Bagaimana SpaceX menurunkan harga peluncuran roket

Baru-baru ini, Elon Musk men-tweet dengan blak-blakan bahwa peluncuran SpaceX jauh lebih murah daripada layanan Boeing / Lockheed sehingga Anda dapat membangun satelit untuk perbedaannya.

Pada tahun 2014, Kantor Audit mengeluarkan laporan tentang evaluasi biaya program Angkatan Udara AS untuk meluncurkan satelit rahasia, yang diluncurkan secara eksklusif oleh ULA. Karena kurangnya transparansi dalam penetapan harga, sulit untuk mencocokkan label harga dengan penawaran dari SpaceX.

Pemerintah membayar jumlah tetap kepada ULA, terlepas dari roket mana yang digunakan saat peluncuran - baik itu Atlas V, Delta IV, atau Delta IV Heavy. Selain itu, ada kontrak EELV Launch Capability (ELC), di mana ULA menerima $ 860 juta per tahun untuk menyediakan akses ke ruang angkasa, bahkan jika tidak ada peluncuran. Selain itu, ULA menerima total $ 5 miliar dalam pengeluaran lain yang terkait dengan peralatan untuk produksi roket.

Monopoli ULA berakhir ketika SpaceX mulai memperjuangkan peluncuran muatan untuk keamanan nasional. Peluncuran pertama dilakukan pada bulan Mei tahun ini, atas perintah Badan Intelijen Nasional, dalam bentuk satelit rahasia NROL-76. Menurut pemerintah, dibandingkan langsung dengan ULA, biaya peluncuran SpaceX jauh lebih rendah.

Misalnya, 14 bulan lalu, Angkatan Udara AS menandatangani kontrak dengan SpaceX sebesar $ 83 juta untuk meluncurkan satelit GPS 3, dan pada Maret 2017 kontrak lain dimenangkan untuk meluncurkan satelit GPS 3 lain senilai $ 96,5 juta. Ini adalah biaya penuh dari peluncuran yang akan dibayar pemerintah, dan itu tidak dapat dibandingkan dengan $ 422 juta untuk satu peluncuran, yang ditetapkan dalam anggaran Angkatan Udara untuk tahun 2020.

Apa yang akan dijawab pesaing?

Selanjutnya, kita akan melihat bagaimana biaya peluncuran telah berubah dan akan berubah di antara para pesaing Falcon 9, langkah apa yang akan diambil para peserta dari pasar layanan peluncuran agar tidak kehilangan tempat mereka di bawah sinar matahari.

Asal biru

PH Glenn Baru. Sumber: Blue Origin

Tujuan pendiri perusahaan, Jeff Bezos, sama sekali tidak mendapat untung dari peluncuran satelit komersial, tetapi untuk memberikan kesempatan bagi jutaan orang untuk tinggal dan bekerja di luar angkasa, ia juga tidak memiliki ambisi untuk meluncurkan satelit pemerintah dan militer dan hanya berencana untuk memasok mesin BE-4 untuk kendaraan peluncuran baru ( PH) ULA Vulcan. Mesin roket BE-4, yang ditenagai oleh campuran oksigen cair dan gas alam cair, mulai dikembangkan pada tahun 2011 dan lebih dari $ 1 miliar telah dihabiskan untuk pengembangan. BE-4 yang didorong oleh permintaan ULA telah ditingkatkan menjadi 550tf.

Mesin yang sama direncanakan akan digunakan pada tahap pertama dari roket Blue Origin New Glenn baru dan peluncuran pertama akan dilakukan tidak lebih awal dari tahun 2020. Harga peluncuran New Glenn (NG) belum diketahui, tetapi dapat diperkirakan bahwa biayanya akan sebanding dengan Falcon 9, dan daya dukungnya akan 13 ton menjadi orbit geo-transisi (GPO).

Mempertimbangkan pengalaman peluncuran suborbital dari sistem take-off dan landing vertikal New Shepard, ketika tahap yang sama diluncurkan 5 kali tanpa modifikasi yang signifikan, pengalaman ini akan memungkinkan untuk melakukan pendaratan tahap pertama dalam beberapa tahun setelah peluncuran NG pertama.

ULA

Penguat Vulcan. Sumber: ULA

Harga peluncuran untuk beban pemerintah dan komersial sangat berbeda. Tekanan topeng di persidangan, dengan proposal untuk melarang terbang di Rusia RD-180 untuk Atlas 5 LV dan meninggalkan Delta IV yang benar-benar tidak menguntungkan, terbayar. Mereka memutuskan untuk meninggalkan mesin dan mengalokasikan dana yang signifikan untuk membuat pengganti. ULA, ketika memilih mesin untuk Vulcan LV baru, antara AR1 dan BE-4, condong mendukung yang kedua. AR1 tertinggal beberapa tahun dalam pengembangan, tidak menyiratkan penggunaan yang dapat digunakan kembali, dan perusahaan pengembangan terutama bergantung pada dana publik, tidak seperti BE-4 swasta.

Skema penyelamatan mesin SMART tahap pertama. Sumber: ULA

ULA memperkenalkan konsep penghematan mesin tahap pertama dan SMART avionik (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology). Mesin dipisahkan dari akselerator setelah pemisahan tahap pertama dan kedua. Perlindungan tiup terungkap, yang membantu memperlambat jatuhnya blok mesin di bawah kecepatan supersonik dan kemudian, blok yang diterjunkan diselamatkan oleh helikopter di udara.

Tanpa peningkatan frekuensi peluncuran, perusahaan tidak melihat kemanfaatan dalam penggunaan kembali. Total penghematan akan mencapai 30 persen, tetapi dana yang signifikan akan dibutuhkan untuk pengembangan teknologi. ULA akan bergerak ke arah ini, tetapi uji terbang pertama akan berlangsung tidak lebih awal dari 2024.

Karena hype sekitar harga peluncuran, ULA telah menciptakan situs desainer roket Atlas 5, rocketbuilder.com . Disebutkan bahwa roket ringan berharga $ 109 juta, dan yang terberat dengan lima akselerator, mampu membawa 8.856 kg, $ 157 juta ke GPO. Secara tidak langsung, sejak 2010, dari 52 peluncuran, hanya 4 yang komersial pada 2010. CEO ULA Tori Bruno menekankan bahwa hanya dalam beberapa tahun, harga minimum telah dikurangi dari $ 191 juta menjadi $ 109 juta.

Badan Antariksa Eropa (ESA)

Kendaraan peluncuran Ariane 6. Sumber: Airbus Safran Launchers (ASL)

Badan Antariksa Eropa saat ini meluncurkan kendaraan peluncuran Vega dan Ariane 5, yang komponen-komponennya diproduksi di seluruh daftar negara-negara UE dan dengan murah hati disubsidi. Pada saat yang sama, peluncuran komersial Ariane 5 menelan biaya $ 180-240 juta, tetapi meluncurkan 2 satelit berat sekaligus (total 10 ton), yang karenanya ada permintaan besar di pasar.

Desain Ariane 6, yang merupakan penerus dari Ariane 5 yang ada, disajikan pada tahun 2012 dengan peluncuran pertama yang direncanakan pada tahun 2020. Awalnya, desain terdiri dari 3 penguat bahan bakar padat di tahap pertama dan satu di tahap kedua untuk output 6.500 kg untuk GPO. Pengembangan ini disponsori oleh ESA (proyek ini bernilai 4 miliar euro - sekarang dikurangi menjadi 2,4 miliar euro), dan Peluncur Airbas Safran (ASL) dipilih sebagai kontraktor utama. Selanjutnya, desain direvisi untuk mendukung efektivitas biaya yang lebih besar, karena perluasan SpaceX, yang secara langsung bersaing untuk peluncuran komersial. Desain akhir melibatkan 2 versi: Ariane A62 dan Ariane A64 c dengan dua dan empat bahan bakar padat. Harga dan payload untuk GPO masing-masing 5.000 kg untuk 75 juta euro dan 10.500 kg untuk 90 juta euro. Biaya awal harus dikurangi berkat reorganisasi produksi, pengurangan jumlah personel sebesar 30% dari 8.000 orang, penggunaan pencetakan 3D dan ditinggalkannya perakitan vertikal. Roket akan dirakit secara horizontal di Le Mirabeau, dan kemudian diangkut ke Guyana Prancis untuk integrasi akselerator dan muatan. Direncanakan untuk memasuki jadwal peluncuran 11-12 per tahun hingga tahun 2023.

ESA telah mengalokasikan tahap pertama € 80 juta untuk menciptakan mesin roket Prometeus yang dapat digunakan kembali yang ditenagai oleh pasangan bahan bakar oksigen metana + cair. Biaya satu mesin akan menjadi 1 juta euro - hanya sepersepuluh dari biaya mesin hidrogen saat ini dari Vulcain 2 tahap pertama untuk Ariane 5. Tes kebakaran akan dimulai pada tahun 2020 dengan penerbangan pertama pada tahun 2030.

Roskosmos

Harga "Proton" telah berubah tergantung pada kondisi pasar agar tetap menjadi operator yang kompetitif. Jadi pada 2014, biayanya $ 115 juta, sekarang dikurangi menjadi $ 70 juta, sebagai oposisi terhadap Falcon 9 dengan harga tetap $ 62,5 juta.

Terlepas dari kenyataan bahwa Proton akan terbang hingga 2025, diputuskan untuk membuat versi yang lebih murah dari Proton Medium dan Proton Light pada tahun 2020. Diputuskan untuk memperpanjang tank tahap pertama dan ketiga dan sepenuhnya menyingkirkan yang kedua. Akibatnya, muatan pada GPO akan sebanding dengan Falcon 9. Kepemimpinan Pusat. Khrunicheva percaya bahwa biaya roket dapat dikurangi 25% dibandingkan dengan Proton-M LV, yang akan membawa biaya peluncuran lebih dekat ke $ 50-55 juta.

Perbandingan modifikasi "Proton". Sumber: ILS

Setelah kerusakan dalam hubungan dengan YuzhMash, kendaraan peluncuran menengah Zenit sedang dikembangkan sebagai bagian dari proyek pengembangan Phoenix, yang memiliki harga peluncuran terendah dalam kategori bobotnya dan yang, mungkin, terinspirasi oleh Ilon Mask. Kendaraan peluncuran Soyuz-5 baru, alias Sunkar, akan menggunakan tabel peluncuran Zenit baik di Baikonur dan di platform mengambang Sea Launch. Tes penerbangan Sunkar harus dimulai pada 2024, menurut dokumen Roscosmos. Dan sudah pada tahun 2025 direncanakan untuk memulai operasi komersial Sunkara. Dalam sebuah wawancara, Elon Musk mengatakan bahwa roket favoritnya setelah Falcon 9 (diterjemahkan sebagai "elang") adalah "Zenith". Sunkar diterjemahkan dari Kazakh sebagai "elang". Kebetulan?

Bagaimana dengan sistem yang dapat digunakan kembali? LV "Rossiyanka" diperkenalkan pada 2007. Fitur proyek ini adalah kembalinya dan pendaratan tahap pertama dengan pengulangan mesin standar. GRC mereka. Makeeva, sebagai pemain utama, adalah memproduksi demonstran kendaraan peluncuran ultralight dengan tahap pertama yang dapat digunakan kembali. Pekerjaan itu direncanakan akan dilakukan sesuai dengan kerangka acuan TsNIIMASH pada tahun 2016.

12 Desember 2011 GRTS mereka. Makeeva memperkenalkan kendaraan peluncuran Rossiyanka di kompetisi Roscosmos untuk pengembangan Reusable Rocket and Space System (MRKS) tahap pertama. Namun, menurut hasil kompetisi, perintah untuk pengembangan MRSK diterima oleh GKNPC Khrunicheva dengan proyek "Baikal-Angara".
Demonstran tidak diproduksi. Direncanakan untuk melakukan penelitian desain dan eksplorasi pada kendaraan peluncuran dengan langkah pertama yang dapat digunakan kembali. Hasilnya akan menjadi pengembangan proposal teknis dan konsep konsep untuk pengembangan sistem fasilitas penarikan Rusia sampai 2035.

Mesin oksigen-hidrogen RD0162D2A. Sumber: Roskosmos

Sebagai bagian dari program MRKS yang sama, mesin oksigen-hidrogen RD0162D2A dengan daya 85 ton sedang dikembangkan oleh Biro Desain Teknik Kimia Voronezh. Pada 2016, 800 juta rubel diumumkan. Kontrak ini dirancang selama 3 tahun dengan kelanjutan. Di masa depan, penciptaan mesin mid-flight dengan daya dorong hingga 200 ton untuk MRKS. Pada bulan Desember tahun yang sama, seorang demonstran mesin uji berhasil. 10 start mesin dilakukan.

Jaxa

Generasi sekarang dan masa depan kendaraan peluncuran Jepang. Sumber: JAXA

Japan Space Agency (JAXA) pada tahun 2014 menandatangani kontrak dengan Mitsubishi Heavy Industries (MHI) untuk pembuatan generasi baru kendaraan peluncuran H-3 dengan peluncuran pertama pada tahun 2020, yang terdiri dari 2 tahap oksigen-hidrogen dan hingga empat booster propelan padat. Pada tahap pertama, 2 atau 3 mesin LE-9 akan dipasang, tergantung pada konfigurasi, dengan daya dorong masing-masing 1470 kN dan impuls spesifik 426 detik. Muatan maksimum pada GPO akan menjadi 6,5 ton, dan konfigurasi paling ringan dirancang untuk mengirimkan 4 ton ke orbit sun-syncous dengan perkiraan biaya 5 miliar yen ($ 44 juta) pada 2015.

Juga, selama tiga tahun terakhir, pekerjaan telah berlangsung untuk mengurangi separuh biaya peluncuran, dibandingkan dengan kendaraan peluncuran H-2A saat ini, dan pada saat yang sama menggandakan jumlah peluncuran menjadi 8 per tahun. Slot peluncuran baru akan fokus pada penggunaan peluncuran satelit komersial. Peluncuran komersial pertama dilakukan pada November 2015, ketika H2-A meluncurkan satelit telekomunikasi Kanada Telstar 12 Vantage ke orbit. 2 peluncuran lainnya dijadwalkan untuk 2018 dan 2020.

RVT dalam penerbangan. Sumber: ISAS

Patut dicatat bahwa dari tahun 1998 hingga 2003, JAXA melakukan penelitian tentang sistem take-off dan landing vertikal yang dapat digunakan kembali sebagai bagian dari proyek Reusable Vehicle Testing (RVT) oleh Institute of Space dan Astronautical Science (ISAS) di Noshiro Rocket Testing Center di Jepang utara. 4 sampel uji dibangun untuk uji terbang dan darat. Sampel menerima banyak perbaikan: cangkang aerodinamik, sistem pemantauan posisi menggunakan nitrogen, tangki komposit untuk menyimpan hidrogen dan oksigen, sistem navigasi GPS dan kemampuan untuk menghidupkan kembali mesin dalam penerbangan. Dalam penerbangan, ketinggian 42 meter tercapai dan akurasi pendaratan 5 cm. Diusulkan untuk menerapkan semua pengembangan untuk generasi berikutnya, yang dapat membawa muatan 100 kg ke ketinggian 100 km. Terlepas dari janji teknologi, proyek itu ditutup. Tidak ada informasi tentang apakah JAXA akan menyalin pendekatan SpaceX atau meningkatkan pencapaian lamanya, meskipun sekarang ini menjadi lebih relevan dari sebelumnya.

Ringkasan

Reaksi lawan SpaceX agak terlambat, yang dapat dijelaskan oleh konservatisme industri ruang angkasa. Pada 2020-2021, banyak keputusan akan terbang: di sini adalah Proton Light, Vulcan (ULA), New Glenn (Blue Origin) dan Ariane 6 (Arianespace). Ini akan menjadi media yang lebih hemat biaya, tetapi SpaceX tidak menganggur. Perusahaan ini membuat 10 peluncuran tahun ini dan bermaksud untuk melakukan 12 lagi, dan pada tahun 2019 berencana untuk meluncurkan 52, sebuah angka yang tidak terpikirkan. Pedoman ini ditetapkan tinggi oleh kepemimpinan dan sering kali tidak tercapai, tetapi kepercayaan mereka dapat dijelaskan: pada akhir tahun, Falcon 9 Block 5 akan terbang, yang dirancang sehingga tahap pertama dapat diluncurkan 10 kali dengan perawatan minimal dan tanpa mengganti komponen-komponen penting. Juga pada tahun 2018, mereka berjanji untuk menyelamatkan head fairing, yang biayanya diperkirakan mencapai $ 5-6 juta. Restart pertama dari tahap pertama yang digunakan telah menghabiskan biaya setengah dari biaya membangun yang baru, meskipun bukan biaya kendaraan peluncuran datang ke permukaan, tetapi ketersediaannya untuk memulai beban. Bahkan dengan satu kali restart dari tahap pertama, armada operator yang tersedia meningkat 2 kali lipat. Sekarang SpaceX memiliki lebih dari 50 pesanan dalam manifes peluncuran, pesaing telah merencanakan segalanya untuk 2-3 tahun ke depan - apa yang terjadi sekarang akan memiliki konsekuensi hanya setelah beberapa tahun. Tetapi sekarang kita dapat mengatakan bahwa dengan tidak adanya kecelakaan Falcon 9, SpaceX akan menangkap sebagian besar pasar untuk peluncuran komersial.

UPD: Menambahkan tabel ringkasan pada massa yang ditampilkan dan harga untuk berbagai kendaraan peluncur.
Terima kasih untuk tabel @ voyager-1 .

Roket yang ada:

Direncanakan: