SpaceX

Storia

Nel 2001, Elon Musk ha proposto un progetto per far atterrare una piccola serra per coltivare piante su Marte. Disse: "Sarebbe la cosa più lontana che la vita abbia mai viaggiato" nel tentativo di recuperare l'interesse del pubblico per l'esplorazione dello spazio e aumentare il budget della NASA. Musk provò a comprare razzi economici dalla Russia ma tornò a mani vuote dopo non essere riuscito a trovare razzi a un prezzo accessibile. Più tardi, Musk si rese conto che avrebbe potuto avviare una società in grado di costruire i razzi di cui aveva bisogno. Secondo il primo investitore di Tesla e SpaceX Steve Jurvetson, Musk calcolò che le materie prime per costruire un razzo erano in realtà il 3% del prezzo di un razzo all'epoca. Applicando l'integrazione verticale, producendo circa l'85% dell'hardware di lancio in-house, e l'approccio modulare dell'ingegneria del software, SpaceX poteva tagliare il prezzo di lancio di un fattore dieci e godere ancora di un margine lordo del 70%.

All'inizio del 2002, Musk stava cercando lavoratori per la sua nuova azienda spaziale, che presto si sarebbe chiamata SpaceX. Musk trovò un ingegnere missilistico Tom Mueller (in seguito CTO della propulsione di SpaceX). Accettò di lavorare per Musk. Fu così che nacque SpaceX. La prima sede di SpaceX era in un magazzino a El Segundo, in California. L'azienda è cresciuta rapidamente da quando è stata fondata nel 2002, passando da 160 lavoratori nel novembre 2005 a 1.100 nel 2010, 3.800 lavoratori e appaltatori entro ottobre 2013, quasi 5.000 alla fine del 2015, e circa 6.000 nell'aprile 2017. A novembre 2017^{[aggiornamento]}, l'azienda era cresciuta fino a quasi 7.000. Nel 2016, Musk ha tenuto un discorso al Congresso Astronautico Internazionale, dove ha spiegato che il governo degli Stati Uniti utilizza la tecnologia dei razzi come una "tecnologia d'arma avanzata", rendendo difficile assumere non americani.

Veicoli di lancio, veicoli spaziali e motori a razzo

I primi veicoli

Il Falcon 1 è stato il primo veicolo di lancio di SpaceX. Ha lanciato un totale di 5 volte, ma solo il quarto e ultimo volo hanno avuto successo. Il Falcon 1, come dice il nome, funzionava con 1 motore Kestrel e poteva portare in orbita un massimo di 670 kg.

Un altro primo veicolo è stato il Falcon 5, cancellato, che ha 5 motori Merlin sul suo primo stadio e 2 Kestrel sul secondo stadio. È stato cancellato nel 2007 quando è stato rimosso dalla guida dell'azienda.

Razzi attuali

Il Falcon 9 è un razzo funzionante e riutilizzabile in due parti che viene lanciato utilizzando i suoi nove motori Merlin nella sua prima parte e un motore Merlin speciale che è stato fatto per luoghi dove non c'è aria. È alimentato da ossigeno liquido e da un combustibile fatto per i razzi chiamato RP-1. Può contenere fino a 22.800 chilogrammi (50.300 libbre), e può anche sostenere il veicolo Dragon di SpaceX. È il primo razzo in grado di entrare in orbita che può riportare la sua prima parte sulla terra.

Il Falcon Heavy è un altro razzo funzionante e riutilizzabile simile al Falcon 9. Tuttavia, il Falcon Heavy ha un sistema a tre nuclei per la sua prima parte invece del design a nucleo singolo del Falcon 9. Con i tre nuclei, la prima parte del razzo ha 27 motori Merlin. La seconda parte ha ancora solo 1 motore Merlin (versione a vuoto). Attualmente, il Falcon Heavy è il razzo operativo più potente del mondo e il 4° razzo più potente del mondo. Questa potenza aggiunta permette al razzo di essere in grado di mettere 63.800 kg (140.660 lb) in orbita terrestre bassa, e 26.700 kg (58.860 lb) in orbita geosincrona.

Il 6 febbraio 2018, alle 20:45 UTC, il Falcon Heavy è decollato per la prima volta al Kennedy Space Center, in Florida, dal Pad 39A. In questa missione, "Falcon Heavy Test flight", SpaceX ha deciso di utilizzare l'auto di Elon Musk (una Tesla Roadster del 2008) come carico utile fittizio. Questo carico utile comprendeva anche, al di sotto di esso, una targa degli attuali dipendenti di SpaceX, così come i supporti delle telecamere per trasmettere un feed live dell'auto su youtube.

Drago

La navicella Dragon è una capsula cargo progettata per essere riempita con attrezzature e rifornimenti per gli astronauti sulla ISS. La capsula viene messa sul razzo Falcon 9 (perché la Dragon non ha razzi abbastanza grandi per volare da sola nello spazio) e portata in orbita. Dall'orbita si separa dai booster, poi la capsula usa i propri razzi più piccoli per raggiungere la ISS. Poi la capsula viene riempita con vecchie attrezzature, risultati di esperimenti scientifici e spazzatura. Poi rientra nell'atmosfera terrestre e si paracaduta nell'oceano. Il primo volo di Dragon è stato nel giugno 2010. L'ultimo volo è stato il 6 marzo 2020, con Dragon 2 previsto per tutte le missioni future.

Drago 2

Il 29 maggio 2014, SpaceX ha presentato una versione prototipo di Dragon V2, che potrebbe contenere sia merci che astronauti. Un'altra caratteristica che questa versione aggiornata di Dragon, per proteggere la vita dell'equipaggio in caso di guasto del Falcon 9, era dotata di propulsori SuperDraco, che avrebbero spinto la capsula lontano dal razzo. Cargo Dragon, una variante di V2, sostituirà l'attuale versione di drago che può contenere solo merci.

Motori a razzo

Da quando SpaceX ha iniziato nel 2002, l'azienda ha creato tre tipi di motori a razzo - Merlin e il Kestrel in pensione per la propulsione del veicolo di lancio, e i propulsori di controllo Draco. SpaceX sta attualmente lavorando su altri due motori a razzo: SuperDraco e Raptor. Merlin è una famiglia di motori a razzo realizzati da SpaceX per essere utilizzati sui propri razzi. Il motore Merlin è stato originariamente progettato per il recupero e il riutilizzo in mare. Kestrel è un motore a razzo ad ossigeno liquido/carburante a pressione ed è stato usato come motore principale del secondo stadio del razzo Falcon 1. Entrambi i nomi dei motori Merlin e Kestrel provengono da specie di falchi nordamericani: il gheppio e il merlin.

I Draco sono motori a razzo ipergolici a propellente liquido che utilizzano combustibile monometilidrazina e ossidante tetrossido di azoto. Ogni propulsore Draco crea 400 newton (90 lbf) di spinta. Sono usati come propulsori del sistema di controllo della reazione (RCS) sulla navicella Dragon. I motori SuperDraco sono una versione molto più potente dei propulsori Draco, che inizialmente erano destinati ad essere utilizzati come atterraggio e un modo per allontanare la capsula in caso di emergenza sulla versione 2 della navicella Dragon, Dragon 2. Il concetto di utilizzare questi motori SuperDraco per l'atterraggio è stato annullato nel 2017 quando si è deciso di eseguire una tradizionale discesa con paracadute e l'atterraggio in mare.

Raptor è una nuova famiglia di motori alimentati a metano da utilizzare nei suoi futuri razzi Starship. Le versioni di prova sono state sparate alla fine del 2016. Il 3 aprile 2019, SpaceX ha condotto con successo un test in cui il motore è stato avviato ma il razzo è stato tenuto giù in Texas sul suo veicolo Starhopper, che ha acceso il motore mentre il veicolo è rimasto attaccato al suolo. Il 24 luglio 2019 SpaceX ha condotto con successo un volo di prova di 20 metri di altezza del suo veicolo di prova Starhopper. Il 28 agosto 2019 il prototipo Starhopper di SpaceX ha condotto con successo un volo di prova di 150 metri.

Falcon 9 nella missione GRACE-FO


Crew Dragon attracca alla stazione nella sua missione Demo-1


Il motore Merlin 1D, il motore più prolifico di SpaceX, in fase di test presso il Rocket Development and Test Facility di SpaceX a McGregor, Texas

Ricerca e Sviluppo

Riutilizzabilità

La missione secondaria di SpaceX è quella di riutilizzare i razzi, in modo simile a un aereo. Ha iniziato a testare la riutilizzabilità con un prototipo chiamato Grasshopper nel 2012, così come gli atterraggi morbidi controllati in acqua durante i lanci del Falcon 9. Nel 2014, Grasshopper è stato sostituito da F9R, che era una versione aggiornata di Grasshopper incluso carrello di atterraggio retrattile e 3 motori, rispetto al motore singolo di Grasshopper. Il Falcon 9 è atterrato a dicembre su un pad a terra, seguito da un atterraggio su una nave drone l'anno successivo. Attualmente, SpaceX ha fatto atterrare con successo 48 booster. Anche le capsule Dragon, così come i faring, vengono riutilizzati. Riutilizzare parti di razzi riduce notevolmente i costi.

Internet via satellite

Nel gennaio 2015, il CEO di SpaceX Elon Musk ha annunciato lo sviluppo di una nuova costellazione di satelliti per fornire il servizio internet al mondo. Nel giugno 2015 la società ha chiesto al governo federale il permesso di iniziare i test per un progetto che mira a costruire una rete di 4.425 satelliti in grado di trasmettere Internet a tutto il mondo, comprese le regioni remote che attualmente non hanno accesso a Internet. Il servizio Internet utilizzerebbe 4.425 satelliti di comunicazione collegati tra loro in orbite di 1.100 km. La sua realizzazione è iniziata nel 2015, e i satelliti di prova sono stati lanciati nella missione SpaceX PAZ nel 2017. Il funzionamento iniziale della costellazione potrebbe iniziare già nel 2020. SpaceX ha depositato presso le autorità di regolamentazione statunitensi i piani per mettere in campo una costellazione di ulteriori 7.518 satelliti in orbite non geosincrone per fornire servizi di comunicazione" in una Chiamata la "costellazione V-band low-Earth-orbit (VLEO)", sarebbe composta da "7.518 satelliti per seguire i [precedenti] proposti 4.425 satelliti che funzionerebbero in Ka-band e Ku-band". Nel febbraio 2019, SpaceX ha formato una società sorella, SpaceX Services, Inc. , per concedere in licenza la creazione e il lancio di un massimo di 1.000.000 di stazioni di terra satellitari fisse che comunicheranno con il suo sistema Starlink. Nel maggio 2019, SpaceX ha lanciato il primo lotto di 60 satelliti a bordo di un Falcon 9 da Cape Canaveral, FL.

Astronave e SuperHeavy

SpaceX sta creando un razzo a sollevamento super-pesante, Starship. Starship è un razzo con due parti che possono essere utilizzate più e più volte. È previsto per sostituire tutti i razzi esistenti dell'azienda entro i primi anni 2020.

SpaceX ha inizialmente immaginato un concetto di sistema di trasporto interplanetario (ITS) di 12 metri di diametro nel 2016, che era previsto solo per i viaggi su Marte e altri usi interplanetari. Nel 2017, SpaceX ha progettato un più piccolo "Big Falcon Rocket" di 9 metri di diametro per sostituire tutte le capacità di lancio di SpaceX - orbita terrestre, orbita lunare, missioni interplanetarie e, potenzialmente, anche il transito terrestre - ma farlo su una serie di veicoli completamente riutilizzabili con una struttura di costo inferiore. Gran parte dei componenti della Starship sono fatti di acciaio inossidabile 301. Il passeggero privato Yusaku Maezawa ha stipulato un contratto per volare intorno alla Luna con Starship nel 2023.

La visione a lungo termine di Musk per l'azienda è la creazione di tecnologie e mezzi adatti alla colonizzazione umana su Marte. Ha espresso il suo interesse a viaggiare un giorno sul pianeta, affermando: "Mi piacerebbe morire su Marte, ma non nell'impatto". Un razzo ogni due anni circa potrebbe fornire una base per le persone che arriveranno nel 2025 dopo un lancio nel 2024. Secondo Steve Jurvetson, Musk crede che al più tardi nel 2035, ci saranno migliaia di razzi che porteranno un milione di persone su Marte, al fine di consentire una colonia umana autosufficiente.

Prima tappa della missione Es'hail-2 sulla nave-drone Of Course I Still Love You

Contratti

Contratti NASA

COTS

Nel 2006, la NASA ha detto che SpaceX aveva vinto un contratto NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) Fase 1 per mostrare la consegna del carico alla ISS, con una possibile opzione contrattuale per il volo dell'equipaggio. Questo contratto, progettato dalla NASA per fornire "seed money" attraverso gli Space Act Agreements per sviluppare nuove opportunità spaziali, la NASA ha pagato a SpaceX 396 milioni di dollari per lavorare sulla configurazione cargo della navicella Dragon, mentre SpaceX ha speso più di 500 milioni di dollari per sviluppare il veicolo di lancio Falcon 9. È stato dimostrato che questi accordi Space Act hanno fatto risparmiare alla NASA milioni di dollari in costi di sviluppo, rendendo lo sviluppo del razzo ~4-10 volte più economico che se fosse stato prodotto dalla sola NASA.

Nel dicembre 2010, con il lancio della missione COTS Demo Flight 1, SpaceX è diventata la prima azienda privata a lanciare, mettere in orbita e recuperare con successo un veicolo spaziale. Dragon è stata messa in orbita con successo, ha girato intorno alla Terra due volte e poi ha fatto un'accensione controllata per un atterraggio sull'acqua nell'Oceano Pacifico. Con il recupero sicuro di Dragon, SpaceX è diventata la prima azienda privata a lanciare, mettere in orbita e recuperare un veicolo spaziale; prima di questa missione, solo le agenzie governative erano state in grado di recuperare veicoli spaziali orbitali.

COTS Demo Flight 2 è stato lanciato nel maggio 2012, in cui Dragon si è collegato con successo alla ISS, segnando la prima volta che un veicolo spaziale privato ha compiuto questa impresa.

Carico commerciale

I Commercial Resupply Services (CRS) sono un gruppo di contratti dati dalla NASA dal 2008 al 2016 per la consegna di carichi e forniture alla ISS su veicoli spaziali a gestione commerciale. I primi contratti CRS sono stati firmati nel 2008 e hanno dato 1,6 miliardi di dollari a SpaceX per 12 missioni di invio merci, coprendo le consegne fino al 2016. SpaceX CRS-1, la prima delle 12 missioni di rifornimento previste, è stata lanciata nell'ottobre 2012, ha raggiunto l'orbita, si è collegata alla stazione ed è rimasta sulla stessa per 20 giorni, prima di rientrare nell'atmosfera e schizzare giù nell'Oceano Pacifico. Le missioni CRS hanno volato circa due volte all'anno verso la ISS da allora. Nel 2015, la NASA ha esteso i contratti della fase 1 ordinando altri tre voli di rifornimento da SpaceX. Dopo ulteriori estensioni alla fine del 2015, SpaceX ha attualmente in programma di volare per un totale di 20 missioni. Un secondo gruppo di contratti (noti come CRS2) sono stati sollecitati e proposti nel 2014. Sono stati dati nel gennaio 2016, per i voli di trasporto merci che iniziano nel 2019 e dovrebbero durare fino al 2024.

Equipaggio commerciale

Il programma Commercial Crew Development (CCDev) intende sviluppare veicoli spaziali commerciali in grado di trasportare astronauti sulla ISS. SpaceX non ha vinto uno Space Act Agreement nel primo round (CCDev 1), ma durante il secondo round (CCDev 2), la NASA ha assegnato a SpaceX un contratto del valore di 75 milioni di dollari per sviluppare ulteriormente il suo sistema di lancio, testare un mock-up di sistemazioni per l'equipaggio e progredire ulteriormente nel progetto di trasporto dell'equipaggio del Falcon/Dragon. Il programma CCDev è poi diventato Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap), e nell'agosto 2012, la NASA ha annunciato che SpaceX si era aggiudicata 440 milioni di dollari per continuare lo sviluppo e i test della sua navicella Dragon 2.

Nel settembre 2014, la NASA ha scelto SpaceX e Boeing come le due aziende che saranno finanziate per sviluppare sistemi per trasportare gli equipaggi statunitensi da e verso la ISS. SpaceX ha vinto 2,6 miliardi di dollari per completare e certificare Dragon 2 entro il 2017. I contratti includono almeno un test di volo con equipaggio con almeno un astronauta della NASA a bordo. Una volta che Crew Dragon raggiunge la certificazione NASA, il contratto richiede a SpaceX di condurre almeno due, e fino a sei, missioni con equipaggio alla stazione spaziale. All'inizio del 2017, SpaceX si è aggiudicata altre quattro missioni con equipaggio verso la ISS dalla NASA per fare la spola con gli astronauti avanti e indietro. All'inizio del 2019, SpaceX ha condotto con successo un volo di prova di Crew Dragon, che ha attraccato (invece del metodo di attracco di Dragon 1 utilizzando Canadarm 2) e poi è schizzato giù nell'Oceano Atlantico.

Nel gennaio 2020, SpaceX ha condotto un In-Flight Abort Test, che ha dimostrato la capacità di allontanarsi da un razzo in caso di problemi. In seguito al test, Elon Musk ha dichiarato che un volo con astronauti a bordo potrebbe forse essere da inizio aprile a fine giugno. L'attuale data di lavoro per Demo-2 è il 7 maggio 2020.

Il COTS 2 Dragon è ancorato alla ISS dal Canadarm2.


Crew Dragon in fase di test prima del volo