كيف خفضت SpaceX أسعار إطلاق الصواريخ

في الآونة الأخيرة ، نشر Elon Musk صراحة على تويتر أن إطلاق SpaceX أرخص بكثير من خدمات Boeing / Lockheed بحيث يمكنك بناء قمر صناعي للفرق.

في عام 2014 ، أصدر مكتب التدقيق تقريرًا عن تقييم تكلفة برامج القوات الجوية الأمريكية لإطلاق الأقمار الصناعية السرية ، والتي تم إطلاقها حصريًا من قبل ULA. نظرًا لانعدام الشفافية في التسعير ، كان من الصعب مطابقة بطاقات الأسعار مع العرض المقدم من SpaceX.

تدفع الحكومة مبلغًا ثابتًا لـ ULA ، بغض النظر عن الصاروخ الذي تم استخدامه عند الإطلاق - سواء كان أطلس V أو Delta IV أو Delta IV Heavy. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عقد EELV لإمكانية الإطلاق (ELC) ، والذي بموجبه تتلقى ULA 860 مليون دولار سنويًا لتوفير الوصول إلى الفضاء ، حتى لو لم تكن هناك عمليات إطلاق. بالإضافة إلى ذلك ، تلقت ULA ما مجموعه 5 مليارات دولار في مصروفات أخرى تتعلق بمعدات لإنتاج الصواريخ.

انتهى احتكار ULA عندما بدأت SpaceX في الكفاح من أجل إطلاق الحمولة من أجل الأمن القومي. تم تنفيذ الإطلاق الأول في مايو من هذا العام ، بأمر من وكالة المخابرات الوطنية ، في شكل قمر صناعي سري NROL-76. وفقا للحكومة ، بالمقارنة المباشرة مع ULA ، فإن تكلفة إطلاق SpaceX أقل بكثير.

على سبيل المثال ، قبل 14 شهرًا ، وقعت القوات الجوية الأمريكية عقدًا مع SpaceX بمبلغ 83 مليون دولار لإطلاق القمر الصناعي GPS 3 ، وفي مارس 2017 تم الفوز بعقد آخر لإطلاق القمر الصناعي GPS 3 آخر بقيمة 96.5 مليون دولار. هذه هي التكلفة الكاملة للإطلاق الذي ستدفعه الحكومة ، ولا يمكن مقارنته بـ 422 مليون دولار لعملية إطلاق واحدة ، والتي تم تحديدها في ميزانية القوات الجوية لعام 2020.

ماذا سيجيب المنافسون؟

بعد ذلك ، سنلقي نظرة على كيفية تغير تكلفة الإطلاق وستتغير بين منافسي Falcon 9 ، ما هي الخطوات التي سيتخذها المشاركون في سوق خدمات الإطلاق حتى لا يفقدوا مكانهم في الشمس.

أصل أزرق

PH نيو جلين. المصدر: Blue Origin

هدف مؤسس الشركة ، جيف بيزوس ، ليس بأي حال من الأحوال الربح من إطلاق الأقمار الصناعية التجارية ، ولكن لتوفير فرصة لملايين الناس للعيش والعمل في الفضاء ، ليس لديه أيضًا طموحات لإطلاق الأقمار الصناعية الحكومية والعسكرية ويخطط فقط لتوريد محركات BE-4 لمركبة إطلاق جديدة ( PH) ULA Vulcan. بدأ تطوير محرك صاروخي BE-4 مدعوم بمزيج من الأكسجين السائل والغاز الطبيعي المسال في عام 2011 وتم إنفاق أكثر من مليار دولار بالفعل على التطوير.تم زيادة الدفع BE-4 بناءً على طلب ULA إلى 550 طنًا.

من المقرر استخدام نفس المحرك في المرحلة الأولى من صاروخ Blue Origin New Glenn الجديد وسيتم تنفيذ الإطلاق الأول في موعد لا يتجاوز 2020. سعر إطلاق New Glenn (NG) غير معروف بعد ، ولكن يمكن توقع أن تكون التكلفة قابلة للمقارنة مع Falcon 9 ، وستكون القدرة الاستيعابية 13 أطنان في المدار الجغرافي الانتقالي (GPO).

بالنظر إلى تجربة عمليات الإطلاق تحت المدارية لنظام الإقلاع والهبوط الرأسي الجديد Shepard ، عندما تم إطلاق نفس المرحلة 5 مرات دون تعديلات كبيرة ، ستسمح هذه التجربة بالعمل على إنزال المراحل الأولى في غضون عدة سنوات بعد الإطلاق الأول لـ NG.

ULA

تقوية فولكان. المصدر: ULA

يختلف سعر إطلاق الأحمال الحكومية والتجارية اختلافًا كبيرًا. ضغط القناع في الجلسة ، مع اقتراح لحظر الطيران على طائرة RD-180 الروسية لطائرة أطلس 5 LV وترك دلتا IV غير المربحة تمامًا. قرروا التخلي عن المحرك وتخصيص أموال كبيرة لإنشاء بديل. ULA ، عند اختيار محرك لسيارة فولكان LV الجديدة ، بين AR1 و BE-4 ، انحرفت لصالح الثانية. تأخر AR1 عدة سنوات في التنمية ، ولا يعني الاستخدام القابل لإعادة الاستخدام ، وتعتمد شركة التطوير بشكل أساسي على الأموال العامة ، على عكس BE-4 الخاص.

مخطط خلاص محركات المرحلة الاولى سمارت. المصدر: ULA

قدمت ULA مفهوم توفير محركات المرحلة الأولى وإلكترونيات الطيران الذكية (تقنية المعيارية ، وحدات ، العودة الذاتية). يتم فصل المحركات عن المسرِّع بعد فصل المرحلتين الأولى والثانية. تم الكشف عن حماية قابلة للنفخ ، مما يساعد على إبطاء سقوط كتلة المحرك أقل من سرعة الصوت ، ثم يتم حفظ الكتلة التي يتم هبوطها بالمظلة بواسطة طائرة هليكوبتر في الهواء.

بدون زيادة في تواتر عمليات الإطلاق ، لا ترى الشركة فائدة في إعادة الاستخدام. سيصل إجمالي المدخرات إلى 30 في المائة ، ولكن ستكون هناك حاجة إلى أموال كبيرة لتطوير التكنولوجيا. سوف تتحرك ULA في هذا الاتجاه ، ولكن أول رحلة تجريبية ستتم في موعد لا يتجاوز 2024.

بسبب الضجيج حول أسعار الإطلاق ، أنشأت ULA موقع مصمم الصواريخ Atlas 5 ، ocketbuilder.com . يذكر أن صاروخًا خفيفًا يكلف 109 مليون دولار ، والأثقل بخمسة مسرعات ، قادرًا على جلب 8856 كجم ، 157 مليون دولار إلى GPO. بشكل غير مباشر ، منذ عام 2010 ، من أصل 52 عملية إطلاق ، تم إطلاق 4 فقط في عام 2010. أكد توري برونو الرئيس التنفيذي لشركة ULA أنه في غضون سنوات قليلة فقط ، تم تخفيض الحد الأدنى للأسعار من 191 مليون دولار إلى 109 ملايين دولار.

وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)

مركبة الإطلاق Ariane 6. المصدر: Airbus Safran Launchers (ASL)

تطلق وكالة الفضاء الأوروبية حاليًا مركبات إطلاق Vega و Ariane 5 ، والتي يتم إنتاج مكوناتها في القائمة الكاملة لدول الاتحاد الأوروبي ويتم دعمها بسخاء. في الوقت نفسه ، يكلف الإطلاق التجاري لـ Ariane 5 180-240 مليون دولار ، لكنه يطلق قمرين صناعيين ثقليين في المرة الواحدة (إجمالي 10 أطنان) ، بسبب الطلب الكبير في السوق.

تم تقديم تصميم Ariane 6 ، الذي خلف Ariane 5 الحالي ، في عام 2012 مع الإطلاق الأول المخطط له في عام 2020. في البداية ، كان التصميم يتكون من 3 معززات وقود صلب في المرحلة الأولى وواحد في المرحلة الثانية لإخراج 6500 كجم إلى GPO. تم رعاية المشروع من قبل وكالة الفضاء الأوروبية (تم تقييم المشروع بـ 4 مليارات يورو - تم تخفيضه الآن إلى 2.4 مليار يورو) ، وتم اختيار شركة Airbas Safran Launchers (ASL) كمقاول رئيسي. في وقت لاحق ، تم تعديل التصميم لصالح زيادة فعالية التكلفة ، بسبب التوسع في SpaceX ، التي تتنافس بشكل مباشر على عمليات الإطلاق التجارية. يتضمن التصميم النهائي نسختين: Ariane A62 و Ariane A64 c مع اثنين وأربعة معززات وقود صلب. السعر والحمولة لـ GPO على التوالي 5000 كجم مقابل 75 مليون يورو و 10500 كجم مقابل 90 مليون يورو. يجب تخفيض تكاليف بدء التشغيل بفضل إعادة تنظيم الإنتاج ، وخفض عدد الموظفين بنسبة 30 ٪ من 8000 شخص ، واستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد والتخلي عن التجميع الرأسي. سيتم تجميع الصاروخ أفقيًا في Le Mirabeau ، ثم نقله إلى غويانا الفرنسية لدمج المعجلات والحمولة. من المقرر إدخال الجدول الزمني لـ 11-12 عملية إطلاق سنويًا حتى عام 2023.

خصصت وكالة الفضاء الأوروبية الشريحة الأولى البالغة 80 مليون يورو لإنشاء محرك Prometeus الصاروخي الجديد القابل لإعادة الاستخدام والمزود بزوج من الميثان + وقود الأكسجين السائل. ستبلغ تكلفة محرك واحد مليون يورو - فقط عشر تكلفة محرك المرحلة الأولى Vulain 2 الهيدروجيني لـ Ariane 5. وستبدأ اختبارات الإطلاق في عام 2020 مع أول رحلة في عام 2030.

روسكوزموس

لقد تغير سعر "بروتون" تبعاً لظروف السوق من أجل أن تظل شركة تنافسية. لذلك في عام 2014 ، كانت التكلفة 115 مليون دولار ، والآن تم تخفيضها إلى 70 مليون دولار ، كمعارضة لـ Falcon 9 بسعر ثابت قدره 62.5 مليون دولار.

على الرغم من حقيقة أن البروتون سوف يطير حتى عام 2025 ، فقد تقرر إنشاء إصدارات أرخص من بروتون متوسط ​​وبروتون لايت بحلول عام 2020. تقرر تمديد خزانات المرحلتين الأولى والثالثة والتخلص تماما من الثانية. ونتيجة لذلك ، ستكون الحمولة على GPO قابلة للمقارنة مع Falcon 9. قيادة المركز. يعتقد Khrunicheva أن تكلفة الصاروخ يمكن تخفيضها بنسبة 25 ٪ مقارنة بـ Proton-M LV ، والتي ستجعل تكلفة الإطلاق أقرب إلى 50-55 مليون دولار.

مقارنة تعديلات "بروتون". المصدر: ILS

بعد الانهيار في العلاقات مع YuzhMash ، يتم تطوير مركبة الإطلاق المتوسطة Zenit كجزء من مشروع تطوير Phoenix ، الذي كان أقل سعر إطلاق في فئة وزنه ، وربما ، مستوحى من Ilon Mask. ستستخدم مركبة الإطلاق Soyuz-5 الجديدة ، المعروفة أيضًا باسم Sunkar ، جداول إطلاق Zenit على كل من بايكونور وعلى منصة Sea Launch العائمة. يجب أن تبدأ اختبارات طيران Sunkar في عام 2024 ، وفقًا لوثائق Roscosmos. ومن المقرر بالفعل في عام 2025 بدء التشغيل التجاري للسنارة. في مقابلة ، قال إيلون ماسك إن صاروخه المفضل بعد فالكون 9 (الذي تمت ترجمته باسم "الصقر") هو "زينيث". تُترجم سنكار من الكازاخستانية إلى "الصقر". صدفة؟

ماذا عن الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام؟ تم إدخال LV "Rossiyanka" في عام 2007. ومن مميزات المشروع عودة وهبوط المرحلة الأولى مع التكرار المتكرر للمحركات القياسية. GRC لهم. Makeeva ، بصفتها المؤدي الرئيسي ، كانت لتصنيع متظاهر لمركبة إطلاق خفيفة مع مرحلة أولى قابلة لإعادة الاستخدام. كان من المخطط تنفيذ العمل وفقًا لاختصاصات TsNIIMASH في عام 2016.

12 ديسمبر 2011 GRTS لهم. قدمت Makeeva مركبة الإطلاق Rossiyanka في مسابقة Roscosmos لتطوير نظام الصواريخ والفضاء القابل لإعادة الاستخدام (MRKS) للمرحلة الأولى. ومع ذلك ، وفقا لنتائج المسابقة ، تم تلقي أمر لتطوير MRSKs من قبل GKNPTs im. خرونيشيفا مع مشروع "بايكال-أنغارا".
المتظاهر لم يصنع. من المخطط إجراء تصميم وبحث استكشافي لمركبة الإطلاق بخطوات أولى قابلة لإعادة الاستخدام. وستكون النتيجة تطوير مقترحات فنية ومشروع مفهوم لتطوير النظام الروسي لمنشآت الانسحاب حتى عام 2035.

محرك الأكسجين والهيدروجين RD0162D2A. المصدر: روسكوسموس

كجزء من برنامج MRKS نفسه ، يتم تطوير محرك RD0162D2A للأكسجين والهيدروجين بقوة دفع 85 طن بواسطة مكتب تصميم الهندسة الكيميائية فورونيج. في عام 2016 ، تم الإعلان عن 800 مليون روبل. تم تصميم العقد لمدة 3 سنوات متواصلة. في المستقبل ، تم إنشاء محركات في منتصف الرحلة مع دفع يصل إلى 200 طن لـ MRKS. في كانون الأول / ديسمبر من نفس العام ، مظاهرة محرك اختبار ناجحة. تم بدء تشغيل 10 محركات.

Jaxa

الجيل الحالي والمستقبلي من مركبات الإطلاق اليابانية. المصدر: وكالة جاكسا

وقعت وكالة الفضاء اليابانية (JAXA) في عام 2014 عقدًا مع Mitsubishi Heavy Industries (MHI) لإنشاء جيل جديد من مركبات الإطلاق H-3 مع الإطلاق الأول في عام 2020 ، والذي يتكون من مرحلتين من الهيدروجين والأكسجين وما يصل إلى أربعة معززات دافعة صلبة. في المرحلة الأولى ، سيتم تثبيت محركات 2 أو 3 LE-9 ، اعتمادًا على التكوين ، مع دفع 1470 كيلو نيوتن لكل منهما ودفع محدد يبلغ 426 ثانية. سيكون الحد الأقصى للحمولة لـ GPO 6.5 أطنان ، وقد تم تصميم التكوين الأخف لتقديم 4 أطنان إلى مدار متزامن مع الشمس بتكلفة تقديرية تبلغ 5 مليارات ين (44 مليون دولار) في عام 2015.

أيضًا ، على مدار السنوات الثلاث الماضية ، كان العمل جارًا لتقليل تكلفة الإطلاق إلى النصف ، مقارنةً بمركبة الإطلاق H-2A الحالية ، وفي الوقت نفسه مضاعفة عدد عمليات الإطلاق إلى 8 في السنة. ستركز فتحات الإطلاق الجديدة على استخدام عمليات إطلاق الأقمار الصناعية التجارية. تم إطلاق الإطلاق التجاري الأول في نوفمبر 2015 ، عندما أطلق H2-A ساتل الاتصالات الكندي Telstar 12 Vantage في المدار. من المقرر إطلاق عمليتين أخريين في 2018 و 2020.

RVT في الرحلة. المصدر: ISAS

يشار إلى أنه من عام 1998 إلى عام 2003 ، أجرت وكالة JAXA بحثًا عن أنظمة الإقلاع والهبوط الرأسي التي يمكن إعادة استخدامها كجزء من مشروع اختبار المركبات القابلة لإعادة الاستخدام (RVT) من قبل معهد علوم الفضاء والملاحة الفضائية (ISAS) في مركز نوشيرو لاختبار الصواريخ في شمال اليابان. تم بناء 4 عينات من الاختبارات الأرضية واختبارات الطيران. تلقت العينات العديد من التحسينات: الغلاف الديناميكي الهوائي ، ونظام مراقبة الموقع باستخدام النيتروجين ، والخزانات المركبة لتخزين الهيدروجين والأكسجين ، ونظام الملاحة GPS والقدرة على إعادة تشغيل المحرك أثناء الطيران. أثناء الطيران ، تم الوصول إلى ارتفاع 42 مترًا ودقة الهبوط 5 سم ، واقترح تطبيق جميع التطورات للجيل القادم ، والتي يمكن أن تصل حمولة 100 كجم إلى ارتفاع 100 كم. على الرغم من وعد التكنولوجيا ، تم إغلاق المشروع. لا توجد معلومات حول ما إذا كانت وكالة JAXA ستقوم بنسخ نهج SpaceX أو رفع إنجازاتها القديمة ، على الرغم من أنها أصبحت الآن أكثر صلة من أي وقت مضى.

الملخص

رد فعل معارضي SpaceX متأخر إلى حد ما ، والذي يمكن تفسيره من خلال المحافظة على صناعة الفضاء. بحلول 2020-2021 ، ستطير العديد من القرارات: هنا بروتون لايت ، فولكان (ULA) ، نيو جلين (بلو أوريجين) و أريان 6 (أريان سبيس). ستكون وسائط أكثر فعالية من حيث التكلفة ، ولكن SpaceX ليست خاملة. أطلقت الشركة 10 عمليات إطلاق هذا العام وتعتزم تنفيذ 12 عملية أخرى ، وفي عام 2019 تخطط لـ 52 عملية إطلاق ، وهو رقم لا يمكن تصوره. تم وضع المبدأ التوجيهي عالياً من قبل القيادة وغالباً ما لا يتحقق ، ولكن يمكن تفسير ثقتهم: في نهاية العام ، ستطير Falcon 9 Block 5 ، والتي تم تصميمها بحيث يمكن إطلاق المرحلة الأولى 10 مرات مع الحد الأدنى من الصيانة وبدون استبدال المكونات الأساسية. أيضًا في عام 2018 ، وعدوا بتوفير هدية الرأس ، والتي تقدر تكلفتها بـ 5-6 مليون دولار. وقد كلفت إعادة التشغيل الأولى للمرحلة الأولى المستخدمة بالفعل نصف تكلفة بناء واحدة جديدة ، على الرغم من أن تكلفة مركبة الإطلاق لا تظهر في المقدمة ، ولكن توفرها لبدء الحمل. حتى مع إعادة تشغيل واحدة للمرحلة الأولى ، يزداد أسطول شركات النقل المتاحة مرتين. الآن لدى SpaceX أكثر من 50 طلبًا في بيان الإطلاق ، لدى المنافسين كل شيء مخططًا له خلال 2-3 سنوات القادمة - ما يحدث الآن لن يكون له عواقب إلا بعد بضع سنوات. ولكن الآن يمكننا القول أنه في حالة عدم وجود حوادث فالكون 9 ، ستستحوذ SpaceX على معظم السوق لعمليات الإطلاق التجارية.

UPD: أضيفت جداول موجزة على الكتلة المعروضة والسعر لمركبات الإطلاق المختلفة.
شكرا على الجداول @ voyager-1 .

الصواريخ الموجودة:

المخطط: