Falco 9 -Falcon 9

Falco 9

Un Falcon 9 in decollo da LC-39A , con a bordo Demo-2
Funzione	Veicolo di lancio orbitale
Produttore	SpaceX
Paese di origine	stati Uniti
Costo per lancio	US $ 67 milioni (2022)
Misurare
Altezza
Diametro	3,7 m (12 piedi)
Massa
Fasi	2
Capacità
Carico utile nell'orbita terrestre bassa (LEO)
Inclinazione orbitale	28,5°
Massa
Carico utile nell'orbita di trasferimento geosincrono (GTO)
Inclinazione orbitale	27,0°
Massa
Il carico utile verso l'orbita di trasferimento di Marte
Massa	FT : 4 t (8.800 libbre)
Razzi associati
Lavoro derivato	Falco pesante
Cronologia del lancio
Stato
Avvia siti
Lanci totali	216 FT : 196 v1.1 : 15 v1.0 : 5
Successo/i	214 FT : 196 v1.1 : 14 v1.0 : 4
Guasti	1 ( v1.1 : CRS-7 in volo)
Guasti parziali	1 ( v1.0 : CRS-1 )
Risultati notevoli	1 ( FT : AMOS-6 distruzione pre-volo)
Atterraggi	173/182 tentativi
Primo volo
Ultimo volo
Primo stadio
Offerto da
Spinta massima
Impulso specifico
Brucia il tempo
Propellente	LOX / RP-1
Seconda fase
Offerto da
Spinta massima
Impulso specifico
Brucia il tempo
Propellente	LOX / RP-1
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Falcon 9 è un veicolo di lancio per carichi pesanti parzialmente riutilizzabile in grado di trasportare merci ed equipaggio in orbita terrestre, prodotto dalla società aerospaziale americana SpaceX .

Il razzo ha due stadi . Il primo stadio (booster) trasporta il secondo stadio e il carico utile a una certa altitudine, dopodiché il secondo stadio solleva il carico utile fino alla sua destinazione finale. Il razzo si è evoluto attraverso diverse versioni. V1.0 ha volato dal 2010 al 2013, V1.1 ha volato dal 2013 al 2016, mentre V1.2 Full Thrust è stato lanciato per la prima volta nel 2015, comprendendo la variante Block 5 , in volo da maggio 2018.

Il booster è in grado di atterrare verticalmente per facilitare il riutilizzo. Questa impresa è stata raggiunta per la prima volta sul volo 20 nel dicembre 2015. Da allora, SpaceX ha fatto atterrare con successo i booster oltre 100 volte. I singoli booster hanno effettuato fino a 15 voli. Entrambi gli stadi sono alimentati dai motori SpaceX Merlin , che utilizzano ossigeno liquido criogenico e cherosene per missili ( RP-1 ) come propellenti.

I carichi utili più pesanti volati nell'orbita di trasferimento geostazionario (GTO) erano Intelsat 35e che trasportava 6.761 kg (14.905 lb) e Telstar 19V con 7.075 kg (15.598 lb). Il primo è stato lanciato in una vantaggiosa orbita di trasferimento supersincrona , mentre il secondo è andato in un GTO a energia inferiore, con un apogeo ben al di sotto della quota geostazionaria.

Falcon 9 è classificato come umano per il trasporto di astronauti della NASA sulla ISS. Falcon 9 è certificato per il programma National Security Space Launch e NASA Launch Services Program come "Categoria 3", che può lanciare le missioni NASA più costose, importanti e complesse.

La prima missione è stata lanciata l'8 ottobre 2012.

A gennaio 2021, il Falcon 9 ha avuto il maggior numero di lanci tra i razzi statunitensi. È l'unico razzo statunitense certificato per il trasporto di esseri umani verso la Stazione Spaziale Internazionale . È l'unico razzo commerciale che abbia mai lanciato esseri umani in orbita. Il 24 gennaio 2021, Falcon 9 ha stabilito un record per il maggior numero di satelliti lanciati da un singolo razzo, portandone 143 in orbita.

Storia dello sviluppo

Ideazione e finanziamento

Nell'ottobre 2005, SpaceX ha annunciato l'intenzione di lanciare Falcon 9 nella prima metà del 2007. Il lancio iniziale non sarebbe avvenuto fino al 2010.

Mentre SpaceX ha speso il proprio capitale per sviluppare il suo precedente lanciatore, il Falcon 1 , lo sviluppo del Falcon 9 è stato accelerato dal finanziamento parziale della NASA e dall'impegno ad acquistare voli una volta dimostrate capacità specifiche. Il finanziamento è iniziato con capitale iniziale dal programma COTS ( Commercial Orbital Transportation Services ) nel 2006. Il contratto era strutturato come Space Act Agreement (SAA) "per sviluppare e dimostrare il servizio di trasporto orbitale commerciale", compreso l'acquisto di tre voli dimostrativi. L'aggiudicazione complessiva del contratto è stata di 278 milioni di dollari per fornire tre lanci dimostrativi di Falcon 9 con il veicolo spaziale cargo SpaceX Dragon . Successivamente sono state aggiunte ulteriori pietre miliari, portando il valore totale del contratto a 396 milioni di dollari.

Nel 2008, SpaceX ha vinto un contratto CRS ( Commercial Resupply Services ) nel programma COTS ( Commercial Orbital Transportation Services ) della NASA per consegnare merci alla ISS utilizzando Falcon 9/Dragon. I fondi sarebbero stati erogati solo dopo che le missioni dimostrative fossero state completate con successo e completamente. Il contratto ammontava a 1,6 miliardi di dollari per un minimo di 12 missioni per trasportare rifornimenti da e verso la ISS.

Nel 2011, SpaceX ha stimato che i costi di sviluppo di Falcon 9 v1.0 fossero dell'ordine di 300 milioni di dollari. La NASA ha stimato costi di sviluppo di 3,6 miliardi di dollari USA se fosse stato utilizzato un approccio contrattuale tradizionale cost-plus . Un rapporto della NASA del 2011 "ha stimato che sarebbe costato all'agenzia circa 4 miliardi di dollari lo sviluppo di un razzo come il booster Falcon 9 basato sui tradizionali processi di appalto della NASA", mentre "un approccio di sviluppo più commerciale" avrebbe potuto consentire all'agenzia di pagare solo gli Stati Uniti 1,7 miliardi di dollari".

Nel 2014, SpaceX ha rilasciato i costi di sviluppo combinati per Falcon 9 e Dragon. La NASA ha fornito 396 milioni di dollari, mentre SpaceX ha fornito oltre 450 milioni di dollari.

La testimonianza del Congresso di SpaceX nel 2017 ha suggerito che l'insolito processo della NASA di "fissare solo un requisito di alto livello per il trasporto merci alla stazione spaziale [mentre] lasciava i dettagli all'industria" aveva consentito a SpaceX di completare l'attività a un costo sostanzialmente inferiore. "Secondo i numeri verificati in modo indipendente dalla NASA, i costi di sviluppo di SpaceX per i razzi Falcon 1 e Falcon 9 sono stati stimati in circa 390 milioni di dollari in totale".

Sviluppo

SpaceX originariamente intendeva seguire il suo veicolo di lancio Falcon 1 con un veicolo di capacità intermedia, Falcon 5. Nel 2005, SpaceX ha annunciato che stava invece procedendo con Falcon 9, un "veicolo di lancio per carichi pesanti completamente riutilizzabile", e si era già assicurata un governo cliente. Il Falcon 9 è stato descritto come in grado di lanciare circa 9.500 chilogrammi (20.900 libbre) nell'orbita terrestre bassa e si prevedeva che avrebbe avuto un prezzo di $ 27.000.000 USD per volo con una carenatura del carico utile di 3,7 m (12 piedi) e 35 milioni di dollari con un 5,2 m ( 17 ft) carenatura. SpaceX ha anche annunciato una versione pesante di Falcon 9 con una capacità di carico utile di circa 25.000 chilogrammi (55.000 libbre). Il Falcon 9 aveva lo scopo di supportare le missioni LEO e GTO, così come le missioni dell'equipaggio e del carico verso la ISS.

Test

Il contratto COTS originale della NASA prevedeva il primo volo dimostrativo nel settembre 2008 e il completamento di tutte e tre le missioni dimostrative entro settembre 2009. Nel febbraio 2008, la data è scivolata nel primo trimestre del 2009. Secondo Musk, la complessità e le normative di Cape Canaveral requisiti hanno contribuito al ritardo.

Il primo test multi-motore (due motori accesi simultaneamente, collegati al primo stadio) è stato completato nel gennaio 2008. I test successivi hanno portato a un test-fire di 178 secondi (durata della missione), nove motori nel novembre 2008. Nell'ottobre 2009, il il primo fuoco di prova per tutti i motori pronto per il volo è stato presso la sua struttura di prova a McGregor, in Texas . A novembre, SpaceX ha condotto il test iniziale della seconda fase, della durata di quaranta secondi. Nel gennaio 2010, a McGregor è stato condotto un lancio di inserimento in orbita di 329 secondi (lunghezza della missione) del secondo stadio.

Gli elementi dello stack sono arrivati ​​al sito di lancio per l'integrazione all'inizio di febbraio 2010. Lo stack di volo è andato in verticale presso lo Space Launch Complex 40 , Cape Canaveral , e a marzo SpaceX ha eseguito un test antincendio statico, dove il primo stadio è stato sparato senza lancio. Il test è stato interrotto a T−2 a causa di un guasto nella pompa dell'elio ad alta pressione. Tutti i sistemi fino all'interruzione hanno funzionato come previsto e non è stato necessario risolvere ulteriori problemi. Un successivo test il 13 marzo ha acceso i motori del primo stadio per 3,5 secondi.

Produzione

Nel dicembre 2010, la linea di produzione SpaceX ha prodotto un Falcon 9 (e un veicolo spaziale Dragon) ogni tre mesi. A settembre 2013, lo spazio di produzione totale di SpaceX era aumentato a quasi 93.000 m ² (1.000.000 piedi quadrati), al fine di raggiungere un tasso di produzione di 40 nuclei di razzi all'anno. La fabbrica produceva un Falcon 9 al mese a novembre 2013.

A febbraio 2016 il tasso di produzione dei core Falcon 9 era aumentato a 18 all'anno e il numero di core del primo stadio che potevano essere assemblati contemporaneamente ha raggiunto sei.

Dal 2018, SpaceX riutilizza regolarmente i primi stadi, riducendo la domanda di nuovi core. Nel 2021, SpaceX ha eseguito 31 lanci F9, utilizzando solo due nuovi booster. Ha recuperato con successo il booster su tutti i voli tranne uno. La fabbrica di Hawthorne produce un secondo stadio (consumabile) per ogni lancio.

Cronologia del lancio

Questa sezione è trasclusa dall'Elenco dei lanci di Falcon 9 e Falcon Heavy . ( modifica | storia )

I razzi della famiglia Falcon 9 sono stati lanciati 221 volte in 13 anni, ottenendo 219 successi di missione completa ( 99,1%), un successo parziale ( SpaceX CRS-1 ha consegnato il suo carico alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), ma un carico utile secondario è stato bloccato in un'orbita inferiore a quella pianificata) e un fallimento completo (la navicella spaziale SpaceX CRS-7 è stata persa in volo a causa di un'esplosione). Inoltre, un razzo e il suo carico utile AMOS-6 sono stati distrutti prima del lancio in preparazione per un test di fuoco statico sul pad . La versione attualmente attiva, Falcon 9 Block 5 , ha effettuato 160 missioni, tutte con pieno successo.

Nel 2022 Falcon 9 ha stabilito un nuovo record di 60 lanci (tutti riusciti) dello stesso tipo di veicolo di lancio in un anno solare. Il record precedente era detenuto da Soyuz-U , che aveva 47 lanci (45 riusciti) nel 1979.

La prima versione del razzo Falcon 9 v1.0 è stata lanciata cinque volte da giugno 2010 a marzo 2013, il suo successore Falcon 9 v1.1 15 volte da settembre 2013 a gennaio 2016 e il Falcon 9 Full Thrust 196 volte da dicembre 2015 ad oggi. L'ultima variante Full Thrust, Block 5, è stata introdotta a maggio 2018. Mentre i booster Block 4 sono stati utilizzati solo due volte e hanno richiesto diversi mesi di ristrutturazione, le versioni Block 5 sono progettate per sostenere 10 voli con solo alcune ispezioni.

Il derivato Falcon Heavy è costituito da un primo stadio Falcon 9 rinforzato come nucleo centrale, con due primi stadi Falcon 9 aggiuntivi collegati e utilizzati come booster, entrambi dotati di un ogiva aerodinamico invece di un normale interstadio Falcon 9.

I booster del primo stadio del Falcon 9 sono atterrati con successo in 184 tentativi su 195 ( 94,4%), con 156 su 161 ( 96,9%) per la versione Falcon 9 Block 5. Un totale di 159 voli ripetuti di booster di primo stadio hanno tutti lanciato con successo i loro carichi utili.

Voli notevoli

• Volo 1, Dragon Spacecraft Qualification Unit - giugno 2010, primo volo del Falcon 9 e primo test del Dragon ,
• Volo 3, Dragon C2+ — prima consegna del carico alla Stazione Spaziale Internazionale ,
• Volo 4, CRS-1 : prima missione cargo operativa sulla ISS e prima dimostrazione della capacità di motore del razzo a causa del guasto di un motore Merlin del primo stadio,
• Volo 6, CASSIOPE — primo razzo v1.1 , primo lancio da Vandenberg AFB , primo tentativo di ritorno propulsivo del primo stadio ,
• Volo 7, SES-8 : primo lancio nell'orbita di trasferimento geosincrono (GTO), primo carico utile non governativo,
• Volo 9, CRS-3 : aggiunti tratti di atterraggio, prima discesa completamente controllata e atterraggio verticale sull'oceano ,
• Volo 15, Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) - prima missione iperbolica , che inietta veicoli spaziali nel punto L1 ,
• Volo 19, CRS-7 : perdita totale della missione a causa di cedimenti strutturali e sovrapressione dell'elio nel secondo stadio,
• Volo 20 , Orbcomm OG-2 — primo atterraggio verticale di un razzo di classe orbitale,
• Volo 23, CRS-8 : primo atterraggio verticale ottenuto su una nave drone spaziale autonoma in mare,
• AMOS-6 : perdita totale del veicolo e del carico utile prima del test antincendio statico (sarebbe stato il volo 29),
• Volo 30, CRS-10 — primo lancio da LC-39A al Kennedy Space Center ,
• Volo 32, SES-10 — primo volo di un booster di classe orbitale precedentemente pilotato ( B1021 , precedentemente utilizzato per SpaceX CRS-8 ), primo recupero di una carenatura,
• Volo 41, X-37B OTV-5 — primo lancio di uno spazioplano ,
• Volo 54 Bangabandhu-1 - il primo volo della versione Block 5 ,
• Volo 58 Telstar 19V : il satellite per comunicazioni più pesante mai consegnato a GEO,
• Volo 69 Crew Dragon Demo-1 - primo lancio del Crew Dragon (non trasportava astronauti),
• Volo 72, RADARSAT Constellation — il carico utile commerciale più prezioso messo in orbita,
• Il volo 81 - un lancio Starlink , è stato un volo riuscito, ma ha avuto il primo errore di recupero di un booster precedentemente volato e recuperato,
• Volo 83: un lancio riuscito di Starlink , ha visto il primo guasto di un motore del primo stadio Merlin 1D durante l'ascesa e il secondo guasto del motore di salita sul razzo dopo il CRS-1 sul volo 4,
• Volo 85, Crew Dragon Demo-2 — il primo lancio con equipaggio del Crew Dragon, con a bordo due astronauti,
• Volo 98, Crew-1 : il primo lancio operativo con equipaggio del Crew Dragon, che detiene il record per il volo spaziale più lungo effettuato da un veicolo con equipaggio statunitense,
• Volo 101, CRS-21 : il primo lancio del Cargo Dragon 2, una variante senza equipaggio del Crew Dragon,
• Il volo 106, Transporter-1, il primo lancio in rideshare di piccole dimensioni dedicato, ha stabilito il record del maggior numero di satelliti lanciati su un singolo lancio con 143 satelliti, superando il precedente record di 108 satelliti detenuto dal lancio del 17 novembre 2018 di un Antares ,
• Volo 108: un lancio di routine di Starlink che ha subito lo spegnimento anticipato di un motore Merlin 1D del primo stadio durante l'ascesa a causa di danni, ma ha comunque consegnato il carico utile all'orbita bersaglio,
• Volo 126, Inspiration4 — il primo volo spaziale orbitale di un equipaggio interamente privato,
• Volo 129, DART — prima missione di difesa planetaria contro oggetti vicini alla Terra ,
• Volo 134, CRS-24 : il centesimo atterraggio verticale riuscito di un razzo di classe orbitale, nel sesto anniversario del primo atterraggio nel 2015,
• Volo 199: il carico utile del Blocco 5 confermato più pesante di17.400 kg , 56 satelliti Starlink .

Progetto

F9 è un veicolo di lancio a due stadi , LOX / RP-1 .

Motore

Entrambi gli stadi sono dotati di motori a razzo Merlin 1D . Ogni motore Merlin produce 854 kN (192.000 lbf ₎ di spinta. Ogni motore utilizza una miscela piroforica di trietilalluminio - trietilborano (TEA-TEB) come accenditore del motore.

Lo stadio booster ha 9 motori, mentre il 2° stadio ha 1 versione adattata al vuoto. I motori booster sono disposti in quello che SpaceX chiama Octaweb .

Falcon 9 è in grado di perdere 2 motori e completare comunque la missione. I motori Merlin 1D possono vettorizzare la spinta per regolare la traiettoria.

Ogni motore a razzo Merlin è controllato da tre computer votanti , ciascuno con 2 CPU che controllano costantemente gli altri 2 del trio.

Carri armati

Le pareti e le cupole del serbatoio del propellente sono realizzate in lega di alluminio-litio . SpaceX utilizza un serbatoio saldato interamente a frizione , per la sua forza e affidabilità. Il serbatoio del secondo stadio è una versione più corta del serbatoio del primo stadio. Utilizza la maggior parte degli stessi strumenti, materiali e tecniche di produzione.

L'interstadio F9, che collega gli stadi superiore e inferiore, è una struttura composita con anima in alluminio e fibra di carbonio che contiene pinze di separazione riutilizzabili e un sistema di spinta pneumatico. Il sistema di separazione degli stadi originale aveva dodici punti di attacco, ridotti a tre per la v1.1.

Carenatura

F9 utilizza una carenatura del carico utile (cono del naso) per proteggere i satelliti (non Dragon) durante il lancio. La carenatura è lunga 13 m (43 piedi), ha un diametro di 5,2 m (17 piedi), pesa circa 1900 kg ed è costruita con una pelle in fibra di carbonio sovrapposta a un'anima a nido d'ape in alluminio. SpaceX ha progettato e fabbrica carenature a Hawthorne. I test sono stati completati presso la struttura della Plum Brook Station della NASA nella primavera del 2013, dove lo shock acustico e la vibrazione meccanica del lancio, oltre alle condizioni di scarica statica elettromagnetica , sono stati simulati su un articolo di prova a grandezza naturale in una camera a vuoto .

Sistemi di controllo

SpaceX utilizza più computer di volo ridondanti in un design tollerante ai guasti . Il software gira su Linux ed è scritto in C++ . Per la flessibilità, vengono utilizzate parti commerciali standardizzate e un design tollerante alle radiazioni a livello di sistema invece di parti indurite . Ogni stadio ha computer di volo a livello di stadio, oltre ai controller del motore specifici del Merlin, dello stesso design a triade con tolleranza ai guasti per gestire le funzioni di controllo dello stadio. Ogni CPU del microcontrollore del motore funziona su un'architettura PowerPC .

Zampe/pinne

I booster che verranno deliberatamente consumati non hanno gambe o pinne. I booster recuperabili includono quattro gambe di atterraggio estensibili fissate attorno alla base. Per controllare la discesa del nucleo attraverso l'atmosfera, SpaceX utilizza le alette della griglia che si aprono dal veicolo pochi istanti dopo la separazione dello stadio.

Versioni

V1.0 ha effettuato cinque lanci orbitali di successo dal 2010 al 2013. Il molto più grande V1.1 ha effettuato il suo primo volo nel settembre 2013. La missione dimostrativa trasportava un piccolo carico utile primario di 500 kg (1.100 libbre), il satellite CASSIOPE . Seguirono carichi utili più grandi, a partire dal lancio del satellite per comunicazioni SES-8 GEO . Sia la v1.0 che la v1.1 utilizzavano veicoli di lancio sacrificabili (ELV). Il Falcon 9 Full Thrust ha effettuato il suo primo volo nel dicembre 2015. Il primo stadio della versione Full Thrust era riutilizzabile . La versione attuale, nota come Falcon 9 Block 5 , ha effettuato il suo primo volo a maggio 2018.

V1.0

F9 v1.0 era un veicolo di lancio sacrificabile sviluppato dal 2005 al 2010. Ha volato per la prima volta nel 2010. V1.0 ha effettuato cinque voli, dopodiché è stato ritirato. Il primo stadio era alimentato da nove motori Merlin 1C disposti in una griglia 3 × 3. Ciascuno aveva una spinta al livello del mare di 556 kN (125.000 lb _f ) per una spinta totale al decollo di circa 5.000 kN (1.100.000 lb _f ). Il secondo stadio era alimentato da un singolo motore Merlin 1C modificato per il funzionamento sottovuoto , con un rapporto di espansione di 117:1 e un tempo di combustione nominale di 345 secondi. I propulsori gassosi N ₂ sono stati utilizzati nel secondo stadio come sistema di controllo della reazione (RCS).

I primi tentativi di aggiungere un leggero sistema di protezione termica allo stadio booster e al recupero del paracadute non hanno avuto successo.

Nel 2011, SpaceX ha avviato un programma di sviluppo formale per un Falcon 9 riutilizzabile , concentrandosi inizialmente sul primo stadio.

V1.1

V1.1 è il 60% più pesante con il 60% in più di spinta rispetto a v1.0. I suoi nove (più potenti) motori Merlin 1D sono stati riorganizzati in uno schema "ottagonale" che SpaceX ha chiamato Octaweb . Questo è progettato per semplificare e ottimizzare la produzione. I serbatoi di carburante erano più lunghi del 60%, rendendo il razzo più suscettibile alla flessione durante il volo.

Il primo stadio v1.1 ha offerto una spinta totale a livello del mare al decollo di 5.885 kilonewton (1.323.000 lbf ₎ , con i motori che bruciano per 180 secondi nominali, mentre la spinta dello stadio sale a 6.672 kN (1.500.000 lbf ₎ mentre il booster sale fuori dall'atmosfera.

Il sistema di separazione degli stadi è stato riprogettato per ridurre il numero di punti di attacco da dodici a tre e il veicolo aveva avionica e software aggiornati.

Questi miglioramenti hanno aumentato la capacità di carico utile da 9.000 kg (20.000 lb) a 13.150 kg (28.990 lb). Il presidente di SpaceX Gwynne Shotwell ha dichiarato che la v1.1 aveva circa il 30% in più di capacità di carico utile rispetto a quanto pubblicato sul suo listino prezzi, con il margine extra riservato per le fasi di ritorno tramite il rientro motorizzato .

I test di sviluppo della prima fase sono stati completati a luglio 2013. Il primo lancio è avvenuto a settembre 2013.

Le linee propellenti dell'accenditore del secondo stadio sono state successivamente isolate per supportare meglio il riavvio nello spazio dopo le lunghe fasi di costa per le manovre di traiettoria orbitale. Quattro gambe di atterraggio a nido d'ape estensibili in fibra di carbonio / alluminio sono state incluse nei voli successivi in ​​​​cui sono stati tentati gli atterraggi.

I prezzi di SpaceX e le specifiche del carico utile pubblicate per la v1.1 a marzo 2014 includevano circa il 30% in più di prestazioni rispetto al listino prezzi pubblicato indicato; SpaceX ha riservato le prestazioni aggiuntive per eseguire test di riusabilità . Per la v1.1 sono state apportate molte modifiche tecniche per supportare la riusabilità e il ripristino della prima fase ^.

V1.2/Piena spinta

L'aggiornamento v1.2, noto anche come Full Thrust (FT), ha apportato importanti modifiche. Ha aggiunto il raffreddamento del propellente criogenico per aumentare la densità consentendo una spinta maggiore del 17%, ha migliorato il sistema di separazione degli stadi, ha allungato il secondo stadio per contenere propellente aggiuntivo e ha rinforzato i montanti per contenere le bombole di elio che si ritiene siano state coinvolte nel fallimento del volo 19. Ha offerto un primo stadio riutilizzabile . I piani per riutilizzare il secondo stadio sono stati abbandonati poiché il peso di uno scudo termico e di altre apparecchiature avrebbe ridotto troppo il carico utile. Il booster riutilizzabile è stato sviluppato utilizzando sistemi e software testati sui prototipi del Falcon 9.

L' Autonomous Flight Safety System (AFSS) ha sostituito il personale e le attrezzature di controllo del volo della missione a terra. AFSS offriva fonti di posizionamento, navigazione e temporizzazione a bordo e logica decisionale. I vantaggi dell'AFSS includevano una maggiore sicurezza pubblica, una minore dipendenza dall'infrastruttura di portata, costi di trasporto spaziale ridotti, maggiore prevedibilità e disponibilità del programma, flessibilità operativa e flessibilità dello slot di lancio".

La capacità di FT ha consentito a SpaceX di scegliere tra aumentare il carico utile, diminuire il prezzo di lancio o entrambi.

Il suo primo atterraggio di successo è avvenuto nel dicembre 2015 e il primo volo nel marzo 2017. Nel febbraio 2017, il lancio del CRS-10 è stato il primo lancio operativo che utilizza l'AFSS. Tutti i lanci di SpaceX dopo il 16 marzo hanno utilizzato l'AFSS. Una missione del 25 giugno ha trasportato il secondo lotto di dieci satelliti Iridium NEXT , per i quali le alette della griglia in alluminio sono state sostituite da versioni in titanio più grandi , per migliorare l'autorità di controllo e la tolleranza al calore durante il rientro .

Blocco 4

Nel 2017, SpaceX ha iniziato a includere modifiche incrementali, soprannominate internamente Blocco 4. Inizialmente, solo il secondo stadio è stato modificato secondo gli standard del Blocco 4, volando sopra un primo stadio del Blocco 3 per tre missioni: NROL-76 e Inmarsat- 5 F5 a maggio 2017 e Intelsat 35e a luglio 2017. Block 4 è stato descritto come una transizione tra Full Thrust v1.2 Block 3 e Block 5 . Include aggiornamenti incrementali della spinta del motore che portano al Blocco 5. Il volo inaugurale del progetto completo del Blocco 4 (primo e secondo stadio) è stato la missione SpaceX CRS-12 il 14 agosto.

Blocco 5

Nell'ottobre 2016, Musk ha descritto il Blocco 5 come dotato di "molti piccoli perfezionamenti che collettivamente sono importanti, ma la spinta potenziata e le gambe migliorate sono le più significative". Nel gennaio 2017, Musk ha aggiunto che Block 5 "migliora significativamente le prestazioni e la facilità di riutilizzabilità". Il volo inaugurale è avvenuto l'11 maggio 2018, con il satellite Bangabandhu Satellite-1 . Il secondo stadio del Blocco 5 includeva aggiornamenti per consentirgli di rimanere in orbita e riaccendere il motore tre o più volte.

Capacità

Prestazione

Versione	v1.0 (ritirato)	v1.1 (ritirato)	v1.2 o Full Thrust
			Blocco 3 e Blocco 4 (in pensione)	Blocco 5 (attivo)
Motori della fase 1	9 × Merlino 1C	9 × Merlino 1D	9 × Merlin 1D (aggiornato)	9 × Merlin 1D (aggiornato)
Massa della fase 1			Massa secca 22,2 t (49.000 libbre)
Motori della fase 2	1 × aspirapolvere Merlin 1C	1 × aspirapolvere Merlin 1D	1 × Merlin 1D Vacuum (aggiornato)	1 × Merlin 1D Vacuum (aggiornato)
Massa della fase 2			Massa secca 4 t (8.800 libbre)
Massimo. altezza (m)	53	68.4	70	70
Diametro (m)	3.66	3.66	3.66	3.66
Spinta iniziale	3,807 milioni (388,2 tf )	5,9 milioni (600 tf )	6,804 milioni (693,8 tf )	7,6 milioni (770 tf )
Massa al decollo	318 tonnellate (701.000 libbre)	506 tonnellate (1.116.000 libbre)	549 tonnellate (1.210.000 libbre)	549 tonnellate (1.210.000 libbre)
Diametro carenatura (m)	—	5.2	5.2	5.2
Massa della carenatura			3,7 tonnellate (8.200 libbre)
Carico utile a LEO (kg) (da Cape Canaveral )	8.500–9.000	13.150	22.800 (sacrificabili)	≥ 22.800 (consumabili) ≥ 17.400 (riutilizzabili)
Carico utile per GTO (kg)	3.400	4.850	8.300 (consumabili) Circa 5.300 (riutilizzabili)	≥ 8.300 (consumabili) ≥ 5.800 (riutilizzabili)
Rapporto di successo	5/5	14/15	36 / 36 (1 precluso)	160/160

Affidabilità

Al 7 aprile 2023, Falcon 9 aveva ottenuto 214 successi di missione completi su 216 ( 99,1%). SpaceX CRS-1 è riuscito nella sua missione principale, ma ha lasciato un carico utile secondario in un'orbita sbagliata, mentre SpaceX CRS-7 è stato distrutto in volo. Inoltre, AMOS-6 si è disintegrato sulla rampa di lancio durante il rifornimento per un test del motore. Sulla base della stima puntuale dell'affidabilità di Lewis, il Falcon 9 Full Thrust era diventato il veicolo di lancio orbitale più affidabile allora in funzione. Il blocco 5 ha una percentuale di successo del 100% (160/160). Per fare un confronto, la serie Soyuz di riferimento del settore ha eseguito 1880 lanci con una percentuale di successo del 95,1% (la percentuale di successo dell'ultima Soyuz-2 è del 94%), la serie russa Proton ha eseguito 425 lanci con una percentuale di successo dell'88,7% ( l'ultimo tasso di successo di Proton-M è del 90,1%), l' Ariane 5 europeo ha effettuato 110 lanci con un tasso di successo del 95,5% e il cinese Long March 3B ha effettuato 85 lanci con un tasso di successo del 95,3% .

La sequenza di lancio di F9 include una funzione di blocco che consente l'accensione completa del motore e il controllo dei sistemi prima del decollo. Dopo l'avvio del motore del primo stadio, il lanciatore viene tenuto premuto e non rilasciato per il volo fino a quando non viene confermato che tutti i sistemi di propulsione e del veicolo funzionano normalmente. Sistemi di fissaggio simili sono stati utilizzati su veicoli di lancio come Saturn V e Space Shuttle . Se vengono rilevate condizioni anomale, si verifica uno spegnimento automatico sicuro e lo scarico del propellente. Prima della data di lancio, SpaceX in genere completa un ciclo di test, che culmina in un'accensione statica del primo stadio di tre secondi e mezzo.

F9 ha computer di volo a tripla ridondanza e navigazione inerziale , con una sovrapposizione GPS per una maggiore precisione.

Capacità di motore spento

Come il Saturno , più motori consentono il completamento della missione anche se uno fallisce. Sono state rese pubbliche descrizioni dettagliate delle modalità di guasto distruttivo del motore e delle capacità di spegnimento del motore progettate.

SpaceX ha sottolineato che il primo stadio è progettato per la capacità di "motore spento". CRS-1 nell'ottobre 2012 è stato un successo parziale dopo che il motore n. 1 ha perso pressione a 79 secondi e poi si è spento. Per compensare la conseguente perdita di accelerazione, il primo stadio ha dovuto bruciare 28 secondi in più del previsto e il secondo stadio ha dovuto bruciare altri 15 secondi. Quel tempo di combustione extra ha ridotto le riserve di carburante in modo che la probabilità che ci fosse carburante sufficiente per eseguire la missione è scesa dal 99% al 95%. Poiché la NASA aveva acquistato il lancio e quindi controllava contrattualmente diversi punti decisionali della missione, la NASA ha rifiutato la richiesta di SpaceX di riavviare il secondo stadio e tentare di consegnare il carico utile secondario nell'orbita corretta. Di conseguenza, il carico utile secondario è rientrato nell'atmosfera.

I motori Merlin 1D hanno subito due arresti prematuri durante la salita. Nessuno dei due ha influito sulla missione principale, ma entrambi i tentativi di atterraggio sono falliti. In una missione Starlink del 18 marzo 2020, uno dei motori del primo stadio si è guastato 3 secondi prima dello spegnimento a causa dell'accensione di dell'alcool isopropilico che non è stato adeguatamente spurgato dopo la pulizia. In un'altra missione Starlink il 15 febbraio 2021, i gas di scarico caldi sono entrati in un motore a causa di un foro nel suo coperchio dovuto alla fatica. SpaceX ha affermato che la copertura fallita aveva il "numero più alto ... di voli che questo particolare design di [copertura] del bagagliaio avesse visto".

Riutilizzabilità

SpaceX ha pianificato fin dall'inizio di rendere riutilizzabili entrambe le fasi. I primi stadi dei primi voli Falcon erano dotati di paracadute ed erano ricoperti da uno strato di sughero ablativo per consentire loro di sopravvivere al rientro atmosferico . Questi sono stati sconfitti dallo stress aerodinamico e dal riscaldamento che li accompagnavano. Gli stadi erano resistenti alla corrosione dell'acqua salata.

Alla fine del 2011, SpaceX ha eliminato i paracadute a favore della discesa motorizzata . Il progetto è stato completato entro febbraio 2012.

Gli atterraggi a motore sono stati testati per la prima volta in volo con il razzo suborbitale Grasshopper . Tra il 2012 e il 2013, questo veicolo di prova dimostrativo a bassa quota e bassa velocità ha effettuato otto atterraggi verticali , incluso un volo di andata e ritorno di 79 secondi a un'altitudine di 744 m (2.441 piedi). Nel marzo 2013, SpaceX ha annunciato che a partire dal primo volo v1.1, ogni booster sarebbe stato equipaggiato per la discesa motorizzata.

Prove di volo post-missione e tentativi di atterraggio

Per il volo 6 nel settembre 2013, dopo la separazione degli stadi, il piano di volo prevedeva che il primo stadio conducesse un'accensione per ridurre la sua velocità di rientro, e quindi una seconda accensione appena prima di raggiungere l'acqua. Sebbene non sia stato un completo successo, il palco è stato in grado di cambiare direzione e fare un ingresso controllato nell'atmosfera. Durante l'atterraggio finale, i propulsori RCS non sono riusciti a superare una rotazione indotta dall'aerodinamica. La forza centrifuga ha privato il motore del carburante, provocando un arresto anticipato del motore e un duro ammaraggio.

Dopo altri quattro test di atterraggio oceanico, il booster CRS-5 ha tentato un atterraggio sulla piattaforma galleggiante ASDS nel gennaio 2015. Il razzo ha incorporato (per la prima volta in una missione orbitale) superfici di controllo aerodinamico a griglia e si è guidato con successo verso la nave , prima di esaurire il fluido idraulico e schiantarsi contro la piattaforma. Un secondo tentativo è avvenuto nell'aprile 2015, su CRS-6 . Dopo il lancio, la valvola bipropellente si è bloccata, impedendo al sistema di controllo di reagire abbastanza rapidamente per un atterraggio riuscito.

Il primo tentativo di far atterrare un booster su una piattaforma di terra vicino al sito di lancio è avvenuto sul volo 20, nel dicembre 2015. L'atterraggio ha avuto successo e il booster è stato recuperato. Questa è stata la prima volta nella storia che dopo aver lanciato una missione orbitale, un primo stadio ha raggiunto un atterraggio verticale controllato . Il primo booster che è atterrato con successo su un ASDS è avvenuto nell'aprile 2016 sulla nave drone Of Course I Still Love You durante CRS-8 .

Dal 2013 al 2016 sono stati condotti sedici voli di prova, sei dei quali hanno ottenuto un atterraggio morbido e un recupero del booster. Da gennaio 2017, ad eccezione del nucleo centrale del volo di prova Falcon Heavy , della missione Falcon Heavy USAF STP-2 , della missione di rifornimento Falcon 9 CRS-16 e delle missioni Starlink -4 e 5, ogni tentativo di atterraggio ha avuto successo. L'unica perdita post-atterraggio di un primo stadio si è verificata sul Falcon Heavy Arabsat-6A dopo che il nucleo centrale è caduto in mare durante il mare agitato durante il viaggio verso la terraferma.

Rilancio

Il primo rilancio operativo di un booster precedentemente pilotato è stato effettuato nel marzo 2017 con il B1021 nella missione SES-10 dopo il CRS-8 nell'aprile 2016. Dopo l'atterraggio una seconda volta è stato ritirato. Nel giugno 2017, il booster B1029 ha contribuito a trasportare BulgariaSat-1 verso GTO dopo una missione Iridium NEXT LEO nel gennaio 2017, ottenendo nuovamente il riutilizzo e l'atterraggio di un booster recuperato. Il terzo volo di riutilizzo è avvenuto nel novembre 2018 nella missione SSO-A . Il nucleo della missione, Falcon 9 B1046 , è stato il primo booster Block 5 prodotto e aveva volato inizialmente sulla missione Bangabandhu Satellite-1 .

A maggio 2021 il primo booster ha raggiunto le 10 missioni. Musk ha indicato che SpaceX intende far volare i booster fino a quando non vedranno un fallimento nelle missioni Starlink. A dicembre 2022, il record è di 15 voli con lo stesso booster.

Recupero di secondi stadi e carenature

Nonostante le dichiarazioni pubbliche secondo cui si sarebbero sforzati di rendere riutilizzabile anche il secondo stadio, alla fine del 2014 SpaceX ha stabilito che la massa necessaria per uno scudo termico, motori di atterraggio e altre attrezzature per supportare il recupero del secondo stadio era proibitiva e ha abbandonato sforzi di riusabilità di seconda fase.

SpaceX ha sviluppato carenature del carico utile dotate di paracadute orientabile e propulsori RCS che possono essere recuperati e riutilizzati. Una metà della carenatura del carico utile è stata recuperata dopo un atterraggio morbido nell'oceano per la prima volta nel marzo 2017, dopo SES-10 . Successivamente, è iniziato lo sviluppo di un sistema navale che prevedeva una massiccia rete, al fine di catturare le carenature di ritorno. Due navi dedicate sono state attrezzate per questo ruolo, effettuando le prime catture nel 2019. Tuttavia, dopo un successo misto, SpaceX è tornata agli atterraggi in acqua e al recupero in acqua.

Avvia siti

All'inizio del 2018, F9 veniva lanciato regolarmente da tre siti di lancio orbitale : Launch Complex 39A del Kennedy Space Center , Space Launch Complex 4E della Vandenberg Air Force Base e Space Launch Complex 40 presso la Cape Canaveral Air Force Station . Quest'ultimo è stato danneggiato nell'incidente AMOS-6 nel settembre 2016, ma è stato nuovamente operativo entro dicembre 2017.

Prezzi

Al momento del volo inaugurale di F9 nel 2010, il prezzo del lancio della v1.0 era compreso tra 49,9 e 56 milioni di dollari. Il prezzo di listino è aumentato da allora in poi, a US $ 54-59,5 milioni (2012). 56,5 milioni (v1.1, agosto 2013), 61,2 milioni di dollari (giugno 2014), 62 milioni di dollari (Full Thrust, maggio 2016), fino a 67 milioni di dollari (2022). Le missioni Dragon cargo verso la ISS hanno un costo medio di 133 milioni in base a un contratto a prezzo fisso con la NASA , compreso il costo del veicolo spaziale. La missione DSCOVR del 2013 , lanciata con Falcon 9 per la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), è costata 97 milioni di dollari.

Nel 2004, Elon Musk ha dichiarato: "In definitiva, credo che 500 per libbra (1100 / kg) [di carico utile consegnato in orbita] o meno sia molto realizzabile". Al prezzo di lancio del 2016 con un carico utile LEO completo, i costi di lancio di Full Thrust hanno raggiunto i 1.200 USD/lb (2.600 USD/kg).

Nel 2011, Musk ha stimato che il carburante e l'ossidante per la v1.0 costassero circa 200.000. Il primo stadio utilizza 245.620 L (54.030 imp gal; 64.890 US gal) di ossigeno liquido e 146.020 L (32.120 imp gal; 38.570 US gal) di carburante RP-1 , mentre il secondo stadio utilizza 28.000 L (6.200 imp gal; 7.400 US gal) gal) di ossigeno liquido e 17.000 L (3.700 imp gal; 4.500 US gal) di RP-1.

Entro il 2018, i costi di lancio ridotti di F9 hanno attirato concorrenti. Arianespace ha iniziato a lavorare su Ariane 6 , United Launch Alliance (ULA) su Vulcan Centaur e International Launch Services (ILS) su Proton Medium .

Il 26 giugno 2019, Jonathan Hofeller (vicepresidente delle vendite commerciali di SpaceX) ha affermato che gli sconti sui prezzi concessi ai primi clienti in missione con booster riutilizzati erano diventati il ​​​​prezzo standard. Nell'ottobre 2019, il "prezzo base" di Falcon 9 di 62 milioni di dollari per lancio è stato abbassato a 52 milioni di dollari per i voli programmati nel 2021 e oltre.

Il 10 aprile 2020, l'amministratore di Roscosmos Dmitry Rogozin , ha affermato che la sua agenzia stava tagliando i prezzi del 30%, sostenendo che SpaceX stava praticando un dumping dei prezzi addebitando ai clienti commerciali 60 milioni di dollari per volo mentre addebitava alla NASA tra 1,5 e 4 volte tanto per lo stesso volo. Musk ha negato l'affermazione e ha risposto che la differenza di prezzo rifletteva che gli F9 erano riutilizzabili all'80%, mentre i razzi russi erano monouso. Il CEO di ULA Tory Bruno ha dichiarato: "La nostra stima rimane di circa 10 voli come media della flotta per raggiungere un punto di pareggio costante ... e che nessuno si è avvicinato da nessuna parte". Tuttavia, Elon Musk ha risposto "La riduzione del carico utile dovuta alla riutilizzabilità del booster e della carenatura è <40% per Falcon 9 e il ripristino e la ristrutturazione è <10%, quindi sei più o meno alla pari con 2 voli, decisamente avanti con 3". La CNBC ha riferito nell'aprile 2020 che i lanci dell'aeronautica degli Stati Uniti costavano 95 milioni di dollari a causa della necessaria sicurezza aggiuntiva. Il dirigente di SpaceX Christopher Couluris ha affermato che il riutilizzo dei razzi potrebbe portare i prezzi ancora più bassi, che "costa 28 milioni per lanciarlo, questo è con tutto".

Carichi secondari

I servizi di carico utile F9 includono carichi utili secondari e terziari montati tramite un anello EELV Secondary Payload Adapter (ESPA), lo stesso adattatore interstadio utilizzato per il lancio di carichi utili secondari nelle missioni del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti che utilizzano gli Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV) Atlas V e Delta IV . Ciò consente missioni secondarie e persino terziarie con un impatto minimo sulla missione originale. Nel 2011, SpaceX ha annunciato i prezzi per i payload compatibili con ESPA.

Manufatti storici e museo Falcon 9s

SpaceX ha messo in mostra per la prima volta un Falcon 9 (B1019) presso la propria sede di Hawthorne, in California , nel 2016.

Nel 2019, SpaceX ha donato un Falcon 9 (B1035) allo Space Center Houston , a Houston, in Texas . È stato un booster che ha volato due missioni, "l'undicesima e la tredicesima missione di rifornimento alla Stazione Spaziale Internazionale [ed è stato] il primo razzo Falcon 9 che la NASA ha accettato di volare una seconda volta".

Nel 2021, SpaceX ha donato un booster laterale Falcon Heavy (B1023) al Kennedy Space Center Visitor Complex .

Payload notevoli

• AMOS-17
• Bangabandhu Satellite-1
• Atterraggio lunare Beresheet
• Boeing X-37
• Drago dell'equipaggio e del carico
• CRS-7
• Doppio test di reindirizzamento degli asteroidi (DART)
• EcoStar 23
• Lancio del GPS IIIA
• Costellazione dell'iridio PROSSIMA
• Lanci per l' US National Reconnaissance Office , NROL
• Orbcomm OG2
• Costellazione RADARSAT
• SES-10
• Lancio di Sirius XM
• Collegamento spaziale SpaceX
• Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)
• Zuma

Guarda anche

• Confronto di sistemi di lancio orbitale
• Elenco dei booster del primo stadio di Falcon 9
• Veicoli di lancio SpaceX

Appunti

Riferimenti

link esterno

• Pagina ufficiale di Falcon 9
• SAOCOM 1B | Lancio e atterraggio
• Accensione di prova di due motori Merlin 1C collegati al primo stadio del Falcon 9, Film 1 , Film 2 (18 gennaio 2008)
• Comunicato stampa di annuncio del design (9 settembre 2005)
• SpaceX spera di fornire alla ISS il nuovo lanciatore pesante Falcon 9 (Flight International, 13 settembre 2005)
• SpaceX lancia Falcon 9, With A Customer Archiviato l'11 giugno 2007 in Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 settembre 2005)