Falcon 9 es un vehículo de lanzamiento de elevación media , de dos etapas a órbita , apto para humanos y parcialmente reutilizable , diseñado y fabricado en los Estados Unidos por SpaceX . El primer lanzamiento del Falcon 9 fue el 4 de junio de 2010, y la primera misión de reabastecimiento comercial a la Estación Espacial Internacional (ISS) se lanzó el 8 de octubre de 2012. [16] En 2020, se convirtió en el primer cohete comercial en lanzar humanos a la órbita. [17] El Falcon 9 tiene un historial de seguridad excepcional, [18] [19] [20] con 376 lanzamientos exitosos, dos fallas en vuelo, una falla parcial y una destrucción previa al vuelo. Es el cohete estadounidense más lanzado en la historia.
El cohete tiene dos etapas . La primera etapa (propulsora) lleva la segunda etapa y la carga útil a una velocidad y altitud predeterminadas, después de lo cual la segunda etapa acelera la carga útil a su órbita objetivo. El propulsor es capaz de aterrizar verticalmente para facilitar su reutilización. Esta hazaña se logró por primera vez en el vuelo 20 en diciembre de 2015. A fecha del 28 de septiembre de 2024, SpaceX ha aterrizado con éxito los propulsores Falcon 9 338 veces. [a] Los propulsores individuales han realizado hasta 23 vuelos. [21] Ambas etapas están propulsadas por motores SpaceX Merlin , [b] utilizando oxígeno líquido criogénico y queroseno de grado cohete ( RP-1 ) como propulsores. [22] [23]
Las cargas útiles más pesadas lanzadas a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) fueron el Intelsat 35e, con 6.761 kg (14.905 lb), y el Telstar 19V , con 7.075 kg (15.598 lb). El primero se lanzó a una órbita de transferencia supersincrónica ventajosa , [24] mientras que el segundo se dirigió a una GTO de menor energía, con un apogeo muy por debajo de la altitud geoestacionaria. [25] El 24 de enero de 2021, el Falcon 9 estableció un récord para la mayor cantidad de satélites lanzados por un solo cohete, al llevar 143 a la órbita. [26]
El Falcon 9 está clasificado para transportar astronautas de la NASA a la ISS, está certificado para el programa de Lanzamiento Espacial de Seguridad Nacional [27] y el Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA lo clasifica como un vehículo de lanzamiento de "Categoría 3" (Riesgo bajo), lo que le permite lanzar las misiones más costosas, importantes y complejas de la agencia. [28]
Se han construido y volado varias versiones del Falcon 9: la v1.0 voló de 2010 a 2013, la v1.1 voló de 2013 a 2016, mientras que la v1.2 Full Thrust se lanzó por primera vez en 2015, abarcando la variante Block 5 , que ha estado en operación desde mayo de 2018.
En octubre de 2005, SpaceX anunció planes para lanzar Falcon 9 en la primera mitad de 2007. [29] El lanzamiento inicial no ocurriría hasta 2010. [30]
SpaceX gastó su propio capital para desarrollar y hacer volar su lanzador anterior, Falcon 1 , sin ventas preestablecidas de servicios de lanzamiento. SpaceX también desarrolló Falcon 9 con capital privado, pero tenía compromisos preestablecidos por parte de la NASA para comprar varios vuelos operativos una vez que se demostraran capacidades específicas. Los pagos específicos por hitos se proporcionaron bajo el programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) en 2006. [31] [32] El contrato de la NASA se estructuró como un Acuerdo de la Ley del Espacio (SAA) "para desarrollar y demostrar el servicio de transporte orbital comercial", [32] incluida la compra de tres vuelos de demostración. [33] La adjudicación general del contrato fue de 278 millones de dólares estadounidenses para proporcionar tres lanzamientos de demostración de Falcon 9 con la nave espacial de carga SpaceX Dragon . Más tarde se agregaron hitos adicionales, lo que elevó el valor total del contrato a 396 millones de dólares estadounidenses. [34] [35]
En 2008, SpaceX ganó un contrato de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS) en el programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) de la NASA para entregar carga a la ISS utilizando Falcon 9/Dragon. [35] [36] Los fondos se desembolsarían solo después de que las misiones de demostración se completaran con éxito y en su totalidad. El contrato ascendía a 1.600 millones de dólares estadounidenses para un mínimo de 12 misiones para transportar suministros hacia y desde la ISS. [37]
En 2011, SpaceX estimó que los costos de desarrollo del Falcon 9 v1.0 fueron de aproximadamente 300 millones de dólares. [38] La NASA estimó que los costos de desarrollo serían de 3.600 millones de dólares si se hubiera utilizado un enfoque de contrato de costo más margen tradicional. [39] Un informe de la NASA de 2011 "estimó que habría costado a la agencia alrededor de 4.000 millones de dólares desarrollar un cohete como el Falcon 9 basándose en los procesos de contratación tradicionales de la NASA", mientras que un enfoque de "desarrollo más comercial" podría haber permitido a la agencia pagar solo 1.700 millones de dólares". [40]
En 2014, SpaceX publicó los costos de desarrollo combinados de Falcon 9 y Dragon. La NASA aportó 396 millones de dólares, mientras que SpaceX aportó más de 450 millones de dólares. [41]
En 2017, SpaceX testificó ante el Congreso que el inusual proceso de la NASA de “establecer solo un requisito de alto nivel para el transporte de carga a la estación espacial [mientras] dejaba los detalles a la industria” había permitido a SpaceX completar la tarea a un costo sustancialmente menor. “Según las cifras verificadas independientemente por la propia NASA, los costos de desarrollo de SpaceX de los cohetes Falcon 1 y Falcon 9 se estimaron en aproximadamente 390 millones de dólares en total”. [40]
SpaceX originalmente tenía la intención de seguir su vehículo de lanzamiento Falcon 1 con un vehículo de capacidad intermedia, Falcon 5. [ 42] La línea de vehículos Falcon lleva el nombre del Halcón Milenario , una nave espacial ficticia de la serie de películas de La guerra de las galaxias . [43] En 2005, SpaceX anunció que en su lugar procedería con Falcon 9, un "vehículo de lanzamiento de carga pesada totalmente reutilizable", y ya había conseguido un cliente gubernamental. Falcon 9 fue descrito como capaz de lanzar aproximadamente 9.500 kilogramos (20.900 lb) a la órbita baja de la Tierra y se proyectó que tendría un precio de US$27 millones por vuelo con un carenado de carga útil de 3,7 m (12 pies) y US$35 millones con un carenado de 5,2 m (17 pies). SpaceX también anunció una versión pesada de Falcon 9 con una capacidad de carga útil de aproximadamente 25.000 kilogramos (55.000 lb). [44] El Falcon 9 estaba destinado a apoyar misiones LEO y GTO, así como misiones de tripulación y carga a la ISS. [42]
El contrato COTS original de la NASA preveía que el primer vuelo de demostración se realizaría en septiembre de 2008 y que las tres misiones de demostración se completarían en septiembre de 2009. [45] En febrero de 2008, la fecha se pospuso hasta el primer trimestre de 2009. Según Musk, la complejidad y los requisitos reglamentarios de Cabo Cañaveral contribuyeron al retraso. [46]
La primera prueba de varios motores (dos motores encendidos simultáneamente, conectados a la primera etapa) se completó en enero de 2008. [47] Las pruebas sucesivas condujeron a una prueba de encendido de nueve motores de 178 segundos (duración de la misión) en noviembre de 2008. [48] En octubre de 2009, la primera prueba de encendido de todos los motores lista para volar se realizó en sus instalaciones de prueba en McGregor, Texas . En noviembre, SpaceX realizó la prueba de encendido inicial de la segunda etapa, que duró cuarenta segundos. En enero de 2010, se realizó un encendido de inserción en órbita de 329 segundos (duración de la misión) de la segunda etapa en McGregor. [49]
Los elementos de la pila llegaron al sitio de lanzamiento para su integración a principios de febrero de 2010. [50] La pila de vuelo se puso en posición vertical en el Space Launch Complex 40 , Cabo Cañaveral , [51] y en marzo, SpaceX realizó una prueba de fuego estático, donde se encendió la primera etapa sin lanzamiento. La prueba se abortó en T−2 debido a una falla en la bomba de helio de alta presión. Todos los sistemas hasta el aborto funcionaron como se esperaba y no fue necesario abordar problemas adicionales. Una prueba posterior el 13 de marzo encendió los motores de la primera etapa durante 3,5 segundos. [52]
En diciembre de 2010, la línea de producción de SpaceX fabricó un Falcon 9 (y una nave espacial Dragon) cada tres meses. [53] Para septiembre de 2013, el espacio total de fabricación de SpaceX había aumentado a casi 93.000 m2 ( 1.000.000 pies cuadrados), con el fin de soportar una capacidad de producción de 40 núcleos de cohetes al año. [54] La fábrica estaba produciendo un Falcon 9 por mes a partir de noviembre de 2013. [update][ 55]
En febrero de 2016, la tasa de producción de núcleos Falcon 9 había aumentado a 18 por año, y el número de núcleos de primera etapa que se podían ensamblar a la vez llegó a seis. [56]
Desde 2018, SpaceX ha reutilizado rutinariamente las primeras etapas, lo que reduce la demanda de nuevos núcleos. En 2023, SpaceX realizó 91 lanzamientos del Falcon 9, de los cuales solo 4 utilizaron nuevos propulsores, y recuperó con éxito el propulsor en todos los vuelos. La fábrica de Hawthorne sigue produciendo una segunda etapa (desechable) para cada lanzamiento.
Los cohetes de la familia Falcon 9 se han lanzado 389 veces en 14 años, lo que ha dado como resultado 386 éxitos completos ( 99,23%), dos fallos en vuelo ( SpaceX CRS-7 y Starlink Group 9-3) y un éxito parcial ( SpaceX CRS-1 , que entregó su carga a la Estación Espacial Internacional (ISS), pero una carga útil secundaria quedó varada en una órbita más baja de la planificada). Además, un cohete y su carga útil ( AMOS-6 ) fueron destruidos antes del lanzamiento en preparación para una prueba de fuego estático en la plataforma . La versión activa del cohete, el Falcon 9 Block 5 , ha volado 321 veces con éxito.
En 2022, el Falcon 9 estableció un nuevo récord con 60 lanzamientos exitosos del mismo tipo de vehículo de lanzamiento en un año calendario. Esto superó el récord anterior en poder de Soyuz-U , que tuvo 47 lanzamientos (45 exitosos) en 1979. [57] En 2023, la familia de cohetes Falcon (incluido el Falcon Heavy) tuvo 96 lanzamientos exitosos, superando los 63 lanzamientos (61 exitosos) de la familia de cohetes R-7 en 1980. [c] [58]
El Falcon 9 ha evolucionado a través de varias versiones: la v1.0 se lanzó cinco veces entre 2010 y 2013, la v1.1 se lanzó 15 veces entre 2013 y 2016, y la Full Thrust se lanzó 36 veces entre 2015 y 2015. La versión más reciente, Block 5, se presentó en mayo de 2018. [59] Con cada iteración, el Falcon 9 se ha vuelto más potente y capaz de realizar aterrizajes verticales. A medida que los aterrizajes verticales se volvieron más comunes, SpaceX se centró en agilizar el proceso de reacondicionamiento de los propulsores, haciéndolo más rápido y más rentable. [60]
El derivado Falcon Heavy es un vehículo de lanzamiento de carga pesada compuesto por tres propulsores de primera etapa del Falcon 9. El núcleo central está reforzado, mientras que los propulsores laterales cuentan con un morro aerodinámico en lugar del habitual entre etapas . [61]
Los cohetes de la primera etapa del Falcon 9 aterrizaron con éxito en 353 de 365 intentos ( 96,7 %), y 328 de 333 ( 98,5 %) fueron de la versión del Bloque 5 del Falcon 9. En total, 324 re-vuelos de los cohetes de la primera etapa lanzaron con éxito sus cargas útiles.
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F9 es un vehículo de lanzamiento de dos etapas propulsado por LOX / RP-1 .
Ambas etapas están equipadas con motores cohete Merlin 1D . Cada motor Merlin produce 854 kN (192.000 lbf ) de empuje. [72] Utilizan una mezcla pirofórica de trietilaluminio - trietilborano (TEA-TEB) como encendedor del motor. [73]
La etapa de refuerzo tiene 9 motores, dispuestos en una configuración que SpaceX llama Octaweb . [74] La segunda etapa del Falcon 9 tiene 1 boquilla corta o regular, versión del motor de vacío Merlin 1D .
Falcon 9 es capaz de perder hasta 2 motores y aún así completar la misión quemando los motores restantes por más tiempo.
Cada motor de cohete Merlin está controlado por tres computadoras con derecho a voto , cada una con dos CPU que controlan constantemente a las otras dos del trío. Los motores Merlin 1D pueden vectorizar el empuje para ajustar la trayectoria.
Las paredes y las cúpulas del tanque de combustible están hechas de una aleación de aluminio y litio . SpaceX utiliza un tanque soldado por fricción y agitación , por su resistencia y confiabilidad. [6] El tanque de la segunda etapa es una versión más corta del tanque de la primera etapa. Utiliza la mayoría de las mismas herramientas, materiales y técnicas de fabricación. [6]
La etapa intermedia F9, que conecta las etapas superior e inferior, es una estructura compuesta de núcleo de aluminio y fibra de carbono que contiene pinzas de separación reutilizables y un sistema de empuje neumático. El sistema de separación de etapas original tenía doce puntos de sujeción, que se redujeron a tres para la versión 1.1. [75]
Falcon 9 utiliza un carenado de carga útil (cono de nariz) para proteger los satélites (que no sean Dragon) durante el lanzamiento. El carenado tiene 13 m (43 pies) de largo, 5,2 m (17 pies) de diámetro, pesa aproximadamente 1900 kg y está construido con una piel de fibra de carbono superpuesta sobre un núcleo de panal de aluminio. [76] SpaceX diseñó y fabrica carenados en Hawthorne. Las pruebas se completaron en las instalaciones de la estación Plum Brook de la NASA en la primavera de 2013, donde se simularon el choque acústico y la vibración mecánica del lanzamiento, además de las condiciones de descarga estática electromagnética , en un artículo de prueba de tamaño real en una cámara de vacío . [77] Desde 2019, los carenados están diseñados para reingresar a la atmósfera de la Tierra y se reutilizan para futuras misiones.
SpaceX utiliza múltiples computadoras de vuelo redundantes en un diseño tolerante a fallas . El software se ejecuta en Linux y está escrito en C++ . [78] Para mayor flexibilidad, se utilizan piezas comerciales listas para usar y un diseño tolerante a la radiación en todo el sistema en lugar de piezas reforzadas con radiación . [78] Cada etapa tiene computadoras de vuelo a nivel de etapa, además de los controladores de motor específicos de Merlin, del mismo diseño de tríada tolerante a fallas para manejar las funciones de control de etapa. Cada CPU de microcontrolador de motor se ejecuta en una arquitectura PowerPC . [79]
Los propulsores que se van a gastar deliberadamente no tienen patas ni aletas. Los propulsores recuperables incluyen cuatro patas de aterrizaje extensibles unidas alrededor de la base. [80]
Para controlar el descenso del núcleo a través de la atmósfera, SpaceX utiliza aletas de rejilla que se despliegan desde el vehículo [81] momentos después de la separación de las etapas. [82] Inicialmente, la versión V1.2 Full Thrust del Falcon 9 estaba equipada con aletas de rejilla hechas de aluminio, que finalmente fueron reemplazadas por aletas de titanio más grandes, más eficientes aerodinámicamente y duraderas. Las aletas de rejilla de titanio mejoradas, fundidas y cortadas de una sola pieza de titanio, ofrecen una maniobrabilidad y una capacidad de supervivencia significativamente mejores frente al calor extremo del reingreso que las aletas de rejilla de aluminio y se pueden reutilizar indefinidamente con una renovación mínima. [83] [84] [85]
El Falcon 9 ha visto cinco revisiones importantes: v1.0 , v1.1 , Full Thrust (también llamada Block 3 o v1.2), Block 4 y Block 5 .
La V1.0 realizó cinco lanzamientos orbitales exitosos entre 2010 y 2013. La V1.1, mucho más grande, realizó su primer vuelo en septiembre de 2013. La misión de demostración transportaba una pequeña carga útil primaria de 500 kg (1100 lb), el satélite CASSIOPE . [75] Le siguieron cargas útiles más grandes, comenzando con el lanzamiento del satélite de comunicaciones SES-8 GEO . [86] Tanto la v1.0 como la v1.1 utilizaron vehículos de lanzamiento desechables (ELV). El Falcon 9 Full Thrust realizó su primer vuelo en diciembre de 2015. La primera etapa de la versión Full Thrust era reutilizable . La versión actual, conocida como Falcon 9 Block 5 , realizó su primer vuelo en mayo de 2018.
El F9 v1.0 fue un vehículo de lanzamiento descartable desarrollado entre 2005 y 2010. Voló por primera vez en 2010. El V1.0 realizó cinco vuelos, después de los cuales fue retirado. La primera etapa estaba propulsada por nueve motores Merlin 1C dispuestos en una cuadrícula de 3 × 3. Cada uno tenía un empuje a nivel del mar de 556 kN (125 000 lb f ) para un empuje total de despegue de aproximadamente 5000 kN (1 100 000 lb f ). [6] La segunda etapa estaba propulsada por un solo motor Merlin 1C modificado para operación en vacío , con una relación de expansión de 117:1 y un tiempo de combustión nominal de 345 segundos. Se utilizaron propulsores de N2 gaseoso en la segunda etapa como sistema de control de reacción (RCS). [87]
Los primeros intentos de añadir un sistema de protección térmica ligero a la etapa de refuerzo y a la recuperación del paracaídas no tuvieron éxito. [88]
En 2011, SpaceX inició un programa de desarrollo formal para un Falcon 9 reutilizable , centrándose inicialmente en la primera etapa. [82]
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La versión 1.1 es un 60% más pesada y tiene un 60% más de empuje que la versión 1.0. [75] Sus nueve motores Merlin 1D (más potentes) se reorganizaron en un patrón "octogonal" [89] [90] que SpaceX llamó Octaweb . Esto está diseñado para simplificar y agilizar la fabricación. [91] [92] Los tanques de combustible eran un 60% más largos, lo que hacía que el cohete fuera más susceptible a doblarse durante el vuelo. [75]
La primera etapa v1.1 ofreció un empuje total a nivel del mar en el despegue de 5.885 kN (1.323.000 lbf ) , con los motores encendidos durante un tiempo nominal de 180 segundos. El empuje de la etapa aumentó a 6.672 kN (1.500.000 lbf ) cuando el cohete salió de la atmósfera. [5]
El sistema de separación de etapas fue rediseñado para reducir el número de puntos de fijación de doce a tres, [75] y el vehículo tenía aviónica y software mejorados. [75]
Estas mejoras aumentaron la capacidad de carga útil de 9.000 kg (20.000 lb) a 13.150 kg (28.990 lb). [5] La presidenta de SpaceX, Gwynne Shotwell, afirmó que la v1.1 tenía aproximadamente un 30% más de capacidad de carga útil que la publicada en su lista de precios, con el margen adicional reservado para las etapas de retorno a través de un reingreso motorizado . [93]
Las pruebas de desarrollo de la primera etapa se completaron en julio de 2013, [94] [95] y voló por primera vez en septiembre de 2017.
Las líneas de combustible del encendedor de la segunda etapa se aislaron posteriormente para soportar mejor el reinicio en el espacio después de las fases de larga costa para las maniobras de trayectoria orbital. [96] Se incluyeron cuatro patas de aterrizaje extensibles de fibra de carbono/aluminio en forma de panal en los vuelos posteriores en los que se intentaron aterrizajes. [97] [98] [99]
Las especificaciones de precios y carga útil de SpaceX publicadas para la v1.1 en marzo de 2014 [update]incluían aproximadamente un 30 % más de rendimiento que lo que indicaba la lista de precios publicada; SpaceX reservó el rendimiento adicional para realizar pruebas de reutilización . Se realizaron muchos cambios de ingeniería para respaldar la reutilización y la recuperación de la primera etapa para la v1.1.
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La actualización Full Thrust (también conocida como FT, v1.2 o Block 3), [100] [101] introdujo cambios importantes. Añadió refrigeración criogénica del propulsor para aumentar la densidad, lo que permitió un empuje un 17 % mayor, mejoró el sistema de separación de etapas, estiró la segunda etapa para contener propulsor adicional y reforzó los puntales para sostener las botellas de helio que se cree que estuvieron involucradas en la falla del vuelo 19. [102] Ofrecía una primera etapa reutilizable . Los planes para reutilizar la segunda etapa se abandonaron porque el peso de un escudo térmico y otros equipos reducirían demasiado la carga útil. [103] El propulsor reutilizable se desarrolló utilizando sistemas y software probados en los prototipos del Falcon 9.
El sistema de seguridad de vuelo autónomo (AFSS) sustituyó al personal y al equipo de control de vuelo de la misión en tierra. El AFSS ofrecía fuentes de posicionamiento, navegación y sincronización a bordo y lógica de decisión. Los beneficios del AFSS incluían una mayor seguridad pública, una menor dependencia de la infraestructura de alcance, una reducción del coste del transporte espacial de largo alcance, una mayor previsibilidad y disponibilidad de los horarios, flexibilidad operativa y flexibilidad en los horarios de lanzamiento". [104]
La capacidad de FT permitió a SpaceX elegir entre aumentar la carga útil, disminuir el precio de lanzamiento o ambas cosas. [105]
Su primer aterrizaje exitoso se produjo en diciembre de 2015 [106] y el primer re-vuelo en marzo de 2017. [107] En febrero de 2017, el lanzamiento del CRS-10 fue el primer lanzamiento operativo que utilizó AFSS. Todos los lanzamientos de SpaceX después del 16 de marzo utilizaron AFSS. Una misión del 25 de junio llevó el segundo lote de diez satélites Iridium NEXT , para los cuales las aletas de rejilla de aluminio fueron reemplazadas por versiones de titanio más grandes , para mejorar la autoridad de control y la tolerancia al calor durante el reingreso . [83]
En 2017, SpaceX comenzó a incluir cambios incrementales en el Full Thrust, denominado internamente Block 4. [108] Inicialmente, solo se modificó la segunda etapa según los estándares del Block 4, volando sobre una primera etapa del Block 3 para tres misiones: NROL-76 e Inmarsat-5 F5 en mayo de 2017, e Intelsat 35e en julio de 2017. [109] El Block 4 se describió como una transición entre el Full Thrust v1.2 Block 3 y el Block 5. Incluye actualizaciones incrementales del empuje del motor que conducen al Block 5. [110] El vuelo inaugural del diseño completo del Block 4 (primera y segunda etapa) fue la misión SpaceX CRS-12 el 14 de agosto. [111]
En octubre de 2016, Musk describió al Block 5 como un vehículo con "muchas mejoras menores que en conjunto son importantes, pero el empuje mejorado y las patas mejoradas son las más significativas". [112] En enero de 2017, Musk agregó que el Block 5 "mejora significativamente el rendimiento y la facilidad de reutilización". [113] El vuelo inaugural tuvo lugar el 11 de mayo de 2018, [114] con el satélite Bangabandhu Satellite-1 . [115]
Hasta el 28 de septiembre de 2024, Falcon 9 había logrado 376 de 379 misiones completas con éxito ( 99,2%). SpaceX CRS-1 tuvo éxito en su misión principal, pero dejó una carga útil secundaria en una órbita incorrecta, mientras que SpaceX CRS-7 fue destruido en vuelo. Además, AMOS-6 se desintegró en la plataforma de lanzamiento durante la carga de combustible para una prueba de motor. Block 5 tiene una tasa de éxito del 99,7% (322/323). A modo de comparación, la serie de referencia de la industria Soyuz ha realizado 1.880 lanzamientos [129] con una tasa de éxito del 95,1% (la tasa de éxito del último Soyuz-2 es del 94%), [130] la serie rusa Proton ha realizado 425 lanzamientos con una tasa de éxito del 88,7% (la tasa de éxito del último Proton-M es del 90,1%), el europeo Ariane 5 ha realizado 117 lanzamientos con una tasa de éxito del 95,7%, y el chino Long March 3B ha realizado 85 lanzamientos con una tasa de éxito del 95,3%.
La secuencia de lanzamiento del F9 incluye una función de retención que permite el encendido completo del motor y la verificación de los sistemas antes del despegue. Después de que se enciende el motor de la primera etapa, el lanzador se mantiene presionado y no se libera para el vuelo hasta que se confirma que todos los sistemas de propulsión y del vehículo funcionan normalmente. Se han utilizado sistemas de retención similares en vehículos de lanzamiento como Saturno V [131] y el transbordador espacial . Se produce un apagado automático seguro y la descarga del propulsor si se detectan condiciones anormales. [6] Antes de la fecha de lanzamiento, SpaceX a veces completa un ciclo de prueba, que culmina con un encendido estático del motor de la primera etapa de tres segundos y medio. [132] [133]
El F9 tiene computadoras de vuelo triplemente redundantes y navegación inercial , con una superposición de GPS para mayor precisión. [6]
Al igual que la familia de cohetes Saturno , los motores múltiples permiten completar la misión incluso si uno falla. [6] [134] Se hicieron públicas descripciones detalladas de los modos destructivos de falla del motor y de las capacidades diseñadas para dejar fuera el motor. [135]
SpaceX enfatizó que la primera etapa está diseñada para la capacidad de "apagar el motor". [6] El CRS-1 en octubre de 2012 fue un éxito parcial después de que el motor número 1 perdiera presión a los 79 segundos y luego se apagara. Para compensar la pérdida de aceleración resultante, la primera etapa tuvo que arder 28 segundos más de lo planeado, y la segunda etapa tuvo que arder 15 segundos adicionales. Ese tiempo de combustión adicional redujo las reservas de combustible de modo que la probabilidad de que hubiera suficiente combustible para ejecutar la misión se redujo del 99% al 95%. Debido a que la NASA había comprado el lanzamiento y, por lo tanto, controlaba contractualmente varios puntos de decisión de la misión, la NASA rechazó la solicitud de SpaceX de reiniciar la segunda etapa e intentar entregar la carga útil secundaria en la órbita correcta. Como resultado, la carga útil secundaria reingresó a la atmósfera. [136]
Los motores Merlin 1D han sufrido dos paradas prematuras durante el ascenso. Ninguna de ellas ha afectado a la misión principal, pero ambos intentos de aterrizaje fracasaron. En una misión Starlink del 18 de marzo de 2020, uno de los motores de la primera etapa falló 3 segundos antes del corte debido a la ignición de un poco de alcohol isopropílico que no se purgó correctamente después de la limpieza. [137] En otra misión Starlink del 15 de febrero de 2021, los gases de escape calientes entraron en un motor debido a un agujero relacionado con la fatiga en su cubierta. [138] SpaceX afirmó que la cubierta fallida tuvo el "mayor... número de vuelos que este diseño de bota [cubierta] en particular había visto". [139]
SpaceX planeó desde el principio que ambas etapas fueran reutilizables. [140] Las primeras etapas de los primeros vuelos del Falcon estaban equipadas con paracaídas y estaban cubiertas con una capa de corcho ablativo para permitirles sobrevivir al reingreso atmosférico . Estos fueron derrotados por el estrés aerodinámico y el calentamiento que los acompañaban. [88] Las etapas eran resistentes a la corrosión del agua salada. [140]
A finales de 2011, SpaceX eliminó los paracaídas en favor del descenso motorizado . [141] [142] El diseño se completó en febrero de 2012. [82]
Los primeros aterrizajes con motor se probaron en vuelo con el cohete suborbital Grasshopper . [143] Entre 2012 y 2013, este vehículo de prueba de demostración de baja altitud y baja velocidad realizó ocho aterrizajes verticales , incluido un vuelo de ida y vuelta de 79 segundos a una altitud de 744 m (2441 pies). En marzo de 2013, SpaceX anunció que a partir del primer vuelo v1.1, todos los propulsores estarían equipados para el descenso con motor. [98]
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Para el sexto vuelo en septiembre de 2013, después de la separación de las etapas, el plan de vuelo preveía que la primera etapa realizara un encendido para reducir su velocidad de reentrada, y luego un segundo encendido justo antes de llegar al agua. Aunque no fue un éxito total, la etapa pudo cambiar de dirección y hacer una entrada controlada a la atmósfera. [144] Durante el último encendido de aterrizaje, los propulsores RCS no pudieron superar un giro inducido aerodinámicamente. La fuerza centrífuga privó al motor de combustible, lo que provocó un apagado prematuro del motor y un amerizaje brusco. [144]
Después de cuatro pruebas más de aterrizaje en el océano, el cohete CRS-5 intentó un aterrizaje en la plataforma flotante ASDS en enero de 2015. El cohete incorporó (por primera vez en una misión orbital) superficies de control aerodinámico de aletas de rejilla , y se guió con éxito hasta la nave, antes de quedarse sin fluido hidráulico y estrellarse contra la plataforma. [145] Un segundo intento ocurrió en abril de 2015, en CRS-6 . Después del lanzamiento, la válvula bipropelente se atascó, impidiendo que el sistema de control reaccionara lo suficientemente rápido para un aterrizaje exitoso. [146]
El primer intento de aterrizar un propulsor en una plataforma terrestre cerca del sitio de lanzamiento ocurrió en el vuelo 20, en diciembre de 2015. El aterrizaje fue exitoso y el propulsor fue recuperado. [147] [148] Esta fue la primera vez en la historia que después de lanzar una misión orbital, una primera etapa logró un aterrizaje vertical controlado . El primer aterrizaje exitoso de un propulsor en un ASDS ocurrió en abril de 2016 en la nave no tripulada Of Course I Still Love You durante CRS-8 .
Se realizaron dieciséis vuelos de prueba entre 2013 y 2016, seis de los cuales lograron un aterrizaje suave y la recuperación del propulsor. Desde enero de 2017, con las excepciones del núcleo central del vuelo de prueba del Falcon Heavy , la misión Falcon Heavy USAF STP-2 , la misión de reabastecimiento del Falcon 9 CRS-16 y las misiones Starlink -4, 5 y 19, [149] [150] todos los intentos de aterrizaje han sido exitosos. Dos propulsores se han perdido o destruido en el mar después del aterrizaje: el núcleo central utilizado durante la misión Arabsat-6A , [151] y el B1058 después de completar un vuelo Starlink. [152]
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El primer relanzamiento operativo de un propulsor que había volado anteriormente se logró en marzo de 2017 [153] con el B1021 en la misión SES-10 después de la CRS-8 en abril de 2016. [154] Después de aterrizar una segunda vez, fue retirado. [155] En junio de 2017, el propulsor B1029 ayudó a llevar a BulgariaSat-1 hacia GTO después de una misión LEO Iridium NEXT en enero de 2017, logrando nuevamente la reutilización y el aterrizaje de un propulsor recuperado. [156] El tercer vuelo de reutilización se produjo en noviembre de 2018 en la misión SSO-A . El núcleo de la misión, Falcon 9 B1046 , fue el primer propulsor del Bloque 5 producido, y había volado inicialmente en la misión Bangabandhu Satellite-1 . [157]
En mayo de 2021, el primer propulsor alcanzó las 10 misiones. Musk indicó que SpaceX tiene la intención de volar propulsores hasta que detecten un fallo en las misiones Starlink. [158] [159] A fecha del 28 de septiembre de 2024, el récord es de 23 vuelos del mismo propulsor.
SpaceX desarrolló carenados de carga útil equipados con un paracaídas orientable, así como propulsores RCS que se pueden recuperar y reutilizar. Se recuperó la mitad de un carenado de carga útil después de un aterrizaje suave en el océano por primera vez en marzo de 2017, después del SES-10 . [63] Posteriormente, comenzó el desarrollo de un sistema basado en barcos que involucra una red masiva, para atrapar los carenados que regresaban. Se equiparon dos barcos dedicados para esta función, que realizaron sus primeras capturas en 2019. [160] Sin embargo, después de un éxito mixto, SpaceX regresó a los aterrizajes en el agua y la recuperación húmeda. [161]
A pesar de las declaraciones públicas de que se esforzarían por hacer que la segunda etapa también fuera reutilizable, a fines de 2014, SpaceX determinó que la masa necesaria para un escudo térmico, motores de aterrizaje y otros equipos para apoyar la recuperación de la segunda etapa era prohibitiva y abandonó los esfuerzos de reutilización de la segunda etapa. [103] [162]
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A principios de 2018, el F9 se lanzaba regularmente desde tres sitios de lanzamiento orbital : el complejo de lanzamiento 39A del Centro Espacial Kennedy , [163] el complejo de lanzamiento espacial 4E de la base aérea Vandenberg , [164] [144] y el complejo de lanzamiento espacial 40 en la estación aérea de Cabo Cañaveral . Este último resultó dañado en el accidente del AMOS-6 en septiembre de 2016, pero volvió a estar operativo en diciembre de 2017. [165] [166]
El 21 de abril de 2023, la Fuerza Espacial de los Estados Unidos , Space Launch Delta 30 otorgó a SpaceX permiso para arrendar el Complejo de Lanzamiento Espacial Vandenberg 6 para los lanzamientos de Falcon 9 y Falcon Heavy. [167] Es probable que SLC-6 se convierta en el cuarto sitio de lanzamiento de Falcon 9.
En el momento del vuelo inaugural del Falcon 9 en 2010, el precio de un lanzamiento v1.0 estaba listado desde US$49,9–56 millones. [6] El precio de lista aumentó después, a US$54–59,5 millones (2012). [168] US$56,5 millones (v1.1, agosto de 2013), [169] US$61,2 millones (junio de 2014), [170] US$62 millones (Full Thrust, mayo de 2016), [171] a US$ <30 millones (2024). [2] [3] Las misiones de carga Dragon a la ISS tienen un costo promedio de US$133 millones bajo un contrato de precio fijo con la NASA , incluido el costo de la nave espacial. [172] La misión DSCOVR de 2013 , lanzada con Falcon 9 para la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), costó US$97 millones. [173]
En 2004, Elon Musk declaró: "En última instancia, creo que 500 por libra (1100/kg) [de carga útil entregada a la órbita] o menos es muy alcanzable". [174] A su precio de lanzamiento de 2016 con una carga útil LEO completa , los costos de lanzamiento de Full Thrust alcanzaron los US$1200/lb (US$2600/kg).
En 2011, Musk estimó que el combustible y el oxidante para la versión 1.0 costaban alrededor de 200 000 dólares estadounidenses. [175] La primera etapa utiliza 245 620 L (54 030 galones imperiales; 64 890 galones estadounidenses) de oxígeno líquido y 146 020 L (32 120 galones imperiales; 38 570 galones estadounidenses) de combustible RP-1 , [176] mientras que la segunda etapa utiliza 28 000 L (6200 galones imperiales; 7400 galones estadounidenses) de oxígeno líquido y 17 000 L (3700 galones imperiales; 4500 galones estadounidenses) de RP-1. [1]
En 2018, los menores costos de lanzamiento de F9 atrajeron a competidores. Arianespace comenzó a trabajar en Ariane 6 , United Launch Alliance (ULA) en Vulcan Centaur y International Launch Services (ILS) en Proton Medium . [177]
El 26 de junio de 2019, Jonathan Hofeller (vicepresidente de ventas comerciales de SpaceX) dijo que los descuentos de precios otorgados a los primeros clientes en misiones con propulsores reutilizados se habían convertido en el precio estándar. [178] En octubre de 2019, el "precio base" del Falcon 9 de 62 millones de dólares por lanzamiento se redujo a 52 millones de dólares para los vuelos programados en 2021 y más allá. [179]
El 10 de abril de 2020, el administrador de Roscosmos , Dmitry Rogozin , dijo que su equipo estaba reduciendo los precios en un 30%, alegando que SpaceX estaba haciendo dumping de precios al cobrar a los clientes comerciales 60 millones de dólares por vuelo mientras que le cobraba a la NASA entre 1,5 y 4 veces más por el mismo vuelo. [180] Musk negó la afirmación y respondió que la diferencia de precio reflejaba que los Falcon 9 eran 80% reutilizables, mientras que los cohetes rusos eran de un solo uso. [181] El director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, declaró: "Nuestra estimación sigue siendo de alrededor de 10 vuelos como promedio de la flota para lograr un punto de equilibrio constante ... y nadie se ha acercado". [182] Sin embargo, Elon Musk respondió que "la reducción de la carga útil debido a la reutilización del propulsor y el carenado es <40% para Falcon 9 y la recuperación y reacondicionamiento es <10%, por lo que está aproximadamente a la par con 2 vuelos, definitivamente por delante con 3". [183] En abril de 2020, la CNBC informó que los lanzamientos de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos costaban 95 millones de dólares debido a la seguridad adicional. El ejecutivo de SpaceX, Christopher Couluris, afirmó que la reutilización de cohetes podría reducir aún más los precios, que "cuesta 28 millones lanzarlo, eso es todo". [183]
En 2024, se afirmó que los costos internos de SpaceX para el lanzamiento de un Falcon 9 fueron "significativamente menores a 20 millones de dólares", logrados gracias a la reutilización de la primera etapa del cohete y los carenados de carga útil. [184]
SpaceX ofrece dos programas de viajes compartidos, vuelos regulares del Falcon 9 para el despliegue de satélites pequeños: Transporter y Bandwagon. El programa Transporter comenzó en 2021 y se especializa en la entrega de cargas útiles a órbitas sincrónicas con el sol, principalmente para misiones de observación de la Tierra, con vuelos que generalmente operan cada cuatro meses. El programa Bandwagon, que comenzó en 2024, ofrece acceso a órbitas de inclinación media de aproximadamente 45 grados, con vuelos que generalmente operan cada seis meses. [185] [186] A diferencia de los arreglos tradicionales de carga útil secundaria, estos programas no dependen de una misión principal. En cambio, SpaceX ofrece una opción única de "adorno de pastel" para satélites más grandes de entre 500 y 2500 kilogramos (1100 y 5500 lb). [187]
SpaceX también ofrece viajes compartidos más tradicionales donde pequeños satélites se aprovechan del lanzamiento de una gran carga útil primaria. [185] En el pasado, la compañía ha ofrecido a los clientes la opción de montar cargas útiles utilizando el anillo adaptador de carga útil secundaria (ESPA) EELV, el mismo adaptador entre etapas utilizado por primera vez para lanzar cargas útiles secundarias en misiones del Departamento de Defensa de EE. UU . que utilizan los vehículos de lanzamiento desechables evolucionados (EELV) Atlas V y Delta IV . [188]
Aunque el Falcon 9 es un vehículo de lanzamiento de mediano porte, gracias a estos programas SpaceX se ha convertido en el principal proveedor de lanzamientos en vehículos compartidos. Dada la frecuencia de lanzamiento de la empresa y sus bajos precios, a los operadores de vehículos de lanzamiento de pequeño porte les ha resultado difícil competir. [187]
SpaceX puso por primera vez un Falcon 9 ( B1019 ) en exhibición pública en su sede en Hawthorne, California , en 2016. [189]
En 2019, SpaceX donó un Falcon 9 (B1035) al Centro Espacial Houston , en Houston, Texas . Se trataba de un cohete que voló en dos misiones, "la undécima y la decimotercera misión de suministro a la Estación Espacial Internacional [y fue] el primer cohete Falcon 9 que la NASA aceptó volar por segunda vez". [190] [191]
En 2021, SpaceX donó un refuerzo lateral Falcon Heavy ( B1023 ) al Complejo de Visitantes del Centro Espacial Kennedy . [192]
En 2023, un Falcon 9 ( B1021 ) [193] se exhibió públicamente afuera de la sede de Dish Network en Littleton, Colorado . [194]
{{cite news}}: CS1 maint: url-status (link){{cite news}}: CS1 maint: url-status (link)The launch also marked the first flight of the Falcon 9 Full Thrust, internally known only as the "Upgraded Falcon 9"
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Detailed Mission Data – Falcon-9 ELV First Flight Demonstration". NASA. Archived from the original on 16 October 2011. Retrieved 26 May 2010.07/22/18 Falcon 9 v1.2 F9-59 Telstar 19V 7.075 CC 40 GTO-.
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link) This article incorporates text from this source, which is in the public domain: David J. Frankel (26 April 2010). "Minutes of the NAC Commercial Space Committee" (PDF). NASA. Archived (PDF) from the original on 13 March 2017. Retrieved 24 June 2017. This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "COTS 2006 Demo Competition". NASA. 18 January 2006. Archived from the original on 22 June 2017. Retrieved 24 June 2017. This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Space Exploration Technologies (SpaceX)". NASA. 24 October 2016. Archived from the original on 24 October 2016. Retrieved 24 June 2017. This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Statement of William H. Gerstenmaier Associate Administrator for Space Operations before the Committee on Science, Space and Technology Subcommittee on Space and Aeronautics U.S. House of Representatives" (PDF). U.S. House of Representatives. 26 May 2011. Archived (PDF) from the original on 8 September 2016. Retrieved 8 September 2016."The government is the necessary anchor tenant for commercial cargo, but it's not sufficient to build a new economic ecosystem", says Scott Hubbard, an aeronautics researcher at Stanford University in California and former director of NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California.
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Falcon 9 Launch Vehicle NAFCOM Cost Estimates" (PDF). nasa.gov. August 2011. Archived (PDF) from the original on 2 March 2012. Retrieved 28 February 2012."NASA ultimately gave us about $396 million; SpaceX put in over $450 million ... [for an] EELV-class launch vehicle ... as well as a capsule".
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Space Act Agreement between NASA and Space Exploration Technologies, Inc., for Commercial Orbital Transportation Services Demonstration" (PDF). NASA. 30 May 2006. Archived (PDF) from the original on 13 March 2017. Retrieved 24 June 2017.Within a year, we need to get it from where it is right now, which is about a rocket core every four weeks, to a rocket core every two weeks... By the end of 2015, says SpaceX president Gwynne Shotwell, the company plans to ratchet up production to 40 cores per year.
The Falcon Heavy first stage center core and boosters each carry landing legs, which will land each core safely on Earth after takeoff.
"With Falcon I's fourth launch, the first stage got cooked, so we're going to beef up the Thermal Protection System (TPS). By flight six we think it's highly likely we'll recover the first stage, and when we get it back we'll see what survived through re-entry, and what got fried, and carry on with the process. That's just to make the first stage reusable, it'll be even harder with the second stage – that has got to have a full heatshield, it'll have to have deorbit propulsion and communication".
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2012" (PDF). Federal Aviation Administration. February 2013. Archived (PDF) from the original on 24 February 2017. Retrieved 24 June 2017.SpaceX is currently producing one vehicle per month, but that number is expected to increase to '18 per year in the next couple of quarters'. By the end of 2014, she says SpaceX will produce 24 launch vehicles per year.
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)The aforementioned Second Stage will be tasked with a busy role during this mission, lofting the 5300 kg SES-9 spacecraft to its Geostationary Transfer Orbit.
At 5.3 tons, AMOS-6 is the largest communications satellite ever built by IAI. Scheduled for launch in early 2016 from Cape Canaveral aboard a Space-X Falcon 9 launcher, AMOS-6 will replace AMOS-2, which is nearing the end of its 16-year life.
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Estimating the Reliability of a Soyuz Spacecraft Mission" (PDF). NASA. January 2010. Figure 2: Historical Rocket Launch Data (Soyuz Rocket Family). Archived (PDF) from the original on 16 February 2015. Retrieved 4 May 2015. This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Hold-Down Arms and Tail Service Masts". NASA. Archived from the original on 2 November 2016. Retrieved 24 June 2017.SpaceX conducts the static fire test — that typically ends with a 3.5-second engine firing — before every launch to wring out issues with the rocket and ground systems. The exercise also helps engineers rehearse for the real launch day.
"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 (that drives the turbo pump assembly) blow apart during a start sequence (there are no 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 neighbouring 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 neighbouring 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".
Orbcomm requested that SpaceX carry one of their small satellites (weighing a few hundred pounds, versus Dragon at over 12,000 pounds)... The higher the orbit, the more test data [Orbcomm] can gather, so they requested that we attempt to restart and raise altitude. NASA agreed to allow that, but only on condition that there be substantial propellant reserves, since the orbit would be close to the International Space Station. It is important to appreciate that Orbcomm understood from the beginning that the orbit-raising maneuver was tentative. They accepted that there was a high risk of their satellite remaining at the Dragon insertion orbit...
Both of the rocket's stages would return to the launch site and touch down vertically, under rocket power, on landing gear after delivering a spacecraft to orbit.
This article incorporates text from this source, which is in the public domain: Testimony of Elon Musk (5 May 2004). "Space Shuttle and the Future of Space Launch Vehicles". U.S. Senate. Archived from the original on 9 September 2012. Retrieved 4 March 2010. This article incorporates text from this source, which is in the public domain: "Environmental Assessment, Boost-Back and Landing of the Falcon 9 First Stage at SLC-4 West" (PDF). SpaceX. Archived from the original (PDF) on 1 February 2017. Retrieved 2 April 2018.SpaceX ... developed prices for flying those secondary payloads ... A P-POD would cost between $200,000 and $325,000 for missions to LEO, or $350,000 to $575,000 for missions to geosynchronous transfer orbit (GTO). An ESPA-class satellite weighing up to 180 kilograms would cost $4–5 million for LEO missions and $7–9 million for GTO missions, he said.
