Falcon 9

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Eine Falcon 9 v1.1 mit Dragon-Raumkapsel und Landebeinen an der Erststufe auf dem Startplatz (2014)

Falcon 9 ist die Bezeichnung einer Familie von US-amerikanischen Trägerraketen, die von der Firma SpaceX für orbitale Nutzlasten zwischen ca. 10 und 50 t entwickelt und eingesetzt wird. Sie basiert technisch auf der kleineren Falcon 1, setzt aber anstelle eines einzelnen Merlin-Triebwerks in der ersten Stufe neun Merlins ein. Alle bisherigen Versionen sind zweistufig.

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. Weiterhin wird sie für kommerzielle Starts angeboten. Der erste Start fand im Juni 2010 statt.

Aktuell in Entwicklung befindet sich die Version Falcon 9R, welche die erste wiederverwendbare Trägerrakete der Welt werden soll. Weiterhin ist mit der Falcon Heavy eine Trägerrakete mit der dann weltweit aktuell höchsten Nutzlast geplant.

Geschichte[Bearbeiten]

v.l.n.r. Falcon 1, Falcon 9 v1.0, drei Versionen der Falcon 9 v1.1 und zwei Versionen der Falcon Heavy.

Im September 2005 gab SpaceX bekannt, eine noch stärkere vollständig wiederverwendbare Trägerrakete unter der Bezeichnung Falcon 9 entwickeln zu wollen. Die erste Stufe der Falcon 9 verwendet neun Merlin-Triebwerke, die zweite Stufe ein einzelnes mit einer vergrößerten Ausströmdüse ausgestattetes Merlin-Triebwerk. Ursprünglich war mit der Falcon 5 ein weiteres Modell geplant, dessen Entwicklung aber zwischenzeitlich zugunsten der größeren Falcon 9 eingestellt wurde. Bei Bedarf kann weiterhin eine Falcon 5 als herunterskalierte Falcon 9 implementiert werden, wobei auf der ersten Stufe dann fünf statt neun Triebwerke montiert sind und der Tank auch nur teilweise befüllt ist. Die Rakete mit ihren neun Triebwerken ist auch bei 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 einer Falcon 9 liegt bei etwa 9.500 kg für einen niedrigen Orbit. Gleichzeitig ist noch eine stärkere Version der Falcon 9 geplant, die zwei weitere Falcon-9-Erststufen ähnlich der Delta IV Heavy als Booster verwendet. Diese stärkste Variante (Falcon Heavy) soll 53.000 kg in einen niedrigen Orbit befördern können und zwischen 77 Millionen und 135 Millionen US-Dollar pro Mission kosten.

Aufbau[Bearbeiten]

Falcon 9 v1.0 (2008)

Die Standardvariante der Falcon 9 (v1.0) dient unter anderem als Trägerrakete für das von SpaceX entwickelte Raumschiff Dragon, das zunächst für unbemannte Versorgungsmissionen zur Internationalen Raumstation verwendet wird, aber später auch für bemannte Flüge zum Einsatz kommen soll. Der erste Erprobungsflug fand am 4. Juni 2010 statt. Der zweite Start einer Falcon 9 erfolgte am 22. Mai 2012 mit einer Dragon-Raumkapsel zur ISS.

Im Juni 2010 erhielt SpaceX einen Großauftrag des amerikanischen Satellitentelefonieanbieters Iridium im Wert von 492 Mio. US-Dollar. Dafür soll SpaceX zwischen 2015 und 2017 mit der Falcon-9-Rakete einen Großteil der 72 geplanten Mobilfunksatelliten in den Weltraum bringen.[1]

Im März 2012 erhielt SpaceX den Auftrag zum Start von vier geostationären Satelliten. SpaceX entwickelt deshalb für Satellitenstarts in die geostationäre Transferbahn eine Falcon 9 mit schubgesteigerten Merlin-Triebwerken.[2] Diese Falcon 9 v1.1 genannte Version hat verlängerte Treibstofftanks mit größerem Fassungsvermögen, wodurch sie eine höhere Nutzlastkapazität besitzt.[3] Sie soll die schwächere Vorgängerversion auch bei den meisten anderen Starts ersetzen.

Bei der Falcon 9 v1.0 sind die neun Triebwerke der ersten Stufe in einer 3×3-Matrix angeordnet. Bei der Falcon 9 v1.1 sind acht Triebwerke auf einem Kreis und eines in dessen Zentrum angebracht.[4]

Nutzlastverkleidung für Satellitenstarts[Bearbeiten]

Die Falcon 9 wird bei Starts in die geostationäre Transferbahn eine Nutzlastverkleidung mit 5,2 m Durchmesser verwenden.[2] 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.[5]

Systeme für Sekundärnutzlasten[Bearbeiten]

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.[6]

Wiederverwendbarkeit[Bearbeiten]

Die Ergebnisse der Testflüge des Grasshopper-Programms fließen in die Entwicklung der Falcon 9R, eine Weiterentwicklung der Falcon 9 v1.1, mit der die erste erfolgreiche Landung einer Raketen-Erststufe gelingen soll.

Bei dem am 18. April 2014 durchgeführten Start der Dragon-Kapsel CRS-3 gelang die erste "weiche Landung" auf der Meeresoberfläche.

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 extra hierfür gebauten autonom operierenden Hochseeplattform Autonomous spaceport drone ship landen.[7] 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 und mit Verbesserungen an der Rakete war bereits einen Monat später am 11. Februar 2015 beim Start des Deep Space Climate Observatory geplant. Aufgrund von schlechtem Wetter 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 Landversuch auf der schwimmenden Plattform war jedoch nicht erfolgreich. Die Erststufe setzte stark manövrierend auf, kam jedoch nicht stabil zum Stehen und kippte um. Daraufhin kam es zu einer Explosion.

Falcon Heavy[Bearbeiten]

Bei der geplanten Falcon Heavy werden zwei zusätzliche Erststufen der Falcon 9 als Booster verwendet, somit werden parallel alle 27 Triebwerke gezündet. Die beiden außen angebrachten Stufen pumpen während des Flugs Teile ihres Tankinhalts in die zentrale Stufe um, damit haben die beiden äußeren Stufen eine kürzere Brenndauer und können abgeworfen werden, während die zentrale Stufe noch über ausreichend Treibstoff verfügt und bei geringerer Gesamtmasse weiter arbeiten kann. Weitgehend unverändert wird die in der Falcon 9 Familie übliche 2. Stufe verwendet.[8] Die Nutzlastkapazität in eine niedrige Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit oder LEO) mit 28,5° Bahnneigung soll von Cape Canaveral aus 53,0 t betragen. Die Rakete wird 68,4 m hoch sein, 3,7 m × 11,6 m Durchmesser haben, eine Nutzlastverkleidung mit 5,2 m Durchmesser besitzen und bei ~1.463 t Startgewicht mit 17.615 kN Startschub abheben.[9] Damit es selbst bei einem Triebwerksschaden während des Fluges in einem der 27 gleichzeitig arbeitenden Merlin-Triebwerke nicht zu einem Fehlstart kommt, sind die Triebwerke von Schutzhüllen umgeben, so dass sich Brände und Explosionen nicht auf andere Triebwerke oder die Rakete auswirken sollen. Die beiden äußeren Stufen versorgen die zentrale Stufe während des Fluges mit Treibstoff, so dass die zentrale Stufe nach dem Abtrennen der beiden äußeren Stufen noch nahezu voll ist und so länger arbeitet als die beiden äußeren Stufen.[8] Auf eine Fluchtbahn zum Mars soll die Falcon Heavy etwa 13,2 t transportieren können.[9] Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden äußeren Stufen die zentrale Stufe nicht mit Treibstoff versorgen, so dass diese vom Start an ausschließlich ihren eigenen Treibstoff verwenden müsste. Die Nutzlastkapazität für einen LEO mit 28,5° Bahnneigung von Cape Canaveral aus würde dadurch auf 45,6 t schrumpfen.[8] Laut SpaceX wäre sie die leistungsfähigste Trägerrakete seit der Mondrakete Saturn V.[10] Die sowjetische Rakete Energija war allerdings leistungsfähiger, so dass sich die Angabe nur auf amerikanische Raketen bezieht.

SpaceX gab am 29. Mai 2012 bekannt, dass sie einen Auftrag zum Start eines Intelsat-Satelliten mit der Falcon Heavy erhalten hat.[11] Der Satellit soll von der Falcon Heavy in einer geostationären Transferbahn abgesetzt werden.[12]

Startrampen[Bearbeiten]

Die Falcon 9 startet in Cape Canaveral von der Startrampe LC 40 oder in Vandenberg von der Startrampe SLC-4E. Im April 2014 wurde ein 20-Jahres-Mietvertrag für die Startrampe LC 39A in Cape Canaveral unterzeichnet, wo zukünftig die Falcon 9 Heavy starten soll.[13] Eine eigene Startanlage befindet sich in Brownsville, Texas, im Bau. Hierfür erfolgte am 22. September 2014 der erste Spatenstich.[14]

Technische Daten[Bearbeiten]

Version Falcon 9 v1.0 Falcon 9 v1.1 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 erste Stufe
Zweite Stufe 1 × Merlin-1C-Vac 1 × Merlin-1D-Vac 1 × Merlin-1D-Vac
Höhe (maximal) (m) 54,9 68,4 68,4
Durchmesser (m) 3,6 3,7 3,7 × 11,6
Schub (am Boden) (kN) 4.940 5.885 17.615
Startmasse (t) 333 506 1.463
Nutzlastverkleidung
Durchmesser (m)
5,2 5,2 5,2
Nutzlast (LEO) (kg) 10.450 13.150 53.000
Nutzlast (GTO) (kg) 4.540 ~4.850 über 12.000[12]
Preis (Mio. US-Dollar) 35 61,2[15] 85–135[15]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Falcon 9 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. FliegerRevue August 2010, S. 47, Falcon 9 und ein Riesenauftrag
  2. a b Stephen Clark: SpaceX wins deal to launch satellites for Asia, Mexico. spaceflightnow.com, 12. März 2012, abgerufen am 11. Oktober 2013 (englisch).
  3. Gunter Krebs: Falcon-9 v1.1. Gunter's Space Page, 9. Oktober 2013, abgerufen am 11. Oktober 2013.
  4. Günther Glatzel: Verbesserte Falcon 9 erfolgreich gestartet (Updates). Raumfahrer.net, 29. September 2013, abgerufen am 11. Oktober 2013.
  5. Falcon 9 Users Guide 2009. SpaceX, abgerufen am 23. Januar 2014 (englisch).
  6. Günther Glatzel: Sherpa dirigiert Zusatznutzlasten der Falcon 9. Raumfahrer.net, 9. Juni 2012, abgerufen am 11. Oktober 2013.
  7. Falcon 9 - Die erste wiederverwendbare Rakete, 08. Januar 2015, abgerufen am 4. April 2015
  8. a b c SpaceX: Falcon Heavy will lift more than twice as much as any other launch vehicle. Datum: 14. März 2011, abgerufen: 6. April 2011
  9. a b Falcon Heavy overview. SpaceX, abgerufen am 4. August 2013 (englisch).
  10. Falcon Heavy overview (englisch)
  11. Stephen Clark: SpaceX signs first commercial customer for Falcon Heavy. Spaceflight Now, 29. Mai 2012, abgerufen am 11. Oktober 2013 (englisch).
  12. a b Intelsat Signs First Commercial Falcon Heavy Launch Agreement with SpaceX, Advanced Vehicle Provides Expanded Options for Operator of the World's Largest Satellite Fleet. SpaceX, 29. Mai 2012, abgerufen am 30. Mai 2012 (englisch).
  13. Stephen Clark: SpaceX's mega-rocket to debut next year at pad 39A. Spaceflight Now, 15. April 2014, abgerufen am 23. April 2014 (englisch).
  14. Mike Wall: SpaceX Breaks Ground on Private Spaceport in Texas. Space, 23. September 2014, abgerufen am 7. Dezember 2014 (englisch).
  15. a b Capabilities & Services. SpaceX, abgerufen am 8. Februar 2015.