Falcon 9 è una famiglia dilanciatori arazzo progettati e costruiti dalla Space Exploration Technologies (SpaceX), il "9" indica il numero dei motori del primo stadio. Il Falcon 9 è prodotto in tre versioni:1.0,1.1 eFull thrust divisa nelle versioni Block 3, Block 4 eBlock 5 (a giugno 2020 l'unica in servizio).
Dal 2019, SpaceX utilizzerà il Falcon 9 per lanciare laCrew Dragon verso laISS. Progetto che si è realizzato quando il 30 maggio 2020 la Crew Dragon è stata lanciata con successo, portando sulla ISS 2 astronauti americani. La versione 1.0 ha svolto cinque voli prima di essere ritirata nel 2013, la versione 1.1 ha volato per un totale di quindici missioni ed è stata ritirata nel gennaio 2016.
Le performance della versione attualmente in uso, ilBlock 5, sono aumentate dell’8% rispetto alla versione precedente; quest'ultima versione è la base delFalcon Heavy. SpaceX intende completare i test per certificare il vettore al trasporto di equipaggi umani per trasportare gli equipaggiNASA verso laISS, obbiettivo parte del contrattoCommercial Crew Trasportation Capability.
Mentre SpaceX spendeva risorse nelFalcon 1, il lanciatore precedentemente sviluppato, lo sviluppo del Falcon 9 è stato accelerato dall'acquisto di molti voli test da parte della NASA. La fase di progettazione iniziò ufficialmente grazie alla sottoscrizione del contrattoCOTS nel 2006[2]. L'obiettivo proposto nel contratto era[2]:
(inglese)
«to develop and demonstrate commercial orbital transportation service»
(italiano) «Sviluppare e testare un servizio commerciale di trasporto orbitale»
Il compenso totale stabilito dal contratto era di 278 milioni di dollari per la progettazione della capsulaDragon, del Falcon 9 e per i lanci dimostrativi della capsula a bordo del Falcon 9. Nel 2009 sono stati aggiunti ulteriori obbiettivi al contratto portando la ricompensa totale a 396 milioni di dollari[3].
La NASA divenne utilizzatore del veicolo quando nel 2008 acquistò 12 lanciCRS verso la Stazione Spaziale Internazionale[4]. Il contratto di trasporto, del valore di 1,6 miliardi di dollari, prevedeva un minimo di dodici missioni verso e dalla stazione.[5]Musk ha più volte affermato che senza i finanziamenti della NASA lo sviluppo del vettore avrebbe necessitato di più tempo.
Nel 2014, SpaceX pubblicò il costo totale del Falcon 9 e della capsula Dragon. SpaceX aveva investito 450 milioni di dollari mentre la NASA aveva contribuito con 396 milioni.[6]
SpaceX intendeva inizialmente produrre un veicolo intermedio dopo il Falcon 1, ilFalcon 5[7]. Nel 2005 SpaceX annunciò che avrebbe invece sviluppato il Falcon 9, un "vettore pesante totalmente riutilizzabile", e che si era già assicurata un cliente governativo. Il Falcon 9 era stato presentato come un lanciatore in grado di portare 9.500 kg in orbita terrestre bassa al costo di 27 milioni di dollari, per il lancio di carichi fino a 3,7 m di diametro, e 35 milioni di dollari per carichi fino a 5,2 m. Il Falcon 9 era stato progettato per raggiungere sia l'orbita bassa sia l'orbita di trasferimento geostazionaria, oltre a poter portare sia cargo sia equipaggi verso la Stazione Spaziale Internazionale.[8]
Dopo una fase di test dei motori svoltasi al sito diMcGregor, per la prima volta il 25 febbraio 2010 il Falcon 9 fu portato sulla rampa del Launch Complex 40 delKennedy Space Center per un test statico, ovvero un'accensione dei motori senza il decollo effettivo. Il test è stato interrotto a due secondi dall'accensione per un problema con la rampa di lancio. L'interruzione non ha arrecato danno né al razzo né alla rampa ed il test è stato ripetuto con successo il 13 marzo.[9]
Il volo inaugurale fu ritardato da marzo 2010 a giugno per la necessità di una modifica alFlight Termination System da parte dell'Air Force. Il primo tentativo di lancio è avvenuto alle 17:30 UTC il venerdì 4 giugno 2010. Il lancio è stato interrotto subito dopo l'accensione dei motori e il razzo è riuscito ad interrompere la procedura di lancio in sicurezza.[10] Il personale di terra è stato in grado di recuperare il razzo, che è stato lanciato con successo alle 18:45 UTC lo stesso giorno.[11]
Il 30 maggio 2020, (il lancio era previsto inizialmente il 27 maggio, ma è stato rinviato a causa del maltempo), la navicellaCrew Dragon diSpaceX attraverso un Falcon 9 è stata lanciata dalla rampa 39A delKennedy Space Center (la stessa da cui erano partite lemissioni Apollo), con a bordo i due astronauti americaniDouglas Hurley eRobert Behnken nella missioneSpaceX Demo 2. L'evento è stato considerato una pietra miliare nella storia dell'esplorazione spaziale[12], perché ha dato il via al trasporto di equipaggio, con una navicella progettata ed interamente costruita da un'azienda privata. Oltre che aver restituito, dopo 9 anni (cioè dal ritiro delloSpace Shuttle), la capacità agliStati Uniti, di lanciare i propri astronauti, dal suolo statunitense, utilizzando un vettore statunitense.
Il 28 giugno 2015, nel corso della missione CRS-7, destinata ad inviare rifornimenti allaStazione spaziale internazionale, il vettore è esploso circa due minuti dopo il lancio a causa di un cedimento strutturale combinato a sovrappressione del secondo stadio, determinando la perdita di quest'ultimo e della capsulaDragon. Il 1º settembre 2016, durante il test di carico dei serbatoi, due giorni prima del lancio della missione Amos-6 con a bordo un satellite per telecomunicazione, è esplosa la cisterna dell'ossigeno liquido all'interno del secondo stadio del razzo, distruggendo così il veicolo e il carico.
Nel dicembre 2010, la linea di produzione della SpaceX era in grado di assemblare un Falcon 9 ogni tre mesi, con l'obiettivo di raddoppiare il rateo di produzione ogni sei settimane.[13] A settembre 2013, SpaceX aveva aumentato la propria superficie di produzione a 93.000 m2 e la fabbrica era stata configurata per raggiungere il traguardo dei 40 stadi all'anno.[14] A febbraio 2016 questi ratei di produzione non sono ancora stati raggiunti, SpaceX ha indicato di riuscire a produrre 18 stadi all'anno e il numero di stadi che possono essere completati contemporaneamente è salito da tre a sei. Si è previsto di riuscire a raggiungere i 30 stadi l'anno per la fine del 2016.[15]
Versioni del Falcon 9. A destra ilFalcon Heavy, derivato dallo sviluppo di quest'ultimo.
Il Falcon 9 originale ha compiuto cinque missioni con successo tra il 2010 e 2013, e il più potente Falcon 9 v1.1 ha compiuto il suo primo volo il 29 settembre 2013. Tra i vari payload i più importanti furono il lancio del grande SES-8 e del satellite di comunicazione Thaicom, entrambi portati su un'orbita di trasferimento geostazionaria. Sia il Falcon v1.0 che il v1.1 erano vettori a perdere.
Invece la versioneFull Thrust è progettata per essere riutilizzabile. i primi test atmosferici furono condotti dal dimostratore tecnologicoGrasshopper.
L’11 maggio 2018 è stato lanciato il primoBlock 5, versione ulteriormente migliorata e definitiva del Falcon 9, capace di un riutilizzo fino a 100 volte, il quale una volta certificato per operare con la capsulaCrew Dragon sarà in grado di trasportare fino a 7 astronauti alla volta verso laStazione spaziale internazionale. Il lancio inaugurale senza equipaggio è fissato per il 17 gennaio 2019 dalComplesso di lancio 40 presso laCape Canaveral Air Force Station inFlorida.
La prima versione del Falcon 9, la v1.0, è stata sviluppata tra il 2005 e il 2010 e il suo primo lancio è avvenuto il 4 giugno 2010. Compì 5 missioni con successo prima di essere ritirato nel 2013.[16]
Il Falcon v1.1 rappresenta un'evoluzione rispetto al Falcon v1.0: è più alto e più pesante del 60% ed è equipaggiato con i nuovi motori merlin[17]
Sviluppato tra il 2010 e il 2013, ha compiuto il suo volo inaugurale nel settembre 2013. Ha volato per quindici missioni (di cui una è terminata con un'esplosione in volo) ed è stato ritirato dopo il volo del 17 gennaio 2016, in favore del più potente Falcon 9 Full Thrust.[18]
Il Falcon 9 Full Thrust, conosciuto anche come Falcon 9 v1.2, è la terza versione del lanciatore Falcon 9. Essa è stata progettato tra il 2014 e il 2015, ha cominciato le operazioni nel dicembre 2015 e ha nell'agenda dei lanci più di cinquanta contratti assegnati in un periodo di cinque anni.
Il 22 dicembre 2015 questo fu il primo lanciatore che riuscì con successo a far atterrare il proprio primo stadio verticalmente presso il sito di lancio dopo la missione operativa, a seguito di un intenso programma di sviluppo partito nel 2011 e le tecnologie sviluppate dalle versioni precedenti. Il Falcon 9 Full Thrust rappresenta un sostanziale miglioramento rispetto al Falcon 9 v1.1, il quale ha volato la sua ultima missione il 18 gennaio 2016.[19] Con entrambi gli stadi migliorati, serbatoi del secondo stadio più grandi e propellente caricato con una temperatura più bassa per aumentarne la densità il vettore può portare uncarico utile maggiore in orbita e riuscire a completare con successo un recupero del primo stadio di precisione assistito solo dai motori del primo stadio.[20]
I serbatoi degli stadi sono costruiti con unalegaalluminio-litio. SpaceX utilizza serbatoi saldati con il metodoFSW, la tecnica più resistente e affidabile disponibile.[21]. Il serbatoio del secondo stadio è semplicemente una versione più corta di quello del primo e utilizza molta della stessa attrezzatura, materiali e tecniche di assemblaggio, riducendo i costi di produzione.[21]
SpaceX usa computer di voloridondanti progettati per esseretolleranti ai guasti. Ognimotore Merlin è controllato da tre computer, ognuno dei quali possiede due processori fisici che si controllano costantemente a vicenda. I software operano in ambienteLinux e sono scritti inC++[23].
L'interstadio è costituito di unmateriale composito di fibra di carbonio e alluminio. La versione originale del lanciatore possedeva 12 punti di attacco tra i due stadi, mentre la versione 1.1 solo tre.[24]
Il Falcon 9 vanta un alto livello di affidabilità. Per garantire questa caratteristica, l'azienda si è concentrata sulle cause principali dei fallimenti di lanci di veicoli simili: gli eventi di separazione e i motori. Ha quindi ridotto a due il numero di stadi, e aumentato il numero di motori del primo stadio per garantire ridondanza (vedere la sezione sulla peculiaritàengine out). Inoltre, come il Falcon 1 e lo Space Shuttle, anche il Falcon 9 prevede nella sua sequenza di lancio l'accensione completa dei motori e un controllo dei sistemi prima del decollo vero e proprio: la rampa di lancio non rilascia il razzo fino a che non riceve conferma di funzionamento normale da tutti i sistemi. In caso di anomalie, interviene un sistema automatico di spegnimento sicuro e scarico del carburante.[34]
Al 26 maggio del 2023 il Falcon 9 ha effettuato 226 voli, dei quali 224 sono risultati un successo, garantendo un indice di affidabilità di circa il 99,11%.
Il Falcon 9 è in grado di completare la sua missione anche nel caso in cui uno dei nove motori del primo stadio subisca un'avaria.[35] Questa caratteristica è chiamataengine out, ed è la prima volta che viene implementata così radicalmente dai tempi del programma Apollo, con iSaturn V. Una dimostrazione di questa capacità si è avuta durante la missioneSpaceX CRS-1, quando il motore Merlin numero 1 del primo stadio haperso pressione 79 secondi dopo il lancio, ed è quindi stato spento. Il razzo è ugualmente riuscito a completare la sua missione, dando prova della sua affidabilità.
Una delle caratteristiche più innovative in assoluto nel campo del trasporto in orbita è la riusabilità: solo riutilizzando lo stesso razzo per più lanci si potrà raggiungere l'obiettivo di abbassare radicalmente il costo di tale operazione. Ad oggi, infatti, ogni razzo al di fuori diSpaceX eBlue Origin (la quale tuttavia recupera il primo stadio effettuando solamente voli suborbitali poco al di sopra dellaLinea di Kármán) può essere utilizzato per un solo volo, in quanto si distrugge ritornando sulla Terra. Questo porta a costi elevatissimi, che l'azienda californiana è riuscita ad abbattere parzialmente.
Il primo stadio del Falcon 9 è riutilizzabile: dopo il distacco ed il rientro in atmosfera, infatti, scende in caduta libera controllata attraverso 4 alette aerodinamiche in titanio, poi accende nuovamente i motori frenando bruscamente la caduta ed atterrando in piedi, estendendo a pochi metri dalla superficie quattro zampe retrattili, su una piattaforma predisposta nell'Oceano Atlantico (Autonomous spaceport drone ship), o in una piazzuola di atterraggio nella terraferma (Landing Zone 1 e Landing Zone 2 allaCape Canaveral Air Force Station, Landing Zone 3 allaVandenberg Air Force Base). In caso di atterraggio sulle piattaforme galleggianti al largo della costa oceanica, il primo stadio deve seguire una semplice traiettoria parabolica; per atterrare sulla terra ferma, invece, il vettore, una volta separato dal secondo stadio, deve eseguire una rotazione di 180° ed accendere i motori un'ulteriore volta per poter rallentare invertendo la rotta e tornare sulla costa. Tuttavia, nei primi due tentativi effettuati, il 10 gennaio e il 14 aprile 2015, il razzo non è riuscito ad atterrare e a rimanere in piedi sulla piattaforma galleggiante, fallendo quindi l'obiettivo della SpaceX di poterlo riutilizzare mediante un atterraggio controllato dopo aver lanciato la capsulaDragon in orbita.[36]Il successo è stato raggiunto il 22 dicembre 2015 con il lancio di 11 satelliti Orbcomm e il recupero del primo stadio, atterrato sullaLanding Zone 1 di Cape Canaveral.
Primo stadio del Falcon 9 atterrato sulla piattaforma galleggiante autonoma Of Course I Still Love You nell'Oceano Atlantico dopo la missione CRS-8
La riutilizzabilità del secondo stadio presenta più difficoltà, data l'altitudine da cui viene lasciato cadere, che lo costringono ad un vero e propriorientro atmosferico. Questo comporta che il secondo stadio dovrà essere dotato di uno scudo termico completo, oltre ai sistemi di comunicazione e di propulsione per gestire il rientro.Entrambi gli stadi, comunque, sono stati progettati per renderli resistenti all'acqua marina e agli impatti. In particolare, per contrastare la corrosione sono stati adottati alcuni accorgimenti progettuali: ad esempio, sì è prestata attenzione a minimizzare laserie galvanica e si è fatto uso dianodi sacrificali; inoltre tutte le parti metalliche esposte sono state rivestite, anodizzate o placcate.[37]
Dal 2016 SpaceX ha eseguito decine di atterraggi, riuscendo a riutilizzare 3 volte un singoloFalcon 9 Block 5 nella seconda metà del 2018, arrivando a riutilizzare e recuperare con successo per ben 6 volte il primo stadio del Falcon 9, nella seconda metà del 2020. È proprio con questa ultima e definitiva versione del Falcon 9 che l’azienda punta ad un riutilizzo dello stesso vettore fino a 100 volte.[38]
Per favorirne il riutilizzo, il primo stadio del Falcon 9 è stato costruito appositamente con un diametro non superiore ai 3,7m, in modo da poter essere classificato come trasporto eccezionale su strada secondo le leggi degliStati Uniti d'America. In questo modo, smontando le gambe di atterraggio, il primo stadio può essere trasportato su un particolare rimorchio lungo circa 50m attraverso tutti gli Stati Uniti, senza dover essere disassemblato, quindi facendo risparmiare notevoli spese, e fornendo un collegamento economico ed efficiente tra le sedi di SpaceX, i siti di lancio, ed i siti di atterraggio.
Dal 2018, l’azienda utilizza una nave pesantemente modificata per provare a recuperare 1 delle 2 fairings in caduta sull'oceano attraverso una grande rete posizionata sopra al vascello. Queste paratie servono a proteggere il payload durante la fase di ascesa da forze aerodinamiche, suono e vibrazioni, tuttavia il costo di produzione è elevato, ed in caso di recupero e riutilizzo, il costo per lancio di un Falcon 9 diminuirebbe ulteriormente. Nel marzo 2017, SpaceX ha recuperato per la prima volta una fairing.[39] L'11 aprile 2019, durante la missione Arabsat-6A, entrambe le fairings sono atterrate intatte nell'Oceano Atlantico e recuperate dai team di recupero di SpaceX. Elon Musk ha twittato che tali fairings sarebbero state riutilizzate per un lancio di Starlink.[40] A partire da giugno 2019 SpaceX è riuscita a recuperare una metà del fairing con una grande rete su una nave appositamente attrezzata,Ms. Tree, evitando il contatto con acqua salata corrosiva.[41] Con il reclutamento di una seconda nave gemella,Ms. Chief, SpaceX apre alla possibilità di recuperare entrambe le fairings di una singola missione. L'11 novembre 2019, durante la missione Starlink L1, per la prima volta sono state utilizzate delle fairings precedentemente recuperate, quella della precedente missione Arabsat-6A.[42]
Il complesso di lancio 40 presso labase dell'Air Force Cape Canaveral, inFlorida, è stato il primo sito di lancio del Falcon 9 ed è tuttora il luogo di partenza principale per i lanci verso la ISS e verso l'orbita geostazionaria. Un sito di lancio secondario si trova presso labase di Vandenberg,California, ed è utilizzato per i lanci verso l'orbita polare.[43]
Per un periodo, durante il 2017, è stato usato come sito di lancio del Falcon 9 (versioneFull Thrust) anche lo storicoPad 39A delJohn F. Kennedy Space Center (distante pochi km dal Launch Complex 40), utilizzato in passato per le missioniApollo eSTS. All’inizio del 2018 il Pad 39A (preso il leasing da SpaceX con un contratto di 20 anni) è stato riconvertito per lanciare ilFalcon Heavy. Verso la fine del 2018 SpaceX ha installato un moderno ponte di imbarco sulla torre di servizio del Pad39A, che dal 2019 verrà utilizzato dagli astronauti diretti verso laISS per salire a bordo della capsulaCrew Dragon. Pertanto, solo per questo tipo di missioni, la piattaforma verrà utilizzata nuovamente per lanciare il Falcon 9.
2piattaforme galleggianti autonome: Of Course I Still Love You, con base a Port Canaveral (per i lanci dalla East Coast) e Just Read The Instructions, con base al porto di Los Angeles (per i lanci dalla West Coast).
«Once we have all nine engines and the stage working well as a system, we will extensively test the “engine out” capability. This includes explosive and fire testing of the barriers that separate the engines from each other and from the vehicle. ... It should be said that the failure modes we’ve seen to date on the test stand for the Merlin 1C are all relatively benign – the turbo pump, combustion chamber and nozzle do not rupture explosively even when subjected to extreme circumstances. We have seen the gas generator (which drives the turbo pump assembly) blow apart during a start sequence (there are now checks in place to prevent that from happening), but it is a small device, unlikely to cause major damage to its own engine, let alone the neighboring ones.Even so, as with engine nacelles on commercial jets, the fire/explosive barriers will assume that the entire chamber blows apart in the worst possible way. The bottom close out panels are designed to direct any force or flame downward, away from neighboring engines and the stage itself. ... we’ve found that the Falcon 9’s ability to withstand one or even multiple engine failures, just as commercial airliners do, and still complete its mission is a compelling selling point with customers. Apart from the Space Shuttle and Soyuz, none of the existing [2007] launch vehicles can afford to lose even a single thrust chamber without causing loss of mission.»
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
