Falcon 9
Falcon 9
Запуск Falcon 9 Block 5 со спутником Bangabandhu-1 (11 мая 2018)
Общие сведения
Страна Flag of the United States.svg США
Семейство Falcon
Назначение ракета-носитель
Разработчик SpaceX
Изготовитель SpaceX
Основные характеристики
Количество ступеней 2
Длина (с ГЧ)
  • FT: 70 м
  • v1.1: 68,4 м
  • v1.0: 54,9 м
Диаметр 3,7 м
Стартовая масса
  • FT: 549 т
  • v1.1: 506 т
  • v1.0: 318 т
Масса полезной нагрузки  
 • на НОО
  • FT: 22 800 кг без возвращения первой ступени
  • v1.1: 13 150 кг
  • v1.0: 9000 кг
 • на ГПО
  • FT: 8300 кг без возвращения первой ступени (5500 кг с возвращением)
  • v1.1: 4850 кг
  • v1.0: 3400 кг
 • на Марс FT: 4020 кг
История запусков
Состояние действующая
Места запуска
Число запусков
  • 60
    • FT: 40
    • v1.1: 15
    • v1.0: 5
 • успешных
  • 58
    • FT: 40
    • v1.1: 14
    • v1.0: 4
 • неудачных 1 (v1.1, CRS-7)
 • частично неудачных 1 (v1.0, CRS-1)
Первый запуск
Последний запуск 7 августа 2018 (Merah Putih)
История посадок
Посадка первой ступени
Места посадки Посадочная зона 1,
платформа ASDS
Число посадок 31
 • успешных 26
 • на землю 9 (FT)
 • на платформу 17 (FT)
 • неудачных 5
 • на платформу
  • 5
    • FT: 2
    • v1.1: 3
Первая ступень (Falcon 9 FT)
Сухая масса ~22,2 т
Стартовая масса ~431,7 т
Маршевые двигатели 9 × Merlin 1D+
Тяга уровень моря: 7607 кН
вакуум: 8227 кН
Удельный импульс уровень моря: 282 с
вакуум: 311 с
Время работы 162 с
Горючее керосин
Окислитель жидкий кислород
Вторая ступень (Falcon 9 FT)
Сухая масса ~4 т
Стартовая масса ~111,5 т
Маршевый двигатель Merlin 1D+ Vacuum
Тяга вакуум: 934 кН
Удельный импульс вакуум: 348 с
Время работы 397 с
Горючее керосин
Окислитель жидкий кислород
Commons-logo.svg Falcon 9 на Викискладе

Falcon 9 ([ˈfælkən naɪn], falcon с англ. — «сокол») — семейство одноразовых и частично многоразовых ракет-носителей тяжёлого класса серии Falcon американской компании SpaceX. Falcon 9 состоит из двух ступеней и использует в качестве компонентов топлива керосин марки RP-1 (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Цифра «9» в названии обозначает количество жидкостных ракетных двигателей Merlin, установленных на первой ступени ракеты-носителя.

Ракета-носитель с момента первого запуска прошла через две существенные модификации. Первая версия, Falcon 9 v1.0, запускалась пять раз с 2010 по 2013 год, ей на смену пришла версия Falcon 9 v1.1, выполнившая 15 запусков; использование её было завершено в январе 2016 года. Следующая версия, Falcon 9 Full Thrust (FT), впервые запущенная в декабре 2015 года, использует сверхохлаждённые компоненты топлива и максимальную тягу двигателей для увеличения производительности ракеты-носителя на 30 %. В мае 2018 года был выполнен первый запуск финальной версии ракеты-носителя, Falcon 9 Block 5, которая включила в себя многочисленные улучшения, направленные в основном на ускорение и упрощение повторного использования первой ступени, а также на повышение надёжности, с целью сертификации её для пилотируемых полётов.

Первая ступень Falcon 9 может быть повторно использована, на неё установлено оборудование для её возврата и вертикального приземления на посадочную площадку или плавающую платформу autonomous spaceport drone ship. 22 декабря 2015 года, после запуска на орбиту 11 спутников Orbcomm-G2, первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 FT впервые успешно приземлилась на площадку Посадочной зоны 1. 8 апреля 2016 года, в рамках миссии SpaceX CRS-8, первая ступень ракеты Falcon 9 FT впервые в истории ракетостроения успешно приземлилась на морскую платформу «Of Course I Still Love You». 30 марта 2017 года, та же ступень, после технического обслуживания, была запущена повторно в рамках миссии SES-10 и снова успешно приземлилась на морскую платформу.

Falcon 9 используется для запусков геостационарных коммерческих спутников связи, научно-исследовательских космических аппаратов, грузового космического корабля Dragon в рамках программы Commercial Resupply Services по снабжению Международной космической станции, а также будет использоваться для запуска его пилотируемой версии Dragon V2. Заявленная на сайте производителя цена вывода коммерческого спутника (до 5,5 т на ГПО) ракетой-носителем Falcon 9 — 62 млн $[1][К 1]. Из-за дополнительных требований, для военных и правительственных заказчиков цена запуска ракеты-носителя выше коммерческой, контракты на запуски спутников GPS для ВВС США на суммы 82,7 млн $[2][3][4], 96,5 млн $[5][6][7][8] и 290,6 млн $ (3 запуска)[9][10][11] подписаны в 2016, 2017 и 2018 годах, соответственно.

Общая конструкция

Первая ступень

Использует керосин RP-1 в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя. Построена по стандартной схеме, когда бак окислителя располагается над топливным баком. Днище между баками общее. Оба бака выполнены из алюминиево-литиевого сплава, добавление в сплав лития увеличивает удельную прочность материала и позволяет уменьшить массу конструкции[12]. Стенки бака окислителя несущие, стенки топливного бака усилены шпангоутами и продольными балками в связи с тем, что на нижнюю часть первой ступени приходится наибольшая наседающая нагрузка. Окислитель поступает в двигатели через трубопровод, проходящий через центр топливного бака по всей его длине. Для наддува баков используется сжатый гелий[13][14].

Первая ступень Falcon 9 использует девять жидкостных ракетных двигателей Merlin[15]. В зависимости от версии ракеты-носителя разнятся версия двигателей и их компоновка. Для запуска двигателей используют самовоспламеняющуюся смесь триэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB)[14].

Первую и вторую ступени соединяет переходный отсек, оболочка которого выполнена из алюминиево-углепластикового композита. Он закрывает двигатель второй ступени и содержит механизмы разделения ступеней. Механизмы разделения — пневматические, в отличие от большинства ракет, использующих для подобных целей пиропатроны. Такой тип механизма позволяет обеспечить его дистанционное испытание и контроль, повышая надежность разделения ступеней[15][14].

Вторая ступень

Является, по сути, укороченной копией первой ступени, с использованием тех же материалов, производственных инструментов и технологических процессов. Это позволяет существенно уменьшить расходы на производство и обслуживание ракеты-носителя и, как следствие, снизить стоимость её запуска. Аналогично первой ступени, баки изготовлены из алюминиево-литиевого сплава, стенки топливного бака подкреплены продольным и поперечным силовым набором, стенки бака окислителя без подкрепления. Также использует в качестве компонентов топлива керосин и жидкий кислород[14].

На второй ступени используется один жидкостный ракетный двигатель Merlin Vacuum[15][16]. Отличается соплом со значительно увеличенной степенью расширения для оптимизации работы двигателя в вакууме. Двигатель может быть перезапущен многократно для доставки полезной нагрузки на различные рабочие орбиты. Вторая ступень также использует для запуска двигателя самовоспламеняющуюся смесь TEA-TEB. Для повышения надёжности система зажигания двукратно резервирована[15].

Для управления пространственным положением в фазе свободного орбитального полёта, а также для контроля вращения ступени во время работы основного двигателя используется система ориентации[13][14].

Бортовые системы

Каждая ступень оборудована авионикой и бортовыми полётными компьютерами, которые контролируют все параметры полёта ракеты-носителя. Вся используемая авионика собственного производства SpaceX и выполнена с трёхкратным резервированием. Для повышения точности вывода полезной нагрузки на орбиту в дополнение к инерциальной навигационной системе используется GPS. Полётные компьютеры работают под управлением операционной системы Linux с программным обеспечением, написанным на языке C++[14].

Каждый двигатель Merlin оснащён собственным контроллером, следящим за параметрами двигателя в течение всего времени работы. Контроллер состоит из трёх процессорных блоков, которые постоянно проверяют показатели друг друга с целью повышения отказоустойчивости системы[14].

Ракета-носитель Falcon 9 способна успешно завершить полёт даже при аварийном выключении двух из девяти двигателей первой ступени[17][18]. В такой ситуации полётные компьютеры выполняют перерасчёт программы полёта, и оставшиеся двигатели работают дольше для достижения необходимой скорости и высоты. Аналогичным образом меняется полётная программа второй ступени. Так, на 79-й секунде полёта SpaceX CRS-1 первый двигатель был аварийно остановлен после срыва конического обтекателя и последовавшего падения рабочего давления. Космический корабль Dragon был успешно выведен на расчётную орбиту за счёт увеличенного времени работы остальных восьми двигателей, хотя выполнявший роль вторичной нагрузки спутник Orbcomm-G2 был выведен на более низкую орбиту и сгорел в атмосфере через 4 дня[19].

Так же как и в ракете-носителе Falcon 1, последовательность запуска Falcon 9 предусматривает возможность остановки процедуры запуска на основании проверки двигателей и систем ракеты-носителя перед стартом. Для этого пусковая площадка оборудована четырьмя специальными зажимами, которые некоторое время удерживают ракету уже после запуска двигателей на полную мощность. При обнаружении неполадок запуск останавливается, и проводится откачка топлива и окислителя из ракеты. Таким образом, для обеих ступеней предусмотрена возможность повторного использования и проведения стендовых испытаний перед полётом[20]. Подобная система также использовалась для «Шаттла» и «Сатурна-5».

Головной обтекатель

Silk-film.png Внешние видеофайлы
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Испытание разделения половин головного обтекателя

Конический обтекатель располагается на вершине второй ступени и защищает полезную нагрузку от аэродинамических, температурных и акустических воздействий во время полёта в атмосфере. Состоит из двух половин и отделяется сразу после выхода из атмосферы. Механизмы отделения полностью пневматические. Обтекатель, как и переходной отсек, изготавливается из ячеистой, сотовидной алюминиевой основы с многослойным карбоновым покрытием. Высота стандартного обтекателя Falcon 9 составляет 13,1 м, диаметр внешний 5,2 м, диаметр внутренний 4,6 м, вес около 1 750 кг[13][14][21]. Каждая створка обтекателя оборудована азотными двигателями для управления ориентацией в вакууме и системой управления парафойлом, обеспечивающими плавное контролируемое приводнение в заданной точке с точностью 50 м. Чтобы избежать контакта створки с водой SpaceX пытается поймать её в сетку площадью 40000 кв. футов[22] (~ 3716 м2), натянутую подобно батуту над быстроходным судном «Мистер Стивен». Для этой задачи SpaceX использует подрядчиков, уже имеющих опыт в области управляемой посадки парашютов с грузом до 10 000 кг[23]. Обтекатель не используется при запуске космического корабля Dragon.

Варианты Falcon 9

Полная линейка ракет-носителей Falcon 9.

Falcon 9 v1.0

Первая версия ракеты-носителя, также известная как Block 1. Было осуществлено 5 запусков данной версии с 2010 по 2013 год.

Первая ступень Falcon 9 v1.0 использовала 9 двигателей Merlin 1C. Двигатели располагались рядно, по схеме 3 на 3. Суммарная тяга двигателей составляла около 3800 кН на уровне моря, и около 4340 кН в вакууме, удельный импульс на уровне моря — 266 с, в вакууме — 304 с[24]. Номинальное время работы первой ступени — 170 с.

Вторая ступень использовала 1 двигатель Merlin 1C Vacuum, с тягой 420 кН и удельным импульсом в вакууме — 336 с. Номинальное время работы второй ступени — 345 с[24]. В качестве системы ориентации ступени использовались 4 двигателя Draco[14].

Высота ракеты составляла — 54,9 м, диаметр — 3,7 м. Стартовая масса ракеты — около 318 т[25][24].

Стоимость запуска на 2013 год составляла 54—59,5 млн $[25].

Масса выводимого груза на НОО — до 9000 кг и на ГПО — до 3400 кг[24]. Фактически, ракета использовалась только для запусков космического корабля Dragon на низкую опорную орбиту.

Во время запусков проводились испытания на повторное использование обеих ступеней ракеты-носителя. Изначальная стратегия использования лёгкого теплозащитного покрытия для ступеней и парашютной системы себя не оправдала (процесс посадки даже не доходил до раскрытия парашютов, ступень разрушалась при вхождении в плотные слои атмосферы[26]), и была заменена на стратегию управляемого приземления с использованием собственных двигателей[27][28].

Планировался так называемый Block 2, версия ракеты с улучшенными двигателями Merlin 1C, повышающими суммарную тягу ракеты-носителя до 4940 кН на уровне моря, с массой выводимого груза на НОО — до 10 450 кг и на ГПО — до 4540 кг[25][29]. Впоследствии планируемые наработки были перенесены в новую версию 1.1.

Использование версии 1.0 было прекращено в 2013 году с переходом на Falcon 9 v1.1.

Схема расположения двигателей. Falcon 9 v1.0 (слева) и v1.1 (справа)

Falcon 9 v1.1

Вторая версия ракеты-носителя. Первый запуск состоялся в 2013 году.

Баки для топлива и окислителя, как первой, так и второй ступени ракеты-носителя Falcon 9 v1.1 были значительно удлинены по сравнению с предыдущей версией 1.0.[14]

Первая ступень использовала 9 двигателей Merlin 1D, с увеличенной тягой и удельным импульсом. Новый тип двигателя получил способность к дросселированию со 100 % до 70 %, и, возможно, ещё ниже. Изменено расположение двигателей: вместо трёх рядов по три двигателя используется компоновка с центральным двигателем и расположением остальных по окружности. Центральный двигатель также установлен немного ниже остальных. Схема получила название Octaweb, она упрощает общее устройство и процесс сборки двигательного отсека первой ступени[30]. Суммарная тяга двигателей — 5885 кН на уровне моря и увеличивается до 6672 кН в вакууме, удельный импульс на уровне моря — 282 с, в вакууме — 311 с. Номинальное время работы первой ступени — 180 с. Высота первой ступени — 45,7 м, сухая масса ступени — около 23 т (около 26 т для (R)-модификации). Масса помещаемого топлива — 395 700 кг, из которых 276 600 кг — жидкий кислород и 119 100 кг — керосин[14].

Вторая ступень использовала 1 двигатель Merlin 1D Vacuum, тяга 801 кН с удельным импульсом в вакууме — 342 с. Номинальное время работы второй ступени — 375 с. Вместо двигателей Draco применена система ориентации использующая сжатый азот. Высота второй ступени — 15,2 м, сухая масса ступени — 3900 кг. Масса помещаемого топлива — 92 670 кг, из которых 64 820 кг — жидкий кислород и 27 850 кг — керосин[14].

Высота ракеты увеличилась до 68,4 м, диаметр не изменился — 3,7 м. Стартовая масса ракеты выросла до 506 т[14].

Заявленная масса выводимого груза на НОО — 13 150 кг и на ГПО — 4850 кг[14].

Стоимость запуска составляла 56,5 млн $ в 2013 году[31], 61,2 млн $ в 2015[32].

Последний запуск данной версии состоялся 17 января 2016 года со стартовой площадки SLC-4E на базе Ванденберг, на орбиту успешно доставлен спутник Jason-3[33].

Дальнейшие запуски будут производиться с помощью ракеты-носителя Falcon 9 FT.

Falcon 9 v1.1(R)

Falcon 9 v1.1(R) (R от англ. reusable — повторно используемая) является модификацией версии 1.1 для управляемого приземления первой ступени.

Модифицированные элементы первой ступени:

  1. Первая ступень оснащена четырьмя раскладывающимися посадочными стойками, используемыми для мягкой посадки[13][34]. Суммарная масса стоек достигает 2100 кг[14];
  2. Установлено навигационное оборудование для выхода ступени к точке приземления;
  3. Три двигателя из девяти предназначены для торможения и получили систему зажигания для повторного запуска;
  4. Титановые решётчатые рули и блок газовых сопел системы ориентации (под флагом)
    На верхней части первой ступени устанавливаются складные решетчатые рули для стабилизации вращения и улучшения управляемости на этапе снижения, особенно в то время, когда двигатели будут отключены (в целях снижения массы, для рулей использовалась незамкнутая гидравлическая система, не требующая тяжелых насосов высокого давления)[14]. Решётчатые рули были протестированы на прототипе F9R Dev1 в середине 2014 года и впервые были использованы во время девятого полёта Falcon 9 v1.1 в миссии SpaceX CRS-5. В более поздних модификациях следующей версии первой ступени, Full Thrust, гидравлическая система была улучшена до замкнутой, а алюминиевые рули заменены на титановые, что упростило многоразовое использование. Новые рули немного длиннее и тяжелее своих алюминиевых предшественников, повышают возможности контроля ступени, выдерживают температуру без необходимости нанесения абляционного покрытия и могут быть использованы неограниченное количество раз, без межполётного обслуживания[35][36][37]
  5. В верхней части ступени установлена

    Обновлённая и улучшенная версия ракеты-носителя, призванная обеспечить возможность возврата первой ступени после запуска полезной нагрузки на любую орбиту, как низкую опорную, так и геопереходную. Новая версия, неофициально известная под названием Falcon 9 FT (Full Thrust[40]; с англ. — «полная тяга») или Falcon 9 v1.2, пришла на смену версии 1.1.

    Все вернувшиеся первые ступени Falcon 9 имеют полосатый вид. Белая краска темнеет из-за сажи от двигателей и высокой температуры. Но на кислородном баке образуется изморозь, которая защищает его и он остается белым.

    Основные изменения: модифицировано крепление двигателей (Octaweb); посадочные стойки и первая ступень усилены, для соответствия возросшей массе ракеты; изменено устройство решётчатых рулей; композитный отсек между ступенями стал длиннее и прочнее; увеличена длина сопла двигателя второй ступени; добавлен центральный толкатель для повышения надёжности и точности расстыковки ступеней ракеты-носителя[41].

    Топливные баки верхней ступени увеличены на 10 %, за счёт чего общая длина ракеты-носителя увеличилась до 70 м[15].

    Стартовая масса выросла до 549 054 кг[15] за счёт увеличения вместимости топливных компонентов, что было достигнуто благодаря использованию переохлаждённого окислителя.

    В новой версии ракеты-носителя применяются более охлаждённые компоненты топлива. Жидкий кислород будет охлаждаться с −183 °C до −207 °C, что позволит повысить плотность окислителя на 8–15 %. Керосин будет охлаждён с 21 °C до −7 °C, его плотность увеличится на 2,5 %. Повышенная плотность компонентов позволяет поместить большее количество топлива в топливные баки, что, в сумме с возросшей тягой двигателей, значительно увеличивает характеристики ракеты[42].

    Первая ступень Falcon 9 FT после посадки доставлена в сборочный ангар LC-39A и готовится к испытательному прожигу. Краска местами облупилась, но серьёзных повреждений нет[43].

    В новой версии используются модифицированные двигатели Merlin 1D, работающие на полной тяге (в предыдущей версии тяга двигателей была намеренно ограничена), что позволило значительно увеличить показатели тяги обеих ступеней ракеты-носителя[41].

    Так, тяга первой ступени на уровне моря выросла до 7607 кН, в вакууме — до 8227 кН. Номинальное время работы ступени уменьшилось до 162 секунд.

    Тяга второй ступени в вакууме возросла до 934 кН, удельный импульс в вакууме — 348 с, время работы двигателя увеличилось до 397 секунд[15].

    Максимальная полезная нагрузка, выводимая на низкую опорную орбиту (без возвращения первой ступени), составляет 22 800 кг, при возвращении первой ступени уменьшится на 30–40 %[44]. Максимальная полезная нагрузка, выводимая на геопереходную орбиту, составляет 8300 кг, при возвращении первой ступени на плавающую платформу — 5500 кг. Полезная нагрузка, которую можно будет вывести на траекторию перелёта к Марсу, составит до 4020 кг[1].

    Первый запуск версии FT состоялся 22 декабря 2015 года, при возвращении к полётам ракеты-носителя Falcon 9 после аварии миссии SpaceX CRS-7. Были успешно выведены на целевую орбиту 11 спутников Orbcomm-G2, а также впервые состоялась успешная посадка первой ступени на посадочную площадку на мысе Канаверал[38].

    Данная версия ракеты-носителя прошла через ряд из 5 существенных модернизаций, именуемых в компании как «Block». Улучшения последовательно вводились с 2016 по 2018 год. Так, первая ступень с серийным номером B1021, которая впервые была использована повторно при запуске спутника SES-10 в марте 2017 года, относилась к Block 2[45].

    Falcon 9 Block 4

    Falcon 9 Block 4 представляет собой переходную модель между Falcon 9 Full Thrust (Block 3) и Falcon 9 Block 5. Первый полет состоялся 14 августа 2017, миссия CRS-12.

    Всего было произведено 7 первых ступеней этой версии, которые выполнили 12 запусков (5 ступеней использовались повторно). Последний запуск Falcon 9 со ступенью Block 4 состоялся 29 июня 2018 года, в ходе миссии снабжения SpaceX CRS-15. Все последующие запуски стали выполнятся ракетами версии Block 5[46].

    Falcon 9 Block 5

    Окончательная версия ракеты-носителя, нацеленная на повышение надёжности и упрощение повторного использования. Последующих серьёзных модификаций ракеты не планируется, хотя возможны незначительные улучшения в процессе эксплуатации. Ожидается, что будет построено 30—40[47] первых ступеней Falcon 9 Block 5, которые совершат порядка 300 запусков в течение 5 лет до завершения её эксплуатации. Первая ступень Block 5 рассчитана на «десять и более» запусков, без межполётного обслуживания. По словам Илона Маска, в компании планируют продемонстрировать два запуска ракеты-носителя с одной и той же ступенью в течение 24 часов в 2019 году[48].

    В октябре 2016 года Илон Маск впервые рассказал про версию Falcon 9 Block 5, где «много мелких улучшений, которые в сумме очень важны, а наиболее важными являются повышенная тяга и улучшенные посадочные стойки». В январе 2017 года Илон Маск добавил, что модель Block 5 «значительно повышает тягу и легкость повторного использования». В настоящее время Block 5 проходит сертификацию для запусков миссий NASA и Пентагона. Для сертификации к пилотируемым запускам, NASA требует осуществления по меньшей мере 7 успешных запусков в неизменной конфигурации[45].

    Первый запуск состоялся 11 мая 2018 года в 20:14 UTC, в ходе которого успешно выведен на геопереходную орбиту первый бангладешский геостационарный спутник связи Bangabandhu-1[49].

    Основные изменения в Block 5[48][45]:

    • Тяга двигателя Merlin 1D увеличена на 8 % в сравнении с Block 4, с 780 кН (176 000 фунт-сил) до около 845 кН (190 000 фунт-сил) на уровне моря[50]. Тяга двигателя второй ступени Merlin 1D+ Vacuum увеличена на 5 % до 978 кН (220 000 фунт-сил). Во время первого запуска этот двигатель был дросселирован до тяговых показателей предыдущей версии.
    • По требованию NASA были переработаны причастные к взрыву ракеты 1 сентября 2016 года композитные резервуары высокого давления (COPV) (англ.), использующиеся в системах наддува обеих ступеней, и перепроектированы турбонасосы на двигателях Merlin 1D после того, как на некоторых из них были обнаружены микротрещины, появляющиеся после полёта или испытаний[51]). Также проведены многочисленные улучшения для соответствия требованиям NASA для ракеты, используемой для пилотируемых полётов.
    • Octaweb, алюминиевая структура для закрепления 9 двигателей первой ступени, которая ранее была цельносварной, теперь сболчена. Конструкция существенно усилена для повышения надёжности, для её изготовления используется алюминиевый сплав серии 7000 вместо серии 2000.
    • Промежуточная секция между ступенями, посадочные опоры и защитный кожух электропроводки, проходящий по всей длине ракеты — теперь чёрного цвета, покрыты гидрофобным жаростойким материалом собственного производства SpaceX, не требующим дополнительной покраски.
    • Новые складывающиеся посадочные опоры, которые ранее приходилось полностью снимать, оборудованы внутренним фиксатором, который может легко открываться и закрываться повторно. Отсутствуют внешние фиксаторы опор, удерживающие их во время запуска, все механизмы спрятаны внутри опоры.
    • На постоянной основе будут использоваться титановые решётчатые рули, впервые испытанные 25 июня 2017 года при запуске Iridium NEXT-2 и на боковых ускорителях Falcon Heavy во время дебютного запуска в феврале 2018 года. Применяемые ранее алюминиевые рули больше использовать не будут.
    • Жаростойкий щит в основании ракеты-носителя, для защиты при возвращении ступени в плотные слои атмосферы, теперь выполнен из титана и имеет активное водное охлаждение, для упрощения повторного использования. Ранее щит был выполнен из композитных материалов.
    • Обновлена вся авионика, улучшены бортовые компьютеры и контроллеры двигателей. Установлена новая, более продвинутая инерциальная измерительная система.
    • Вторая версия головного обтекателя, спроектированного для возвращения и повторного использования.

    Falcon Heavy

    Falcon Heavy (heavy с англ. — «тяжёлый») — двухступенчатая ракета-носитель тяжёлого класса, предназначенная для вывода космических аппаратов на низкую опорную, геопереходную, геостационарную и гелиоцентрическую орбиты. Её первая ступень представляет собой структурно усиленный центральный блок, выполненный на основе первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 FT, модифицированный для закрепления двух боковых ускорителей. В качестве боковых ускорителей используются многоразовые первые ступени ракеты-носителя Falcon 9 с композитным защитным конусом на верхушке[52][53]. Вторая ступень Falcon Heavy аналогична используемой на ракете-носителе Falcon 9. Все последующие миссии Falcon Heavy кроме первой будут использовать ускорители Block 5[50].

    Стоимость вывода на ГПО спутника массой до 8 т составит 90 млн $ (2016 год)[1]. Для одноразового варианта ракеты-носителя масса выводимого груза на НОО составит до 63,8 т, на ГПО — 26,7 т, до 16,8 т на Марс и до 3,5 т на Плутон[52].

    Первый запуск Falcon Heavy состоялся в ночь на 7 февраля 2018 года[54]. На разработку и создание первой версии ракеты было потрачено более 500 млн долларов США из собственных средств SpaceX[55].

Возвращение и посадка первой ступени

Silk-film.png Внешние видеофайлы
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Возвращение первой ступени в инфракрасном телескопе NASA (после запуска SpaceX CRS-4)
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Возвращение и посадка на платформу с бортовой камеры ступени (запуск Thaicom 8)

Разогнав вторую ступень с полезной нагрузкой, первая ступень отключает двигатели и отделяется на высоте около 70 км. Отстыковка происходит примерно через 2,5 минуты после запуска ракеты-носителя и зависит от конкретной задачи. Скорость при расстыковке ступеней также определена условиями задачи, в частности целевой орбитой (НОО или ГПО), массой полезной нагрузки, а также местом посадки ступени. При относительно низкоэнергетичных запусках на низкую околоземную орбиту скорость ступени при разделении составляет около 6000 км/ч (1700 м/с; 4,85 Махов)[38], в то время как при высокоэнергетичных запусках на геопереходную орбиту, когда требуется посадка на удалённую в океане плавающую платформу ASDS, скорость достигает 8350 км/ч (2300 м/с; 6,75 Махов)[56]. После расстыковки первая ступень ракеты-носителя с помощью системы ориентации осуществляет небольшой манёвр ухода от пламени второй ступени и производит разворот двигателями вперёд в процессе подготовки к трём основным манёврам торможения[41]:

1. Импульс перехода на обратный курс
При возврате к месту запуска на посадочную площадку, вскоре после расстыковки ступень использует продолжительное (~40 с) включение трёх двигателей для изменения направления своего движения на противоположное, выполняя сложную петлю с пи́ковой высотой около 200 км, при максимальном отдалении от стартовой площадки до 100 км в горизонтальном направлении[38].
Схема возврата ступени на платформу
В случае посадки на плавающую платформу после запуска на низкую околоземную орбиту, ступень по инерции продолжает движение по баллистической траектории приблизительно до высоты 140 км. При приближении к апогею производится торможение тремя двигателями для сброса горизонтальной скорости и задания направления к платформе, находящейся приблизительно в 300 км от места запуска. Длительность работы двигателей составляет около 30–40 секунд[57][58].
При запуске спутника на геопереходную орбиту первая ступень работает дольше, используя больше топлива для набора более высокой скорости до расстыковки, резерв оставшегося топлива ограничен и не позволяет выполнить сброс горизонтальной скорости. После расстыковки ступень двигается по баллистической траектории (без торможения) по направлению к платформе, расположенной в 660 км от места запуска[56][59].
2. Импульс вхождения в атмосферу
В процессе подготовки к вхождению в плотные слои атмосферы первая ступень осуществляет торможение путём включения трёх двигателей на высоте около 70 км, что обеспечивает вход в плотные слои атмосферы на приемлемой скорости[41]. В случае запуска на геопереходную орбиту, в связи с отсутствием предыдущего манёвра торможения, скорость ступени при вхождении в атмосферу вдвое (2 км/с против 1 км/с), а тепловая нагрузка в 8 раз больше соответствующих значений при запуске на низкую околоземную орбиту[56]. Нижняя часть первой ступени и посадочные стойки выполнены с использованием термостойких материалов, позволяющих выдержать высокую температуру, до которой нагреваются элементы ступени при входе в атмосферу и движении в ней[41].
Продолжительность работы двигателей также разнится в зависимости от наличия достаточного резерва топлива: от более продолжительного (25–30 с) при запусках на НОО до короткого (15–17 с) для миссий на ГПО[38][56].
На этом же этапе раскрываются и начинают свою работу решетчатые рули для контроля рыскания, тангажа и вращения. На высоте около 40 км двигатели выключаются и ступень продолжает падение до достижения конечной скорости, а решетчатые рули продолжают работать до самой посадки[41].
3. Посадочный импульс
Silk-film.png Внешние видеофайлы
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Посадка ступени на Посадочной зоне 1 (запуск Orbcomm 2)
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Первая посадка на плавающую платформу (запуск SpaceX CRS-8)
Silk-film.png YouTube full-color icon (2017).svg Посадка на платформу после запуска на ГПО спутника JCSAT-14
При достаточном резерве топлива включение одного, центрального, двигателя происходит за 30 секунд до посадки и ступень замедляется, обеспечивая мягкую посадку по схеме, отработанной в рамках проекта Grasshopper. Посадочные опоры откидываются за несколько секунд до касания посадочной площадки[58].
При запусках на геопереходную орбиту, для максимально быстрого снижения скорости с меньшими затратами топлива, используют короткое, 10-секундное торможение сразу тремя двигателями. Два внешних двигателя выключаются раньше центрального и последние метры полёта ступень завершает используя один двигатель, который способен к дросселированию до 40 % от максимальной тяги[60][61][56].
Перед финальным торможением ступень не нацеливается непосредственно на платформу, чтобы избежать её повреждения в случае, если двигатель не запустится. Окончательное выруливание происходит уже после запуска двигателя.
Возвращённые ступени (слева направо: Orbcomm 2, JCSAT-14, SpaceX CRS-8)

Возвращение первой ступени уменьшает максимальную полезную нагрузку ракеты-носителя на 30–40 %[44]. Это вызвано необходимостью резервирования топлива для торможения и посадки, а также дополнительной массой посадочного оборудования (посадочные опоры, решётчатые рули, система реактивного управления и прочее).

В SpaceX ожидают, что по меньшей мере половина от всех запусков ракеты-носителя Falcon 9 будет требовать посадки первой ступени на плавающую платформу, в частности все запуски на геопереходную орбиту и за пределы земной орбиты[57][62].

В январе 2016, после неудачной посадки ступени в рамках миссии Jason-3, Илон Маск высказал ожидания, что 70 % попыток посадки ступени в 2016 году будут успешными, с увеличением процента успешных посадок до 90 в 2017 году[63].

Стартовые площадки

В настоящее время запуски Falcon 9 производятся с трёх пусковых площадок:

Ещё на одной площадке ведутся подготовительные и строительно-монтажные работы:

Площадка для суборбитальных полётов и испытаний: