Falcon 9

Falcon 9 on SpaceX-yhtiön suunnittelema uudelleenkäytettävä kantoraketti, joka kuuluu Falcon-rakettiperheeseen.

Versiot

Vasemmalta oikealle: Falcon 1, Falcon 9 v1.0, kolme versiota Falcon 9 v1.1:stä, kolme versiota Falcon 9 v1.2:stä, kaksi versiota Falcon 9 Block 5:stä ja Falcon Heavy.

Falcon 9 v1.0 on ensimmäinen operatiivinen versio raketista. Sitä käytettiin 5 kertaa vuosina 2010-2013. Versio on poistunut käytöstä.

Falcon 9 v1.1 on toinen operatiivinen versio raketista. Version ensimmäinen laukaisu oli 29. syyskuuta 2013. Falcon 9 v1.1 epäonnistui kerran, kesällä 2015 raketti ja kuorma tuhoutuivat kesken lennon SpaceX CRS-7. Tämän jälkeen sillä suoritettiin vielä yksi onnistunut laukaisu kunnes sen korvasi kokonaan uudempi malli.

Falcon 9 v1.2 (myös nimellä Falcon 9 Full Thrust) on uudempi versio raketista. Sillä saavutettiin ensimmäistä kertaa ikinä ensimmäisen vaiheen uudelleenkäytettyvyys maaliskuussa 2017 lennolla SES-10. Yksi v1.2 on tuhoutunut, tankkauksen yhteydessä syyskuussa 2016 AMOS-6. v1.2:n historia jakaantuu edelleen kolmeen eri vaiheeseen. Block 3 on sen ensimmäinen v1.2 -versio ja toinen Block 4. Kolmas v1.2-version edellen aktiivisessa käytössä oleva Block 5. Käytössä toukokuusta 2018 alkaen.

Huomattavasti raskaampi Falcon Heavy kehitettiin Falcon 9:n pohjalta.

Historia

Katso myös: Luettelo Falcon-rakettiperheen laukaisuista

SpaceX ilmoitti 8. syyskuuta 2005 kehittävänsä Falcon 9 -rakettia, jossa olisi yhdeksän Merlin-rakettimoottoria ensimmäisessä vaiheessa. Suunnitelmien mukaan kantoraketti tulisi olemaan Yhdysvaltain ilmavoimien 1990-luvulla kehittämän EELV-luokan kantoraketin kokoinen, eli se on tarkoitettu kilpailemaan yhdysvaltalaisten Delta IV ja Atlas V -rakettien sekä etenkin venäläisen Protonin, Intian GSLV:n ja Kiinan Pitkä marssi -rakettien kanssa. Falcon 9 suunniteltiin olemaan uudelleenkäytettävä ensimmäisen vaiheensa osalta. Toisen vaiheen uudelleenkäyttöä on myös pohdittu, mutta yhtiö ei ole kehittänyt sitä konseptitasoa pidemmälle.

SpaceX osti lakkautetun Beal Aerospacen rakettitestilaitoksen, Teksasin McGregorissa. Sen 15 meganewtonin staattisen työntövoiman testipenkki muunnettiin Falcon 9:n testaamiseen sopivaksi. Penkissä testattiin yhdeksänmoottorisen Falcon 9 -raketin ensimmäisiä rakettivaiheita ennen lentoja.

SpaceX aloitti ensimmäiset kokeilut Falcon 9:n ensimmäisen vaiheen kontrolloidulle laskeutumiselle helmikuussa 2012 matalilla, pieninopeuksisilla testilennoilla Grasshopperiksi kutsutulla prototyypillä, joka oli modifioitu Falcon 9:n ensimmäinen vaihe koostuen yhdestä Merlin 1D -moottorista ja kiinteästä laskutelineestä. Grasshopperilla kokeiltiin leijumista matalalla korkeudella moottorin varassa ja hallittua liikettä sivu- ja pystysuunnissa. Grasshopper lensi kaiken kaikkiaan kahdeksan kertaa, joista jokainen oli onnistunut lento. Viimeisen lentonsa Grasshopper teki lokakuussa 2013, lentäen 744 metrin matkan.

Grasshopperin ohella SpaceX aloitti syyskuussa 2013 sarjan testejä, joissa tavallisten Falcon 9:n lentojen ohessa ensimmäinen vaihe käynnistettettiin uudestaan toisen vaiheen irtauduttua. Näillä demonstroitiin ensimmäisen vaiheen kyky käynnistyä useasti uudestaan yläilmakehässä ja merenpinnan tasolla, muuttaa nopeutta sekä suuntaa ja tehdä hallittu laskeutuminen mereen. Ensimmäinen näistä suoritettiin 29. syyskuuta 2013, toisen vaiheen ja CASSIOPE-hyötykuorman irtauduttua ensimmäisestä vaiheesta.

Falcon 9 laukaistiin Cape Canaveralista kiertoradalle ensimmäistä kertaa 4. kesäkuuta 2010. Toisella lennolla, COTS Demo Flight 1, mukana oli Dragon-kapseli, joka kiersi lennolla kaksi kiertorataa. Kolmannella lennolla, COTS Demo Flight 2, 25. toukokuuta 2012 Falcon 9 vei Dragon-rahtialuksen ISS:lle . ISS-lentojen lisäksi Falcon 9:ää on käytetty satelliittien laukaisuun geostationaariselle radalle ja maan matalalle kiertoradalle. Rakettia on suunniteltu alusta alkaen myös miehitettyihin laukaisuihin soveltuvaksi ja sitä onkin tarkoitus käyttää myös miehitetyn Dragon-version kanssa.

Tammikuuhun 2014 mennessä Falcon 9 on lentänyt kahdeksan lentoa, joista kaikki ovat olleet onnistuneita.

Ensimmäinen kontrolloitu laskeutimisyritys meressä kelluvalle autonomiselle ASDS-lautalle suoritettiin Kansainvälisen avaruusaseman CRS-5-rahtilennolla tammikuussa 2015. Toisen vaiheen ja Dragonin irtauduttua ensimmäisestä vaiheesta se aloitti sarjan moottorien käynnistyksiä, jotka tiputtivat sen sivuttaissuuntaista nopeutta ja toivat sen lähemmäksi lauttaa. Laskeutuminen kuitenkin epäonnistui ensimmäisen vaiheen törmätessä lauttaan liian suurella nopeudella. Raketti räjähti törmäyksen seurauksena.

Falcon 9 FT:n ensimmäinen vaihe laskeutuu LZ-1-laskeutumisalustalle noin kymmenen minuuttia Orbcomm OG2 M2 -lennon laukaisusta.

Myöskin seuraavat laskeutumisyritykset johtivat ensimmäisen vaiheen tuhoutumiseen. 11. helmikuuta 2015 SpaceX jälleen yritti saada ensimmäisen vaiheen laskeutumaan DSCOVR-satelliitin laukaisun yhteydessä, mutta seitsenmetriset aallot estivät lautan pääsemisen tapahtumapaikalle, jolloin raketti joutui laskeutumaan mereen, kuitenkin onnistuneesti. Laskeutumista päästiin yrittämään jälleen uudelleen Kansainvälisen avaruusaseman CRS-6-rahtilennolla. Yritys epäonnistui rakettimoottorin ohjausjärjestelmän liian hitaan toiminnan takia, mitä lentotietokoneet eivät pystyneet kompensoimaan, johtaen raketin iskeytymiseen ASDS-lautan pintaan. CRS-7-lennolla ensimmäisen vaiheen laskeutumista ei päästy yrittämään kantoraketin tuhouduttua 139 sekuntia laukaisun jälkeen.

SpaceX saavutti ensimmäisen onnistuneen laskeutumisen 22. joulukuuta 2015 Orbcomm OG2 M2 -lennolla, kun päivitetyn Falcon 9 FT:n ensimmäinen vaihe laskeutui SpaceX:n LZ-1 laskeutumisalustalle kello 1.29 UTC-aikaa. Ensimmäinen vaihe sammui noin kaksi minuuttia ja 20 sekuntia laukaisun jälkeen, irroten toisesta hetkeä myöhemmin. Toinen vaihe käynnistyi 11 sekuntia myöhemmin. Toinen vaihe teki noin seitsemän ja puolen minuutin polton, ensimmäisen vaiheen laskeutuessa Landing Zone 1 -alustalle Cape Canaveral Air Force Stationiin noin kymmenen minuuttia laukaisusta.

OG2-lentoa seuranneen Jason-3-lennon laskeutuminen ASDS-lautalle oli jo lähellä onnistua. Ensimmäisen vaiheen moottorit sammuivat suunnitellusti kaksi minuuttia ja 34 sekuntia laukaisusta, irtaantuen toisesta vaiheesta kolme sekuntia myöhemmin. Ensimmäinen vaihe suoritti kolme polttoa toisen vaiheen lentäessä kiertoradalle - ensimmäinen, Boostback burn, joka siirtää vaiheen oikealle radalle kohti ASDS:ää, suoritettiin noin sata sekuntia vaiheistamisesta, eli noin neljä minuuttia ja 25 sekuntia laukaisusta. Seitsemän minuutin kohdalla laukaisusta ensimmäinen vaihe jälleen käynnisti moottorinsa hidastaakseen nopeutta palatessaan ilmakehään. Tämän jälkeen suoritettu laskeutumispoltto onnistui myös kaavan mukaan, ja Falcon 9:n ensimmäinen vaihe laskeutui ASDS-lautalle noin neljä ja puoli minuuttia laukaisusta. Vaihe kuitenkin alkoi pian laskeutumisen jälkeen kallistua, iskeytyen räjähtäen lautan pintaan. Laskeutumisvideolla näkyy, miten yksi vaiheen neljästä laskeutumistelineestä pettää ja raketti alkaa kallistua. Myöhemmässä tutkinnassa selvisi laskeutumistelineiden lukitusmekanismeihin kondensoituneen kosteuden jäätyneen lennon aikana ja estäneen yhden telineen lukkiutumisen.

Laskeutumista ASDS:lle yritettiin jälleen SES-9-lennolla. Viidennellä yrityksellä Falcon 9 Full Thrust -raketti laukaisi SES-9:n onnistuneesti Cape Canaveral Air Force Stationin laukaisukompleksi 40:ltä 4. maaliskuuta kello 23.35 UTC-aikaa. Raketin ensimmäisen vaiheen yhdeksän Merlin 1D -moottoria paloivat kaksi minuuttia ja 36 sekuntia, jonka jälkeen ensimmäinen ja toinen vaihe irtautuivat toisistaan neljä sekuntia moottorien sammumisen jälkeen. Toinen vaihe jatkoi satelliitin viemistä halutulle radalle kuuden minuutin ja 14 sekunnin poltolla, jonka jälkeen sen Merlin 1D Vacuum -tyhjiömoottori sammutettiin ennen toista käynnistystä. Ensimmäisen vaihe aloitti irtautumisen jälkeen laskeutumisyrityksen 600 kilometriä Floridan niemimaasta itään merellä sijaitsevalle ASDS-lautalle. Rakettivaihe teki kaksi paluupolttoa, mutta tuhoutui silti kovassa laskeutumisessa. SES-9-lennon yhteydessä tehty laskeutumisyritys oli tosin muita vastaavia yrityksiä haastavampi korkeiden ratavaatimusten takia.

Falcon 9 FT:n ensimmäinen vaihe ASDS-lautalla laskeutumisen jälkeen, noin kahdeksan minuuttia CRS-8-lennon alkamisesta.

Seuraavalla lennolla, rahtilento CRS-8:lla laskeutumista merelle yritettiin taas kerran. Laukaisu tapahtui 8. huhtikuuta 2016 kello 20.43 UTC-aikaa Cape Canaveral Air Force Stationin laukaisukompleksi 40:ltä. Ensimmäisen vaiheen moottorit paloivat kaksi ja puoli minuuttia, toisen vaiheen irtauduttua kolme sekuntia ensimmäisen vaiheen moottoreiden sammutuksesta. Toisen vaiheen Merlin 1D Vacuum -moottori käynnistettiin seitsemän sekuntia myöhemmin. Toinen vaihe jatkoi kapselin viemistä halutulle radalle, kun ensimmäinen vaihe teki kolme erillistä paluupolttoa ennen laskeutumistaan ASDS-lautalle. Poltot onnistuivat ja rakettivaihe teki pehmeän laskeutumisen yhden Merlin 1D -moottorin varassa noin 340 kilometriä laukaisupaikalta sijainneelle lautalle, noin kahdeksan minuuttia ja 35 sekuntia lennon alun jälkeen.

CRS-8-lennon ollessa lento matalalle Maan kiertoradalle, tätä seurannut JCSAT-14 oli täysin toinen haaste lennon suuntautuessa geostationaariselle siirtoradalle. Verrattuna CRS-8-lentoon, ensimmäinen vaihe palaisi ilmakehään kaksi kertaa suuremmalla nopeudella ja neljä kertaa suuremmalla liike-energialla. Vaiheistamisessa raketin nopeus oli 8 350 kilometriä tunnissa, verrattuna CRS-8-lennon nopeuteen 6 650 kilometriä tunnissa. Lento oli saman kaltainen kuin aikaisemmin maaliskuussa lennetty SES-9, jolloin laskeutumisyritys epäonnistui. JCSAT-14 lennolla SpaceX päätti käyttää normaalin yhden Merlin 1D -moottorin sijasta kolmea vastaavaa laskeutumiseen painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden ja polttoaineen kulutuksen minimoimisiksi. Kaksi minuuttia ja 38 sekuntia JCSAT-14:a laukaisun jälkeen ensimmäisen vaiheen moottorit sammuivat ja kolme sekuntia myöhemmin raketti suoritti vaiheistamisen. Toisen vaiheen puskiessa satelliittia kiertoradalle ensimmäinen vaihe aloitti sarjan polttoja lähestyäkseen ASDS-lauttaa. Ensimmäinen vaihe laskeutui lautalle onnistuneesti kolmella Merlin 1D -moottorilla kahdeksan minuuttia ja 40 sekuntia lennon alkamisesta.

Heinäkuuhun 2019 mennessä Falcon 9 oli lentänyt 74 lentoa, joista neljä on epäonnistunut täysin. Helmikuuhun 2022 mennessä Falcon 9 on lentänyt 139 lentoa, joista yksi on epäonnistunut. Epäonnistunut lento oli vuonna 2015 ja lisäksi oli ennen lentoa tapahtunut epäonnistunut testi vuonna 2016.

Vasemmalla Falcon 9 v1.0:n moottoriasetelma ja oikealla Falcon 9 v.1.1:n "Octaweb"-moottoriasetelma.

Elinkaarensa aikana Falcon 9:stä on kehitetty kolme versiota: ensimmäinen versio, versio 1.0 lensi viisi lentoa. Tätä seurannut versio 1.1 teki 15 lentoa ennen Falcon Full Thrustin (F9 FT) kehitystä.

Lokakuussa 2016 Elon Musk kertoi Falcon 9 viimeisen version, Block 5:n olevan kehitteillä, ja että se tulisi lentämään ennen vuoden 2017 loppua. Block 5 tulee parantamaan Falcon 9:n toimintavarmuutta, laskeutumistelineitä, tehoa, helpottamaan ensimmäisen vaiheen uudelleenkäyttöä, sekä valmistelemaan Falcon 9 tulevia miehitettyjä lentoja varten.