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Falcon 9 (8210 views - Astronomy & Space )

Falcon 9 ist die Bezeichnung einer US-amerikanischen Trägerrakete, die von der Firma SpaceX für orbitale Nutzlasten von bis zu 23 Tonnen entwickelt wurde und eingesetzt wird. Sie basiert technisch auf der kleineren Falcon 1, setzt aber anstelle eines einzelnen Merlin-1A-Triebwerks in der ersten Stufe neun weiterentwickelte Merlin-1Ds ein. Alle bisherigen Versionen sind zweistufig. Von der Falcon 9 wurde die Falcon Heavy abgeleitet, eine mit zwei zusätzlichen Boostern versehene Schwerlastrakete für Nutzlasten von bis zu 64 Tonnen. Die Falcon 9 und Falcon Heavy werden ständig weiterentwickelt; jedes gebaute Exemplar ist ein Unikat.Im Rahmen des CRS-Programms (Commercial Resupply Services) wird die Rakete in Verbindung mit dem Dragon-Raumschiff unter anderem zur Versorgung der Internationalen Raumstation verwendet, ab 2018 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 (Boosterstufe) kann nach der Abkopplung der Zweitstufe auf einer Plattform im Ozean oder nach einem Rückflug in der Nähe des Startplatzes mit einem oder drei Triebwerken 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. Die erneute Nutzung einer bereits geflogenen ersten Stufe erfolgte zum ersten Mal mit SES-10 am 30. März 2017. Die Stufe landete auf einer schwimmenden Plattform im Atlantik.
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Falcon 9

Falcon 9

Falcon 9 ist die Bezeichnung einer US-amerikanischen Trägerrakete, die von der Firma SpaceX für orbitale Nutzlasten von bis zu 23 Tonnen entwickelt wurde und eingesetzt wird. Sie basiert technisch auf der kleineren Falcon 1, setzt aber anstelle eines einzelnen Merlin-1A-Triebwerks in der ersten Stufe neun weiterentwickelte Merlin-1Ds ein. Alle bisherigen Versionen sind zweistufig. Von der Falcon 9 wurde die Falcon Heavy abgeleitet, eine mit zwei zusätzlichen Boostern versehene Schwerlastrakete für Nutzlasten von bis zu 64 Tonnen. Die Falcon 9 und Falcon Heavy werden ständig weiterentwickelt; jedes gebaute Exemplar ist ein Unikat.[1]

Im Rahmen des CRS-Programms (Commercial Resupply Services) wird die Rakete in Verbindung mit dem Dragon-Raumschiff unter anderem zur Versorgung der Internationalen Raumstation verwendet, ab 2018 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 (Boosterstufe) kann nach der Abkopplung der Zweitstufe auf einer Plattform im Ozean oder nach einem Rückflug in der Nähe des Startplatzes mit einem oder drei Triebwerken 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.[2][3] Die erneute Nutzung einer bereits geflogenen ersten Stufe erfolgte zum ersten Mal mit SES-10 am 30. März 2017.[4] Die Stufe landete auf einer schwimmenden Plattform im Atlantik.[5]

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, zwei Versionen der Falcon 9 Block 5 und Falcon Heavy

Im September 2005 gab SpaceX bekannt, zusätzlich zur Falcon 1 und der geplanten, vollständig wiederverwendbaren Falcon 5 eine noch stärkere, ebenfalls vollständig wiederverwendbare Trägerrakete mit der Bezeichnung Falcon 9 entwickeln zu wollen.[6]

V1.0

Die erste Stufe der Falcon 9 Version 1.0 (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 beim 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).

V1.1

Version 1.0 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.

V1.2 / 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 wurde inoffiziell zunächst v1.1 Full Thrust bezeichnet. In SpaceX-Veröffentlichungen hieß auch diese Version zunächst einfach Falcon 9; auch unterschieden sich die Nutzlastangaben nicht von der v1.1. In offiziellen Dokumenten der FAA erhielt sie die Bezeichnung v1.2.[7] 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.

Block 3

Die Falcon 9 Full Thrust wurde in mehreren Schritten (blocks) weiterentwickelt,[8] wobei zunächst vor allem die Variante Block 3 bekannt wurde. Im Jahr 2017 gelangen 13 Starts des Block 3 und neun von neun Landungen an Land oder auf einem Drohnenschiff. Zwei umgebaute Block-3-Erststufen dienten als Booster beim Erstflug der Falcon Heavy am 6. Februar 2018. Am 22. desselben Monats fand mit dem Paz-Start der letzte Flug des Block 3 statt; danach wurde er ausgemustert.

Block 4

Block 4 fliegt seit dem Sommer 2017 und hat einige Verbesserungen gegenüber Block 3. Block 4 sollte öfter wiederverwendet werden als Block 3. Der erste Start einer Falcon 9 Full Thrust Block 4 fand am 14. August 2017 mit der Dragon-Versorgungsmission CRS 12 statt. Es wurden neue Gitterflossen aus Titan eingeführt, die auf Grund von Fertigungsengpässen anfangs nur in Kombination mit einer Falcon 9FT Block 3 bei der Iridium-2-Mission und beim Falcon-Heavy-Erstflug eingesetzt wurden, um die höhere Effizienz und Haltbarkeit zu demonstrieren.[9][10][11] Die Titangitterflossen sind größer und so auch effizienter. Durch das verwendete Titan können die Gitterflossen quasi unendlich oft wiederverwendet werden. Die alten Aluminiumgitterflossen waren mit einer ablativen Beschichtung ummantelt und mussten nach jedem Start wiederaufbereitet werden. Am 30. März 2018 wurde erstmals eine Block-4-Erststufe wiederverwendet.

Block 5

Ende 2016 wurde eine weitere Version, Block 5, angekündigt, die viele Weiterentwicklungen haben soll:[12] Der Schub soll um 7 bis 8 % angehoben werden,[13] eine bessere Steuerung durch einen optimierten Anstellwinkel soll die Nutzlastkapazität erhöhen,[14] die Gitterflossen werden aus hitzefestem Titan geschmiedet[15] und die Landebeine sollen verbessert werden.[16] Ferner soll eine Wärmedämmung die aktuelle Farbe ersetzen, die beim Wiedereintritt schmilzt und Blasen wirft.[17] Die Heliumtanks sollen so verbessert werden, dass sie schneller betankt und häufiger wiederverwendet werden können. Insgesamt soll es etwa 100 Verbesserungen geben.[18] Der erste Start wurde zunächst für Ende 2017 angekündigt,[19] erfolgte nach mehreren Verschiebungen am 11. Mai 2018 bei der Bangabandhu-1-Mission. Block 5 muss gemäß NASA-Vorschriften mindestens siebenmal in gleicher Konfiguration fliegen, bevor sie für bemannte Flüge zugelassen wird.[20]

SpaceX strebt an, Block-5-Erststufen 10-mal wiederzuverwenden,[21] ohne sie aufwendig überholen zu müssen. Danach soll ein gewisses Maß an Wartung notwendig sein. Insgesamt seien bis zu 100 Flüge mit derselben Rakete möglich.[22] Ab 2019 soll es möglich sein, eine gelandete Block-5-Erststufe innerhalb von 24 Stunden wieder zu starten. Schlüsseltechnologien für die gute Wiederverwendbarkeit sind neben den robusten Titan-Gitterflossen und der verschleißarmen wärmegedämmten Oberfläche auch Verbesserungen bei der Haltbarkeit des Octaweb. Letzteres erhielt ebenfalls eine bessere Dämmung sowie eine Wasserkühlung und wird jetzt mit Niet- statt Schweißverbindungen in der Rakete fixiert.[23]

Block 5 ist äußerlich erkennbar an einem geänderten Design. Die Zwischenstufe (zwischen erster und zweiter Stufe) und die Landebeine sind schwarz, und der Schriftzug „SpaceX“ befindet sich in mittlerer Höhe der Erststufe statt am unteren Ende.[24][25]

Der Erstflug von Block 5 fand nach mehreren Verschiebungen am 11. Mai 2018 statt. Vom Kennedy Space Center in Florida aus brachte die Rakete Bangladeschs ersten Satelliten (Bangabandhu 1) auf eine geostationäre Transferbahn, und die Erststufe landete erfolgreich auf dem Drohnenschiff Of Course I Still Love You.[26][27]

Raptor

SpaceX-Präsidentin Gwynne Shotwell sagte am 22. Juni 2017, dass es Überlegungen gibt, das Raptortriebwerk auch in Raketen aus der Falcon-Reihe einzusetzen.[28]

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, die 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.[29] 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.[30]
  • 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. Der Startplatz LC40 wurde schwer beschädigt.[31] 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.[32] Die Nutzlast – der israelische Kommunikationssatellit Amos 6 – war bereits auf der Rakete montiert und wurde bei der Explosion zerstört.[33][34] 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.[35][36]
Nach viermonatiger Untersuchung gab SpaceX bekannt, dass die Ursache der Explosion 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 sei so niedrig gewesen, dass der Sauerstoff sogar gefroren gewesen sein konnte. Die Reibung von Sauerstoffkristallen könne zur Zündung geführt haben. Kurzfristig werde SpaceX wieder mit wärmeren Heliumtemperaturen arbeiten. Langfristig sollten die Heliumtanks so verbessert werden, dass wieder schnellere Betankungen möglich seien.[37]
Seit dem Zwischenfall werden die Testläufe immer ohne Nutzlast durchgeführt. Die Rakete muss dazu nochmals in die Horizontale umgelegt und in den Hangar gefahren werden, um die Nutzlast aufzusetzen. Der erste Start einer Falcon 9 von dem zwischenzeitlich reparierten Startplatz erfolgte am 15. Dezember 2017, über 15 Monate nach dem Zwischenfall.[38]

Aufbau

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.[39] 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.[40] Die Nutzlastverkleidung wird während des Betriebes der Zweitstufe abgesprengt, sobald die Belastungen durch den Luftwiderstand die Nutzlast nicht mehr beschädigen können.[41]

Um die Startkosten zu senken, arbeitet SpaceX an einer Wiederverwendbarkeit der Nutzlastverkleidung. Die beiden Hälften wurden mit „Steuerdüsen“ versehen, welche die Fluglage beim Wiedereintritt stabil halten, sowie mit lenkbaren Fallschirmen, an denen sie dann im Ozean wassern. Erstmals gelang die Landung und Bergung der Nutzlastverkleidung beim Start des Satelliten SES-10 am 31. März 2017.[42] In einem nächsten Schritt sollen die Verkleidungen mit dem Spezialschiff Mr. Steven aufgefangen werden. Beim ersten Auffangversuch nach dem Start des Paz-Satelliten am 22. Februar 2018 landete die Verkleidungshälfte allerdings einige hundert Meter neben dem Schiff im Wasser.[43]

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.[44]

Wiederverwendbarkeit

Erste Stufe

Grafische Darstellung des Gesamtablaufs vom Start einer Falcon-9-Rakete bis zur Landung

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.[2][3][45] Etwa zehn Minuten nach dem Start setzte die erste Raketenstufe unbeschadet in senkrechter Position in der Landing Zone 1 auf.[46] 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.[47]

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.[48]

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“.[49]

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.[50] Laut Gwynne Shotwell, Managerin bei SpaceX, konnten bei diesem Start deutlich über die Hälfte der Kosten einer neuen Erststufe eingespart werden.[51]

Im Frühjahr 2017 strebte SpaceX an, die gelandeten Erststufen innerhalb von 24 Stunden wieder starten zu können.[52][53] Ziel war es, dass eine Erststufe nicht nach jedem Flug überholt werden muss, sondern 10-mal nach einer Betankung direkt wieder fliegen kann.[54] Erst dann solle eine mittelgroße Überholung erfolgen.[55] Eine Erststufe solle letztendlich mindestens 100-mal fliegen.[56] Zwischenzeitlich gab SpaceX bekannt, dass es nach der Version Block 5 keine wesentliche Weiterentwicklung der Falcon 9 mehr geben werde. Die 2017 für die Falcon 9 angestrebten Wiederverwendbarkeitsziele wurden nun für die BFR genannt.

Nutzlastverkleidung

Die Nutzlastverkleidung der Rakete wurde mit Steuertriebwerken und einem Fallschirm ausgestattet, um sie auf einem mit einem Fangnetz ausgestatteten Schiff landen zu können. Eine erste weiche Testlandung und Bergung einer Verkleidungshälfte aus dem Meer gelang im März 2017;[57] die im Salzwasser gelandeten Verkleidungen sind allerdings nicht wiederverwendbar. Seit Februar 2018 wird versucht, die Verkleidungshälften direkt mit dem Schiff Mr. Steven aufzufangen. Die ersten drei Versuche bis Mai 2018 schlugen allesamt fehlt; zuletzt wurde das Schiff knapp verfehlt.[58] Daher beschloss SpaceX, die Fläche des Auffangnetzes um den Faktor vier zu vergrößern.[59]

Zweite Stufe

Eine Landung und Bergung der zweiten Stufe wird ebenfalls erwogen.[60] Damit würde SpaceX das Ziel erreichen, die gesamte Rakete wiederverwenden zu können und die Startkosten nochmals erheblich zu senken.

Das Hauptproblem bei einer Landung der zweiten Stufe ist deren hohe Geschwindigkeit. Um sie im Rückwärtsflug mit ihrem Triebwerk abzubremsen, wie es bei der Landung der erste Stufe geschieht, würde eine Menge zusätzlicher Treibstoff benötigt, der die Rakete entsprechend schwerer machen und die Nutzlastkapazität verringern würde.[61] Daher möchte SpaceX nun versuchen, die Zweitstufe mit dem Luftwiderstand eines angehängten Ballons abzubremsen und sie anschließend weich zu landen. Elon Musk sprach in zwei Tweets im April 2018 scherzhaft davon, man werde die Stufe mit einem „großen Partyballon“ abbremsen und dann auf einer „Hüpfburg“ (englisch bouncy castle) landen.[62][63] In einem weiteren Tweet am selben Tag deutete er an, dass man die zweite Stufe – wie die Nutzlastverkleidung – mit einem Schiff wie Mr. Steven auffangen könnte.[64]

SpaceX plant, die 2. Stufe weiter zu entwickeln, um Technologien für die zukünftige Big Falcon Rocket zu testen.[65] Für den Erststart zielt SpaceX auf den Juni 2019. Eine Landung mit Raketenantrieb wie bei der Erststufe ist nicht geplant, weil das Merlin-Vakuumtriebwerk dafür nicht geeignet ist. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre sollen ein ultradünnes Hitzeschild und Kontroll-Flächen für den Überschallbereich getestet werden.[66]

Falcon Heavy

Parallel zur Falcon 9 entwickelte SpaceX die Falcon Heavy, die derzeit stärkste verfügbare Trägerrakete. Sie besteht aus einer verstärkten Falcon-9-Erststufe, zwei modifizierten Falcon-9-Erststufen als Booster und einer Falcon-9-Zweitstufe. Der Erstflug der Rakete fand am 6. Februar 2018 vom Kennedy Space Center Launch Complex 39 aus statt. Die endgültige Falcon-Heavy-Version auf Block-5-Basis (geplanter Erstflug Januar 2019[67] ) soll von Cape Canaveral aus bis zu 63,8 t Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) mit 28,5° Bahnneigung bringen können. Auf eine Fluchtbahn zum Mars soll die Falcon Heavy etwa 16,8 t transportieren können.[68]

Technische und wirtschaftliche Daten

Version Falcon 9 v1.0A 1 Falcon 9 v1.1A 1 Falcon 9 v1.2A 1[69] 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 22.800A 2 63.800A 2[70]
Teilweise wiederverwendbar: na na ca. 15.000[71] ca. 30.000[71]
Nutzlast (GTO) (kg)

Nicht wiederverwendbar:

4.540 4.850 8.300A 2 26.700A 2[70][72]
Teilweise wiederverwendbar: na bisher max. 7.080[73](Sub-GTO 244 x ca. 18.000 km)

Block 3: kleiner als 5.500[74]

Block 5: na

Nutzlast (Mars) (kg) na 4.020A 2 16.800A 2[70]
Nutzlast (Pluto) (kg) na 3500A 2[70]
Herstellkosten (Mio. US-Dollar) na na ca. 60[75] na
Missionspreis (Mio. US-Dollar) 35 61,2 62[76] 90[76]
A 1 Die Bezeichnungen werden von SpaceX nicht verwendet. Dort heißen alle Versionen einfach Falcon 9.
A 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 15–30 %.
  • 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.[77] Der erste Start dort fand am 19. Februar 2017 im Zuge der CRS-10-Mission statt.[78] Eine eigene Startanlage ist in der Nähe von Brownsville, Texas im Bau. Hierfür erfolgte am 22. September 2014 der erste Spatenstich.[79] Ab Ende 2018 sollen von dort aus suborbitale Testflüge möglich sein; mit kommerziellen Falcon-9-Flügen wird frühestens ab der zweiten Jahreshälfte 2019 gerechnet.

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-Raketenstarts

Siehe auch



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Astronomy & Space

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