Are SpaceX Falcon rocket boosters significantly cheaper to operate than traditional expendable boosters?
Le titre résume à peu près tout. Je me souviens que quelqu'un a déjà fait remarquer au sujet du programme de navette spatiale que «la navette spatiale était à l'origine conçue pour être un camion spatial. Mais la navette est aux camions ce qu'une Lamborghini est à une voiture familiale. ». Cela était principalement dû à la difficulté de concevoir un vaisseau spatial vraiment réutilisable. Un orbiteur de la navette spatiale a nécessité environ 90000 heures-homme de maintenance après son retour sur Terre, pour le rendre à nouveau prêt, et cela signifiait plus ou moins un démontage complet et une révision complète de l'orbiteur entier ainsi que des SRB. C'était il y a 40 ans. Je me demande si la série SpaceX Falcon 9 de propulseurs de fusée à combustible liquide a amélioré ces paramètres, par rapport aux propulseurs de fusée à combustible liquide jetables traditionnels.
Réponses
On ne sait pas.
Une chose que nous faisons savoir est que les lancements SpaceX sont assez pas cher par rapport à leurs concurrents. Que ce soit à cause de la réutilisation, parce que leurs fusées sont généralement moins chères indépendamment de la réutilisation, ou qu'elles fonctionnent simplement à perte pour choquer le marché, nous ne le savons pas.
Comme mentionné par geoffc, SpaceX est une société privée, même pas cotée en bourse, de sorte que les informations qu'ils sont tenues de divulguer sont minimes. Par conséquent, nous ne pouvons que spéculer.
Nous savons ce que SpaceX facture pour un vol sur un booster consommable, et nous savons ce que SpaceX facture pour un vol sur un booster réutilisable, nous savons donc qu'ils facturent moins pour un vol sur un booster réutilisable que sur un autre. Et c'est à peu près tout ce que nous savons. En particulier, nous ne savons même pas si les prix facturés par SpaceX ont un rapport avec le coût réel.
En particulier, il est tout à fait possible que SpaceX surfacture les vols sur un booster réutilisable simplement parce qu'ils sont toujours beaucoup moins chers que la concurrence, même s'ils font un profit énorme. Il est également possible qu'ils opèrent à perte afin de choquer et de saper leurs concurrents.
Ou, ils peuvent exécuter un mélange où ils vendent leur version consommable à perte afin de saper la concurrence et de compenser cela en vendant des versions réutilisables avec une grande marge. Ainsi, nous ne pouvons pas simplement soustraire le prix d'un lancement réutilisable du prix d'un lancement consommable et dire que c'est à quel point ils sont moins chers.
Nous savons également qu'ils ont reçu de l'argent de diverses organisations gouvernementales pour divers programmes de développement, qui peuvent ou non avoir également profité à leurs clients commerciaux, et peuvent donc influer sur le prix.
Une autre chose que nous ne savons pas est l'effort nécessaire pour remettre à neuf un booster. Nous savons que le plus rapide qu'ils ont fait voler un booster est de 51 jours, mais cela ne signifie pas nécessairement qu'il a également fallu 51 jours pour remettre à neuf le booster, et même si c'est le cas, cela ne signifie pas que c'est le plus rapide possible. délai d'exécution. Ils semblent tourner l'utilisation des boosters, donc ils n'essaient pas activement de relancer un seul booster aussi vite que possible. Tant qu'ils peuvent les entretenir assez rapidement pour conserver leur cadence de lancement (qui bat déjà des records), ils n'ont pas besoin de remettre à neuf les boosters encore plus rapidement.
Bien que la plupart des informations soient privées, puisque SpaceX n'est même pas une société cotée en bourse, nous pouvons discerner certaines informations.
En 2020, SpaceX a été lancé 26 fois (1 pour In Flight Abort, était un lancement mais pas en orbite). Parmi ceux-ci, 5 étaient de nouveaux boosters et 21 étaient auparavant des véhicules pilotés.
Ainsi, l'usine n'a pas eu à fabriquer 26 boosters pour l'année, seulement 5. (Et ils ont également terminé un Falcon Heavy à trois cœurs, mais n'ont pas volé en 2020). À moins que le coût de la rénovation ne soit supérieur à celui de la fabrication d'un nouveau noyau, nous pouvons supposer qu'il s'agissait d'une économie. (Cette déclaration n'est cependant pas encore prouvée, ni documentée).
Bien que je n'ai pas de source sous la main, je crois comprendre que chaque noyau prend environ 11 mois entre la première acquisition des matériaux et l'achèvement.
En 2020, nous avons vu des délais de rénovation d'environ 2 mois, battant presque le record de 51 jours.
Encore une fois sans preuve pour les raisons énoncées ci-dessus, il serait raisonnable de supposer que 2 mois de travail coûteraient moins de 11 mois, à moins que 5 fois les gens travaillent à la rénovation par rapport à la nouvelle construction. (Bien sûr, il y a toutes sortes de problèmes avec cette hypothèse, mais cela semble plausible.)
D'autre part, en plus de la rénovation, il y a le coût de l'entretien d'une flotte de navires pour les débarquements en aval. Il y a plusieurs navires sur chaque côte entretenus pour les opérations de récupération. Il s'agit d'un mélange de barges ASDS pour les débarquements, mais aussi de la flotte GO / Ms * pour le remorquage des barges, la récupération des carénages et la récupération des capsules.
Mais alors les missions RTLS sont clairement moins chères puisque les zones d'atterrissage 1 et 2 sont des coûts fixes qui ne coûtent pas vraiment cher par an à entretenir et sur 25 tentatives d'atterrissage en 2020, cela s'est échoué comme:
- 2 échecs (plus en vol abandonné)
- 4 RTLS (retour au site de lancement)
- 6 Lisez simplement les instructions (ASDS)
- 13 Bien sûr, je t'aime toujours (ASDS)
Ainsi, les coûts de récupération et de rénovation varient probablement légèrement en fonction de l'endroit où le propulseur atterrit.
De plus, tandis que le premier étage est récupéré, l'étage supérieur est jeté. Les carénages sont probablement un ensemble d'économies différentes. La première étape est généralement considérée comme 2/3 du coût de la mission, généralement autour de \$40 million. Whereas fairings are priced at around \$6 millions. (Puisque tout cela change avec le temps, il s'agit essentiellement de nombres absolus dénués de sens).
Ainsi les frais de rénovation d'un \$40 million dollar component vs a \$6 millions de paires de composants peuvent clairement avoir des résultats différents. (Ainsi au centre de la récupération de première étape, qui semble bien avérée, vs récupération de carénage qui est encore en cours de développement).
Pour résumer, il semble probable que les coûts de réutilisation d'une première étape soient inférieurs à ceux d'une nouvelle première étape, il n'y a pas de données solides pour le soutenir, mais les hypothèses de base semblent suggérer que ce serait moins cher.
Le Falcon 9 en configuration extensible est moins cher que les autres fusées. Cependant, la réutilisabilité le rend encore moins cher, bien que le carburant et l'équipement supplémentaires nécessaires réduisent considérablement la charge utile maximale. La seule information accessible au public sur l'économie des fusées éprouvées en vol est une réponse récente au tweet de Michael Baylor:
La réduction de la charge utile due à la réutilisabilité du booster et du carénage est <40% pour F9 et la récupération et la rénovation est <10%, donc vous êtes à peu près égal avec 2 vols, certainement en avance avec 3 - Elon Musk (@elonmusk) 19 août 2020
Il semble donc que le coût de la rénovation d'un booster pourrait être inférieur $6 million. The cost of a second launch could be well below \$15 millions lorsque les carénages sont réutilisés.
En ce qui concerne la navette spatiale, la comparaison Lamborghini ne concerne pas seulement le fait qu'elle était censée être réutilisable. Il était extrêmement ambitieux en termes de capacités - pour transporter une grande charge utile avec cinq membres d'équipage, l'orbiteur devait être une machine assez grosse.
Mon impression est qu'essayer de construire autant de capacité de levage sous les contraintes de conception qu'ils avaient conduit à des compromis d'ingénierie qui ont rendu le tout moins robuste, ce qui a nécessité une rénovation complète. Cela ne prouve pas que SpaceX est moins cher, mais cela montre qu'il y avait beaucoup de place pour devenir moins cher simplement en étant moins ambitieux.
Cette question connexe parle de la quantité de maintenance requise par les principaux moteurs, à titre d'exemple.