Baru-baru ini, sebuah konferensi yang diselenggarakan oleh Akademi Aerospace Prancis diadakan di Paris. Salah satu pembicara adalah Jean-Marc Astorg, kepala CNES (Pusat Penelitian Antariksa Nasional). Dia menghabiskan seluruh karirnya di direktorat, bekerja di Vega, Ariane 5 ECA, Soyuz di Guyana Prancis, dan pada 2015 dia diangkat sebagai Direktur Kerja dengan Booster. Dia mengungkapkan banyak detail teknis, berbagi rencana untuk masa depan dan berbicara tentang reaksi Eropa terhadap kendaraan peluncuran Amerika yang dapat digunakan kembali. Artikel ini adalah wawancara terjemahan, dilengkapi dengan slide yang ia tunjukkan selama presentasinya.
“Ketika saya mulai bekerja di CNES pada tahun 1985, segera setelah lulus dari sekolah teknik, penggunaan kembali memiliki citra yang sangat negatif. Terutama karena pesawat ulang-alik Amerika, yang sama sekali tidak dapat mencapai tujuan aslinya. Awalnya, biaya yang diharapkan adalah $ 30 juta per peluncuran dan dengan frekuensi satu peluncuran per minggu, pada akhirnya harganya sekitar $ 1 miliar per peluncuran dengan 6 dimulai per tahun. Dengan cara ini
, kami membangun roket Ariane berdasarkan pengalaman buruk pesawat ulang-alik itu. Hari ini, Ariane 6 adalah respons Eropa pertama terhadap rudal Amerika yang dapat digunakan kembali.
Sebelum kita mempelajari detailnya, saya akan segera mengingatkan Anda tentang realitas ekonomi. Antara 2017 dan 2018, anggaran NASA meningkat, dan peningkatan ini mencapai seluruh anggaran tahunan CNES. Adapun pasar peluncuran global, itu mewakili banyak peluncuran satelit per tahun, tetapi hanya sekitar 25 di antaranya yang terbuka untuk kompetisi komersial global. Sebagian besar peluncuran komersial adalah untuk satelit komunikasi geostasioner, tetapi kami tidak tahu apakah pasar akan tetap sama.
Sedikit sejarah tentang pengembangan kendaraan peluncuran Eropa: Ariane 1 adalah kesuksesan komersial yang tak terduga berkat kegagalan Shuttle. Itu dioperasikan tepat pada waktu yang tepat. Berkat evolusi Ariane 4, kami telah mencapai batas tertinggi untuk kemampuan konsep Ariane 1, jadi kami mengembangkan Ariane 5. Selama 20 tahun, ini telah menjadi kendaraan peluncuran komersial terkemuka di dunia. Salah satu keunggulan kami adalah lokasi landasan peluncuran Kourou kami, di Guyana Prancis.
Kami mendapat pangsa pasar yang layak, mengingat dana yang relatif kecil di Eropa. Saat ini, ada kemauan politik di Amerika Serikat untuk kembali ke pasar komersial dan memulihkan landasan yang hilang. Ada perkembangan pH di seluruh dunia, dari peserta negara dan komersial, karena peningkatan yang diharapkan di pasar. Untuk pH, penting untuk semurah mungkin. Saat ini, harga sekitar 10.000 euro per kilogram ketika diluncurkan ke orbit geostationary (GTO). Harap dicatat bahwa sebagian besar pH dalam pengembangan bersifat sekali pakai, oleh karena itu Ariane 6 tidak terkecuali dalam hal ini.
Untuk memberikan gambaran singkat tentang upaya dunia dalam pengembangan kapabilitas peluncuran baru, cukup untuk mengingat bahwa Cina memiliki program luar angkasa dengan kemajuan luar biasa di semua lini - ini adalah LV baru dan pesawat ruang angkasa. Itu membuat kita menguning karena iri. Mereka mengumumkan bahwa mereka juga mengembangkan kendaraan peluncuran yang dapat digunakan kembali: Long 8 Maret, akan diluncurkan pada 2028.
Di AS, kita tidak boleh menentang upaya ruang publik dan swasta: SpaceX sebagian besar adalah ciptaan NASA, berkat bantuan teknis dan keuangan.
Di Eropa, alasan utama keberadaan program luar angkasa dan kemungkinan peluncurannya adalah akses independen ke ruang angkasa. Kami menyadari hal ini pada hari yang sama ketika kami ingin meluncurkan satelit komunikasi pertama kami, Symphonie, dengan kendaraan peluncuran Amerika. Mereka sepakat untuk meluncurkan, tetapi hanya dengan syarat satelit tidak akan digunakan untuk tujuan komersial. Ini menunjukkan bahwa kita harus percaya diri pada diri kita sendiri dan pada kemampuan kita. Namun, di Eropa ada kebutuhan untuk tidak lebih dari 4-5 peluncuran per tahun. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk memiliki andil dalam pasar komersial agar industri kedirgantaraan kita tetap hidup.
Kami mengharapkan dimulainya kembali kompetisi di Amerika Serikat. Ariane 6 awalnya diusulkan pada 2009 ketika kami menyadari bahwa Falcon 9 SpaceX terbukti memiliki pH yang baik dengan kinerja tinggi dengan biaya rendah. Oleh karena itu, tujuan utama Ariane 6 adalah untuk mengurangi biaya. Namun, keputusan untuk membiayai program ini dibuat hanya pada tahun 2014, yang sangat terlambat. Pengambilan keputusan yang lambat di Eropa adalah masalah serius.
Ariane 6 adalah roket satu kali yang sangat mirip dengan Ariane 5, tetapi kami mengurangi biayanya hingga 50% berkat tiga hal: frekuensi peluncuran yang meningkat, karena akan menggantikan "Union" yang diluncurkan dari Guyana Prancis, inovasi (misalnya, bukannya dua 3- x blok akselerator bahan bakar padat logam, kami akan menggunakan 4 akselerator bahan bakar padat monoblock) dan proses produksi yang ditingkatkan dengan diperkenalkannya manajemen lean (lean management). Tujuannya adalah biaya 10.000 euro per kilogram pada TRP pada tahun 2020. Ada beberapa tantangan teknologi, tetapi banyak tantangan organisasi.
Penggunaan kembali adalah ide yang agak lama dan jelas: dibutuhkan 3 tahun untuk membuat kendaraan peluncuran (karena pembuatan mesin yang panjang), harganya lebih dari 100 juta euro, kami meluncurkannya, dan dalam waktu kurang dari 30 menit sudah tenggelam ke laut. Namun, ada berbagai cara untuk menerapkan penggunaan yang dapat digunakan kembali: Falcon 9 pada dasarnya berbeda dari Space Shuttle dalam aspek ini. Hanya langkah pertama yang disimpan, yang termudah untuk digunakan kembali. Ini dipisahkan dengan kecepatan hanya 2 kilometer per detik, dan biayanya adalah 50% dari biaya seluruh roket. Ini perbedaan besar dibandingkan dengan Shuttle. Falcon 9 memiliki tujuan teknis yang wajar yang dapat dicapai selangkah demi selangkah. Pesawat ulang-alik memiliki ambisi terlalu banyak pada tahun 1970-an.
Ada beberapa strategi reuse. Karena tujuannya adalah untuk meminimalkan dampak negatif pada anak tangga, terjun payung ke laut bukanlah suatu pilihan: air garam membuat perbaikan menjadi sulit. Misalnya, untuk Falcon 9 SpaceX mereka menggunakan motor untuk kembali maju sepanjang jalur loop dengan beberapa pulsa pengereman. Kami mengerjakan ini dengan laboratorium kedirgantaraan nasional di Prancis, dan menyadari bahwa itu agak rumit.
Aspek kuncinya adalah bahwa pendekatan ini memungkinkan Anda untuk bereksperimen dengan pendaratan: setelah tahap kedua dipisahkan, tahap pertama dapat mencoba mengubah lintasan dan kecepatan gerakan tanpa mempengaruhi jalannya misi utama dan tanpa perubahan besar dalam desain tahap pertama. Dalam solusi yang menggunakan pengembalian bersayap, sebaliknya, sayap yang tidak dapat disetel ulang harus ditetapkan ke panggung selama seluruh penerbangan tahap pertama, yang dapat mengganggu misi. Dengan demikian, metode SpaceX berfungsi, yang memungkinkan Anda untuk bereksperimen dengan peluncuran satu kali, sambil menambahkan komponen roket minimum. Jadi ini adalah opsi yang lebih murah dan paling menarik.
Reusable memiliki pro dan kontra. Kerugiannya adalah penurunan muatan, hingga -50% saat menggunakan bagian dari bahan bakar untuk kembali ke landasan peluncuran, peningkatan bahaya ketika langkah kembali ke landasan peluncuran di Guyana - yang terletak di dekat kota Kourou dan masalah aksesibilitas landasan pendaratan di lautan. Untuk mendarat di tongkang, kondisi cuaca harus sesuai dalam radius 400 km dan dalam cuaca buruk peluncuran mungkin tidak terjadi.
Kelebihannya adalah kemampuan untuk memiliki frekuensi peluncuran yang lebih tinggi dan memiliki lebih banyak fleksibilitas ketika merencanakan peluncuran berbayar, karena kita tidak perlu menunggu lama untuk memulai. Selain itu, penggunaan kembali menghemat uang jika biaya perbaikan rendah. Ini adalah faktor kunci untuk seluruh formula reusability. Misalnya, sebelum pengenalan Falcon 9 Block V di mesin Merlin, ada kasus keretakan di turbopump, yang berarti harus diganti dan peluncuran harus dibatasi tanpa perbaikan besar untuk dua penggunaan.
Masalah penggunaan yang dapat digunakan kembali adalah bahwa jika Anda tidak perlu lagi membuat langkah pertama, maka Anda menutup jalur produksi Anda. Namun, jika pada titik tertentu Anda perlu membangun panggung, Anda perlu membukanya lagi dan mengatur produksi, yang akan membutuhkan sejumlah besar uang. Karena itu, penting untuk menggunakan mesin yang sama untuk tahap pertama dan kedua agar produksi tidak berhenti.
Apa yang bisa menjadi strategi reusable Eropa? Pertama, kami tidak hanya akan melakukan peluncuran yang dapat digunakan kembali. Misi ke orbit geostasioner dan misi ke badan antariksa lainnya akan dibuang. Untuk misi di orbit Bumi, kami akan menggunakan jalur balik ke situs peluncuran. Ini akan memungkinkan kami untuk memulai kembali tahap pertama dan mempertahankan volume produksi, sambil mengurangi biaya hingga 30%. Penggunaan kembali yang parsial dan masuk akal seperti itu layak dilakukan. Namun, ini membutuhkan banyak pengembangan, karena kita perlu menguasai banyak fenomena fisik yang kompleks. Namun demikian, ini menarik, bahkan dalam kenyataan saat ini. Jika pasar berkembang, itu bahkan menjadi perlu.
Salah satu teknologi yang akan dikembangkan adalah modulasi traksi mesin. Ini dapat menyebabkan masalah dengan ketidakstabilan pembakaran, dan kami tidak mempelajarinya secara rinci, karena itu tidak perlu. Oleh karena itu, dalam jangka pendek, Ariane 6 adalah satu-satunya solusi untuk mengurangi biaya dan biaya awal. Dalam jangka panjang, penggunaan kembali dan teknologi lainnya, seperti pencetakan 3D, akan semakin menguranginya. Pencetakan 3D dapat merevolusi produksi ruang bakar, yang saat ini membutuhkan waktu yang sangat lama.
Kami bertujuan memperkenalkan pendekatan eksperimental bertahap. Kita perlu memeriksa cara kerjanya. Sedangkan untuk mesin, kami saat ini menggunakan Vulcain, yang merupakan mesin hidrogen berdasarkan desain lama. Kami sedang mengembangkan mesin metan-oksigen Prometheus, yang bertujuan untuk mengurangi biaya. Ini tidak berarti bahwa kita akan meninggalkan basis industri hidrogen, kita akan lihat. Keuntungan dari metana adalah terletak di tengah-tengah antara hidrogen dan minyak tanah. Jauh lebih mudah ditangani daripada hidrogen, memiliki impuls spesifik yang lebih baik daripada minyak tanah, sehingga mesinnya bisa lebih murah, urutan besarnya lebih murah. Metana juga lebih padat daripada hidrogen, yang membuat tangki lebih kecil dan lebih murah. Kami sedang membangun dua prototipe Prometheus untuk uji kebakaran pada tahun 2021.
Prometheus dapat digunakan dalam arsitektur baru, yang kami sebut Ariane Next. Booster ini akan memiliki 7 mesin di tahap pertama dan 1 di tahap kedua dan dapat digunakan di
Opsi sekali pakai atau dapat digunakan kembali, yang membuatnya mudah untuk bereksperimen dengan usabilitas. Tujuannya adalah untuk belajar dari tes yang bukan merupakan poin kuat dari industri dirgantara Eropa.
Sebelum menerapkan Ariane Next, kami memiliki langkah sebelumnya, salah satunya adalah Callisto. Untuk demonstran reusable tahap pertama ini, kami tidak memiliki mesin yang dapat digunakan kembali di Eropa, jadi kami bekerja dengan Jepang. Setelah itu, kita akan beralih ke skala yang lebih besar - prototipe tahap pertama dari generasi baru Themis dengan mesin Prometheus. Konsepnya masih dalam tahap definisi.
Pada akhirnya, kita perlu membuat pilihan antara evolusi Ariane 6 dan kendaraan peluncuran baru, yang akan siap pada 2028-2030.
Tanya Jawab
Pertanyaan : Di mana Anda ingin memperbaiki tahap pertama?
Jawab : Kepada Kourou, karena jika tidak, pengiriman ke Eropa membuat seluruh perusahaan terlalu mahal. Dan perbaikannya harus minimal agar konsep bekerja.
Pertanyaan : Callisto sangat mirip dengan demonstran pendaratan vertikal Grasshopper, teknologi yang kemudian digunakan untuk mendaratkan tahap pertama Falcon 9.
Jawaban : Callisto - memiliki desain yang sama dengan SpaceX's Grasshopper. Orang Cina juga membangun prototipe yang sama, kami tidak punya masalah mengatakan bahwa kami belum menemukan sesuatu yang baru.
Pertanyaan : Prometheus terlihat murah dalam produksinya, mengapa tidak menempatkan lebih banyak mesin pada kendaraan peluncuran untuk lebih meningkatkan rasio dorong-ke-berat?
Jawaban : Desain kami didasarkan pada analisis pasar. Meskipun saya tidak dapat memprediksi situasi apa yang akan terjadi pada tahun 2030, 7 mesin Prometheus optimal untuk pasar saat ini.
Pertanyaan : Apakah Anda berencana pergi ke Mars?
Jawaban : Kami sudah berangkat ke Mars - instrumen yang ada di NASA Insights Mars adalah seismometer yang diproduksi oleh SEIS Prancis.
Pertanyaan : Sepertinya kita berada 5-8 tahun di belakang AS, apakah kita akan mengejar ketinggalan?
Jawab : Meskipun Elon Musk menulis bab baru dalam sejarah pembuatan kendaraan peluncuran, model penggunaan penuh yang dapat digunakan kembali bukan satu-satunya. Saya berharap pasar peluncuran setengah dapat digunakan kembali dan setengah pakai di masa depan. Misalnya, Angkatan Udara A.S. saat ini mendanai pengembangan kendaraan peluncur sekali pakai.
Pertanyaan : Bagaimana dengan pencetakan 3D?
Jawaban : Saya mengunjungi
Relativity Space pada bulan April, dan berkat pencetakan 3D, mereka mengembangkan mesin metana 10-ton dalam 2 tahun dan mengujinya di NASA Stennis. Mereka ingin mencetak seluruh roket. Meskipun saya tidak percaya bahwa mereka akan mencapai ini, saya pikir itu bisa menjadi terobosan yang sama pentingnya dengan banyak peluncuran. Pada Ariane 6, misalnya, unit daya bantu tahap kedua akan dicetak 3D, jika tidak akan terlalu sulit untuk dibuat. Oleh karena itu, saya mengharapkan pengurangan biaya yang sangat signifikan karena pencetakan 3D.
Pertanyaan : Apa batasan cuaca untuk tongkang pendaratan?
Jawaban : Gelombang tinggi menyebabkan tongkang miring kuat dan dapat membalik langkah yang ditetapkan. Itu sebabnya SpaceX telah mengembangkan sistem penangkapan roket Octograbber. Blue Origin memiliki konsep yang berbeda, mereka akan menggunakan kapal dengan sistem stabilisasi hidrodinamik.
Pertanyaan : Menurut Anda apa dampaknya terhadap pasar yang akan memiliki rasi bintang satelit besar seperti Oneweb?
Jawab : Saya tidak punya bola kristal. Tetapi saya melihat bahwa, karena semua operator satelit telah mengambil posisi menunggu dan menyaksikan pengenalan kelompok-kelompok ini, mereka menangguhkan beberapa pesanan untuk satelit baru, dan pasar komersial menurun. Sekarang 17 satelit per tahun, sementara sebelumnya rata-rata sekitar 30. Mereka harus menghadapi persaingan dari satelit di orbit geostasioner dan jaringan terestrial, jadi ada kemungkinan bahwa mereka akan gagal, seperti pada 1990-an. Maka pasar, tentu saja, tidak akan tumbuh 10 kali lipat.
Pertanyaan : Apa pendapat Anda tentang elastisitas permintaan pasar?
Jawab : Sejauh ini, elastisitasnya rendah. Biaya peluncuran GTO turun dari 20.000 € / kg menjadi 10.000 € / kg, dan ini tidak berdampak besar pada permintaan. Jika kami mencapai 5.000 € / kg, saya tidak yakin ini akan berdampak besar. Masalahnya adalah biaya akses ke ruang masih tinggi. Oleh karena itu, kami tidak mendasarkan model kami pada elastisitas pasar.
Pertanyaan : Bagaimana Anda menjamin kembalinya safe stage pertama untuk populasi?
Jawaban : Sulit dikatakan. Kami akan menggunakan Callisto untuk menunjukkan bahwa kami dapat memberikan lintasan yang aman.
Pertanyaan : Bagaimana kalau menggunakan kembali tahap kedua?
Jawaban : Kami percaya bahwa efek pada massa beban keluaran adalah penghalang, jadi kami tidak bekerja keras untuk hal ini.
Artikel asli