2013年にファルコン9で打ち上げられた）、スウェーデン宇宙公社、米国空軍が含まれていた。[17]
デザイン
SpaceXによると、ファルコン1は低軌道 衛星の打ち上げ1回あたりの価格を最小限に抑え、信頼性を高め、飛行環境と打ち上げ時間を最適化するように設計された。[18]また、ファルコン9で再利用されるコンポーネントと構造設計コンセプトの検証にも使用された。SpaceXは、より大きく複雑なものを構築して資金が尽きて倒産するのではなく、最小の有用な軌道ロケットが最小限の実行可能な製品（軌道に約450 kgまたは990ポンドのファルコン1）であるという考えから始まった。[19] [要出典]
第一段階
第一段は摩擦撹拌接合された 2219 アルミニウム 合金で作られた。[20] LOXタンクとRP-1タンクの間に共通の隔壁が採用され、飛行圧力の安定化も行われている。加圧しなくても安全に輸送できる（より重いデルタIIアイソグリッド設計のように）が、飛行のために加圧すると強度が増す（加圧せずに輸送できなかったアトラスIIのように）。アービンパラシュート社が製造したパラシュートシステムは、高速ドローグシュートとメインシュートを使用している。
最初の2回の打ち上げでは、ファルコン1はマーリン1Aエンジンを使用した。マーリン1Aの改良版であるマーリン1Bは、ファルコン1の後の飛行で飛行する予定であったが、さらに改良されてマーリン1Cが作られ、ファルコン1の3回目の飛行とファルコン9の最初の5回の飛行で初めて飛行した。ファルコン1の第1段は、RP-1と液体酸素を燃焼する単一のポンプ供給式 マーリン1Cエンジンによって駆動され、 410キロニュートン（92,000ポンド）の海面推力と245秒（真空I sp 290秒）の比推力を提供した。[20] 第1段は、約169秒かけて枯渇するまで燃焼した。[20]
第二段階
ファルコン1の第2段タンクは極低温対応の2014アルミニウム合金で製造され、[20] 、ファルコン1eではアルミニウムリチウム合金 に移行する計画がありました。 [20] ヘリウム加圧システムは、エンジンに推進剤を送り、姿勢制御スラスタに加熱された[20]加圧ガスを供給し、エンジン再始動前の無重力推進剤蓄積に使用されます。ケストレルエンジンには、廃熱をヘリウムに伝えるチタン製熱交換器が含まれており、それによってエンジンの作業能力が大幅に向上しています。[21] 圧力タンクは、アルデ社がインコネル合金で製造した複合材で覆われた圧力容器で、デルタIIIで使用されているものと同じです。[22]
第2段は圧力供給式の ケストレルエンジンを搭載しており、真空推力31キロニュートン（7,000ポンド）と真空比推力330秒を実現した。[20]
再利用性
当初、第一段はパラシュートで着水し、再利用のために回収される予定だったが、この機能は実証されなかった。[23] [24]第二段は再利用できるように設計されていなかった。[23] [24]
打ち上げシーケンス
打ち上げ時には、第 1 段エンジン (Merlin) が点火され、発射装置が拘束され、すべてのシステムがフライト コンピューターによって検証されている間に、全出力にスロットルがかけられる。システムが正常に動作していれば、ロケットが放出され、約 7 秒でタワーを越える。第 1 段の燃焼は約 2 分 49 秒続く。ステージの分離は、爆発ボルトと空気圧駆動のプッシャー システムによって行われる。[引用が必要]第 2 段の Kestrel エンジンは約 6 分間燃焼し、ペイロードを低地球軌道に投入する。複数回の再起動が可能。[引用が必要]
価格
SpaceXは、ファルコン1の打ち上げ価格はすべての顧客に同じであると見積もった。[25] 2005年にファルコン1は590万ドル（2015年のインフレ調整後730万ドル）と宣伝された。[1] [26] 2006年から2007年まで、運用時のロケットの見積価格は670万ドルだった。[27] 2009年後半、SpaceXはファルコン1と1eの新しい価格をそれぞれ700万ドルと850万ドルと発表し、複数打ち上げ契約には小幅な割引が利用可能であった。[18]また、2012年には、当初ファルコン1と1eで飛行するように選択されたペイロードがファルコン9のセカンダリペイロードとして飛行することを発表しました。[4]
歴史的に、ファルコン1は当初、約600キログラム（1,300ポンド）を600万ドルで低軌道に打ち上げる計画だったが、後に価格が約900万ドルに上昇したため、約420キログラム（930ポンド）に減らされた。これは、小型衛星 打ち上げ市場を競争に開放することを意図したスペースXの提供だった。ファルコン1の最終バージョンであるファルコン1e [28]は、約1,000キログラム（2,200ポンド）を1,100万ドルで提供すると計画されていた。
数年前、スペースXはファルコン1で小型衛星打ち上げ市場を開拓しようとしていた。当初は600万ドルで約600キログラムの物をLEOに打ち上げる予定だったが、価格が約900万ドルに上昇したため、ペイロード容量は約420キログラム（930ポンド）に減少した。その後、ファルコン1eは1100万ドルで約1,000キログラム（2,200ポンド）を提供する予定だったが、需要が限られているとして同社は市場から撤退した。[29]
発射場
すべての飛行は、オメレク島のスペースX発射施設とレーガン試験場の射場施設を使用してクェゼリン環礁から打ち上げられました。
ヴァンデンバーグ空軍基地の宇宙発射施設3Wは、当初ファルコン1の発射場であったが、隣接する発射台とのスケジュールの競合が続いたため、試験発射段階で放棄された。[30] ケープカナベラル空軍基地の宇宙発射施設40（ファルコン9発射台）は、ファルコン1の打ち上げ場所として検討されたが、ファルコン1が退役する前に開発されることはなかった。[31]
バリエーション
打ち上げ
ファルコン1号は5回の打ち上げを行った。最初の3回は失敗したが、その後の2回の飛行は成功し、最初の成功した打ち上げにより、ファルコン1号は軌道に到達した最初の民間資金で開発された液体燃料ロケットとなった。[6] : 203 5回目の打ち上げは初の商用飛行となり、RazakSATを低地球軌道に乗せた。[37]
初飛行
ファルコン1の初飛行は、新型機のさまざまな技術的問題のため、数回延期された。ヴァンデンバーグ空軍基地でのタイタンIVの打ち上げとのスケジュールの競合も遅延の原因となり、打ち上げはクェゼリン環礁のレーガン試験場へ変更された。初打ち上げは2005年10月31日に予定されていたが[46]延期され、11月25日に再スケジュールされたが[47] 、これも実現しなかった。2005年12月19日にも別の試みがなされたが、バルブの故障により第1段燃料タンクに真空が発生し、それが内側に吸い込まれて構造上の損傷を引き起こしたため中止された。第1段を交換した後、ファルコン1は2006年3月25日土曜日の現地時間午前9時30分に打ち上げられた。DARPAのペイロードはアメリカ空軍士官学校のFalconSAT-2で、宇宙プラズマ現象を測定することになっていた。
打ち上げは2006年3月24日土曜日22時30分UTCに、マーシャル諸島のオメレク島にあるSpaceXの打ち上げ場から行われた。燃料ラインの漏れとそれに続く火災のため、飛行開始から1分も経たないうちに失敗に終わった。打ち上げビデオで見られるように、機体は離陸後に顕著な横揺れを起こし、前後に少し揺れ、T+26秒で急速に横転した。衝突はT+41秒に発射場から約250フィート離れた死岩礁に発生した。FalconSAT -2ペイロードはブースターから分離して島に着陸し、被害は軽微なものから重大なものまで様々であると報告されている。 [48] SpaceXは当初、燃料ラインナットの締め付け不良が火災の原因だとした。
SpaceXは、この種の故障の再発を防ぐために、ロケットの設計とソフトウェアに数多くの変更を実施した。アルミニウム製のハードウェアをステンレス鋼に置き換える（実際には安価だが、重量が少し重くなるというトレードオフがある）ことや、打ち上げ前のコンピューターチェックを30倍に増やすことなどである。[49] [50]
2回目の飛行
2回目の試験飛行は当初2007年1月に予定されていたが、第2段の問題のため延期された。1月の打ち上げ日より前に、SpaceXは2006年9月から11月と12月へと早めの打ち上げ予定日を発表していた。12月に打ち上げは3月9日に再スケジュールされたが、クェゼリン環礁上空に再突入する予定だったミニットマンIIIの試験飛行による航続距離の可用性の問題のため延期された。3月19日の打ち上げ試行はデータ中継の問題のため23:00 GMTから45分遅れ、その後、コンピュータの問題のため打ち上げ1分2秒前の23:45に中止された。このコンピュータの問題では、安全コンピュータが、処理中の数ミリ秒のハードウェア遅延によって引き起こされた伝送障害を誤って検出した。3月20日の試みは、ペイロード内のNASAの実験の1つとTDRSシステム間の通信に問題があったため、当初の予定時刻の23:00から65分遅れた。
2007年3月21日の最初の打ち上げは、打ち上げ直前の00:05 GMT、エンジン点火後に中止された。しかし、同日にもう一度打ち上げを行うことが決定された。ロケットは、DARPAとNASA向けのDemoSatペイロードを搭載し、2007年3月21日01:10 GMTに発射台を離れることに成功した。ロケットは第1段の燃焼中は順調に動作した。しかし、ステージング中に、第1段上部の段間フェアリングが第2段エンジンベルに衝突した。[51]この衝突は、第2段ノズルが段間から出た際に発生し、第1段は予想よりもはるかに速く回転し（回転速度は約2.5°/秒、予想最大0.5°/秒）、第2段のニオブノズルと接触した。イーロン・マスクは、この衝突で損傷は見られなかったと報告し、カーボン-カーボンではなくニオブのスカートを選んだのは、このような事故が発生した場合に問題となる損傷を防ぐためだった。第2段点火後まもなく、設計どおりに安定化リングがエンジンベルから外れた。[52] T+4:20頃、円錐状の振動が始まり、映像が失われるまで振幅が増大した。T+5:01、機体がロールし始め、テレメトリが終了した。イーロン・マスクによると、第2段エンジンはロール制御の問題のためT+7:30に停止した。LOXタンク内の推進剤の揺れにより振動が増大した。この振動は通常、第2段の推力ベクトル制御システムによって減衰されるが、分離中に第2段ノズルが衝突したため、補正が過剰になった。[52]ロケットは予想所要時間の1分以内に飛行を続け、衛星質量シミュレーターリングの展開にも成功した。ウェブキャストのビデオは途中で終了しましたが、SpaceXは飛行全体のテレメトリを取得することができました。[53]第一段の状態は不明です。機能しないGPS追跡装置の問題のため回収されませんでした。ロケットは最終高度289 km (180 mi)、最終速度5.1 km/sに到達しましたが、軌道に乗るには7.5 km/sが必要でした。
SpaceXは、ファルコン1のシステムの95％以上が飛行実証されたため、テスト飛行は成功だったと述べた。この打ち上げの主な目的は、応答性の高い打ち上げ手順をテストし、データを収集することだった。 [40] SpaceXチームは、第三者の専門家によって検証された診断と解決策の両方を計画し、スロッシュの問題は第2段LOXタンクにバッフルを追加し、制御ロジックを調整することで修正できると信じていた。さらに、Merlinのシャットダウン過渡現象は、エンジンの再利用性にいくらかのリスクはあるものの、はるかに低い推力レベルでシャットダウンを開始することで対処することになっていた。SpaceXチームは、ファルコン1の運用段階に移行するときに再発を避けるために、この問題に取り組むことを望んだ。[54]
3回目の飛行
スペースXは2008年8月3日（GMT）、クェゼリン環礁から3回目のファルコン1号の打ち上げを試みた。[55]この飛行では、アメリカ空軍のトレイルブレイザー（ジャンプスタート-1）衛星、[56] NASAのナノセイル-DおよびPREsat超小型衛星、セレスティスの宇宙埋設ペイロードが搭載された。[57]ロケットは軌道には到達しなかった。しかし、新しいマーリン1Cエンジンを搭載した第1段は完璧に機能した。[58]
打ち上げ準備中、ファルコン1へのヘリウムの積み込みが予想外に遅く、そのため燃料と酸化剤が極低温ヘリウムにさらされ、機体が未熟な打ち上げ状態になったため、以前の打ち上げ試行が遅れた。指定された時間枠内で、打ち上げ試行は再開されたが、センサーの誤読のため打ち上げの0.5秒前に中止された。問題は解決され、打ち上げは再び再開された。打ち上げ時間枠が残り25分となった時点で、ファルコン1は03:35 UTCにオメレク島から打ち上げられた。打ち上げ中、機体の小さなロール振動が見られた。段の分離は計画通りに行われたが、新しいマーリン1Cエンジンの残留燃料が蒸発して一時的な推力をもたらしたため、第1段が第2段に再接触し、ミッションの成功を妨げた。[59]
スペースXの3回目の飛行ミッションの概要では、4回目の飛行は計画通りに行われ、3回目の飛行の失敗によって技術的なアップグレードが必要になることはなかったとされている。第1段エンジンの停止から段分離までの時間は長くても十分であると宣言された。[43] 3回目の打ち上げ試行の完全なビデオは、打ち上げから数週間後にスペースXによって公開された。[60]
マスク氏は、この打ち上げの失敗とそれ以前の2回の試みの失敗は自分の責任だとし、2017年の国際宇宙会議で、ファルコン1の初期の打ち上げでチーフエンジニアを務めたのは自分の選択ではなく、成功するまでに会社を破産寸前まで追い込んだと説明した。[61]
私が主任技術者や主任設計者になったのは、そうしたかったからではなく、誰も雇えなかったからです。優秀な人材が誰も加わってくれませんでした。だから、私は必然的にその役目になったのです。そして、最初の 3 回の打ち上げは失敗しました。幸い、4 回目の打ち上げは成功しました。それは、ファルコン 1 に使える最後の資金だったのですが、4 回目の打ち上げは成功しました。そうでなければ、SpaceX はそれで終わりだったでしょう。
マスク氏はさらにアルス・テクニカの記者エリック・バーガー氏に状況を説明した。 [62]
当時、私はテスラとソーラーシティに多額の資本を割り当てなければならなかったので、資金が底をつきました。私たちは3度の失敗を経験していました。ですから、資金調達はかなり困難でした。不況が襲い始めていました。その夏に私たちが資金調達を試みたテスラの資金調達ラウンドは失敗しました。私は離婚しました。家さえありませんでした。元妻が家を持っていました。だから、ひどい夏でした。
4回目の飛行
3回の失敗の後、スペースXチームは会社にとって最後のチャンスとして、入手可能な部品を使用して6週間で4番目のロケットを組み立てた。ボーイングC-17グローブマスターIIIがチャーターされ、ロケットを迅速に輸送したが、途中で再加圧がC-17のマニュアルからスペースXチームが予想した範囲を超えたためにロケットが部分的に破裂し、ロケットを救うために緊急修理が必要になった。[63]困難にもかかわらず、ファルコン1ロケットの4回目の飛行は2008年9月28日に成功し、165キログラム（363ポンド）の機能しないボイラープレート宇宙船を低地球軌道に打ち上げた。[44]これはファルコン1の最初の成功した打ち上げであり、民間が資金を提供し開発した完全な液体燃料の運搬ロケットの最初の軌道打ち上げであった。 [64]
打ち上げはマーシャル諸島のクェゼリン環礁の一部であるオメレク島から行われた。[65]打ち上げは9月28日23時15分（UTC）、5時間の打ち上げ時間帯の15分目に行われた。もし打ち上げが延期されていたら、10月1日まで同じ時間帯に実施できたはずだった。[66]打ち上げから9分31秒後、機体が軌道に到達した後、第2段エンジンが停止した。[65]最初の軌道は約330×650kmと報告された。[64] 惰性期間の後、第2段は再起動して2回目の燃焼を成功させ、最終軌道は621×643km×9.35°となった。
ロケットは前回の飛行と同じ軌道をたどり、トレイルブレイザー、ナノセイルD、PRESat、セレスティス・エクスプローラーズ宇宙船を軌道に乗せることができなかった。第一段の燃焼終了から第二段の分離までの時間を延ばした以外、ロケットには大きな変更は加えられなかった。この小さな変更は、前回の飛行で見られた第一段と第二段の再接触という失敗に対処するため、第一段エンジンの残留推力を第二段と分離する前に消散させた。[67] [68] [69]
ラトサットと付属の第二段は2021年現在も軌道上にある。[70]
5回目の飛行
スペースXは、5機目のファルコン1ロケットの製造を完了し、2009年4月21日（米国時間4月20日）に打ち上げられる予定のクェゼリン環礁発射施設に輸送中であると発表した。[71]予定打ち上げ日の1週間弱前に、マレーシアのニュースは、ロケットで安全でないレベルの振動が検出され、修理には約6週間かかると報じた。[72] 2009年4月20日、スペースXはプレスリリースで、ラザクSAT宇宙船とファルコン1打ち上げロケットの潜在的な互換性の問題により打ち上げが延期されたと発表した。予測されるロケット環境が衛星に及ぼす潜在的な影響について懸念が認められた。[73] 6月1日、スペースXは、次の打ち上げウィンドウが7月13日月曜日に開き、7月14日火曜日まで延長され、毎日のウィンドウがUTC 21:00（現地時間09:00 [74]）に開くと発表した。
7月13日月曜日の打ち上げは成功し、RazakSATは最初の駐機軌道に投入された。38分後、ロケットの第2段エンジンが再び点火し、軌道を円形にした。ペイロードはその後正常に展開された。[75]打ち上げ後、SpaceXの創設者兼CEOであるイーロン・マスクは記者に対し、打ち上げは成功したと語った。「我々は目標パラメータ内に軌道をうまく収めました...ほぼ的を射ています」とマスクは語った。[75]
ファルコン1の上段ロケットは2021年現在も低地球軌道上にある。[76]
プログラム終了
5回目の飛行の後、ファルコン1の今後の打ち上げは延期され、最終的にはキャンセルされ、機体は退役した。[77] SpaceXは「ファルコン1をビジネスとして機能させることはできなかった」と述べた。[78]ファルコン1に予約されていた打ち上げは他の機体に変更されるか、ファルコン9の相乗りペイロードとして再予約された。[78]
参照
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- ビデオ
- ^ YouTubeの Falcon 1 Flight 1
- ^ YouTubeでの Falcon 1 DemoFlight 2 の打ち上げ
- ^ YouTubeの Falcon 1 Flight 3 打ち上げビデオ
- ^ SpaceX – ファルコン1、フライト4 YouTube
- ^ ファルコン 1 RazakSAT ミッション – YouTubeのハイライト
さらに読む
- Ray, Justin (2005年12月19日). 「損傷によりSpaceX初のロケット打ち上げが保留に」。Spaceflight Now。2015年6月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2005年12月20日閲覧。
- 「SpaceX ロケット、初飛行に失敗」BBC ニュース、2006 年 3 月 24 日。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ファルコン 1に関連するメディアがあります。
- SpaceX ファルコン 1 概要