Falcon Heavy

Falcon Heavy je lansirni sistem sa superteškim teretom za višekratnu upotrebu koji je dizajnirala i proizvela kompanija SpaceX. Falcon Heavy (ranije navođen kao Falcon 9 Heavy) je varijanta rakete Falcon 9 te se sastoji od pojačane raketne srži Falcon 9 uz dva dodatna prva stadija Falcon 9 first kao modilarni potisniciu.^[4] To je omogućilo da se teret za nisku orbitu Zemlje poveća na 63.800 kg, što je značajano poboljšanje u odnosu na 22.800 kg kod Falcon 9 Full Thrust, odnosno 27.500 kg za NASA-in Space Shuttle. Falcon Heavy predstavlja četvrtu raketu s najvećim kapacitetom ikada sagrađenom, iza Saturn V, Energia i N1, te predstavlja raketu s najvećim kapacitetom prema stanju od 6. februara 2018. godine, odnosno dvostruko većim Delta IV Heavy. Falcon Heavy je originalno dizajniran kako bi prevozio ljudska bića u svemir, uključujući misije na Mjesec na Mars, iako trenutno nema planova da se Falcon Heavy koristi za misije sa poadom; umjesto toga će se koristiti za slanje tereta kao što su veći sateliti.^[5]

Falkon Hevi (Falcon Heavy)

Falcon Heavi u decembru 2017
Osnovne informacije
Funkcija	Raketna-nosač super-teške kategorije
Proizvođač	Spejs eks
Zemlja porekla	SAD
Cena po lansiranju	90 mil. dolara za masu do 8000 kg u GTO — 2025.
Stepeni	2 (ili više)
Dimenzije
Visina	70 m
Prečnik	3,66 m
Masa	1420,8 t
Nosivost
Kapacitet u NZO	54.400 kg
Kapacitet u GTO	22.200 kg
Kapacitet u orbitu Marsa	13.600 kg
Slične rakete
Rakete za poređenje	Vulkan, Angara, Dugi marš 5
Istorija lansiranja
Status	u razvoju
Lokacije	SC Kenedi LK39A Vandenberg LK4[1]
Prvi let	planirano za novembar 2016.
Dodaci
Broj dodataka	dva
Motori	9 Merlin 1D FT
Potisak	nivo mora: 7607 kN
• ukupan potisak	22.819 kN[2]
Specifični impuls	nivo mora: 282 s vakuum: 311 s
Vreme sagorevanja	162 s
Gorivo	tečni kiseonik / RP-1
Prvi stepen
Motori	9 Merlin 1D FT
Potisak	nivo mora: 7607 kN
Specifični impuls	nivo mora: 282 s vakuum: 311 s
Vreme sagorevanja	162 s
Gorivo	tečni kiseonik / RP-1
Drugi stepen
Motori	Merlin 1D+ Vac
Potisak	934 kN
Specifični impuls	vakuum: 348 s[3]
Vreme sagorevanja	397 s
Gorivo	tečni kiseonik / RP-1

SpaceX je uspješno lansirao Falcon Heavy 6. februara 2018 u 15:45 po istočnom vremenu (20:45 UTC).^[6][7][8] Testni teret na početnom letu je bio Tesla Roadster, automobil u vlasništvu SpaceX-ovog osnivača Elona Muska.^[9][10]

Konstrukcija

Hevi konfiguracija rakete sastoji se iz jednog standardnog prvog stepena rakete Falkon 9 v1.1 FT koje čini jezgro i još dva takva stepena koji se motiraju sa strane, a služe za dodatni potisak u prvim fazama leta. Ovakva konfiguracija slična je drugim raketama-nosačima teške kategorije koje su u upotrebi ili u fazi razvoja: Delta IV Hevi, Atlas V Hevi, Dugi marš 5 i Angara A5. Kada uđe u upotrebu, raketa Falkon Hevi biće najmoćnija raketa-nosač na svetu i u orbitu će moći da dostavi dva puta veću masu u odnosu na konkurenciju. U nisku Zemljinu orbitu moći će da dostavi 54.500 kilograma u potrošnoj konfiguraciji (čime se svrstava u super-tešku kategoriju raketa), dok će ka Marsu moći da uputi 13.600 kilograma.^[11] Raketa je dizajnirana tako da ispuni, a u mnogim aspektima i nadmaši trenutne zahteve za prevoz astronauta. Bezbednosne margine su 40 % veće za opterećenja koja raketa podnosi tokom leta, što je skoro duplo više od 25 % koliko su kod ostalih raketa-nosača.^[12] U fazi dizajniranja smatralo se da će raketa biti upotrebljena za letove ka Mesecu i Marsu sa ljudskom posadom, pa je konstrukcija rakete prilagođena toj ulozi.^[13] Prema nosivosti, konstrukciji i ukupnom potisku Hevi je najsličnija dizajnu rakete Saturn C-3 iz 1960. godine, koji nikada nije sproveden u delo, a ta raketa trebalo je da se koristi za lansiranje posade do NZO u kojoj bi se spojila sa Lunarnim modulom i uputila ka Mesecu (umesto ovog pristupa, posada i Lunarni modul lansirani su zajedno raketom Saturn V).^[14]

Prvi stepen

Prvi stepen rakete Falkon Hevi čine tri derivativa prvog stepena rakete Falkon 9 v1.1 FT, od kojih svaki ima po devet Merlin 1D raketnih motora, pa tako prvi stepen ima ukupno 27 motora, što je najviše još od sovjetske rakete N-1. Pri poletanju, na nivou mora, potisak svih 27 motora iznosi 22.819 kN, a sa povećanjem nadmorske visine i sve ređim vazduhom taj potisak se penje na 24.681 kN.

Motori na sva tri jezgra su poređani u Oktaveb konfiguraciju kako bi se ubrzao proizvodni proces.^[15] Svako jezgro je opremljeno i sa četiri rasklopive noge za sletanje^[16], kao i sa četiri „peraja” koja pomažu pri navođenju stepena rakete ka mestu za sletanje.^[17] Po odvajanju dva pomoćna jezgra, centralni motor na svakom nastaviće da gori još par sekundi kako bi se osiguralo uspešno udaljavanje od centralnog jezgra.^[18] U tipičnoj misiji ova dva jezgra će se uputiti nazad ka mestu za sletanje nedaleko od lansirne rampe sa koje je raketa poletela. Centralno jezgro nastavlja da sagoreva još nekoliko desetina sekundi, a zatim se i ono odvaja od drugog stepena i zavisno od profila misije navodi na sletanje na autonomni brod za sletanje raketa-nosača u okeanu ili se takođe vraća na kopno. Analizom prvog stepena rakete Falkon 9 v1.1 FT koji je uspešno vraćen nakon misije, za raketu Falkon Hevi uvešće se određena ojačanja centralnog jezgra prvog stepena kako bi moglo bez oštećenja da podnese velika naprezanja i zagrevanje pri povratku kroz atmosferu, dok će dva pomoćna jezgra biti skoro identična prvom stepenu rakete Falkon 9 v1.1 FT.

Unakrsni dovod goriva

Raketa Falkon Hevi je od starta bila dizajnirana sa mogućnošću unakrsnog napajanja gorivom; ovaj sistem bi radio tako što bi se nekoliko motora centralnog jezgra prvog stepena napajali gorivom i oksidansom iz dva pomoćna jezgra sve dok njihovi rezervoari ne budu skoro prazni (u njima bi svakako ostalo dovoljno da se stepen može vratiti do zone za sletanje nedaleko od lansirne rampe).^[19] Sa ovakvim sistemom, sva tri jezgra bi od poletanja radila sa punim potiskom svih motora, a nakon odvajanja dva pomoćna jezgra, centralno bi bilo skoro puno goriva tako da bi moglo da nastavi još dugo da sagoreva.^[20] Sistem unakrsnog napajanja gorivom, u žargonu nazvan „špargla”, pominje se u knjizi orbitalne mehanike Toma Logsdona. Prema toj knjizi, inženjer Ed Kit skovao je termin „raketa – stabljika špargle” (engleski: ) za rakete-nosače koje primenjuju sistem unakrsnog napajanja gorivom.^[21] Međutim, nakon nekoliko godina razvoja, Ilon Mask je izjavio da se makar u prvoj verziji rakete Falkon Hevi ne planira uvođenje ovog sistema u upotrebu.^[22]

Drugi stepen

Drugi stepen rakete Falkon Hevi pogoni jedan Merlin 1D Vac raketni motor, koji predstavlja modifikovanu verziju Merlin 1D motora koji se koristi za pogon prvog stepena (najveća razlika je sistem paljenja, koji poseduje dvostruki upaljač radi sigurnosti, kao i produžena mlaznica).^[4] Ovaj motor u vakuumu proizvodi 934 kN potiska, uz odnos ekspanzije^[a] od 117:1 i nominalno vreme sagorevanja od 397 sekundi. Rezervoar drugog stepena je samo kraća verzija rezervoara prvog stepena, pa se za njegovu proizvodnju koriste iste mašine, čime se štedi na vremenu i smanjuju troškovi proizvodnje.^[4]

Napomene

1. Odnos ekspanzije neke kriogene supstance predstavlja odnos zapremine te supstance u tečnom stanju i zapremine te supstance kada se pretvori u gas, na sobnoj temperaturi i pri normalnom atmosferskom pritisku.