Falcon 9

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Falcon 9

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Eine Falcon 9 v1.1 mit Dragon-Raumkapsel und Landebeinen an der Erststufe auf dem Startplatz (2014)

Falcon 9 ist die Bezeichnung einer Familie von US-amerikanischen Trägerraketen, die von der Firma SpaceX für orbitale Nutzlasten zwischen etwa 10 und 50 t entwickelt und eingesetzt wird. Sie basiert technisch auf der kleineren Falcon 1, setzt aber anstelle eines einzelnen Merlin-Triebwerks in der ersten Stufe neun Merlins ein. Alle bisherigen Versionen sind zweistufig.

Im Rahmen des CRS-Programms ({{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value)) wird die Rakete in Verbindung mit dem Dragon-Raumschiff unter anderem zur Versorgung der Internationalen Raumstation verwendet, ab 2018[veraltet] soll sie auch mit der Dragon-V2-Kapsel im Rahmen des CCDev-Programms Astronauten zur ISS transportieren. Weiterhin wird sie für kommerzielle Starts angeboten. Der erste Start fand im Juni 2010 statt.

Die Falcon 9 ist als teilweise wiederverwendbare Trägerrakete ausgelegt. Die Erststufe kann nach der Abkopplung der Zweitstufe auf einer Plattform im Ozean oder nach einem Rückflug in der Nähe des Startplatzes mit einem Triebwerk landen. Hierfür verfügt sie über ausklappbare Landebeine und Gitterflossen. Die erste erfolgreiche Landung gelang am 21. Dezember 2015 (Ortszeit, 22. Dezember UTC) in Cape Canaveral.[1][2]

Die erneute Nutzung einer bereits geflogenen ersten Stufe (Core-ID B1021)[3] erfolgte zum ersten Mal mit SES-10 am 30. März 2017 um 18:27 Uhr Ortszeit (22:27 Uhr UTC / 00:27 Uhr MESZ).[4] Die Stufe landete auf der schwimmenden Plattform “Of Course I Still Love You” im Atlantik.[5]

Mit der Falcon Heavy[veraltet], die auf der Falcon 9 basiert, ist die Trägerrakete mit der dann weltweit höchsten Nutzlast geplant.

Geschichte

V. l. n. r.: Falcon 1, Falcon 9 v1.0, drei Versionen der Falcon 9 v1.1, drei Versionen der Falcon 9 v1.2 und Falcon Heavy

Im September 2005 gab SpaceX bekannt, eine noch stärkere, vollständig wiederverwendbare Trägerrakete mit der Bezeichnung Falcon 9 entwickeln zu wollen.

v1.0

Die erste Stufe der Falcon 9 v1.0 verwendete neun Merlin-1C-Triebwerke in quadratischer Anordnung, die zweite Stufe ein einzelnes mit einer verlängerten Ausströmdüse ausgestattetes Merlin-1C. Die Rakete mit ihren neun Triebwerken ist auch bei Ausfall eines Triebwerkes in jeder Flugphase der Unterstufe beherrschbar. Am 4. Juni 2010 erfolgte nach vielen Verzögerungen von Cape Canaveral (LC40) aus der erfolgreiche Jungfernflug der Falcon 9. Sie erreichte den Erdorbit und führte die Trennung von der ersten Stufe durch. Die Nutzlastkapazität der ersten Version der Falcon 9 v1.0 lag bei etwa 10.000 kg für einen niedrigen Orbit (LEO).

Anordnung der Triebwerke der Falcon 9 v1.0 (links) und der Falcon 9 v1.1 (rechts)

v1.1

Diese Version wurde schon nach fünf Starts durch die leistungsstärkere Version v1.1 ersetzt. Bei dieser Ausbaustufe wurden die leistungsstärkeren Merlin-1D-Triebwerke verwendet. Durch den höheren Schub konnte nun auch mehr Treibstoff mitgenommen werden. Um diesen aufnehmen zu können, wurden die Tanks der ersten und zweiten Stufe verlängert. Die Triebwerke der Erststufe wurden nun in einem Ring aus acht Triebwerken um ein zentrales Triebwerk gruppiert, von SpaceX wird diese Anordnung als Octaweb bezeichnet. Diese Version konnte etwa 13.000 kg in einen LEO und 5.000 kg in einen GTO befördern, wobei unklar war, ob diese Werte die Nutzlasteinbuße bei einer Wiederverwendung der Erststufe mit einbezogen. Mit dieser Version wurden erstmals Versuche unternommen, die Erststufe nach der Abtrennung von der Oberstufe kontrolliert zu landen, diese Versuche scheiterten jedoch.

Full Thrust

Im Laufe des Jahres 2015 wurden schließlich weitere Verbesserungen an der Falcon 9 angekündigt. Die Merlin-1D-Triebwerke wurden im Schub gesteigert, was wiederum die Treibstoffkapazität erhöht. Dies wird einerseits durch Unterkühlung und somit höherer Dichte des Kerosins und flüssigen Sauerstoffs für beide Stufen und andererseits durch vergrößerte Tanks in der Oberstufe erreicht. Diese Version wird inoffiziell als v1.2 oder v1.1 Full Thrust bezeichnet, bei SpaceX heißt auch diese Version einfach Falcon 9. Auch unterscheiden sich die Nutzlastangaben nicht von der v1.1. Der erste Start am 21. Dezember 2015 nach dem Fehlstart im Juni 2015 war zugleich der erste Start dieser letzten Ausbaustufe, zum ersten Mal gelang erfolgreich der Rückflug und die Landung der Erstauflage. 2016 gelangen bis August acht Starts und die meisten Landungen, im ersten Halbjahr 2017 gelangen neun Starts und sieben von sieben Landungen. Verbesserung: Am 25. Juni 2017 startete eine Falcon 9 1.2 Block 3 mit größeren Gitterflossen aus Titan. Diese sollen die Hitze beim Wiedereintritt ohne Hitzeschutz vertragen.[6][7][8] Stand 22. Juni 2017 kann die aktuelle Version Block 3 2-3mal verwendet werden.

Block 4

Block 4 soll ab Sommer 2017 fliegen und hat einige Verbesserungen gegenüber Block 3. Block 4 soll öfter wiederverwendet werden als Block 3. Der erste Start einer Falcon 9 1.2 Full Thrust Block 4 war am 14. August 2017 mit Dragon CRS 12. Allerdings hatte diese Erststufe keine Gitterflossen aus Titan. Beim 2. Start am 7. September 2017 waren die Gitterflossen aus Titan und der Schub verstärkt.

Block 5

Ende 2016 wurde eine weitere Version Block 5 angekündigt, die viele Verbesserungen haben soll[9]: Der Schub soll um 7 bis 8% angehoben werden[10], eine bessere Steuerung durch einen optimierten Anstellwinkel soll die Nutzlastkapazität erhöhen[11], die Gitterflossen werden aus hitzefestem Titan geschmiedet[12] und die Landebeine sollen verbessert werden[13]. Ferner soll eine Wärmedämmung die aktuelle Farbe ersetzen, die beim Wiedereintritt schmilzt und Blasen wirft[14]. Die Heliumtanks sollen so verbessert werden, dass sie schnell betankt und häufig wiederverwendet werden können. Insgesamt soll es ca. 100 Verbesserungen geben[15]. Der erste Start soll Ende 2017 erfolgen.[16] Block 5 soll mindestens sieben mal in gleicher Konfiguration fliegen, bevor sie für bemannte Flüge zugelassen wird.[17] Block 5 soll ab Anfang 2018 fliegen.

Raptor

SpaceX Präsidentin Gwynne Shotwell sagte am 22. Juni 2017, dass es Überlegungen gibt das Raptortriebwerk auch in Falconraketen einzusetzen.[18]

Heavy

Vom Anfang der Entwicklung an war eine stärkere Version der Falcon 9 geplant, die zwei weitere Falcon-9-Erststufen ähnlich der Delta IV Heavy als Booster verwendet. Diese stärkste Variante (Falcon Heavy) soll 53.000 kg in einen niedrigen Orbit befördern können und zwischen 77 Millionen und 135 Millionen US-Dollar pro Mission kosten. Ein erster Start ist derzeit für Dezember 2017[veraltet] von LC-39A in Cape Caneveral geplant.[19]

Zwischenfälle

  • Beim vierten Start der Falcon 9 am 8. Oktober 2012 fiel nach einer Minute und 19 Sekunden ein Triebwerk in der Erststufe aus. Die einzelnen Triebwerke in dem Cluster der Erststufe sind durch Kevlarummantelungen geschützt, sodass die anderen Triebwerke durch die Explosion des ausgefallenen Triebwerks nicht beschädigt wurden. Um einen symmetrischen Schub zu gewährleisten, wurde das gegenüberliegende Triebwerk automatisch abgeschaltet. Durch eine verlängerte Brenndauer der restlichen Triebwerke und der Zweitstufe konnte trotzdem der geplante Orbit für die Hauptnutzlast Dragon erreicht werden. Aufgrund von Sicherheitsregeln für die ISS konnte aber die Sekundärnutzlast, der Satellit „Orbcomm FM44“, nicht mehr auf dessen höhere Umlaufbahn gebracht werden. So wurde der Satellit auf einer niedrigeren Bahn als vorgesehen ausgesetzt und verglühte drei Tage später. Somit ist dieser Start der Falcon 9 nur als Teilerfolg zu werten.
  • Beim sechsten Start der Falcon 9 und zugleich erstem Start der verbesserten Version v1.1 am 29. September 2013 konnten die Primärnutzlast CASSIOPE und mehrere kleine Sekundärnutzlasten erfolgreich auf ihren geplanten Bahnen ausgesetzt werden. Nach dem Aussetzen der Nutzlasten war geplant, die Zweitstufe nochmals zu zünden, um die Wiederzündfähigkeit im Orbit zu demonstrieren, welche für Starts in den GTO notwendig ist. Bei der Wiederzündung kam es jedoch zur Explosion des Triebwerks und die Stufe wurde zerstört.
  • Der bisher folgenschwerste Zwischenfall und erste Totalverlust ereignete sich am 28. Juni 2015 beim 19. Start einer Falcon 9. 2 Minuten und 19 Sekunden nach dem Start – kurz vor der geplanten Abkopplung der Erststufe und Zündung der Zweitstufe – explodierte der Sauerstofftank der Zweitstufe. Dadurch zerlegte sich diese Stufe und die Nutzlast – die Dragonkapsel – brach weg. Der Trunk (druckloser Frachtabteil der Dragon) und der in ihm transportierte Kopplungsadapter IDA für die ISS, der zur Kopplung der zukünftigen bemannten CCDev-Raumschiffe mit der ISS dienen sollte, wurden zerstört. Die Dragonkapsel überstand den Unfall zunächst und sendete noch weiter Telemetriedaten, wurde dann jedoch wahrscheinlich beim Aufschlag auf dem Ozean zerstört. SpaceX gab bekannt, dass durch das Auslösen des Fallschirmsystems Dragon und seine Fracht unbeschadet im Atlantik hätte wassern können. Allerdings war dies nicht in der Software vorgesehen und konnte deshalb nicht von Dragon durchgeführt werden. Die Erststufe lief während der Desintegration der oberen Hälfte der Rakete noch mehrere Sekunden lang mit vollem Schub und explodierte dann 2 Minuten und 27 Sekunden nach dem Start. Es wurde noch ein Selbstzerstörungssignal an die Erststufe gesendet, jedoch erst rund 70 Sekunden, nachdem diese Stufe bereits explodiert war.[20] Am 20. Juli 2015 gab Elon Musk bekannt, dass vermutlich einer der vier Holme gerissen sei, die den Heliumtank innerhalb des Sauerstofftanks fixieren. Der Heliumtank schoss daraufhin nach oben, was zu einem Verlust der strukturellen Integrität führte. Der Holm soll bei 20 % der zertifizierten Last gerissen sein. SpaceX konnte das in einer Testreihe, bei der etwa 1000 Holme auf ihre Belastung getestet wurden, nachstellen.[21]
  • Am 1. September 2016 explodierte eine Falcon 9 während der Vorbereitungen eines Testlaufes der Triebwerke, der routinemäßig vor jedem Start durchgeführt wird, auf der Startrampe.[22] Ein Video des Zwischenfalls zeigt, wie die Rakete im Bereich der Zweitstufe während des Betankens mit flüssigem Sauerstoff zu explodieren beginnt und in der Folge komplett zerstört wird.[23] Die Nutzlast – der israelische Kommunikationssatellit Amos 6 – war bereits auf der Rakete montiert und wurde bei der Explosion zerstört.[24][25] Dieser wäre unter anderem der erste Satellit im Rahmen der Internet.org-Initiative gewesen, deren Ziel es ist, Nutzer in Afrika – insbesondere südlich der Sahara – mit drahtlosen Internetzugängen zu versorgen.[26][27]
  • Am 2. Januar 2017 gab SpaceX bekannt, dass die Ursache der Explosion vom 1. September in der Zündung von tiefgekühltem Sauerstoff und der kohlenstoffhaltigen Umhüllung der Heliumtanks gelegen habe. Bei der Untersuchung der Heliumtanks wurden Fehlerstellen (buckles) gefunden, in die flüssiger Sauerstoff eindringen kann. Durch brechende Fasern des Verbundstoffs (composite) oder durch Reibung kann es zur Zündung des Kohlenstoffs im Verbundstoff gekommen sein. Die Ladetemperatur war so tief, dass der Sauerstoff sogar gefroren sein konnte. Die Reibung von Sauerstoffkristallen kann zur Zündung geführt haben. Kurzfristig wird SpaceX wieder mit wärmeren Heliumtemperaturen arbeiten. Langfristig sollen die Heliumtanks so verbessert werden, dass wieder schnellere Betankungen möglich sind. Der erste Start einer Falcon 9 nach der Explosion erfolgte von Vandenberg SLC-4E mit Iridium NEXT:[28] Der Testlauf der Triebwerke wurde bereits erfolgreich am 5. Januar 2017 durchgeführt,[29] vorsichtshalber jedoch ohne Nutzlast. Am 8. Januar 2017 wurde der Start wegen Wind und Regen auf den 14. Januar 2017 verschoben.[30] Am 14. Januar 2017 gelang der Start einer Falcon 9 von Vandenberg. Die erste Stufe landete erfolgreich auf der Plattform im Pazifik und zehn Iridium-Satelliten wurden in der geplanten Umlaufbahn ausgesetzt. Seit dem Zwischenfall werden die Testläufe immer ohne Nutzlast durchgeführt. Die Rakete muss dann nochmal in die Horizontale umgelegt und in den Hangar gefahren werden um die Nutzlast aufzusetzen. Der Startplatz LC40 wurde schwer beschädigt. Die Wiederinbetriebnahme wird wohl erst am 4. Dezember 2017[31][32][veraltet]stattfinden.[33]

Aufbau

Falcon 9 v1.0 (2008)

Die Falcon 9 ist als teilweise wiederverwendbare zweistufige Trägerrakete mit flüssigen Treibstoffen, flüssigem Sauerstoff (LOX) und dem Raketenkerosin RP-1 mit auf der Spitze sitzender Nutzlast aufgebaut.

In der Erststufe der Falcon 9 werden neun Merlin-Triebwerke eingesetzt. Bei der Falcon 9 v1.0 sind die neun Triebwerke in einer 3×3-Matrix angeordnet. Bei der Falcon 9 v1.1 sind acht Triebwerke im Kreis und eines in dessen Zentrum angebracht.[34] An der Erststufe können ausfahrbare Landebeine angebracht werden, die eine Landung auf einer schwimmenden Plattform oder dem Festland ermöglichen. In der zweiten Stufe wird ein einzelnes Merlin-Triebwerk eingesetzt, das für den Betrieb im Vakuum mit einer vergrößerten Ausströmdüse optimiert ist. Über der Zweitstufe befindet sich die Nutzlast – entweder die Dragon-Kapsel oder ein Satellit.

Nutzlastverkleidung

Die Falcon 9 kann für andere Nutzlasten als die Dragon-Kapsel mit einer Nutzlastverkleidung mit 5,2 m Durchmesser ausgestattet werden, welche die empfindliche Nutzlast von den Belastungen in der Aufstiegsphase durch die dichten Atmosphärenschichten schützt. Diese Nutzlastverkleidung ist 13,9 m lang. Der nutzbare Innenraum ist 11,4 m hoch und hat auf 6,6 m Länge einen Innendurchmesser von 4,6 m. Darüber wird in der ogiven Spitze der Durchmesser kleiner. Am höchsten Punkt ist er noch 1,3 m breit.[35] Die Nutzlastverkleidung wird während des Betriebes der Zweitstufe abgesprengt, sobald die Belastungen durch den Luftwiderstand die Nutzlast nicht mehr beschädigen können. Die Wiederverwendbarkeit der Nutzlastverkleidung ist geplant.[36] Dazu verfügen die beiden Hälften der Nutzlastverkleidung jeweils über Steuerdüsen, welche die Fluglage beim Wiedereintritt stabil halten und lenkbare Fallschirme, an den sie dann im Ozean wassern und geborgen werden. Erstmals erfolgreich geborgen werden konnte die Nutzlastverkleidung beim Start von SES-10 am 31. März 2017.

Systeme für Sekundärnutzlasten

Die Spaceflight Incorporated entwickelt für die Falcon 9 ein System zum Transport von Kleinsatelliten auf der Falcon 9 bei Starts mit der Dragon-Kapsel. Das System wird später zu zwei verschiedenen Oberstufen ausgebaut, die Satelliten auf andere Umlaufbahnen transportieren können. Die erste soll im LEO beispielsweise beim Start der Dragon-Kapsel zum Einsatz kommen. Um von dort andere Bahnen zu erreichen, kann sie ihre Geschwindigkeit mit Nutzlast um 400 m/s ändern. Die zweite wird dagegen bei Starts in den GTO verwendet, wobei sie mit 2200 m/s zusätzlicher Geschwindigkeit mit ihrer Nutzlast bis in den GEO fliegen kann.[37]

Wiederverwendbarkeit

Graphische Darstellung des Gesamtablaufs vom Start einer Falcon-9-Rakete bis zur Landung
Erfolgreiche Landung der Erststufe der Falcon 9 am 21. Dezember 2015

Die Ergebnisse der Testflüge des Grasshopper-Programms fließen in die Entwicklung der Falcon 9R – eine Weiterentwicklung der Falcon 9 v1.1 – ein. Mit einer Erststufe dieser Rakete gelang am 18. April 2014 beim Start der Dragon-Kapsel CRS-3 das weiche Aufsetzen auf der Meeresoberfläche in senkrechter Lage. Ungeachtet des anschließenden zwangsläufigen Versinkens der Stufe im Wasser war damit ein erster wichtiger Machbarkeitsnachweis der Landung einer Raketenstufe erbracht.

Am 10. Januar 2015 sollte die mit zusätzlichen Steuerflossen und ausfahrbaren Landebeinen ausgestattete Erststufe der Falcon 9 v1.1 im Rahmen der CRS-5-Mission auf der eigens dafür gebauten autonom operierenden Hochseeplattform Autonomous spaceport drone ship landen. Offenbar ging jedoch kurz vor dem Aufsetzen die Hydraulikflüssigkeit für die Steuerflossen aus, und die Erststufe kam schief am Rand der Landeplattform auf. Dabei kam es zur Explosion des restlichen Treibstoffs, wodurch die Erststufe zerstört wurde und es auch zu Beschädigungen der Landeplattform kam.

Ein weiterer Landeversuch auf der wieder instandgesetzten Plattform war mit Verbesserungen an der Rakete bereits einen Monat später am 11. Februar 2015 beim Start des Deep Space Climate Observatory geplant. Aufgrund schlechten Wetters mit hohen Wellen in der Landezone musste die Landeplattform jedoch vorzeitig wieder abgezogen werden. Der Landeversuch endete, wie auch schon bei CRS-3, „weich“ im Meer.

Am 14. April 2015 startete die Mission CRS-6 erfolgreich zur ISS. Der Landeversuch auf der schwimmenden Plattform war jedoch nicht erfolgreich. Die Erststufe setzte stark manövrierend auf, kam jedoch nicht stabil zum Stehen und kippte um.

Die erste erfolgreiche Landung einer Raketenstufe gelang schließlich auf festem Untergrund mit der verbesserten F9 v1.2 am 21. Dezember 2015 (Ortszeit, 22. Dezember UTC) in Cape Canaveral.[1][2][38] Etwa zehn Minuten nach dem Start setzte die erste Raketenstufe unbeschadet in senkrechter Position in der Landing Zone 1 auf.[39] Am 15. Januar 2016 wurde die Stufe auf dem LC-40 in Cape Canaveral zu Testzwecken erneut gezündet, ohne dabei allerdings abzuheben. Der Test verlief größtenteils erfolgreich, nur das Triebwerk Nr. 9 zeigte einige Fluktuationen.[40]

Am 17. Januar 2016 wurde im Rahmen der Jason-3-Mission ein dritter Landeversuch auf einer autonom operierenden Hochseeplattform unternommen. Die Plattform trug den Namen „Just Read The Instructions“. Die erste Stufe der Rakete setzte erfolgreich auf der im Meer schwimmenden Plattform auf, fiel dann aber aufgrund eines nicht ordnungsgemäß eingerasteten Standbeins um und explodierte.[41]

Im Rahmen der Mission CRS-8 gelang am 8. April 2016 vor der Küste Floridas zum ersten Mal die erfolgreiche stabile Landung einer Erststufe auf einer schwimmenden Plattform, dem Drone Ship „Of Course I Still Love You“.[42]

Beim Start von SES-10 am 31. März 2017 konnte mit der geborgenen Erststufe von Flug CRS-8 auch zum ersten Mal eine gebrauchte Stufe erfolgreich wiederverwendet werden. Die Stufe landete wenige Minuten nach dem Start erfolgreich wieder auf einer schwimmenden Plattform.[43] Die Nutzlastverkleidung war mit Triebwerken und Fallschirmen ausgestattet und wurde aus dem Meer geborgen.[44] Laut Gwynne Shotwell, Managerin bei SpaceX, konnten bei diesem Start deutlich über die Hälfte der Kosten einer neuen Erststufe eingespart werden.[45]

In Zukunft soll die Nutzlastverkleidung durch eine Landung auf einer „bouncy castle“ vor dem Einflüssen des Salzwassers geschützt sein. Dadurch soll eine Wiederverwendung der 6 Millionen US-Dollar teuren Nutzlastverkleidung möglich werden.[43]

Später möchte SpaceX auch versuchen die 2. Stufe wiederzuverwenden. Ein Termin wurde dafür noch nicht genannt.[46] Zunächst soll die Wiederverwendbarkeit der Erststufe und der Nutzlastverkleidung verbessert werden. Danach will SpaceX versuchen auch die obere Stufe zu bergen und wiederzuverwenden.

SpaceX hofft geborgene Erststufen ab Ende 2018 innerhalb von 24 Stunden wieder starten zu können.[47][48]

Die Erststufe soll 10mal nur kontrolliert und betankt werden[49]. Erst dann soll eine mittlere Überholung erfolgen[50]. Eine Erststufe soll mindestens 100mal fliegen.[51]

Falcon Heavy

Falcon Heavy (künstlerische Darstellung)

→ Hauptartikel: Falcon Heavy

Bei der geplanten Falcon Heavy werden zwei zusätzliche Erststufen der Falcon 9 als Booster verwendet. Es werden parallel alle 27 Triebwerke gezündet. Weitgehend unverändert wird die in der Falcon-9-Familie übliche zweite Stufe verwendet.[52] Die Nutzlastkapazität in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) mit 28,5° Bahnneigung soll von Cape Canaveral aus bis zu 63,8 t betragen. Auf eine Fluchtbahn zum Mars soll die Falcon Heavy etwa 16,8 t transportieren können.[53] (diese hohen Nutzlasten werden nur ohne Wiederverwendung erreicht)[54]. Die Rakete wird 70 m hoch sein, eine Grundfläche von 3,7 m × 12,2 m haben, eine Nutzlastverkleidung mit 5,2 m Durchmesser besitzen und bei 1.420 t Startgewicht mit 22.800 kN Startschub abheben.[53] Damit es selbst bei einem Triebwerksschaden während des Fluges in einem der 27 gleichzeitig arbeitenden Merlin-Triebwerke nicht zu einem Fehlstart kommt, sind die Triebwerke von Schutzhüllen umgeben, so dass sich Brände und Explosionen nicht auf andere Triebwerke oder die Rakete auswirken sollen. Ursprünglich war geplant, dass die beiden äußeren Stufen die zentrale Stufe während des Fluges mit Treibstoff versorgen können, so dass die zentrale Stufe nach dem Abtrennen der beiden äußeren Stufen noch nahezu voll ist und so deutlich länger arbeitet als die beiden äußeren Stufen. Dieses „fuel-crossfeed“ wurde im Laufe der Entwicklung als zu komplex aufgegeben.[55] Damit die zentrale Stufe länger Treibstoff hat, wird die Triebwerksleistung im Flug vorübergehend reduziert.[53] Diese Technik wird beispielsweise auch bei der Delta 4 Heavy eingesetzt. Falcon Heavy hat eine höhere Nutzlast als alle aktiven Trägerraketen, und die höchste Nutzlast seit der US-amerikanischen Mondrakete Saturn V und der sowjetischen Energija.

SpaceX gab am 29. Mai 2012 bekannt, dass sie einen ersten Auftrag zum Start eines Intelsat-Satelliten mit der Falcon Heavy erhalten hat.[56] Der Satellit soll von der Falcon Heavy in einer geostationären Transferbahn abgesetzt werden.[57] In weiterer Folge wurden noch vor dem geplanten Jungfernflug einige weitere Nutzlasten auf die Falcon Heavy gebucht. Aufgrund der Verzögerung bei der Falcon Heavy ist eine davon, ViaSat-2, Anfang 2016 auf die Ariane 5 umgebucht worden.[58] In der Folge der Explosion einer Falcon-9-Rakete auf der Startrampe im September 2016 wurde der Erstflug der Falcon Heavy später erneut verschoben.

Erster Start einer Falcon Heavy DEMO FLIGHT 1

Der erste Start einer Falcon Heavy ist für tEnde 2017[veraltet] geplant.[59] Beim ersten Start einer Falcon Heavy sollen die zwei Falcon-9-Erststufen von Thaicom 8 und CRS 9 als Seitenbooster wiederverwendet werden.[60] Die Seitenbooster sollen danach wieder in der Landezone 1 auf zwei neuen Landeplätzen landen. Die zentrale Erststufe musste verstärkt werden und weicht deshalb stärker von einer Falcon-9-Erststufe ab als erwartet. Die Erststufe soll auf der schwimmenden Plattform im Atlantik landen. Es gab Überlegungen, bei diesem Flug die Bergung der Zweitstufe zu versuchen[61], davon ist in neueren Äußerungen über diesen Startversuch keine Rede mehr. Ein Test der zentralen Erststufe erfolgte Anfang Mai[62]. Am 1. September 2017 waren die Tests aller drei Erststufen beendet.[63] Am 30. Oktober waren alle 3 Erststufen in SpaceX-Hangar beim Startplatz 39A.[64] Da die Seitenbooster und die zentrale Erststufe für Wiederverwendung ausgelegt sind, dürfte die maximale Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) etwa 30 Tonnen[65] sein.

Weitere geplante Starts der Falcon Heavy

Anfang 2018[veraltet]

Bitte nutze in Fällen, in denen die Jahreszahl bereits in der Vergangenheit liegt, {{Veraltet}} anstatt {{Zukunft}}

Vorlage:Zukunft/Schon wegVorlage:Zukunft/Ohne Kategorie soll mit Arabsat 6A der erste kommerzielle Satellit mit einer Falcon Heavy gestartet werden.[66] Am 30. April 2018[veraltet]

Bitte nutze in Fällen, in denen die Jahreszahl bereits in der Vergangenheit liegt, {{Veraltet}} anstatt {{Zukunft}}

Vorlage:Zukunft/Schon wegVorlage:Zukunft/Ohne Kategorie, ist für die US Airforce der Start STP 2 geplant.[67]

In der Startliste von SpaceX stehen weitere kommerzielle Satelliten für die Falcon Heavy: Viasat und Inmarsat[68].

SpaceX plant einen bemannten Start gegen Ende 2018[veraltet]

Bitte nutze in Fällen, in denen die Jahreszahl bereits in der Vergangenheit liegt, {{Veraltet}} anstatt {{Zukunft}}

Vorlage:Zukunft/Schon wegVorlage:Zukunft/Ohne Kategorie mit der Dragon V2 zum Mond.[69]

2018 sollte eine Falcon Heavy eine Dragon V2, genannt Red Dragon, zu einem ersten Frachtflug zum Mars starten. Dieser Flug wurde zunächst auf 2020 verschoben.[70] Wegen Änderungen an der Landetechnik lässt SpaceX die Pläne zu Frachtflügen zum Mars mit Dragon V2 fallen[71][72]. Stattdessen soll ab 2022 der Nachfolger BFR Fracht zum Mars liefern.[65]

Technische und wirtschaftliche Daten

Version Falcon 9 v1.01 Falcon 9 v1.11 Falcon 9 v1.21[73] Falcon Heavy
Erste Stufe 9 × Merlin-1C 9 × Merlin-1D erste Standard-Stufe mit 9 × Merlin-1D sowie
2 Booster mit je 9 × Merlin-1D
damit insgesamt 27 Merlin-Triebwerke für die erste Stufe
Zweite Stufe 1 × Merlin-1C-Vac 1 × Merlin-1D-Vac
Höhe (maximal) (m) 54,9 68,4 70,0
Durchmesser (m) 3,6 3,7 3,7 × 12,2
Schub (am Boden) (kN) 4.940 5.885 7.607 22.819
Startmasse (t) 333 506 541 1.394
Nutzlastverkleidung
Durchmesser (m) 		5,2
Nutzlast (LEO) (kg)

Nicht Wiederverwendbar:

10.450 13.150 22.8002 63.8002[74]
Teilweise Wiederverwendbar: ca.15.000[65] ca. 30.000[65]
Nutzlast (GTO) (kg)

Nicht Wiederverwendbar:

4.540 4.850 8.3002 26.7002[74][57]
Teilweise Wiederverwendbar: na bisher max. 5.300[75]

kleiner als 5.500[76]

Nutzlast (Mars) (kg) na 4.0202 16.8002[74]
Nutzlast (Pluto) (kg) na 35002[74]
Herstellkosten (Mio. US-Dollar) etwa 60[77]
Missionspreis (Mio. US-Dollar) 35 61,2 62[78] 90[78]
1 Die Bezeichnungen werden von SpaceX nicht verwendet. Dort heißen alle Versionen einfach Falcon 9.
2 Ohne Bergung der Erststufe. > Falcon 9: Mit Bergung sinkt die Nutzlastkapazität, je nach Zielorbit und ob Landung auf der Seeplattform oder Rückflug zum Startplatz, um 15 % bis 30 %. >>> Falcon Heavy: bei Bergung der Seitenbooster sinkt die Nutzlast nur geringfügig (inoffiziell 7-10%). Mit Bergung der Zentralen Erststufe sinkt die Nutzlastkapazität zusätzlich ähnlich wie bei Falcon 9.

Startrampen und Landeplätze

Die Falcon 9 startet vom Luftwaffenstützpunkt Cape Canaveral von der Startrampe LC 40 sowie in Vandenberg von der Startrampe SLC-4E. Im April 2014 wurde ein 20-Jahres-Mietvertrag für die Startrampe LC 39A am Kennedy Space Center unterzeichnet, wo zukünftig die Falcon Heavy und die bemannte Falcon 9 mit Dragon V2 starten sollen.[79] Der erste Start dort fand am 19. Februar 2017 im Zuge der CRS-10-Mission statt.[80] Eine eigene Startanlage befindet sich in der Nähe von Brownsville, Texas im Bau. Hierfür erfolgte am 22. September 2014 der erste Spatenstich,[81] der erste Start könnte 2018[82][veraltet] erfolgen.[83]

Als Landeplatz an Land an der Ostküste fungiert die „Landing Zone 1“ auf dem Luftwaffenstützpunkt Cape Canaveral. Dabei handelt es sich um den früheren Launch Complex 13, der nun über eine große befestigte Landefläche aus Beton verfügt. Für Starts von Vandenberg an der Westküste befindet sich ebenfalls ein betonierter Landeplatz auf dem dortigen Startgelände. Daneben verfügt SpaceX mit den Autonomous spaceport drone ships über mehrere schwimmende Plattformen für Landungen auf dem Ozean.

Startliste

→ Siehe: Liste der Falcon-9-Raketenstarts

Siehe auch

  • Adeline (Rakete), das Konkurrenzprojekt der Airbus Group, Hersteller der Ariane 5, zur geplanten Wiederverwertbarkeit der ersten Stufe der Ariane 6.

Literatur

Weblinks

Commons: Falcon 9 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 SpaceX on Twitter. In: Twitter. Abgerufen am 5. Januar 2016.
  2. ↑ 2,0 2,1 SpaceX: Falcon 9 kehrt erstmals erfolgreich zur Erde zurück. In: Zeit Online. 22. Dezember 2015. Abgerufen am 5. Januar 2016.
  3. ↑ cores - spacex. Abgerufen am 30. März 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
  4. ↑ SpaceX plant Historisches. Abgerufen am 27. Februar 2017.
  5. ↑ SpaceX on Twitter. In: Twitter. (twitter.com [abgerufen am 31. März 2017]).
  6. ↑ Elon Musk: Flying with larger & significantly upgraded hypersonic grid fins. Single piece cast & cut titanium. Can take reentry heat with no shielding.https://twitter.com/spacex/status/878732650277617664 … In: @elonmusk. 24. Juni 2017, abgerufen am 25. Juni 2017: „Fliegt mit größeren und deutlich verbesserten Überschall-Gitterflossen. Aus einen Stück Titan gegossen und geschnitten. Nimmt die Wiedereintrittshitze ohne Schutzschicht.“
  7. ↑ Chris B.- NSF: Hello new grid fins.pic.twitter.com/9udu4HElOx. In: @NASASpaceflight. 24. Juni 2017, abgerufen am 25. Juni 2017.
  8. ↑ Thiago V. Goncalves: Grid fins are made of titanium, 1st stage is block 3, 2nd stage is block 4. In: @zerosixbravo. 24. Juni 2017, abgerufen am 25. Juni 2017.
  9. ↑
  10. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „“The most important part of Block 5 will be operating the engines at their full thrust capability, which is about 7 or 8 percent — almost 10 percent — more than what they currently run at,” Musk said.“
  11. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „The upgraded rocket will have more control authority on descent, Musk added. “It will actually improve the payload to orbit by being able to fly at a higher angle of attack, and use the aerodynamic elements to effectively glide,” Musk said. “It actually does have a lift-over-drag (ratio) of roughly one if flown at the right angle of attack, but you need control authority, particularly pitch control authority.”“
  12. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „The new grid fins will replace the first stage’s current aluminum winglets, four of which help stabilize and steer the rocket during descent. SpaceX added the grid fins to the first stage after initial experiments with ocean landings, incorporating the deployable fins to improve steering.“
  13. ↑ F9 – Block 5, Improved Legs • r/SpaceXLounge. Abgerufen am 14. Mai 2017: „Final Falcon 9 has a lot of minor refinements that collectively are important, but uprated thrust and improved legs are the most significant.“
  14. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „Engineers want to add a thermal barrier coating to replace the paint currently used on the first stage, which can melt and bubble from the extreme heating of re-entry. The heat shield at the base of the rocket protects the engines and the plumbing of the booster’s propulsion system. It currently has to be replaced between each launch of the same rocket. “I think we’ve got the base heat shield thing addressed,” Musk said.“
  15. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 17. April 2017: „The Block 5 upgrade — ... — will include around 100 changes to the vehicle, according to Gwynne Shotwell, SpaceX’s president and chief operating officer.“
  16. ↑
  17. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „The so-called Block 5 configuration of the Falcon 9 will fly at least seven times with a “frozen” design before NASA puts astronauts on the rocket, according to space agency officials.“
  18. ↑ Thu, 06/22/2017 - 14:00 | Gwynne Shotwell. Abgerufen am 1. Juli 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)): „26:12 ...The original idea for this engines were to service for a propulsionsystem for the big Marssystem. We are looking at the utility for the Falcon-Programm.“ Deutsch: ... Wir schauen nach der Nutzung des Raptor Triebwerks im Falcon-Programm.
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  27. ↑ Russell Brandom: Mark Zuckerberg says he’s 'deeply disappointed' in satellite explosion. theverge.com, 1. September 2016, abgerufen am 1. September 2016 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
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  49. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „“The design intent is that the rocket can be reflown with zero hardware changes,” Musk said. “In other words, the only thing you change is you reload the propellant.” Deutsch: „Die Designidee ist, das die Rakete ohne Austausch von Teilen wieder fliegen kann.“ sagte Musk. „Mit anderen Worten, das einzige was man erneuern muss ist der Treibstoff““
  50. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „SpaceX’s goal is to launch each Falcon 9 first stage 10 times with only inspections. Deutsch: SpaceX Ziel ist jede Falcon 9 Erststufe 10 mal nur mit Inspektionen zu starten.“
  51. ↑ Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX – Spaceflight Now. Abgerufen am 14. Mai 2017: „Then, with moderate refurbishment that doesn’t have a significant effect on the cost, it can be reflown at least 100 times,” Musk said. Deutsch: Dann, nach einer mittleren Überholung, die keinen wesentlichen Einfluss auf die Kosten hat, kann sie mindestens 100 mal wieder fliegen“, sagte Musk“
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US-amerikanische Trägerraketen


Im Einsatz:

Antares • Atlas V • Delta IV Heavy • Electron • Falcon 9 • Falcon Heavy • LauncherOne • Minotaur • Minotaur-C • Pegasus

In Erprobung:

Firefly Alpha

In Entwicklung:

Daytona • Firefly Beta • Launcher Light • Neutron • New Glenn • Ravn X • Rocket 4 • RS1 • SLS • SpinLaunch • Starship • Terran 1 • Terran R • Vulcan

Ausgemustert:

Athena • Atlas • Conestoga • Delta • Delta II • Delta IV M • Falcon 1 • Juno I • Juno II • Pilot • Redstone • Rocket 3 • Saturn • Scout • Space Shuttle • Sparta • Super Strypi • Thor • Titan • Vanguard

Nicht realisiert:

Ares (Ares I, Ares V) • Falcon 5 • Kistler K‑1 • Liberty • Nova • Omega • Saturn‑Shuttle • Sea Dragon • Shuttle‑C • Vector • XS-1

Raketenstufen:

Agena • Castor • Centaur • EDS • IUS • PAM • TOS

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