Wie SpaceX die Raketenstartpreise senkte

Kürzlich hat Elon Musk unverblümt getwittert, dass SpaceX-Starts so viel billiger sind als Boeing / Lockheed-Dienste, dass Sie einen Satelliten für den Unterschied bauen können.

2014 veröffentlichte das Audit Office einen Bericht über die Bewertung der Kosten von US-Luftwaffenprogrammen für den Start geheimer Satelliten, die ausschließlich von der ULA gestartet wurden. Aufgrund der mangelnden Transparenz bei der Preisgestaltung war es schwierig, die Preisschilder mit dem Angebot von SpaceX abzugleichen.

Die Regierung zahlt einen festen Betrag an die ULA, unabhängig davon, welche Rakete beim Start eingesetzt wurde - sei es Atlas V, Delta IV oder Delta IV Heavy. Darüber hinaus gibt es einen EELV Launch Capability (ELC) -Vertrag, bei dem die ULA jährlich 860 Millionen US-Dollar erhält, um Zugang zum Weltraum zu erhalten, selbst wenn keine Starts stattgefunden haben. Die ULA erhielt außerdem sonstige Ausgaben in Höhe von insgesamt 5 Milliarden US-Dollar für Ausrüstung zur Herstellung von Raketen.

Das ULA-Monopol endete, als SpaceX begann, für Nutzlaststarts für die nationale Sicherheit zu kämpfen. Der erste Start erfolgte im Mai dieses Jahres im Auftrag der National Intelligence Agency in Form eines geheimen Satelliten NROL-76. Nach Angaben der Regierung sind die Kosten für den Start von SpaceX im direkten Vergleich zu ULA erheblich niedriger.

Zum Beispiel hat die US-Luftwaffe vor 14 Monaten einen Vertrag mit SpaceX in Höhe von 83 Millionen US-Dollar über den Start des GPS 3-Satelliten unterzeichnet. Im März 2017 wurde ein weiterer Vertrag über den Start eines weiteren GPS 3-Satelliten im Wert von 96,5 Millionen US-Dollar abgeschlossen. Dies sind die vollen Kosten des Starts, die die Regierung zahlen wird, und sie können nicht mit den 422 Millionen US-Dollar für einen einzelnen Start verglichen werden, die im Budget der Luftwaffe für 2020 festgelegt sind.

Was werden die Wettbewerber antworten?

Als nächstes werden wir untersuchen, wie sich die Kosten für Starts verändert haben und wie sich die Wettbewerber von Falcon 9 unter den Wettbewerbern von Falcon 9 verändern werden, um ihren Platz in der Sonne nicht zu verlieren.

Blauer Ursprung

PH New Glenn. Quelle: Blauer Ursprung

Das Ziel des Firmengründers Jeff Bezos ist es keineswegs, von der Einführung kommerzieller Satelliten zu profitieren, sondern Millionen von Menschen die Möglichkeit zu geben, im Weltraum zu leben und zu arbeiten. Er hat auch keine Ambitionen, Regierungs- und Militärsatelliten zu starten, und plant nur, seine BE-4-Triebwerke für eine neue Trägerrakete zu liefern ( PH) ULA Vulcan. Ein BE-4-Raketentriebwerk, das mit einer Mischung aus flüssigem Sauerstoff und verflüssigtem Erdgas angetrieben wird, begann 2011 mit der Entwicklung. Mehr als 1 Milliarde US-Dollar wurden bereits für die Entwicklung ausgegeben. Der BE-4-Schub wurde auf Antrag von ULA auf 550 tf erhöht.

Der gleiche Motor soll in der ersten Phase der neuen Blue Origin New Glenn-Rakete eingesetzt werden. Der erste Start wird frühestens 2020 erfolgen. Der Startpreis für New Glenn (NG) ist noch nicht bekannt, es ist jedoch zu erwarten, dass die Kosten mit denen des Falcon 9 vergleichbar sind und die Tragfähigkeit 13 beträgt Tonnen in die geo-Übergangsbahn (GPO).

In Anbetracht der Erfahrungen mit suborbitalen Starts des vertikalen Start- und Landesystems New Shepard, bei denen dieselbe Etappe fünfmal ohne wesentliche Änderungen gestartet wurde, wird diese Erfahrung es ermöglichen, die Landung der ersten Etappen für mehrere Jahre nach dem ersten Start von NG zu erarbeiten.

ULA

Vulkanischer Booster. Quelle: ULA

Der Einführungspreis für staatliche und kommerzielle Ladungen ist sehr unterschiedlich. Der Druck von Mask in der mündlichen Verhandlung mit dem Vorschlag, das Fliegen auf der russischen RD-180 für den Atlas 5 LV zu verbieten und das völlig unrentable Delta IV zu verlassen, zahlte sich aus. Sie beschlossen, den Motor aufzugeben, und stellten erhebliche Mittel zur Verfügung, um einen Ersatz zu schaffen. ULA lehnte sich bei der Auswahl eines Motors für seinen neuen Vulcan LV zwischen AR1 und BE-4 für den zweiten. AR1 ist mehrere Jahre in der Entwicklung zurückgeblieben, impliziert keine wiederverwendbare Nutzung, und das Entwicklungsunternehmen ist im Gegensatz zum privaten BE-4 hauptsächlich auf öffentliche Mittel angewiesen.

Das Schema der Rettung von Motoren der ersten Stufe SMART. Quelle: ULA

ULA führte das Konzept der Einsparung von Motoren der ersten Stufe und der SMART-Avionik (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology) ein. Die Motoren werden nach der Trennung der ersten und zweiten Stufe vom Gaspedal getrennt. Es wird ein aufblasbarer Schutz aufgedeckt, der dazu beiträgt, das Herunterfallen des Motorblocks unter die Überschallgeschwindigkeit zu verlangsamen. Anschließend wird der Fallschirm mit einem Hubschrauber in der Luft gerettet.

Ohne eine Erhöhung der Starthäufigkeit sieht das Unternehmen keine Zweckmäßigkeit in der Wiederverwendbarkeit. Die Gesamteinsparungen betragen bis zu 30 Prozent, für die Entwicklung der Technologie sind jedoch erhebliche Mittel erforderlich. ULA wird sich in diese Richtung bewegen, aber der erste Testflug wird frühestens 2024 stattfinden.

Aufgrund des Rummels um die Einführungspreise hat ULA die Atlas 5-Raketendesigner-Website rocketbuilder.com erstellt . Es wird angegeben, dass eine leichte Rakete 109 Millionen US-Dollar kostet und die schwerste mit fünf Beschleunigern, die 8856 kg und 157 Millionen US-Dollar zum GPO bringen können. Ab 2010 waren indirekt von 52 Starts seit 2010 nur 4 kommerziell. Tori Bruno, CEO von ULA, betonte, dass der Mindestpreis in nur wenigen Jahren von 191 Mio. USD auf 109 Mio. USD gesenkt wurde.

Europäische Weltraumorganisation (ESA)

Trägerrakete Ariane 6 Quelle: Airbus Safran Launchers (ASL)

Die Europäische Weltraumorganisation bringt derzeit Trägerraketen Vega und Ariane 5 auf den Markt, deren Komponenten auf der gesamten Liste der EU-Länder hergestellt und großzügig subventioniert werden. Gleichzeitig kostet der kommerzielle Start von Ariane 5 180 bis 240 Millionen US-Dollar, startet jedoch zwei schwere Satelliten gleichzeitig (insgesamt 10 Tonnen), wodurch auf dem Markt eine große Nachfrage besteht.

Das Design der Ariane 6, die der Nachfolger der bestehenden Ariane 5 ist, wurde 2012 mit dem geplanten ersten Start im Jahr 2020 vorgestellt. Zunächst bestand das Design aus 3 Festbrennstoff-Boostern in der ersten Stufe und einem in der zweiten Stufe für die Leistung von 6.500 kg für das GPO. Die Entwicklung wurde von der ESA gesponsert (das Projekt hatte einen Wert von 4 Milliarden Euro - jetzt auf 2,4 Milliarden Euro reduziert), und Airbas Safran Launchers (ASL) wurde als Hauptauftragnehmer ausgewählt. In der Folge wurde das Design aufgrund der Erweiterung von SpaceX, das direkt um kommerzielle Markteinführungen konkurriert, zugunsten einer höheren Kosteneffizienz überarbeitet. Das endgültige Design umfasst zwei Versionen: Ariane A62 und Ariane A64 c mit zwei und vier Festbrennstoff-Boostern. Der Preis und die Nutzlast für GPO betragen 5.000 kg für 75 Millionen Euro bzw. 10.500 kg für 90 Millionen Euro. Die Anlaufkosten sollten dank der Umstrukturierung der Produktion, einer Reduzierung des Personalbestands um 30% von 8.000 Personen, des Einsatzes des 3D-Drucks und der Aufgabe der vertikalen Montage gesenkt werden. Die Rakete wird horizontal in Le Mirabeau montiert und dann zur Integration von Beschleunigern und Nutzlast nach Französisch-Guayana transportiert. Es ist geplant, den Zeitplan von 11-12 Starts pro Jahr bis 2023 einzugeben.

Die ESA hat die erste Tranche in Höhe von 80 Mio. EUR für den neuen wiederverwendbaren Raketentriebwerk Prometeus bereitgestellt, der von einem Paar aus Methan und flüssigem Sauerstoff angetrieben wird. Die Kosten für einen Motor betragen 1 Million Euro - nur ein Zehntel der Kosten des aktuellen Wasserstoffmotors der ersten Stufe Vulain 2 für die Ariane 5. Die Brandversuche beginnen 2020 mit dem Erstflug 2030.

Roskosmos

Der Preis von "Proton" hat sich je nach Marktbedingungen geändert, um ein wettbewerbsfähiger Carrier zu bleiben. Im Jahr 2014 beliefen sich die Kosten auf 115 Millionen US-Dollar, jetzt sind es 70 Millionen US-Dollar, als Opposition gegen den Falcon 9 mit einem Festpreis von 62,5 Millionen US-Dollar.

Trotz der Tatsache, dass der Proton bis 2025 fliegen wird, wurde beschlossen, bis 2020 billigere Versionen von Proton Medium und Proton Light zu entwickeln. Es wurde beschlossen, die Panzer der ersten und dritten Stufe zu erweitern und die zweite vollständig loszuwerden. Infolgedessen ist die Nutzlast des Gruppenrichtlinienobjekts mit der des Falcon 9 vergleichbar. Die Leitung des Zentrums. Khrunicheva glaubt, dass die Kosten der Rakete im Vergleich zum Proton-M LV um 25% gesenkt werden können, was die Startkosten näher an 50-55 Millionen US-Dollar bringen wird.

Modifikationsvergleich "Proton". Quelle: ILS

Nach dem Zusammenbruch der Beziehungen zu YuzhMash wird die mittlere Trägerrakete Zenit im Rahmen des Phoenix-Entwicklungsprojekts entwickelt, das den niedrigsten Startpreis in seiner Gewichtsklasse hatte und möglicherweise von Ilon Mask inspiriert wurde. Die neue Sojus-5-Trägerrakete, auch bekannt als Sunkar, wird Zenit-Starttische sowohl auf Baikonur als auch auf der schwimmenden Plattform Sea Launch verwenden. Die Flugtests der Sunkar sollen nach den Unterlagen von Roscosmos im Jahr 2024 beginnen. Und bereits im Jahr 2025 ist geplant, den kommerziellen Betrieb der Sunkara aufzunehmen. In einem Interview sagte Elon Musk, dass seine Lieblingsrakete nach Falcon 9 (übersetzt als „Falcon“) „Zenith“ ist. Sunkar wird aus dem Kasachischen als "Falke" übersetzt. Zufall?

Was ist mit wiederverwendbaren Systemen? LV "Rossiyanka" wurde 2007 eingeführt. Ein Merkmal des Projekts ist die Rückkehr und Landung der ersten Stufe unter wiederholter Einbeziehung von Standardmotoren. GRC sie. Makeeva sollte als Hauptdarsteller einen Demonstrator einer ultraleichten Trägerrakete mit einer wiederverwendbaren ersten Stufe herstellen. Die Arbeiten sollten 2016 gemäß den Vorgaben von TsNIIMASH durchgeführt werden.

12. Dezember 2011 GRTS sie. Makeeva stellte die Rossiyanka-Trägerrakete beim Roscosmos-Wettbewerb für die Entwicklung des wiederverwendbaren Raketen- und Raumfahrtsystems (MRKS) der ersten Stufe vor. Nach den Ergebnissen des Wettbewerbs erhielt der GKNPC jedoch einen Auftrag zur Entwicklung von MRSKs. Khrunicheva mit dem Projekt "Baikal-Angara".
Der Demonstrator wurde nicht hergestellt. Es ist geplant, Design- und Explorationsuntersuchungen an der Trägerrakete mit wiederverwendbaren ersten Schritten durchzuführen. Das Ergebnis wird die Entwicklung technischer Vorschläge und eines Konzeptentwurfs für die Entwicklung des russischen Systems von Rücknahmeeinrichtungen bis 2035 sein.

Sauerstoff-Wasserstoff-Motor RD0162D2A. Quelle: Roskosmos

Im Rahmen desselben MRKS-Programms wird der Sauerstoff-Wasserstoff-Motor RD0162D2A mit einem Schub von 85 Tonnen vom Voronezh Chemical Engineering Design Bureau entwickelt. Im Jahr 2016 wurden 800 Millionen Rubel angekündigt. Der Vertrag hat eine Laufzeit von 3 Jahren und wird fortgesetzt. Zukünftig die Schaffung von Mitteltriebwerken mit einem Schub von bis zu 200 Tonnen für MRKS. Im Dezember desselben Jahres ein erfolgreicher Testmotordemonstrator. Es wurden 10 Motorstarts durchgeführt.

Jaxa

Aktuelle und zukünftige Generation japanischer Trägerraketen. Quelle: JAXA

2014 unterzeichnete die Japan Space Agency (JAXA) mit Mitsubishi Heavy Industries (MHI) einen Vertrag über die Schaffung einer neuen Generation von H-3-Trägerraketen mit ihrem ersten Start im Jahr 2020, die aus zwei Sauerstoff-Wasserstoff-Stufen und bis zu vier Festtreibstoff-Boostern besteht. In der ersten Phase werden je nach Konfiguration 2 oder 3 LE-9-Motoren mit einem Schub von jeweils 1470 kN und einem spezifischen Impuls von 426 Sekunden installiert. Die maximale Nutzlast des Gruppenrichtlinienobjekts beträgt 6,5 Tonnen. Die leichteste Konfiguration ist für die Lieferung von 4 Tonnen an eine sonnensynchrone Umlaufbahn mit geschätzten Kosten von 5 Milliarden Yen (44 Millionen US-Dollar) im Jahr 2015 ausgelegt.

Außerdem wurden in den letzten drei Jahren Arbeiten durchgeführt, um die Kosten für Starts im Vergleich zum aktuellen Startfahrzeug H-2A zu halbieren und gleichzeitig die Anzahl der Starts auf 8 pro Jahr zu verdoppeln. Neue Startplätze konzentrieren sich auf die Verwendung von Starts kommerzieller Satelliten. Der erste kommerzielle Start erfolgte im November 2015, als der H2-A den kanadischen Telekommunikationssatelliten Telstar 12 Vantage in die Umlaufbahn brachte. Weitere zwei Starts sind für 2018 und 2020 geplant.

RVT im Flug. Quelle: ISAS

Es ist bemerkenswert, dass JAXA von 1998 bis 2003 im Rahmen des RVT-Projekts (Reusable Vehicle Testing) des Instituts für Weltraum- und Astronautik (ISAS) am Noshiro Rocket Testing Center in Nordjapan Untersuchungen zu wiederverwendbaren vertikalen Start- und Landesystemen durchgeführt hat. Für Boden- und Flugtests wurden 4 Testmuster gebaut. Die Proben erhielten viele Verbesserungen: aerodynamische Hülle, Positionsüberwachungssystem mit Stickstoff, Verbundtanks zur Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff, GPS-Navigationssystem und die Möglichkeit, den Motor im Flug neu zu starten. Im Flug wurde eine Höhe von 42 Metern erreicht und die Landegenauigkeit betrug 5 cm. Es wurde vorgeschlagen, alle Entwicklungen für die nächste Generation anzuwenden, die eine Nutzlast von 100 kg auf eine Höhe von 100 km bringen könnten. Trotz des Versprechens der Technologie wurde das Projekt abgeschlossen. Es gibt keine Informationen darüber, ob JAXA den SpaceX-Ansatz kopieren oder seine alten Erfolge steigern wird, obwohl er jetzt relevanter als je zuvor wird.

Zusammenfassung

Die Reaktion der SpaceX-Gegner ist etwas verspätet, was durch den Konservatismus der Raumfahrtindustrie erklärt werden kann. Bis 2020-2021 werden viele Entscheidungen getroffen: Hier sind Proton Light, Vulcan (ULA), New Glenn (Blue Origin) und Ariane 6 (Arianespace). Es werden kostengünstigere Medien sein, aber SpaceX ist nicht inaktiv. Das Unternehmen hat in diesem Jahr 10 Starts durchgeführt und beabsichtigt, 12 weitere durchzuführen. 2019 sind 52 Starts geplant, eine undenkbare Zahl. Der Leitfaden wird von der Führung hoch gelegt und oft nicht erreicht, aber ihr Vertrauen kann erklärt werden: Am Ende des Jahres wird der Falcon 9 Block 5 fliegen, der so konzipiert ist, dass die erste Stufe zehnmal mit minimalem Wartungsaufwand und ohne Austausch wesentlicher Komponenten gestartet werden kann. Ebenfalls im Jahr 2018 versprechen sie, die Kopfverkleidung einzusparen, deren Kosten auf 5 bis 6 Millionen US-Dollar geschätzt werden. Der erste Neustart der gebrauchten ersten Stufe hat bereits die Hälfte der Kosten für den Bau einer neuen Stufe gekostet, obwohl nicht die Kosten für die Trägerrakete in den Vordergrund treten, sondern deren Verfügbarkeit um die Ladung zu starten. Selbst mit einem einzigen Neustart der ersten Stufe erhöht sich die Flotte der verfügbaren Fluggesellschaften um das Zweifache. Jetzt hat SpaceX mehr als 50 Bestellungen im Startmanifest, die Wettbewerber haben alles für die nächsten 2-3 Jahre geplant - was jetzt passiert, wird erst nach wenigen Jahren Konsequenzen haben. Aber jetzt können wir sagen, dass SpaceX ohne Unfälle mit Falcon 9 den größten Teil des Marktes für kommerzielle Markteinführungen erobern wird.

UPD: Es wurden Übersichtstabellen zur angezeigten Masse und zum angezeigten Preis für verschiedene Trägerraketen hinzugefügt.
Danke für die Tische @ voyager-1 .

Bestehende Raketen:

Geplant: