פאלקון 9

משגר לוויינים וחלליות
(הופנה מהדף פלקון 9)

פאלקון 9אנגלית: Falcon 9) הוא משגר רב-שימושי באופן חלקי אשר פותח ומיוצר על ידי חברת SpaceX.[3]

פאלקון 9
שיגור החללית דרגון לטיסת המבחן הראשונה שלה על גבי הפאלקון 9
שיגור פאלקון 9 מדגם B5 מבסיס חיל האוויר ונדנברג בנובמבר 2018, השלב הראשון חרוך מעט מכיוון שזו הטיסה השלישית שלו לחלל
ייעוד משגר לוויינים וחלליות
יצרן SpaceX
ארץ ייצור ארצות הבריתארצות הברית  ארצות הברית
עלות שיגור חדש: 62 מיליון דולר
שימוש חוזר: 50 מיליון דולר
גרסאות פאלקון 9 1.0, 1.1, B5, FT,
היסטוריית שיגורים
סטטוס פעיל
אתרי שיגור SLC-40 בנמל החלל קייפ קנוורל
LC-39A במרכז החלל קנדי
SLC-4E בבסיס חיל האוויר ונדנברג
שיגורים 96
הצלחות 94
כישלונות 1[1]
חלקיות 1[2]
שיגור ראשון 4 ביוני 2010
מטענים ידועים החללית דרגון, טלסקופ החלל TESS, הגשושית בראשית
יכולת
מטען ל־LEO 22,800 ק"ג
מטען ל־GTO 8,300 ק"ג
מידע נוסף
גובה 70 מטרים
קוטר 3.7 מטרים
משקל 549,054 ק"ג
שלבים 2
שלב ראשון
מספר מנועים 9
סוג מנוע מרלין +1D
דחף 7,607 קילו־ניוטון
מתקף סגולי 282 שניות (בגובה פני הים)
זמן בעירה 162 שניות
דלק חמצן נוזלי/RP-1
שלב שני
מספר מנועים 1
סוג מנוע מרלין 1D ואקום+
דחף 934 קילו־ניוטון
מתקף סגולי 348 שניות (בריק)
זמן בעירה 397 שניות
דלק חמצן נוזלי/RP-1

פלאקון 9 הוא משגר דו-שלבי, גובהו 70 מטרים וקוטרו 3.7 מטרים. יכולת הנשיאה שלו דומה למשגרים אריאן 5 ואטלס 5 והוא מסוגל לשגר מטען במשקל של עד 22,800 ק"ג למסלול לווייני נמוך (LEO)‏, 8,300 ק"ג למסלול מעבר למסלול גאוסטציונרי (GTO) בתצורה מתכלה וכ-5,500 לאותו המסלול בתצורת שימוש חוזר.

פיתוחו של הפאלקון 9 החל בשנת 2005 והוא נכנס לשימוש בשנת 2010. משגר זה הוא הראשון שניתן לשימוש חוזר באופן חלקי כאשר השלב הראשון שלו מסוגל לנחות בחזרה במאונך לאחר חדירתו לאטמוספירה ולהיות משוגר פעמים נוספות. בנוסף לשיגורי לוויינים, פאלקון 9 נבחר על ידי נאס"א עבור תוכנית COTS והחל משנת 2012 שיגר חלליות מטען ואספקה אל תחנת החלל הבינלאומית. כמו כן, כחלק מהתוכנית המאוישת המסחרית של נאס"א והחל משנת 2020, פאלקון 9 משגר את החללית המאוישת דרגון 2 אל תחנת החלל הבינלאומית ומסייע בהחלפת צוותי התחנה.

פאלקון 9 נחשב למשגר בעל אמינות גבוהה ומסווג על ידי נאס"א כאחד ממשגרי "קטגוריה 3", המיועדים לשגר את המשימות החשובות והיקרות ביותר.[4]

היסטוריית הפיתוחעריכה

בשנת 2005, SpaceX הודיעה כי בכוונתה להמשיך בפיתוח הפאלקון 9 ולזנוח את התוכניות למשגר הפאלקון 5. בניגוד לפאלקון 1, המשגר הראשון של החברה אשר פיתוחו מומן כולו בידיה, פיתוחו של הפאלקון 9 הואץ בעזרת השתתפות של נאס"א בעלויות, והתחייבותה לרכוש מספר שיגורים מסחריים. על פי התכנונים הראשונים, הפאלקון 9 תוכנן להיות רב-שימושי באופן מלא, בעל יכולת נשיאת מטען של 9,500 ק"ג למסלול לווייני נמוך, ועלות שיגורו הוערכה בכ-27 מיליון דולר. הוא תוכנן לשמש לשיגורים למסלול הלווייני הנמוך, למסלול מעבר למסלול גאוסטציונרי ולשיגורי מטען ואסטרונאוטים אל תחנת החלל הבינלאומית.[5]

במהלך תוכנית COTS אשר החלה בשנת 2006, קיבלה SpaceX יחד עם עוד מספר חברות פרטיות מימון על ידי נאס"א בכדי לפתח משגר וחללית מטען אל תחנת החלל הבינלאומית. עד שנת 2011, נאס"א השקיעה ב-SpaceX‏ 396 מיליון דולר עבור פיתוח משגר הפאלקון 9 ועבור חללית הדרגון, ואילו SpaceX סיפקה למעלה מ־450 מיליון דולר למימון מאמצי הפיתוח של המשגר והחללית.[6] בשנת 2008 נאס"א התחייבה לרכוש 12 שיגורי מטען אל תחנת החלל הבינלאומית תחת חוזה בשווי של 1.6 מיליארד דולר.

בינואר 2008 בוצעה בהצלחה הבדיקה הרב-מנועית הראשונה, אשר במהלכה שני מנועים המחוברים לשלב הראשון של הפאלקון 9 פעלו בו זמנית. בנובמבר 2008 בוצעה בהצלחה בדיקה שלמה ראשונה של הפאלקון 9 ובמהלכה פעלו כל תשעת המנועים למשך זמן של 178 שניות, זמן שיגור מלא. באוקטובר 2009, השלב הראשון של הפאלקון 9 בתצורתו המוגמרת, עבר בדיקה אשר במהלכה הופעלו כל המנועים בהצלחה. בינואר 2010 במתקן הפיתוח ובדיקות של החברה בטקסס, בוצעה בדיקה של השלב השני של משגר הפאלקון 9, במהלכה הופעל השלב השני למשך זמן של 329 שניות, זמן הצבת מטען במסלול סביב כדור הארץ. בפברואר 2010, הגיע המשגר בשלמותו אל נמל החלל קייפ קנוורל וב-13 במרץ בוצעה בדיקת הצתת מנועים סטטית, במהלכה השלב הראשון של המשגר הופעל למשך זמן של 3.5 שניות מבלי להמריא.

ב-4 ביוני 2010, הפאלקון 9 שוגר לראשונה בעודו נושא את חללית המטען דרגון בטיסת מבחן מוצלחת. החל משנת 2010, המשגר פועל באופן מבצעי ובמהלך השנים החברה פיתחה מספר דגמים שהחליפו אחד את השני, כאשר כל אחד מהם חזק ויעיל יותר מקודמו.

מבנה המשגרעריכה

משגר הפאלקון 9 מורכב משני שלבים. השלב הראשון, הוא החלק העיקרי והיקר ביותר במשגר, קוטרו 3.7 מטר ובבסיסו מורכבים תשעה מנועי מרלין המונעים בדלק מסוג PR-1 (קרוסין מזוקק) וחמצן נוזלי. בראש השלב הראשון ישנם 4 מייצבים (fins) המיועדים לכוון את המשגר וליצב אותו בעת חזרתו ארצה לנחיתה. בתחתית השלב הראשון ישנן ארבע רגלי נחיתה גדולות הנפרסות שניות ספורות לפני שהמשגר נוגע בקרקע.

השלב השני בעיקרו מבוסס על חומרת השלב הראשון, אך קטן וזול ממנו. קוטרו 3.7 מטר כמו השלב הראשון והוא מצויד במנוע מרלין בודד המותאם לפעולה בריק ומיועד לבעור עד 6.6 דקות. הוא נכנס לפעולה מספר שניות אחרי היפרדות השלב הראשון, דבר הנעשה בגובה של 70–80 ק"מ וכשהמשגר צבר מהירות של כ־7,000 קמ"ש.

בראש המשגר נמצאת חופה המכילה ומגנה על המטען עד הגיעו לחלל, קוטר החופה הוא כ־5.2 מטר וגובהה 13 מטר. כאשר המשגר מגיע לגובה של כמה עשרות ק"מ, שם כבר אין משמעות לצורה אווירודינמית החופה נפרדת לשני חלקים ומושלכת ארצה בזמן שהמטען נחשף לתנאי החלל.

דגמיםעריכה

החברה פיתחה במהלך השנים מספר דגמים שהחליפו אחד את השני, כאשר כל אחד מהם חזק ויעיל יותר מקודמו:

  • פאלקון 9 1.0, גובהו היה 47.8 מטר והדחף 4,940 קילו-ניוטון, ממנו שוגרו 5 רקטות בין השנים 2010–2013.
  • פאלקון 9 1.1, ששיפר משמעותית את ביצועי המשגר, ואפשר ניסויי נחיתה ממנו שוגרו 15 רקטות בין השנים 2013–2016.
  • פאלקון 9 FT, שהביא עוד שיפור משמעותי בביצועיו של המשגר וביכולות הנחיתה. דגם זה שוגר 36 פעמים בין 2016 ל־2018.
  • פאלקון 9 בלוק 5, דגם זה צפוי להיות השדרוג האחרון, הוא בעל דחף גדול במעט (7,607 קילו-ניוטון), בעל רגלי נחיתה משודרגות, ובעיקר מותאם לשימוש חוזר פעמים רבות עם תחזוקה מינימלית, דגם זה הוא הפעיל מאז מאי 2018.

עלות השיגור היא 62 מיליון דולר לפאלקון 9 חדש ו-50 מיליון דולר לפאלקון 9 בשימוש חוזר. מחירים אלה עבור משגר מסוג זה נחשבים לתחרותיים מאוד לעומת חלופות שיגור אחרות.[7][8] לשם השוואה, עלות שיגור האטלס 5 הדומה לפאלקון 9 ביכולתיו, הוא 110 מיליון דולר. עלויות שיגור הפאלקון 9 צפויים לרדת אף עוד יותר ככל ששיגורים חוזרים יהפכו לשגרה. כניסתו לשוק המשגרים של פאלקון 9 היה גורם מעורר בשוק השיגורים, הוא גרר הוזלה בעלויות השיגור של משגרים אחרים, וכן דחף את היצרניות האחרות לתכנן משגרים רב שימושיים בעצמם (וולקן, אריאן 6, ניו גלן, אלקטרון ועוד).

שימוש חוזרעריכה

כבר מתחילת דרכה ספייס איקס הצהירה שהיא תנסה להפוך את תעשיית השיגור לחלל לזולה פי כמה משהייתה עד להקמתה. הדרך המרכזית להגיע למטרה זו היא לעשות שימוש חוזר במשגר, לעומת המשגרים אשר היו בשימוש לפניה, שנועדו לשיגור חד פעמי (כאשר השלב הראשון היה נופל בחזרה לכדור הארץ, ושלבים אחרים נשארים כפסולת חלל עד לשריפתם באטמוספירה), ספייס איקס תכננה להשתמש באותו משגר שוב ושוב. ניתן להשוות זאת לעולם התעופה: אם כל מטוס היה מטיס נוסעים פעם אחת בלבד ובתום הטיסה היה יוצא מכלל שימוש, עלות כל כרטיס הייתה כמיליון דולר. באותו אופן היכולת להשיב את חלקי המשגר השונים לשימוש חוזר הוא המפתח להורדת מחירי השיגור פי עשרה ומעלה.

תחילה נעשו כמה ניסיונות להחזיר את השלב הראשון של פאלקון 1 ומאוחר יותר גם של פאלקון 9 באמצעות מצנחים אך הדבר לא צלח, וספייס איקס עברה לנסות רעיון אחר: הפעלת המנועים שמשמשים לשיגור על מנת לבלום את הנפילה ארצה. בספטמבר 2011 החברה פרסמה סרטון אנימציה ממוחשב המראה לראשונה את הקונספט החדש – שיגור של פאלקון 9 ונחיתת השלב הראשון והשני, באמצעות הפעלת המנועים שמשמשים להמראה וכן בשילוב מגן חום בשלב השני.

 
השלב הראשון של פאלקון 9 לאחר נחיתה מוצלחת על אסדה באוקיינוס, אפריל 2016.

בשנת 2012 החלה ספייס איקס לערוך ניסויים בטיל קטן שכונה "גראסהופר". הוא נסק לגובה של מאות מטרים, נשאר באוויר לזמן קצר ואז ירד באיטיות לקרקע, תוך הפעלה רצופה של המנוע שלו מרגע השיגור עד הנגיעה בקרקע. הניסיונות הראשונים להשיב רקטה בגודל מלא בשיגור מסחרי הסתיימו בהתרסקות במים וב-22 בדצמבר 2015 הצליחה ספייס איקס לראשונה בהיסטוריה להנחית בהצלחה שלב־ראשון של משגר כאשר עשתה זאת בשיגור ה-20 סך הכל של הפאלקון 9.

מאז ועד מחצית אוקטובר 2020 נחתו בהצלחה כבר 30 שלבים ראשונים (שונים) של פאלקון 9 לאחר שנפלו מגובה של 105–160 קילומטר, 25 מהם שוגרו פעם שנייה לחלל, שמונה בפעם השלישית, חמישה בפעם הרביעית, 3 בפעם החמישית, ו-2 אף בפעם השישית (ובסך הכול התבצעו 62 נחיתות מוצלחות).[9] משך הזמן הקצר ביותר שעבר בין השיגור אחד לשיגור נוסף של אותו שלב ראשון עומד על 50 ימים, משך זמן זה אמור להתקצר עוד במהלך 2020.

תוכניתה המקורית של ספייס איקס הייתה להנחית גם את השלב השני אך היא נדחתה במשך כמה שנים בשל הקושי הטכנולוגי הרב שכרוך בכך, באפריל 2018 נראה היה שהכוונה הזו תתממש – אילון מאסק צייץ בטוויטר כי החברה מתכוונת לנסות טכנולוגיה חדשה להנחתת השלב השני, הצמדת מעין בלון מתנפח לשלב השני כדי להגדיל את שטח הפנים שלו פי מאה ויותר כך שהוא יואט על ידי חיכוך עם האטמוספירה הקלושה שבגובה 200–300 קילומטר אך בנובמבר של אותה שנה הוא חזר בו וכתב בטוויטר כי אין בכוונת ספייס איקס להנחית את השלב השני של פאלקון 9, אלא להאיץ את הפיתוח והבנייה של משגר וחללית הענק Starship.

ספייס איקס עושה שימוש חוזר גם בחופת המטען ובכך חוסכת כסף רב (העלות של חופה חדשה היא 5–6 מיליון דולר) והחל מאמצע 2017 גם היא נוחתת באמצעות סילוני גז ומצנחים ונאספת מהים.[10] בהמשך החברה שכרה זוג ספינות גדולות באורך 62 מטר והרכיבה על כל אחת מהן רשת גדולה התלויה על מוטות ארוכים הבולטים מקצוות הספינה, ומאז 2018 נעשים ניסיונות לתמרן את החופה ואת הספינה כך שהיא תקלוט אותה וימנע הצורך בשיפוץ יקר שנובע מהנזק שגורמים מי הים המלוחים לחופה, במשך שנה נעשו כמה ניסיונות כאלה בהם המרחק של הספינה מנקודת הנחיתה של החופה הלך והתקצר, עד שבטיסת הפאלקון הכבד STP-2 ביוני 2019 הצליחה הספינה לקלוט בפעם הראשונה את אחד מחצאי החופה בטרם יפגע במים, החל ממחצית 2020 לערך נעשה השימוש החוזר בחופת המשגר לשגרתי.

המטרה המוצהרת של ספייס איקס היא להגיע למצב שניתן יהיה לשגר שוב משגר שנחת, בתוך פחות מיממה ובעלויות תחזוק ותפעול מינימליות תוך שימוש חוזר מלא בכל חלקיו.[11]

מחיר שיגורעריכה

עד שנת 2018 המחיר שספייס איקס פרסמה באתר האינטרנט שלה הוא 62 מיליון דולר לשיגור, אך היו כמה מקרים בהם ידוע שהמחיר ששולם היה שונה: בפעמים הראשונות שספייס איקס השתמשה שוב בשלב־ראשון שנחת היא נתנה הנחה של כ־10% למי שייאות לשגר את המטען שלו במשגר ממוחזר, וכן במקרים של לווין קל משקל במיוחד (מאות ק"ג ספורים). גם במקרים של לוויינים שחיכו זמן רב מאוד בתור לשיגור דווח על מחיר נמוך מהרגיל. מאידך בכמה שיגורים עבור נאס"א המחיר היה גבוה יותר. כך למשל מחיר השיגור של Jason-­3 היה 82 מיליון דולר, ושל טלסקופ החלל TESS היה 87 מיליון דולר. נטען שהמחיר הגבוה הוא עבור תמיכה לפני ואחרי השיגור ושירותים נלווים.

במסיבת עיתונאים שהתקיימה ב־10 במאי 2018, ערב שיגור הבכורה של פאלקון 9 מדגם B5, הכריז אילון מאסק שמחיר השיגור של משגר, שהשלב הראשון שלו כבר טס בעבר יהיה מעתה סביב 50 מיליון דולר במקום כ־62.

שיגורים בולטיםעריכה

  • שיגור 1 (4 ביוני 2010): השיגור הראשון של הפאלקון 9, אשר נשא את החללית דרגון אל טיסת מבחן.
  • שיגור 3 (22 במאי 2012): שיגור מבצעי ראשון של חללית המטען דרגון אל תחנת החלל הבינלאומית.
  • שיגור 6 (29 בספטמבר 2013): שיגור לוויין קנדי, ניסיון ראשון לנחיתה ממונעת של שלב ראשון של משגר, השלב הראשון מתרסק במימי האוקיינוס.
  • שיגור 7 (3 בדצמבר 2013): שיגור ראשון אל מסלול מעבר למסלול גאוסטציונרי, מטען מסחרי ראשון (לוויין תקשורת).
  • שיגור 9 (18 באפריל 2014): נוספו רגלי נחיתה, נפילה מבוקרת ראשונה של השלב הראשון ונחיתה רכה ראשונה במימי האוקיינוס.
  • שיגור 15 (11 בפברואר 2015): מצפה האקלים בחלל העמוק (DSCOVR), המשימה הראשונה שמשוגרת אל נקודת לגראנז' L1.
  • שיגור 19 (28 ביוני 2015): טיסת מטען של חללית דרגון אל תחנת החלל הבינלאומית, המשגר התפוצץ עקב כשל מבני ולחץ יתר של הליום בשלב השני של המשגר.
  • שיגור 20 (22 בדצמבר 2015): נחיתה מאונכת ומבוקרת ראשונה בהיסטוריה של שלב ממשגר מסלולי.
  • שיגור 23 (8 באפריל 2016): נחיתה מבוקרת ראשונה על אסדה אוטונומית באוקיינוס.
  • עמוס 6 (1 בספטמבר 2016): בעודו מוכן על כן השיגור ועובר הליך בדיקות הצתת מנועים סטטית, התפוצץ משגר הפאלקון 9 ואיתו הלוויין הישראלי עמוס 6.
  • שיגור 32 (30 במרץ 2017): לראשונה נעשה שימוש חוזר ושיגור חוזר של שלב ראשון ממשגר מסלולי.
  • שיגור 41 (7 בספטמבר 2017): שיגור ראשון של מטוס חלל, הבואינג X-37.
  • שיגור 54 (11 במאי 2018): שיגור ראשון של פאלקון 9 מדגם "בלוק 5", אשר צפוי להיות הדגם העיקרי והאחרון.
  • שיגור 58 (22 ביולי 2018): שיגור הלוויין Telstar 19V, לוויין התקשורת הכבד ביותר (7,076 ק"ג) שאי פעם נשלח למסלול גאוסטציונרי.
  • שיגור 85 (30 במאי 2020): לראשונה המשגר נשא בני אדם כחלק ממשימת SpaceX Demo-2, המשימה המאוישת הראשונה של חללית הדרגון 2.

אמינותעריכה

נכון לאוקטובר 2020 הפאלקון 9 שוגר 94 פעמים, 92 שיגורים הסתיימו בהצלחה מלאה אך בשני שיגורים המשגר התפוצץ או כשל חלקית. ב־28 ביוני 2015 התפוצץ משגר פאלקון 9 שנשא חללית דרגון כעבור 2.5 דקות מהשיגור, מאוחר יותר התברר שהכשל נבע מפריצה של מיכל ההליום בשלב השני של המשגר. במקרה אחר שאירע בשנת 2012 המשגר שוגר בהצלחה ופרס את המטען הראשי כמתוכנן אך המטען המשני נותר במסלול נמוך מהרצוי.[12] אם כן אחוז ההצלחה של פאלקון 9 עומד על 97.7%.

לשם השוואה, אטלס 5 האמריקני שוגר 83 פעמים לאורך 15 שנה ורק פעם אחת אירע כישלון חלקי. אריאן 5 האירופאי שוגר 109 פעמים מאז 1996 וסבל מ־2 כישלונות מוחלטים ו־3 חלקיים (ארבע מהם התרכזו ב־14 השיגורים הראשונים).

אחד היתרונות של פאלקון 9 על פני רקטות אחרות היא היכולת להפעיל את המנועים בטרם השיגור במה שמכונה "ניסוי בעירה סטטית". זהו הליך שבו הרקטה מעוגנת היטב לקרקע באמצעות כבלים וכך ניתן להפעיל את המנועים במלוא העוצמה בעוד הרקטה נותרת על הקרקע וכך לגלות פגמים במנוע אם יש כאלה, ואכן ספייס איקס הפכה זאת לנוהג קבוע מספר ימים לפני כל שיגור.

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא פאלקון 9 בוויקישיתוף

הערות שולייםעריכה

  1. ^ משימת SpaceX CRS-7, כשתי דקות לאחר השיגור התפוצץ משגר הפאלקון 9.
  2. ^ משימת CRS-1, המטען הראשי שוחרר אל מסלולו. המטען המשני, לווין התקשורת, לא הגיע למסלול הנכון.
  3. ^ ‏ מידע אודות משגר הפאלקון 9, באתר של SpaceX
  4. ^ מייק וול,‏ "SpaceX's Falcon 9 Rocket Certified to Launch NASA's Most Precious Science Missions", ‏ 9 בנובמבר 2018, Space.com
  5. ^ מרי בת' בראון,‏ "SPACEX ANNOUNCES THE FALCON 9 FULLY REUSABLE HEAVY LIFT LAUNCH VEHICLE", ‏ 8 בספטמבר 2005, אתר SpaceX
  6. ^ ‏ "Discussion with Gwynne Shotwell, President and COO, SpaceX", ‏ 4 ביוני 2014, קטע וידאו בין 12:20-13:10, YouTube
  7. ^ קולין קלארק,‏ "ULA Fires Back At SpaceX At Space Symposium; Details Launch Costs", ‏ 20 במאי 2014, Breaking Defense
  8. ^ אריק ברגר,‏ "Air Force budget reveals how much SpaceX undercuts launch prices", ‏ 16 ביוני 2017, Ars Technica
  9. ^ דארל את'רינגטון, SpaceX launches 16th Falcon 9 in 2017, recovers first stage,‏ 31 באוקטובר 2017 TechCrunch
  10. ^ אליזבת לופטו, SpaceX even landed the nose cone from its historic used Falcon 9 rocket launch ‏ 30 במרץ 2017, The Verge
  11. ^ ג'ף פוסט,‏ "SpaceX gaining substantial cost savings from reused Falcon 9", ‏ 5 באפריל 2017, SpaceNews
  12. ^ מקרים אחרים של כישלונות לא נספרו. לדוגמה: ב־8 בינואר 2018 שוגר משגר ובראשו הלוויין הסודי "זומה", המשגר פעל כשורה אך הלוויין לא הגיע או נשאר במסלולו ככל הנראה בשל בעיה במנגנון ההפרדה של הלוויין מהשלב השני, מנגנון שסופק על ידי יצרנית הלוויין. המשגר עצמו פעל ללא דופי ולכן מקרה זה לא נכלל באחוזי הכישלון. במקרה אחר התפוצץ משגר בעת תדלוקו לשם ניסוי ירי סטטי כאשר המטען כבר מורכב בראש המשגר (הלוויין עמוס 6) אך אירוע זה לא נכלל בסטטיסטיקה כיוון שהתרחש לפני השיגור.