Falcon Heavy
Falcon Heavy
Falcon Heavy на стартовой площадке LC-39A перед первым пуском
Общие сведения
Страна Flag of the United States.svg США
Семейство Falcon
Назначение Ракета-носитель
сверхтяжёлого класса
Разработчик Флаг США SpaceX
Изготовитель Флаг США SpaceX
Основные характеристики
Количество ступеней 2+
Длина (с ГЧ) 70 м
Диаметр 3,7 м (ширина по боковым ускорителям — 12,2 м)
Стартовая масса 1 420 788 кг
Масса полезной нагрузки  
 • на НОО 63 800 кг
 • на ГПО 26 700 кг
 • на Марс 16 800 кг
 • на Плутон 3500 кг
История запусков
Состояние Испытывается
Места запуска LC-39A, КЦ Кеннеди
SLC-4E, Ванденберг
Число запусков 1
 • успешных 1
Первый запуск 6 февраля 2018 года
История посадок
Места посадки

Посадочная зона 1,

Посадочная зона 2,
Платформа ASDS
Число посадок 3 (один пуск)
 • успешных 2
 • на землю 2 (боковые ускорители)
 • неудачных 1
 • на платформу 1 (центральный блок)
Ускоритель (Ступень 0)
Количество ускорителей 2
Маршевые двигатели 9 × Merlin 1D
Тяга уровень моря: 7607 кН
вакуум: 8227 кН
Удельный импульс уровень моря: 282 с
вакуум: 311 с
Горючее керосин RP-1
Окислитель переохлаждённый жидкий кислород
Первая ступень
Маршевые двигатели 9 × Merlin 1D
Тяга уровень моря: 7607 кН
вакуум: 8227 кН
Удельный импульс уровень моря: 282 с
вакуум: 311 с
Горючее керосин RP-1
Окислитель переохлаждённый жидкий кислород
Вторая ступень
Маршевый двигатель Merlin 1D Vacuum
Тяга вакуум: 934 кН
Удельный импульс вакуум: 342 с
Время работы 397 с
Горючее керосин RP-1
Окислитель переохлаждённый жидкий кислород
Commons-logo.svg Falcon Heavy на Викискладе
Silk-film.png Внешние видеофайлы
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Анимация полёта (2015)
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Анимация полёта (2018)

Falcon Heavy (букв. с англ. — «Тяжёлый „Сокол“») — американская ракета-носитель (РН) сверхтяжёлого класса с возможностью повторного использования первой ступени, спроектированная и произведённая компанией SpaceX. Относится к семейству Falcon и является одной из крупнейших ракет-носителей в истории мирового космического ракетостроения, наряду с «Сатурном-5», «Н-1», «Спейс Шаттлом» и «Энергией». Разработана на основе РН Falcon 9 и использует существенно видоизменённую её первую ступень в качестве центрального блока (I ступени), а также две дополнительные модифицированные первые ступени Falcon 9 в качестве боковых ускорителей (так называемой «нулевой ступени»).

На момент первого запуска — самая грузоподъёмная, мощная и тяжёлая ракета-носитель из находящихся в эксплуатации. Также Falcon Heavy принадлежит абсолютный рекорд по числу маршевых двигателей (28, в том числе 27 одновременно работающих) среди успешно летавших ракет-носителей. С инженерной точки зрения несомненный интерес представляет то, что если Falcon Heavy успешно «наработает статистику [удачных] пусков» — это будет означать опровержение общепринятой среди специалистов-ракетчиков ещё с середины 1970-х гг. точки зрения, что добиться приемлемой надёжности «сверхмногодвигательной» РН технически невозможно — и, как следствие, переворот в технических концепциях создания тяжёлых и особенно сверхтяжёлых РН.

Первый испытательный запуск Falcon Heavy был успешно произведён 6 февраля 2018 года[1][2].

История создания

О разработке ракеты-носителя Falcon Heavy руководитель компании SpaceX Илон Маск заявил на пресс-конференции в Национальном пресс-клубе (англ.) в Вашингтоне, округ Колумбия, 5 апреля 2011 года. Первоначально был заявлен как дата первого пуска 2013 год (со стартовой площадки на базе ВВС США Ванденберг)[3].

Завершение разработки и дебютный пуск ракеты многократно откладывались.

Falcon Heavy — одна из тех вещей, которые, на первый взгляд, выглядят просто. Просто берём две первые ступени и используем их как навесные ускорители. На самом деле нет, это безумно сложно и потребовало переработки конструкции центрального блока и массу различного оборудования. Это действительно было шокирующе тяжело перейти с одноблочной на трёхблочную ракету.

Илон Маск, на пресс-конференции после первого повторного использования первой ступени Falcon 9[4].

После аварии ракеты-носителя Falcon 9 в июне 2015 года приоритет работ над первым пуском Falcon Heavy, который планировался в конце года, был снижен в пользу ускорения возвращения к полётам ракеты Falcon 9[5], и перенесён сначала на весну 2016-го[6], а позже — на конец 2016 года. Изменена была и стартовая площадка для дебютного пуска — на LC-39A Космического центра имени Дж. Ф. Кеннеди во Флориде. На стартовом комплексе проводились работы по его переоборудованию для запусков Falcon Heavy[7].

Повреждение стартового комплекса SLC-40 при взрыве Falcon 9 в сентябре 2016 года вынудило компанию SpaceX к ускорению работ по вводу в действие комплекса LC-39A для переноса на него своих пусковых операций на Восточном побережье США. Завершение работ по адаптации стартового стола под пуски Falcon Heavy было отложено в пользу максимально скорого начала пусков ракеты Falcon 9 с этой стартовой площадки. После восстановления комплекса SLC-40, которое закончилось осенью 2017 года, пуски Falcon 9 были перенесены на него, позволив завершить подготовку комплекса LC-39A для дебютного пуска Falcon Heavy, который ожидался в начале 2018 года[8].

Хотя изначально Falcon Heavy была разработана для отправки людей в космос, включая миссии на Луну и на Марс, на февраль 2018 года запланированные пилотируемые полёты на ней не предусматриваются; взамен предполагается использовать ракету-носитель для отправки в космос массивных грузов, например таких, как тяжёлые искусственные спутники Земли[9] и автоматические межпланетные станции.

Грузоподъёмность

После успешного первого запуска 6 февраля 2018 года стала крупнейшей используемой на данный момент ракетой-носителем, вдвое превосходя Delta IV Heavy по полезной нагрузке, которую может вывести на низкую опорную орбиту[10]. Однако эта ракета-носитель не является крупнейшей в истории космонавтики, поскольку использовавшиеся ранее ракеты-носители «Сатурн-5» и «Энергия» могли нести полезную нагрузку до 141 и 105 тонн соответственно (также расчётную максимальную полезную нагрузку до 100 т имела советская РН Н-1/Н-1Ф, но все её пуски были безуспешны). Планируется, что в невозвращаемом варианте Falcon Heavy сможет доставлять до 63,8 т на низкую опорную орбиту, до 26,7 т на геопереходную орбиту, до 16,8 т — на отлётную траекторию к Марсу и до 3,5 т — на отлётную траекторию к Плутону (при современном или близком к таковому положении последнего на орбите)[11]. При условии возвращения на Землю и боковых ускорителей и первой ступени РН — на НОО Falcon Heavy сможет выводить полезную нагрузку массой примерно до 30 т[12] и до 8 т — на ГПО[13]; при возвращении на Землю только боковых ускорителей — максимальная масса полезной нагрузки, выводимой Falcon Heavy на ГПО, вырастет до 16 т[источник не указан 275 дней].

Сравнение Falcon Heavy и Delta IV Heavy [14][15]
Falcon Heavy Delta IV Heavy
Высота 70 м 72 м
Вес 1 420 788 кг 733 000 кг
Грузоподъемность 63 800 кг 28 790 кг

Стоимость запуска

Компания SpaceX заявляет, что стоимость одного запуска составляет 90 миллионов долларов США — при том, что стоимость пуска Delta IV Heavy составляет примерно 435 миллионов долларов[10]. Впрочем, следует отметить, что стоимость пусков Falcon Heavy будет весьма существенно зависеть от выбора их конфигурации — с возвращением боковых ускорителей и I ступени, с возвращением только боковых ускорителей или же полностью в невозвращаемом варианте.

Анонсированная стоимость запуска Falcon Heavy несколько раз менялась. В 2011 году она составляла 80—125 млн долл.[16] В 2012 году указывалась стоимость пуска 83 млн долл. при полезной нагрузке до 6,4 т на ГПО и 128 млн долл. для нагрузки более 6,4 т на ГПО, в 2013 году была указана стоимость соответственно 77,1 и 135 млн долл. С 2014 года на сайте компании указывалась только стоимость запуска с полезной нагрузкой до 6,4 т на ГПО, которая тогда составляла 85 млн долл., увеличившись до 90 млн долл. в 2015 году (для спутников массой до 8 т на ГПО)[13]. В феврале 2018 года Илон Маск сообщил, что стоимость запуска расходуемой версии Falcon Heavy составляет 150 млн долл[17].

Контракты

В мае 2012 года был подписан первый коммерческий контракт с компанией Intelsat на запуск её спутника связи ракетой-носителем Falcon Heavy[18]. Из-за задержек с разработкой ракеты впоследствии запуск спутника Intelsat 35e был перенесён на ракету-носитель Falcon 9[19].

В декабре 2012 года ВВС США подписали контракт со SpaceX на запуск космических аппаратов по программе министерства обороны STP-2 (англ. Space Test Program; Космическая испытательная программа — 2) с помощью Falcon Heavy. Миссия подразумевает выведение двух основных аппаратов и множества второстепенных на различные орбиты и будет использоваться как часть сертификации ракеты-носителя для более важных правительственных оборонных заказов[20].

В июле 2014 года компания Inmarsat подписала соглашение на запуски 3 своих спутников ракетой Falcon Heavy. В связи с задержками, в декабре 2016 года запуск одного из этих спутников был отдан конкуренту SpaceX, компании Arianespace, для запуска на ракете-носителе «Ариан-5»[21]. Другой спутник, Inmarsat-5 F4, запущен ракетой Falcon 9.

В начале 2015 года компания ViaSat[en] подписала соглашение на запуск с помощью Falcon Heavy спутника ViaSat-2, но в феврале 2016 года компанией было принято решение переместить запуск этого спутника на ракету «Ариан-5», для того чтобы остаться в рамках намеченного контрактными обязательствами расписания. Тем не менее, контракт со SpaceX был сохранён — на запуск одного из трёх спутников следующего поколения ViaSat-3 в 2019—2020 годах с опцией на запуск ещё одного[22].

В апреле 2015 года был подписан контракт с компанией ArabSat (англ. Arab Satellite Communications Organization) на запуск спутника Arabsat-6A[23].

В апреле 2016 года SpaceX объявила о планах запуска с помощью Falcon Heavy миссии Red Dragon для демонстрации технологии управляемой реактивной посадки на поверхность Марса[24]. Изначально запуск намечался на 2018 год, позже был перенесён на 2020. Однако в середине июля 2017 года Илон Маск объявил на конференции ISSR&D в Вашингтоне, что SpaceX отказывается от проекта Red Dragon в связи с тем, что космические корабли Dragon следующих версий будут иметь парашютную систему посадки, причём на беспилотном варианте корабля Dragon двигателей SuperDraco не будет вообще[25].

27 февраля 2017 года компания SpaceX анонсировала план полёта пилотируемого корабля Dragon V2 с двумя частными пассажирами с выполнением облёта Луны и возвратом на Землю. Запуск был намечен на конец 2018 года ракетой-носителем Falcon Heavy[26]. Однако в феврале 2018 года SpaceX отказалось от сертификации Falcon Heavy для пилотируемых полетов в пользу многоразовой системы BFR. Если разработка BFR затянется, то SpaceX вернётся к первоначальному плану с использованием Falcon Heavy. В любом случае, это решение означает, что частный пилотируемый облёт Луны отложен на несколько лет[27].

В июле 2017 года стали известны итоги открытого конкурса на миссию ВВС США STP-3 (англ. Space Test Program; Космическая испытательная программа — 3), участие в котором принимали ракета-носитель Falcon Heavy от SpaceX и ракета-носитель Atlas V 551 от United Launch Alliance. Контракт на 191 млн долл. достался ULA[28].

В июне 2018 года SpaceX выиграла первый конкурентный контракт для ракеты-носителя Falcon Heavy, на запуск в конце 2020 года засекреченной миссии AFSPC-52 для ВВС США. Сумма контракта составила 130 млн долларов[29].

Конструкция

Falcon Heavy состоит из усиленной модификации первой ступени Falcon 9 в качестве центрального блока (первой ступени), двух дополнительных первых ступеней Falcon 9 в качестве боковых ускорителей (так называемая «нулевая ступень») и второй ступени. В СССР и России такие боковые ускорители классифицируются как первая ступень, а центральный блок — как, соответственно, вторая ступень; таким образом — по советской/российской классификации Falcon Heavy является не 2-, а 3-ступенчатой ракетой-носителем.

Боковые ускорители

Два ускорителя, выполненных на основе первой ступени Falcon 9, закрепляются по бокам первой ступени ракеты-носителя. На верхушке ускорителей размещён композитный защитный конус. Каждый ускоритель имеет по 9 жидкостных ракетных двигателей Merlin 1D, расположенных по схеме Octaweb, с одним центральным двигателем и остальными восемью, расположенными вокруг него.

Первая ступень

Первая ступень Falcon Heavy являет собой конструктивно усиленный центральный блок, выполненный на основе первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 FT, модифицированный для закрепления двух боковых ускорителей. Оборудован девятью жидкостными ракетными двигателями Merlin 1D. Сверху расположен переходной отсек, вмещающий двигатель второй ступени и оборудованный механизмами расстыковки ступеней.

Суммарно 27 двигателей Мерлин 1D (центральный блок и боковые ускорители) создают тягу 22 819 кН на уровне моря и 24 681 кН в вакууме[11].

Falcon Heavy, как и Falcon 9, оснащена элементами системы многоразового использования для контролируемого возвращения и мягкой посадки как центрального блока, так и боковых ускорителей. Возврат ступеней снижает максимальную полезную нагрузку ракеты-носителя. В связи с тем, что первая ступень Falcon Heavy при расстыковке со второй ступенью будет обладать значительно большей скоростью и находиться намного дальше от стартовой площадки, в сравнении с первой ступенью Falcon 9, необходимость её возврата на посадочную площадку повлечёт значительное снижение массы выводимой нагрузки. Поэтому в высокоэнергетических запусках на геопереходную орбиту первая ступень Falcon Heavy будет осуществлять посадку на плавучую платформу. Боковые ускорители, напротив, будут иметь возможность возврата к месту старта и посадки на землю при подавляющем большинстве сценариев запуска[30]. Для посадки боковых ускорителей Falcon Heavy на территории Посадочной зоны 1 планируется создать ещё две посадочные площадки[31].

Изначально планировалась возможность установки на Falcon Heavy уникальной системы перекрёстной подачи топлива, позволяющей двигателям центрального блока использовать топливо из боковых ускорителей в первые минуты после старта. Это давало бы возможность сохранить больше топлива в центральном блоке для более продолжительной его работы после отделения боковых ускорителей, и, как следствие, увеличить максимальную массу выводимой полезной нагрузки[11]. Впоследствии приоритет этих работ был снижен из-за нежелания дополнительно усложнять конструкцию, а также из-за отсутствия на рынке спроса на столь тяжёлую полезную нагрузку. Разработка данной системы продолжается, её внедрение возможно в будущем. На начальном этапе будет использоваться схема, при которой сразу после запуска ракеты-носителя тяга двигателей центральной секции будет максимально снижена для экономии топлива. После отделения боковых ускорителей двигатели первой ступени будут снова включены на полную тягу[30]. Подобную схему использует ракета-носитель Delta IV Heavy.

Вторая ступень

Вторая ступень РН Falcon Heavy аналогична используемой на ракете-носителе Falcon 9 и оснащена одним двигателем Merlin 1D Vacuum с номинальным временем работы 397 секунд и максимальной тягой в пустоте 934 кН. Конструкция двигателя позволяет запускать его многократно в течение полёта[32].

Стартовые площадки

По состоянию на 2017 год SpaceX готовит следующие стартовые комплексы для ракеты-носителя Falcon Heavy: