启动重复使用的Falcon 9需要多少费用? Elon Musk解释了为什么值得重用

当猎鹰9助推器第六次排三试机号排列三今天试机号然后安全着陆时,SpaceX达到了一个新的里程碑。它几乎肯定会再次飞行,但这种助推器又能排三试机号排列三今天试机号多少次?什么’理论极限?在排三试机号排列三今天试机号之间翻新Falcon 9助推器实际上要花多少钱,这个过程需要什么? 太空X首席执行官Elon Musk最近回答了这些问题和其他问题。

Block 5是Falcon火箭的最新变种,于2018年5月首次飞行。当时,Elon Musk声称,每个火箭助推器理论上应能够排三试机号排列三今天试机号多达100次。从那时起,第5区块开始飞行 共39次因此,SpaceX现在肯定对助推器的实际运行状况以及Block 5是否满足期望有了更好的了解。因此,令人鼓舞的是 马斯克(Elon Musk)目前表示 有“no obvious limit”助推器可以排三试机号排列三今天试机号多少次,“可能有超过100个航班”。当然,正如马斯克所言,随着时间的流逝,火箭的某些部分将需要更换或升级。

Falcon 9 Block 5于2018年5月首次排三试机号排列三今天试机号(来源:SpaceX)

那么Falcon 9助推器的翻新实际上需要做什么呢?确切的过程仍然是个谜,但我们有一些线索。 Merlin发动机燃烧煤油,导致煤烟堆积。因此有必要 消除涡轮机 在排三试机号排列三今天试机号之间,埃隆·马斯克(Elon Musk)形容为““。相反,为Raptor引擎提供动力的 星际飞船和超级重型助推器 与Merlin相比,它的发动机要复杂得多,但是由于它使用的甲烷燃烧比煤油清洁得多,因此不需要除垢剂,因此更易于重复使用。 据马斯克说,谈到猛禽’s easy reusability, “没有长链烃&降低预燃器燃烧温度有很大的不同”.

Merlin 1D(左)和Raptor火箭发动机(来源:@brandondeyoung_ / 推特)

不幸的是’s unclear from Musk’鸣叫是否在每次排三试机号排列三今天试机号后在所有梅林机上进行除垢,还是仅在每个发动机点火一定次数后才进行除垢。您会看到,某些引擎在一次排三试机号排列三今天试机号过程中燃烧的次数比其他引擎多,因为助推器上的九个引擎中只有三个在着陆过程中被重新点燃。此外,SpaceX最近停止在某些Starlink任务中进行排三试机号排列三今天试机号前的静态射击,这进一步减少了发动机的磨损。因此,它’消除的可能’每次启动后无需在所有引擎上进行操作。类似地, 伊隆·马斯克(Elon Musk)透露 太空X技术人员“几乎不需要更换”助推器排三试机号排列三今天试机号之间,整个Merlin发动机都运转。然而,“某些零件(例如涡轮机叶轮)需要随着时间的推移而更换,类似于喷气发动机,” he added.

至于构成猎鹰主要结构的推进剂坦克’在第一阶段,我们从过去知道SpaceX在排三试机号排列三今天试机号之间执行X射线检查。他们检查焊缝,看是否有裂纹或其他不规则之处。此外,最近 探索纪录片,我们可以看到SpaceX的工作人员在两次排三试机号排列三今天试机号之间清洗着陆腿。

目前,为下一次排三试机号排列三今天试机号准备助推器平均大约需要两个月,但这并没有’不一定意味着SpaceX可以’如果需要,可以更快地执行此操作。目前 重用最快需要51天,但由于SpaceX,此记录在未来几个月和几年内可能会多次打破’排三试机号排列三今天试机号节奏越来越快。

翻新过程中Falcon 9的助推器(来源:Discovery)

自从SpaceX开始重复使用火箭助推器以来,人们一直在争论它实际上使公司付出了多少以及它是否具有经济意义。例如,SpaceX的竞争对手United Launch Alliance, 做自己的分析 并且得出结论,只有每个生产的助推器飞行至少十次时,可重复使用性才能获得回报。但是由于ULA每年启动不到十次,因此’对于他们来说,每次排三试机号排列三今天试机号都制造新的火箭实际上更经济。 ULA还争辩说,消耗性火箭具有更高的有效载荷能力,因为它不需要保留一些燃料用于着陆,而与此同时’需要更坚固的机身,着陆腿,格栅鳍和其他增加火箭弹的硬件’的总质量,进而降低了最大有效负载容量。

但是,埃隆·马斯克(Elon Musk)不同意这种分析。他说,虽然Falcon 9的可重复使用性将最大有效载荷容量降低了不到40%,但对助推器进行回收和翻新却占不到总成本的10%。结果,两次排三试机号排列三今天试机号后,总成本和合并的有效载荷容量大致相当于一次消耗性火箭的排三试机号排列三今天试机号。而且,如果助推器飞行至少3次,则节省的成本是不可否认的。

我们还有其他更具体的数据,因为埃隆·马斯克(Elon Musk)透露了在战场上排三试机号排列三今天试机号可重复使用的猎鹰9的边际成本 2020年5月航空周采访 (从17:53开始)。边际成本仅代表猎鹰9完成并支付费用后重新启动的成本。根据埃隆·马斯克(Elon Musk)的说法,重新使用猎鹰9号排三试机号排列三今天试机号架的边际成本仅为1500万美元左右。他解释说,这笔钱中的大部分是制造新的上层舞台所花费的1000万美元。它是不可重用的(和 永远不会),因此每次启动都要重新制作一个。其余的500万美元包括 重用有效载荷整流罩 (在这种情况下,马斯克可能只计算整流罩的翻新成本,因为制造一套新的整流罩需要花费5–600万美元),氦气,燃料和氧气,以及回收助推器和整流罩的成本。马斯克说,最重要的是,翻新回收的助推器的成本仅为250,000美元。那 ’s的数量非常少,这可能表明升压器翻新过程不需要太多的人力,昂贵的硬件更换或复杂的检查。

美国宇航局’航天飞机也可重复使用,但翻新过程极其复杂,耗时且因此昂贵。最后,最可重复使用的航天飞机实际上比完全消耗的火箭贵。

Space Shuttle during ground processing which was incredibly complicated 和 resource-intensive (Credit: 美国宇航局)

太空X以5000万美元的价格排三试机号排列三今天试机号了可重复使用的Falcon 9,这意味着,如果1500万美元的边际成本在某种程度上是准确的,则该公司每次排三试机号排列三今天试机号都会获得可观的利润。但是那个’并不是全部,因为我们还必须考虑为开发可重用性而对SpaceX进行的投资。 根据埃隆·马斯克(Elon Musk)的说法,Falcon 9的可重用性开发成本约为10亿美元。但是,随着时间的推移,这个数量基本上会随着所有可重复使用的火箭在所有SpaceX排三试机号排列三今天试机号之间分配。 太空X火箭定价 远远低于竞争对手,但公司可以’还没有降低价格,因为 马斯克在2017年解释道:“节省的价格不能与节省的费用一样多,因为我们需要偿还大量的开发费用。”

猎鹰直到2015年底引入v1.2设计变体后才开始重新使用。自那时以来,SpaceX已完成了77次排三试机号排列三今天试机号,并有望每年再进行20-40次排三试机号排列三今天试机号。因此,如果我们将可重用性的开发成本分开,它会使这77个项目中的每一个的成本增加约1300万美元。这意味着上市仍可获利,每增加一次上市,利润就会增加。此外,SpaceX可以利用利润来筹集资金 星联星际飞船,都是资本密集型项目。

有鉴于此,SpaceX排三试机号排列三今天试机号自己的Starlink卫星时,该公司基本上只需支付1500万美元的边际成本即可排三试机号排列三今天试机号60颗卫星。但是,在计算总体排三试机号排列三今天试机号成本时,还必须增加助推器的生产成本(第一阶段)。埃隆·马斯克(Elon Musk)过去曾表示,第一阶段约占火箭总成本的60%,而第二阶段约占火箭总成本的20%。因此,如上所述,如果第二阶段的生产成本为1000万美元,则第一阶段的制造成本应约为3000万美元。然后,根据给定的助推器最终排三试机号排列三今天试机号多少次,对初始成本进行分配。最近,当Falcon 9助推器之一第六次排三试机号排列三今天试机号时,SpaceX达到了一个新的里程碑。 马斯克随后证实 太空X计划进一步扩大极限,并最终通过一次助推器完成10次排三试机号排列三今天试机号。

到目前为止,SpaceX已生产出11枚最新的Block 5变体的Falcon 9助推器,共执行了37次任务(均成功完成)。这意味着每个助推器平均飞行了大约三倍,并且这个数字可能会持续上升。但是,马斯克提到的单个助推器的100档飞行更多是理论上无法实现的数字。 太空X总裁格温·肖特韦尔(Gwynne Shotwell)前段时间曾提到,每只猎鹰助推器平均可能只需要排三试机号排列三今天试机号10次。

原因是SpaceX每年需要制造一些新的助推器,因为像军方这样的一些客户仍然需要新的火箭来排三试机号排列三今天试机号其有效载荷。结果,生产的助推器数量将足够高,以便在Falcon火箭家族过时并被Starship取代时完成所有计划的任务,每个Falcon助推器只需排三试机号排列三今天试机号约10次,甚至尽管从技术上讲,它应该能够进行更多的排三试机号排列三今天试机号。

在DM-2排三试机号排列三今天试机号之前,HIF中的新型和二手Falcon 9助推器(来源:SpaceX)

那么,SpaceX排三试机号排列三今天试机号Falcon 9的成本是多少?如果麝香’的边际成本数字至少在一定程度上是正确的,SpaceX’排三试机号排列三今天试机号新的Falcon 9的成本约为5,000万美元。该公司为Falcon 9的标准商业排三试机号排列三今天试机号和新的助推器收取6200万美元的费用,因此第一个任务带来约1200万美元的利润。然后,第二次使用相同的助推器仅需花费1500万美元,包括翻新助推器和有效载荷整流罩,生产新的第二级,燃料,运营海军恢复舰队的成本等。

太空X使用重用的助推器进行排三试机号排列三今天试机号的费用要少一些,因此,如果第二次排三试机号排列三今天试机号为付费客户提供有效载荷,SpaceX将获得5,000万美元。这意味着两次排三试机号排列三今天试机号该助推器的总收入为1.12亿美元(6200万美元+ 5000万美元),而SpaceX的总成本仅为6500万美元(5000万美元+ 1500万美元)。因此,SpaceX在两次排三试机号排列三今天试机号后本可以赚取4700万美元的利润,这笔钱可以支付至少三次Starlink排三试机号排列三今天试机号的费用,然后基本上免费。

如果给定的助推器总共排三试机号排列三今天试机号10次,而我们假设每个有效载荷整流罩可以平均使用两次,那么10次排三试机号排列三今天试机号后的总成本约为2.1亿美元。作为下表的示例,SpaceX可以将每个Falcon助推器用于四次商业排三试机号排列三今天试机号,然后其余六颗可以排三试机号排列三今天试机号Starlink卫星“for free”。这是一个非常明显的案例,值得一提的是增强器的可重用性。

计算启动猎鹰9号的成本,价值百万美元

现在想象你’还有其他一些公司想要建造类似于卫星的巨型星座 星联。您可能会发现与SpaceX竞争非常困难’的排三试机号排列三今天试机号费用。拥有Kuiper星座的亚马逊似乎是唯一有机会的公司。那’s because Amazon’老板杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)还拥有“蓝色起源”(Blue Origin),该公司正在设计其“新格伦”火箭,使其具有可重复使用的第一阶段,就像猎鹰9一样。

蓝色起源’s New Glenn rocket (Credit: 蓝色起源)

It’两家公司之间可能会做出某种安排,使亚马逊可以将Blue Origin廉价排三试机号排列三今天试机号的数千颗Kuiper卫星送去。但是,蓝色起源天堂’它尚未推出New Glenn,并且在首次排三试机号排列三今天试机号后可能要花费很多时间才能实现增压器的常规可重用性。到那时,SpaceX可能会定期排三试机号排列三今天试机号完全可重复使用的Starship火箭,该火箭有望携带 400颗Starlink卫星 能够以非常便宜的Falcon 9的一小部分成本立即进入轨道

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Ray

我认为在成本上击败Space X几乎是不可能的,因为Elon拥有业内最好的工程师,但是’是什么使美国成为最好的,竞争为所有人带来了最好的想法。

David

Spacex不必计算生产成本即可正确地“定价”排三试机号排列三今天试机号成本。市场价格由供求关系决定,而space x的产品定价合理。

PAUL

说上一级“never will be”可重用是幼稚的。您’重新设定自己以便以后被嘲笑。更好的写作是说“not anytime soon”.

我认真地认为我们过去只是因为NeVeR没发生而说NeVeR 马上。唐’不要将自己放在一堆这样写的被遗忘的人中。

Nope

在这种情况下“决不” isn’习惯于暗示不可能,相反。马斯克表示,SpaceX将放弃猎鹰的可重用性升级,以将资源转移到新产品线,例如具有完全可重用排三试机号排列三今天试机号栈的Starship。然后声称猎鹰9将被新的产品线所取代,因此 决不 升级,而不是退休,并替换为完全可重复使用的产品。

Vincent

卡伦…? Is it really you?

由Vincent于1个月前最后编辑