편집자 주 :이 게스트 게시물은 Lukas Davia & Marijn Achternaam이 작성했습니다.
"재사용 가능한 로켓"을 검색 엔진에 입력하면 화면을 채우는 SpaceX 관련 링크의 매력에 이끌 리게됩니다. 우주 왕복선의 사망과 우주 비행 분야의 대부분의 오래된 선수들이 미래에 대한 명확한 계획이 없기 때문에 SpaceX의 간단하고 단기적인 계획과 이전 비행 테스트로 인해 비용을 크게 절감하는 모든 사람들이 좋아하는 이유는 이해할 수 있습니다. 로켓으로 궤도를 돌면 집으로 돌아와 재사용 할 수 있습니다.
그리고 1 월 6 일에 ISS로 드래곤을 운반하는 SpaceX의 14 번째 팔콘 9 로켓이 출시되면서, Goddard가 세계 최초의 액체 연료 로켓을 발사 한 지 90 년 만에 진정한 로켓 재사용 가능성이 확실하게 도달 할 수있었습니다. 그러나 1926 년 매사추세츠. 그러나 이제 로켓이 발사대로 다시 날아갈 가능성에 대한 우리의 열렬한 기대를 완화시키는 것이 그 어느 때보 다 중요한시기입니다. 급격한 혁명이 우리 가운데있을 수는 있지만, 하나의 미션을 초월하는 반복적 인 다단계 프로세스이며, 우리는 언제라도 정기적 인 항공사와 같은 재사용과 큰 비용 절감을 기대하지 않아야합니다.
엘론 머스크 (Elon Musk)는 그의 모든 놀라운 업적을 위해 저렴하고 접근하기 쉬운 로켓을 사용할 수있을 때 단단하고 빠른 일정을 세운 적이 없었습니다. 왜? 우리는 미지의 영역으로 들어가기 때문입니다.
궤도를 돌린 후 여러 번 리플 로우 된 역사상 유일의 발사체는 우주 왕복선이었습니다. 로켓 및 엔진과 관련 시스템의 가장 비싼 부분을 재사용 함에도 불구하고, NASA에 따르면 셔틀 비용은 최소 4 억 5 천 5 백만 달러이며, 낮은 지구 궤도에 24 톤의 비교적 적은 페이로드 또는 킬로그램 당 거의 19,000 달러입니다. . 비행 당 합산 및 분할 된 개발 비용을 포함하여 발사 가격은 평균 15 억 달러 또는 NASA가 명시한 3 배입니다. 화물을 궤도로 들어 올리는 킬로그램 당 비용을 크게 줄인 것은 인류 역사상 가장 비싼 발사 차량 중 하나였습니다. 왜 그렇게 비쌌습니까?
우주 왕복선의 개념은 NASA, 공군 및 기타 파트너 간의 결혼의 결과였습니다. 각 회사는 고유 한 설계 사양을 원했으며, 이로 인해 목적이 명확하지 않은 거친 차량을 생산하게되었으며, 우주 산업의 "캐치 전체"가되었습니다. 주로 NASA는 모든 임무 후 필요한 유지 보수 비용을 크게 과소 평가했다. 각 비행 후, 전체 차량은 본질적으로 재건되어야했습니다. 타일 교체, 엔진 점검, 부스터 리퍼브. 특히, RS-25 메인 엔진의 트리오를 분해하고 고장을 일으킬 수있는 모든 가능한 결함이 있는지 확인해야했으며, 고장이 발생했을 때 쉽게 교체 할 수있는 건전한 공급 라인이 없었기 때문에 급증하는 예비 부품의 비용과 인력의 준비 및 셔틀 수리가 신속하게 NASA가 결코 복구 할 수 없었던 돈을 낭비하게되었습니다.
SpaceX는 NASA가 아닙니다. 그들은 압도적으로 성공한 제품에 대해보다 민첩하고 반응이 빠른 개발 접근 방식을 도입했습니다. 또한 NASA가 알지 못했던 몇 가지 사전 프로젝트 (여러 출처에서 얻은)를 통해 배울 수 있습니다. 그러나 이것들은 단순히 흔들릴 수있는 문제가 아닙니다. 오히려 그것들은 해결해야 할 근본적인 문제입니다. 물리학의 한계를 뛰어 넘는 것은 없습니다.
머스크의 공통적 인 주제는 초기부터 로켓 산업을 지배해온 "일회 사용 및 폐기"모델에 혁명을 불러 일으키고 서비스 기반 항공사 모델과 더 밀접한 관련이있는 대담한 열망입니다. 이것은 Iron Man의 표준에 의해서도 큰 일입니다.
많은 팬들이 진입 장벽을 제대로 인식하지 못하고 있습니다. 실제로 Reddit.com의 SpaceX 팬 커뮤니티에서 실시한 최근 설문 조사에서 5 년 만에 Falcon 9 로켓 발사 가격에 대한 교육적인 추측을하자 거의 600 명의 응답자 중 상당수가 가치를 선택했습니다. $ 20,000,000 이하. 일부 가격은 $ 10,000,000 미만입니다. SpaceX의 COO이긴하지만 Gwynne Shotwell은 재사용 가능한 Falcon 9 출시가 결국 5 ~ 7 백만 달러의 가격표를 명령 할 수 있다고 언급했지만, 이는 재사용 가능한 로켓의 시작과는 거리가 멀다. SpaceX는 5 년 전인 2010 년에 두 개의 Falcon 9 로켓을 발사했습니다. 작년에, 그들은 6을 발사했고, 갑자기 2020 년까지 표준 Falcon 9 발사 비용이 3 배나 저렴할까요? 이러한 추가 개발 가속화는 어디에서 왔습니까? 아마 약간 낙관적 인 팬들의 마음에서 비롯된 것 같습니다.
실제로, 장기 엔진 유지 보수만큼이나 기본적인 사항은 여전히 상대적으로 알려져 있지 않습니다. 이전에 SpaceX는 각 엔진의 수명이 약 40 발인 것으로 밝혀졌으며, 캐쥬얼 옵저버는이 결과를 40 개의 미션에서 사용할 수있는 엔진으로 가정했습니다. 그러나 각 발사 전에 3 번의 엔진 테스트 발사, 발사 자체 및 재입국 및 재 착륙 프로세스를 완료하는 데 필요한 3 번의 화상으로 센터 엔진은 실제로 임무를 완료하기 위해 7 번, 9 번 발사해야합니다. 모든 단계의 엔진 – 대부분 몇 번만 발사하더라도, 비행 후마다 고장날 수있는 부품이 많이 있습니다. 이러한 오류를 확인하고 복구하면 예상보다 훨씬 많은 비용과 시간이 소요될 수 있습니다.
예를 들어, 직경이 3.66m이고 높이가 약 42 미터 인 경우, 한쪽면에는 액체 산소 및 냉장 등유의 혹한 온도에 노출 된 거의 500 평방 미터의 1 단계 표면이 있습니다. , 재입국에서 수프 낮은 분위기로 다양한 온도. 실제로, 차량 외부의 피부에만 얼음이 쌓여도 차량의 질량을 크게 바꿀 수있을만큼 중요합니다! 넓은 영역 내에서 인장, 열역학적 및 압력 관련 피로가 누적 될 가능성이 있습니다. 줄무늬는 핵을 형성하고 헤어 라인 균열을 형성 할 수 있습니다. 이는 운영 임무에서 중대한 실패로 이어질 수있는 위험이며, 이러한 이벤트는 위성 운영자와 보험 산업의 마음에 초기 재사용 가능한 로켓과 불안정성 사이의 연관성을 영구적으로 심어줄 수 있습니다. Falcon 9는 과도하게 엔지니어링 된 것으로 간주 될 수 있지만 SpaceX가 로켓 룰렛을 사용할 가능성은 거의 없습니다.
로켓의 수석 엔지니어는 동전 던지기의 성공 확률을 추정했지만 최근에 세례를받은 "자율 무인 항공기 착륙선"에 CRS-5가 희망적으로 착륙했을 때 빈 첫 번째 단계는 캘리포니아 본사의 스페이스 엑스 호손에 다시 배송 될 것입니다. 3 분 이내에 초당 2km의 속도로 가속 한 다음 대기를 통해 다시 들어가 바다와 소금에 근접한 땅에 도달 할 수 있도록 감속하는 방법을 정량화하기위한 다양한 파괴 및 비파괴 분석 방법 차량에 영향을 미칩니다.
잠재적 인 개조 비용의 또 다른 예는 SpaceX의 선택 연료 인 등유입니다. Falcon 9가 올라가는 반투명 갈색-검은 그을음 기둥에 의해 입증 된 바와 같이, 초기 항공기 시대로의 후퇴로 비교적 더러운 화상을 입습니다. 이것은 불완전하게 연소 된 그을음이 거의 녹지 않은 엔진과 노즐에 부착되어 열을 방출하는 능력을 감소시키는 "코킹 (coking)"으로 알려진 캐롤 록스 엔진과 주로 관련된 효과를 가져온다. 청소해라 축하합니다. 방금 SpaceX가 피하려고 노력하는 방정식에 보수를 도입했습니다.
차량 자체를 무시하더라도 발사 및 필요한 화학 물질은 비싸다! 탱크에 압력을 가하는 데 필요한 엄청나게 비싼 헬륨과 RP-1과 LOX 사이의 폭발적인 결혼을 시작하는 데 사용되는 발화성 TEA-TEB 점화 액이 있습니다. 화학 물질 만이 아닙니다. 직원 임금에서부터 허가 신청의 둔한 프로세스, 팔콘 9 수직을 유지하는 운송 업체-건설자 구조를 코팅하는 약간 더 재미있는 절제 페인트, 운송 및 재배치 비용에 이르기까지 그라운드 런칭 운영 비용도 있습니다. 어쨌든 로켓 자체의 명백한 가치를 무시하고 단일 발사만으로 현재의 자본 비용은 총 3 백만 달러 이상입니다.
기본적으로 우리는 재 착륙, 개조, 재사용 성 및 재정적으로 실행 가능하고 빠른 재사용을 분리해야합니다. 네 가지 모두가 구별되고 하나의 성공이 다음 단계가 보장되는 것은 아니라는 점을 이해하는 것은 어려운 개념 일 수 있습니다. 이 때문에 SpaceX가 재사용 가능한 로켓 마스터 계획을 완료하는 데 필요한 최종 단계의 비용, 시간 및 복잡성에 대한 물음표가 여전히 남아 있습니다. 예를 들어, 로켓을 다시 착륙한다고해서 개보수가 반드시 존재하지는 않습니다. 이것은 우주 왕복선의 고향 이야기입니다.
착륙 만해도 로켓을 혁명적으로 변화시키지 않습니다. 오히려, 우리는 항공 모함 모델로 로켓을 정련하는 혁명이 백미러를 되돌아 보는 것만으로도 잘 일어났다는 것을 깨닫게 될 것이다.
우리는 SpaceX가 원래 13 년 전에 시작한 것을 달성하기를 희망합니다. SpaceX는이 목표에 대해 어느 누구보다 훨씬 더 가까이 왔지만 머스크 자신이 말했듯이 "로켓은 어렵다". 다가오는 CRS-5 발사 및 착륙 시도에 대해 SpaceX 팀에게 행운을 빕니다.
Lukas Davia & Marijn Achternaam 작성
바이오스 : 뉴질랜드의 소프트웨어 엔지니어링 학생이자 전일제 웹 개발자 인 저글링을하지 않을 때, 루카스 다비아 자체적으로 고백 한 SpaceX 중독자이며 Reddit 커뮤니티 / r / SpaceX에 기여하고 그의 웹 사이트 SpaceXStats.com에 추가하고 인포 그래픽을 작성하는 것을 찾을 수 있습니다. 믿거 나 말거나 그는 외출 시간과 여가 시간에도 하이킹 할 시간을 찾습니다!
마리엔 악 테르 나암 / r / space 및 / r / SpaceX Reddit 커뮤니티에 자주 참여할 수있는 네덜란드 학생, 자체 선언 된 안락 의자 엔지니어 및 우주 비행 광신자입니다.
