Falcon 9 | en tvåstegsraket

Planering och finansiering

I oktober 2005 meddelade SpaceX att man skulle skjuta upp Falcon 9 under första halvåret 2007. Den första uppskjutningen ägde rum 2010.

SpaceX använde sina egna pengar för att skapa Falcon 1. Det gick snabbare att skapa Falcon 9 eftersom NASA hjälpte till med kostnaderna. De sa också att de skulle köpa flera kommersiella flygningar. Detta började med pengar från programmet Commercial Orbital Transportation Services (COTS) år 2006. Kontraktet var ett Space Act Agreement (SAA) "för att utveckla och demonstrera kommersiella transporttjänster i omloppsbana". Det innebar att NASA betalade för tre demonstrationsflygningar. Kontraktet uppgick till 278 miljoner US-dollar för att tillhandahålla utvecklingsfinansiering för Dragon, Falcon 9 och demonstrationsuppskjutningar av Falcon 9 med Dragon. Under 2011 lades andra milstolpar till, vilket gjorde att det totala kontraktsvärdet blev 396 miljoner US-dollar.

Nasa blev huvudanvändare av fordonet 2008. De kom överens om att köpa 12 uppskjutningar med Commercial Resupply Services till den internationella rymdstationen. Pengarna skulle betalas ut efter att demonstrationsuppdragen slutförts framgångsrikt. Kontraktet om leverans av rymdlogistik var värt 1,6 miljarder US-dollar för minst 12 uppdrag för att transportera förnödenheter till och från den internationella rymdstationen.

Elon Musk har sagt att det skulle ha tagit längre tid utan NASA-pengarna.

SpaceX har bara kommit så här långt genom att bygga vidare på NASA:s otroliga prestationer, genom att ha NASA som ankarhyresgäst vid uppskjutningen och genom att få expertråd och mentorskap under hela utvecklingsprocessen. SpaceX vill rikta ett särskilt tack till NASA:s COTS-kontor för deras fortsatta stöd och vägledning under hela processen. COTS-programmet har visat på kraften i ett verkligt privat/offentligt partnerskap, och vi ser fram emot de spännande insatser som vårt team kommer att genomföra i framtiden.

År 2011 uppgav SpaceX att kostnaderna för Falcon 9 v1.0 var cirka 300 miljoner US-dollar. NASA sade att kostnaderna skulle ha varit 3,6 miljarder US-dollar om ett traditionellt kostnads-plus-kontrakt hade använts. År 2014 offentliggjorde SpaceX totala kostnader för både Falcon 9 och Dragonkapseln. NASA tillhandahöll 396 miljoner US-dollar. SpaceX tillhandahöll över 450 miljoner US-dollar.

Enligt en rapport från 2011 från NASA skulle det ha kostat dem cirka 4 miljarder dollar att utveckla en raket som Falcon 9-boostern. "En mer kommersiell utveckling" skulle ha låtit byrån betala endast 1,7 miljarder US-dollar".

I ett vittnesmål från SpaceX i kongressen 2017 framhölls att NASA:s normala process att bara ställa krav och överlåta detaljerna till SpaceX gjorde det möjligt för SpaceX att tillverka Falcon 9-raketen till en mycket lägre kostnad.

Utveckling

Till en början ville SpaceX följa Falcon 1 med en farkost med större kapacitet, Falcon 5. År 2005 meddelade SpaceX att man i stället arbetade med Falcon 9. De sade att de redan hade en statlig kund. Falcon 9 sades kunna transportera cirka 9 500 kg till låg omloppsbana runt jorden. De sade att den skulle kosta 27 miljoner dollar per flygning med en nyttolast på 3,7 meter (12 fot). Den skulle kosta 35 miljoner US-dollar med en nyttolast på 5,2 meter. SpaceX sade också att en tung version av Falcon 9 skulle ha en nyttolastkapacitet på cirka 25 000 kg. Falcon 9 var tänkt att möjliggöra uppskjutningar till Low-Earth Orbit (LEO), Geosynchronous Transfer Orbit (GTO), samt både besättnings- och lastfordon till den internationella rymdstationen (ISS). Raketen var inte helt återanvändbar vid denna tidpunkt. Detta gjorde att prisuppskattningarna blev högre än väntat.

Testning av

Enligt det ursprungliga NASA-kontraktet skulle Falcon göra en demonstrationsflygning i september 2008. Enligt kontraktet skulle alla tre demonstrationsuppdragen genomföras senast i september 2009. I februari 2008 sköts planen för den första demonstrationsflygningen upp till början av 2009. Enligt Elon Musk orsakades förseningen av hur cpmplex arbetet var reglerna för uppskjutning från Cape Canaveral.

Det första testet med två motorer kopplade till det första steget genomfördes i januari 2008. Andra tester ledde till att Falcon 9 testades med nio motorer. Motorn testades under hela uppdragets längd (178 sekunder för det första steget) i november 2008. I oktober 2009 hade det första steget för första gången en lyckad testeld med alla motorer. Detta gjordes i McGregor i Texas. I november 2009 höll SpaceX det första testet av det andra steget. Detta test varade i fyrtio sekunder. I januari 2010 genomfördes en fullvärdig (329 sekunder) avfyrning av Falcon 9:s andra steg. SpaceX planerade uppskjutning i mars 2010.

I februari 2010 installerades SpaceX:s första flygstack på Space Launch Complex 40 i Cape Canaveral. Den 9 mars 2010 skulle SpaceX provskjuta det första steget. Testet avbröts 2 sekunder före avfyrningen. Detta berodde på ett fel i det system som var avsett att pumpa in helium under högt tryck från uppskjutningsplattformen till det första steget. Problemet låg i startplattan och inte i själva raketen. Alla Falcon 9:s system som ledde fram till avbrottet fungerade som förväntat. Ett annat test den 13 mars 2010 var framgångsrikt.

Produktion

I december 2010 tillverkade SpaceX en Falcon 9 (och en Dragon-farkost) var tredje månad. De ville fördubbla takten till en var sjätte vecka. I september 2013 hade SpaceX:s tillverkningsutrymme ökat till nästan 93 000 kvadratmeter. Fabriken hade inrättat sig för att tillverka 40 raketkärnor per år. I november 2013 tillverkade fabriken en Falcon 9-farkost per månad. Företaget ville öka detta till 18 fordon per år i mitten av 2014 och 24 per år i slutet av 2014. De ville tillverka 40 raketkärnor per år i slutet av 2015.

Dessa produktionsnivåer uppnåddes inte i februari 2016. Företaget sade att produktionshastigheten för Falcon 9-kärnor endast hade ökat till 18 per år. De sade också att antalet kärnor för första steget som kan tillverkas samtidigt hade fördubblats från tre till sex. Takten förväntades öka till 30 kärnor per år i slutet av 2016. Fortfarande, I augusti 2016 arbetade SpaceX mot en produktionskapacitet på 40 kärnor per år.

Sedan 2018 har SpaceX vanligtvis återanvänt de första stegen. Detta har minskat behovet av nya kärnor. År 2021 hade SpaceX 31 F9-uppskjutningar. Endast i två av dessa användes nya boosters. De återvann boostern vid alla flygningar utom en.

Falcon 9 är en tvåstegsraket som drivs av LOX och RP-1. Båda stegen har Merlin 1D-raketmotorer. Det första steget har nio stycken som är anpassade för användning på havsnivå. Det andra steget har en som är anpassad för användning i vakuum. Motorerna använder en pyroforisk blandning av trietylaluminium-trietylboran (TEA-TEB) för att tända motorn. Motorerna i det första steget är inställda i en form som SpaceX kallar "Octaweb". Många kärnor har fyra landningsben vid basen av Octaweb. För att styra kärnan medan den faller genom atmosfären använder SpaceX gallerfenor. De fälls ut från farkosten efter separation. Benen fälls ut strax före landning.

 Drivmedelstankens väggar och kupoler är tillverkade av en aluminium-lithiumlegering. Den andra stadietanken i en Falcon 9 är en kortare version av den första stadietanken. Detta minskar kostnaden för att tillverka dem. Förbindelsen mellan de två stegen är en struktur av
kolfiber och aluminiumkärna. Det ursprungliga systemet för separation av etapperna hade tolv fästpunkter. Detta var som reducerades till tre i v1.1-raketen.

Falcon 9 använder en skyddskåpa för nyttolast för att skydda satelliter under uppskjutningen. Skyddet är 13 m långt, 5,2 m i diameter och väger cirka 1 900 kg. Den är tillverkad av ett kolfiberhölje på en aluminiumhoneycombkärna. Testning av konstruktionen gjordes vid NASA:s Plum Brook Station-anläggning våren 2013.

SpaceX använder flera flygdatorer. Detta gör att systemet påverkas mindre av fel. Varje Merlin-raketmotor styrs av tre datorer. Var och en av dessa datorer har två processorer som kontrollerar varandra. Programvaran körs på Linux. Den är skriven i C++. Varje steg har sina egna flygdatorer. Detta är utöver kontrollerna på varje motor. Varje mikrokontrollers CPU för motorerna körs på en PowerPC-arkitektur.

Falcon 9-raketen kan förlora upp till två av motorerna och ändå slutföra uppdraget. Varje motor skapar 854 kN (192 000 lb_f ) dragkraft.

Falcon 9 v1.0 flög fem gånger under 2010-2013. Falcon 9 v1.1 gjorde sin första flygning i september 2013. Uppdraget hade en mycket liten 500 kg tung nyttolast, CASSIOPE-satelliten. Det har senare skjutit upp större saker. Bland annat SES-8 GEO-kommunikationssatelliten SES-8. Både Falcon 9 v1.0 och Falcon 9 v1.1 var förbrukningsbara bärraketer (ELV). Falcon 9 Full Thrust gjorde sin första flygning i december 2015. Det första steget i Falcon 9 Full Thrust-versionen kan användas många gånger. Den nuvarande versionen, känd som Falcon 9 Block 5, gjorde sin första flygning i maj 2018.

År 2010 var priset för en uppskjutning med Falcon 9 v1.0 mellan 49,9 och 56 miljoner US-dollar. År 2012 hade det angivna prisintervallet ökat till 54-59,5 miljoner US-dollar. I augusti 2013 var priset för en Falcon 9 v1.1 56,5 miljoner US-dollar; det höjdes till 61,2 miljoner US-dollar i juni 2014. Sedan maj 2016 är priset för ett Falcon 9 Full Thrust-uppdrag (som tillåter återvinning av booster) 62 miljoner US-dollar. Dragon-lastuppdrag till ISS har en genomsnittlig kostnad på 133 miljoner US-dollar Uppdraget DSCOVR, för National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), kostade 97 miljoner US-dollar.

2004 sa Elon Musk att "långsiktiga planer innebär att utveckla en tung lyftprodukt och till och med en supertung produkt, om det finns en efterfrågan från kunderna". [...] I slutändan tror jag att 500 dollar per pund (1 100 dollar/kg) [av nyttolast som levereras till omloppsbana] eller mindre är mycket möjligt". I 2016 års pris kostar en Falcon 9 FT-uppskjutning drygt 2 700 US-dollar per kilo (1 200 dollar per pund).

År 2011 uppskattade Musk att det material som behövdes för uppskjutningen av Falcon 9 v1.0 kostade cirka 200 000 US-dollar. Det första steget använder 245 620 L (54 030 imp gal; 64 890 US gal) flytande syre och 146 020 L (32 120 imp gal; 38 570 US gal) RP-1-bränsle, medan det andra steget använder 28 000 L (6 200 imp gal; 7 400 US gal) flytande syre och 17 000 L (3 700 imp gal; 4 500 US gal) RP-1-bränsle.

I oktober 2019 visade uppgifter från NASA att Falcon 9:s "baspris" på 62 miljoner US-dollar per uppskjutning skulle sänkas till 52 miljoner US-dollar för flygningar som planeras 2021 och därefter.

CNBC rapporterade i april 2020 att USA:s flygvapens uppskjutningar kostade 95 miljoner US-dollar Detta berodde på den extra säkerhet som användes. SpaceX-chefen Christopher Couluris uppgav att återanvändning av raketer kan sänka priserna ytterligare, att det "kostar 28 miljoner dollar att skjuta upp den, det är med allt".

• Officiell sida för Falcon 9
• SAOCOM 1B | Lansering och landning
• Testskjutning av två Merlin 1C-motorer kopplade till Falcon 9:s första steg, Movie 1, Movie 2 (18 januari 2008)
• Pressmeddelande om designen (9 september 2005)
• SpaceX hoppas kunna leverera till ISS med den nya tunga Falcon 9-lanseringen (Flight International, 13 september 2005)
• SpaceX lanserar Falcon 9, med en kund Arkiverad 11 juni 2007 vid Wayback Machine (Defense Industry Daily, 15 september 2005)