Os propulsores de foguete SpaceX Falcon são significativamente mais baratos de operar do que os propulsores tradicionais dispensáveis?
O título resume tudo. Lembro-me de que uma vez alguém comentou sobre o programa do ônibus espacial que “o ônibus espacial foi originalmente projetado para ser um caminhão espacial. Mas o ônibus está para os caminhões o que um Lamborghini é para um carro de família ”. Isso se deveu principalmente à dificuldade em projetar uma nave espacial verdadeiramente reutilizável. Um ônibus espacial orbital exigiu cerca de 90.000 horas-homem de manutenção após retornar à Terra, para torná-lo pronto para voar novamente, e isso mais ou menos significou uma desmontagem completa e revisão de todo o orbitador, bem como dos SRBs. Isso foi há 40 anos. Estou me perguntando se a série SpaceX Falcon 9 de impulsionadores de foguetes de combustível líquido melhorou essas métricas, em comparação com os tradicionais impulsionadores de foguetes de combustível líquido descartáveis.
Respostas
Nós não sabemos.
Uma coisa que fazer saber é que os lançamentos SpaceX são bastante barato em comparação com seus concorrentes. Não sabemos se é por causa da reutilização, porque seus foguetes são geralmente mais baratos, independentemente da reutilização, ou porque estão simplesmente operando com prejuízo para chocar o mercado.
Conforme mencionado pelo geoffc, a SpaceX é uma empresa privada, nem mesmo de capital aberto, portanto as informações que são obrigadas a divulgar são mínimas. Portanto, podemos apenas especular.
Sabemos quanto a SpaceX cobra por um vôo em um booster descartável e sabemos quanto a SpaceX cobra por um vôo em um booster reutilizável, portanto, sabemos que eles cobram menos por um voo em um booster reutilizável do que em um descartável. E isso é tudo que sabemos. Em particular, nem sabemos se os preços que a SpaceX está cobrando têm alguma relação com o custo real.
Em particular, é inteiramente possível que a SpaceX esteja cobrando demais por voos em um booster reutilizável apenas porque eles ainda são muito mais baratos do que a concorrência, mesmo que tenham um lucro enorme. Também é possível que operem com prejuízo, a fim de chocar e minar sua competição.
Ou, eles podem estar executando um mix onde vendem sua versão descartável com prejuízo, a fim de minar a concorrência e compensar isso vendendo reutilizáveis com uma grande margem. Portanto, não podemos simplesmente subtrair o preço de um lançamento reutilizável do preço de um lançamento dispensável e dizer que eles são muito mais baratos.
Também sabemos que eles receberam dinheiro de várias organizações governamentais para vários programas de desenvolvimento, que podem ou não ter beneficiado seus clientes comerciais e, portanto, podem influenciar o preço.
Outra coisa que não sabemos é quanto esforço é necessário para reformar um reforço. Sabemos que o mais rápido que eles retornaram a um booster é de 51 dias, mas isso não significa necessariamente que também demorou 51 dias para reformar o booster e, mesmo que demorasse, não significa que este seja o mais rápido possível tempo de resposta. Eles parecem estar girando o uso dos boosters, então não estão ativamente tentando voltar a voar um único booster o mais rápido possível. Contanto que eles possam consertá-los rápido o suficiente para manter sua cadência de lançamento (que já é um recorde), eles não precisam reformar os boosters ainda mais rápido.
Embora a maioria das informações seja privada, uma vez que a SpaceX nem mesmo é uma empresa de capital aberto, existem algumas informações que podemos discernir.
Em 2020, a SpaceX foi lançada 26 vezes (1 para In Flight Abort, foi um lançamento, mas não em órbita). Destes, 5 eram novos boosters e 21 eram veículos já pilotados.
Assim, a fábrica não precisou fazer 26 boosters por ano, apenas 5. (E eles terminaram um Falcon Heavy com três núcleos também, mas não voou em 2020). A menos que o custo de renovação seja maior do que a fabricação de um novo núcleo, podemos presumir que isso foi uma economia. (Essa declaração, entretanto, ainda não foi comprovada, nem documentada).
Embora eu não tenha uma fonte disponível, meu entendimento é que cada núcleo leva cerca de 11 meses desde a primeira aquisição de materiais até a conclusão.
Em 2020, vimos tempos de renovação de cerca de 2 meses com quase quebrando o recorde de 51 dias.
Novamente, sem evidências pelas razões declaradas acima, seria uma suposição razoável que 2 meses de mão-de-obra custariam menos de 11 meses, a menos que 5 vezes as pessoas estejam trabalhando em reformas em vez de novas construções. (É claro que há todos os tipos de problemas com essa suposição, mas parece plausível.)
Por outro lado, além da reforma, há o custo de manutenção de uma frota de navios para desembarques no fundo do mar. Existem vários navios em cada costa mantidos para operações de recuperação. Esta é uma mistura de barcaças ASDS para desembarques, mas também a frota GO / Ms * para rebocar as barcaças, recuperação de carenagem e recuperação de cápsulas.
Mas, então, as missões RTLS são claramente mais baratas, uma vez que as zonas de pouso 1 e 2 são custos fixos que realmente não custam muito anualmente para manter e de 25 tentativas de pouso em 2020 ela se dividiu como:
- 2 falhas (mais aborto em vôo)
- 4 RTLS (Retornar ao local de lançamento)
- 6 Basta ler as instruções (ASDS)
- 13 Claro que ainda te amo (ASDS)
Portanto, os custos de recuperação e renovação provavelmente variam ligeiramente com base em onde o impulsionador pousar.
Além disso, enquanto o primeiro estágio é recuperado, o estágio superior é descartado. As carenagens são provavelmente um conjunto diferente de economia. O primeiro estágio é geralmente considerado 2/3 do custo da missão, geralmente em torno de \$40 million. Whereas fairings are priced at around \$6 milhões. (Como tudo isso muda com o tempo, eles são basicamente números absolutos sem sentido).
Assim, os custos de renovação de um \$40 million dollar component vs a \$6 milhões de pares de componentes claramente podem ter resultados diferentes. (Daí o foco da recuperação da primeira etapa, que parece bem comprovada, versus a recuperação da carenagem que ainda está em desenvolvimento).
Para resumir, parece provável que os custos de reutilização de um primeiro estágio sejam menores do que de um novo primeiro estágio, não há dados concretos para sustentá-lo, mas as suposições básicas parecem sugerir que seria mais barato.
O Falcon 9 em configuração dispensável é mais barato por uma margem significativa do que outros foguetes. No entanto, a capacidade de reutilização o torna ainda mais barato, embora o combustível e as engrenagens extras necessários reduzam muito a carga útil máxima. A única informação disponível publicamente sobre a economia de foguetes comprovados em vôo é uma resposta recente a um tweet de Michael Baylor:
A redução da carga útil devido à reutilização do reforço e carenagem é <40% para F9 e recuperação e renovação é <10%, então você está quase no mesmo com 2 voos, definitivamente à frente com 3 - Elon Musk (@elonmusk) 19 de agosto de 2020
Portanto, parece que o custo de renovação de um booster pode ser inferior $6 million. The cost of a second launch could be well below \$15 milhões quando as carenagens são reaproveitadas.
Com relação ao Ônibus Espacial, a comparação com a Lamborghini não é apenas sobre o fato de que ele foi feito para ser reutilizável. Era extremamente ambicioso em termos de capacidade - para transportar uma grande carga útil junto com cinco membros da tripulação, o orbitador precisava ser uma máquina bem grande.
Minha impressão é que tentar construir tanta capacidade de elevação sob as restrições de design levou a compensações de engenharia que tornaram tudo menos robusto, o que por sua vez exigiu uma reforma extensa. Isso não prova que o SpaceX seja mais barato, mas mostra que havia muito espaço para ficar mais barato apenas por ser menos ambicioso.
Esta questão relacionada fala sobre a quantidade de manutenção necessária para os motores principais, por exemplo.