Falcon 9

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Falcon 9
Falcon 9 COTS Demo F1 Launch.jpg
Informazioni
Funzione Vettore di lancio orbitale medio (riutilizzabile)
Produttore SpaceX
Nazione di origine Stati Uniti Stati Uniti
Costo per lancio Standard: LEO (<80% della capacità) 49,9 milioni di USD[1]

LEO (>80% della capacità) 54,0 milioni di USD[1]
GTO (<3000 kg) 49,9 milioni di USD[1]

GTO (>3000 kg) 54,0 milioni di USD[1] (2006)
Dimensioni
Altezza 54,3 m
Diametro 3,66 m (12 ft)
Massa 333,400 t (716 000 lb)
Stadi 2
Capacità
Carico utile verso orbita terrestre bassa da 13 150 kg a 22 800 kg[2]
Carico utile verso
orbita di trasferimento geostazionaria
da 7 002 kg a 5 338 kg[2] (EN) SES9, aerospace-technology.com.
Cronologia dei lanci
Stato Operativo
Basi di lancio Cape Canaveral AFS SLC-40
Vandenberg AFB SLC 4E
Volo inaugurale 2010
1º stadio
Propulsori 9 Merlin 1C
Spinta 4086 kN (918 000 lbf)
Impulso specifico Livello del mare: 255 s (2,6 kN/kg)
Vuoto: 304 s (3,0 kN/kg)
Propellente Ossigeno liquido/RP-1
2º stadio
Propulsori 1 Merlin 1C (modificato per operare nel vuoto)
Spinta 513 kN (115 400 lbf)
Impulso specifico Vuoto: 304 s (3,07 kN/kg)
Tempo di accensione 345 s
Propellente Ossigeno liquido/RP-1

Il Falcon 9 è un lanciatore a razzo progettato e costruito dalla Space Exploration Technologies (SpaceX). È in grado di trasportare 13 150 kg di carico utile in orbita terrestre bassa (LEO), e 4 850 kg in orbita di trasferimento geostazionaria (GTO).

Falcon 9 è composto da due stadi, entrambi spinti da motori Merlin a ossigeno liquido e RP-1. Questo lanciatore è inoltre il vettore per il lancio dei veicoli spaziali Dragon. La NASA ha assegnato alla combinazione Falcon 9/Dragon un contratto Commercial Resupply Services per il rifornimento della Stazione Spaziale Internazionale, nell'ambito del programma Commercial Orbital Transportation Services.

Progettazione[modifica | modifica wikitesto]

Il primo stadio del Falcon 9 è dotato di nove motori Merlin, mentre il secondo stadio ha un singolo motore Merlin adattato per le operazioni nel vuoto.[3] La SpaceX lavora attivamente per rendere entrambi gli stadi completamente riutilizzabili, in accordo al suo obbiettivo di abbassare drasticamente il costo del trasporto in orbita.[4] Come per il Falcon 1, la sequenza di lancio del Falcon 9 include la possibilità di attivare tutti i motori e i sistemi di controllo prima del sollevamento da terra del vettore; in questo modo, se viene rilevato un problema, il veicolo può attivare un sistema automatico di spegnimento e di scarico del carburante.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Affidabilità[modifica | modifica wikitesto]

Secondo SpaceX, Falcon 9 può vantare un alto livello di affidabilità. Per garantire questa caratteristica, l'azienda si è concentrata sulle cause principali dei fallimenti di lanci di veicoli simili: gli eventi di separazione e i motori. Ha quindi ridotto a due il numero di stadi, e aumentato il numero di motori del primo stadio per garantire ridondanza (vedere la sezione sulla peculiarità engine out). Inoltre, come il Falcon 1 e lo Space Shuttle, anche il Falcon 9 prevede nella sua sequenza di lancio l'accensione completa dei motori e un controllo dei sistemi prima del decollo vero e proprio: la rampa di lancio non rilascia il razzo fino a che non riceve conferma di funzionamento normale da tutti i sistemi. In caso di anomalie, interviene un sistema automatico di spegnimento sicuro e scarico del carburante.[5]

Ovviamente, per essere in effetti considerato pienamente affidabile, il Falcon 9 dovrà aver compiuto con successo un certo numero di lanci; SpaceX confida che, grazie alla sua filosofia secondo cui "semplicità, affidabilità e basso costo possono andare di pari passo",[5] le aspettative non saranno deluse.[6]

Il giorno 28 giugno 2015, nella missione CRS-7, destinata ad inviare rifornimenti alla stazione spaziale internazionale, il vettore è esploso circa due minuti dopo il lancio. Essa, ad oggi è l'unica missione che su 10 lanci si è rivelata un completo fallimento, mentre tutti gli altri lanci sono andati parzialmente o totalmente a buon fine.

Engine out[modifica | modifica wikitesto]

Il Falcon 9 è in grado di completare la sua missione anche nel caso in cui uno dei nove motori del primo stadio subisca un'avaria.[7] Questa caratteristica è chiamata engine out, ed è la prima volta che viene implementata così radicalmente dai tempi del programma Apollo, con i Saturn V. Una dimostrazione di questa capacità si è avuta durante la missione SpaceX CRS-1, quando il motore Merlin numero 1 del primo stadio ha perso pressione 79 secondi dopo il lancio, ed è quindi stato spento. Il razzo è ugualmente riuscito a completare la sua missione, dando prova della sua affidabilità.

Riusabilità[modifica | modifica wikitesto]

Una delle caratteristiche più innovative in assoluto nel campo del trasporto in orbita è la riusabilità: solo riutilizzando lo stesso razzo per più lanci si potrà raggiungere l'obiettivo di abbassare radicalmente il costo di tale operazione. Ad oggi, infatti, ogni razzo può essere utilizzato per un solo volo, in quanto si distrugge ritornando sulla Terra. Questo porta a costi elevatissimi, che l'azienda californiana vuole abbattere.

Il primo stadio del Falcon 9 è riutilizzabile: dopo il distacco, infatti, scende in caduta libera in un primo tempo, poi accende nuovamente i motori frenando bruscamente la caduta e atterra in piedi, estendendo quattro zampe retrattili, su di una zattera predisposta nell'Oceano Atlantico, o in una piazzuola di atterraggio nella terraferma.
Tuttavia, nei primi due tentativi effettuati, il 10 gennaio e il 14 aprile 2015, il razzo non è riuscito ad atterrare e a rimanere in piedi sulla piattaforma galleggiante, fallendo quindi l'obiettivo della SpaceX di poterlo riutilizzare mediante un atterraggio controllato dopo aver lanciato la capsula Dragon in orbita.[8] Il successo è stato raggiunto il 22 dicembre 2015 con il lancio di 11 satelliti Orbcomm e il recupero del primo stadio, atterrato come previsto in un apposito spazio sulla terraferma nell'area di Cape Canaveral.

La riutilizzabilità del secondo stadio presenta più difficoltà, data l'altitudine da cui viene lasciato cadere, che lo costringono ad un vero e proprio rientro atmosferico. Questo comporta che il secondo stadio dovrà essere dotato di uno scudo termico completo, oltre ai sistemi di comunicazione e di propulsione per gestire il rientro.

« "By Falcon 9 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 – which has got to have a full heatshield, it'll have to have deorbit propulsion and communication."[9] »

Entrambi gli stadi, comunque, sono stati progettati per renderli resistenti all'acqua marina e agli impatti. In particolare, per contrastare la corrosione sono stati adottati alcuni accorgimenti progettuali: ad esempio, sì è prestata attenzione a minimizzare la serie galvanica e si è fatto uso di anodi sacrificali; inoltre tutte le parti metalliche esposte sono state rivestite, anodizzate o placcate.[10]

Versioni del Lanciatore[modifica | modifica wikitesto]

Configurazione motori del primo stadio nel Falcon 9 v1.0 (a sinistra) e nel Falcon 9 v1.1 (a destra)

Attualmente sono presenti due versioni di Falcon 9:

  • Falcon 9 v1.0: la prima versione, più bassa e con meno capacità, equipaggiata con motori Merlin 1C;
  • Falcon 9 v1.1: con serbatoi più capienti, è più alta ed è equipaggiata con motori Merlin 1D, più potenti. Inoltre, nel primo stadio, gli ugelli sono configurati in modo octaweb (vedere immagine a lato).
  • Falcon 9 v1.1 Full Thrust (chiamata anche v1.2): versione aggiornata che utilizza ossigeno liquido superfreddo e RP-1 a bassa temperatura che aumentano le capacità e la potenza.

La versione v1.1FT è l'unica in servizio dal dicembre 2015.

Produzione e test[modifica | modifica wikitesto]

Il 12 aprile 2007 SpaceX ha annunciato di aver completato la struttura primaria del serbatoio del primo stadio del Falcon 9[11]. Le pareti del serbatoio sono costruite con alluminio 2198 saldato a frizione [12]. Il serbatoio è stato spedito presso una struttura di test di SpaceX in Texas, dove sono già state condotte le prove statiche di calore sul primo stadio. Intorno al 28 gennaio 2008, è stato completato con successo il primo test plurimotore (con due motori collegati al primo stadio, contemporaneamente in funzione). L'8 marzo 2008, tre Merlin 1C sono stati messi in funzione contemporaneamente per la prima volta. I successivi test nei mesi a venire sono stati condotti su cinque, sette e nove motori contemporaneamente in funzione. Durante le sessioni di test, non è stato rilevato nessun dato fuori norma durante i test plurimotore e lo sviluppo del Falcon 9 è proceduto come pianificato da SpaceX[13][14].

Nel Febbraio 2008 è stato comunicato che il primo volo di prova del Falcon9/Dragon sarebbe stato ritardato di sei mesi fino al primo quadrimestre del 2009 a causa dell'immensa quantità di lavoro di sviluppo e di messa a norma richiesto. Secondo Elon Musk, la complessità del lavoro di sviluppo e dei requisiti del regolamento per il lancio da Cape Canaveral hanno contribuito al ritardo[15].

Falcon 9 con la capsula 'Dragon', il primo spacecraft privato lanciato in orbita, è decollato l'8 dicembre 2010 alle 10:43 americane da Cape Canaveral. Il primo tentativo di lancio è avvenuto alle 9:06, ma alcuni problemi tecnici hanno rimandato la partenza di un'ora e mezzo. Si tratta della prima navicella spaziale privata che viene mandata in orbita. A bordo del velivolo spaziale non c'è nessuno e probabilmente passeranno diversi anni prima che sia in grado di trasportare degli astronauti, ma la NASA spera che questo tipo di navetta possa un giorno sostituire il vecchio Shuttle, mandato in pensione dall'amministrazione Obama; anche e soprattutto perché il contratto che la NASA ha con la Roscosmos[16] per il lancio verso la ISS scadrà nel 2017.

Lanci del Falcon 9[modifica | modifica wikitesto]

Storico dei lanci più importanti effettuati dal Falcon 9:

Nome missione Data di lancio Note
Volo inaugurale 4 giugno 2010 Il volo inaugurale del Falcon 9 (Falcon 9 Flight 1) è avvenuto il 4 giugno 2010 alle 19:45 UTC, dal Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 40 (SLC-40), ed è stato un successo. Il carico di test è stato inserito nell'orbita programmata con un errore minore dell'1%, e il secondo stadio ha eseguito una breve seconda accensione per dimostrare la sua capacità di accensione multipla.
COTS Demo Flight 1 8 dicembre 2010[17] Il secondo lancio del Falcon 9 è stato nell'ambito della missione COTS Demo Flight 1, l'8 dicembre 2010 alle 15:43 UTC, in cui ha portato in orbita un Dragon, al suo volo inaugurale.
COTS Demo Flight 2+ 22 maggio 2012[18] Il terzo volo, sempre con Dragon, è stato la missione COTS Demo Flight 2+, durante la quale, per la prima volta, una compagnia privata ha trasportato del carico fino alla Stazione Spaziale Internazionale (rendezvous e attracco alla ISS).
SpaceX CRS-1 8 ottobre 2012[19] Il suo quarto volo ha costituito la missione SpaceX CRS-1, la prima del programma Commercial Resupply Services e la prima missione di trasporto merci commerciale, che ha visto un Dragon, lanciato come sempre da un Falcon 9, attraccare alla Stazione Spaziale Internazionale con rifornimenti ed esperimenti scientifici.
SpaceX CRS-2 1º marzo 2013[20] Il suo quinto volo ha costituito la missione SpaceX CRS-2, la seconda di dodici previste nel programma Commercial Resupply Services. Come in tutti i voli per questo programma, il carico di Falcon 9 è stato un veicolo Dragon trasportante esperimenti scientifici e rifornimenti per la Stazione Spaziale Internazionale.
SpaceX CRS-3 18 aprile 2014[21][22] Prima missione CRS effettuata con Razzo Falcon 9 con cavalletti di atterraggio (Grasshopper)
SpaceX CRS-4 21 settembre 2014[23][24] Quarta missione commerciale [23]
SpaceX CRS-5 10 gennaio 2015 Rifornimento della ISS. Rientro del primo stadio con tentativo di atterraggio (fallito) sulla piattaforma Autonomous spaceport drone ship[25].
SpaceX CRS-6 14 aprile 2015 Rifornimento della ISS. Atterraggio morbido del primo stadio sulla Autonomous spaceport drone ship, fallito perché il razzo si capovolge subito dopo l'atterraggio[26].
SpaceX CRS-7 28 giugno 2015 Rifornimento alla ISS. Il razzo è esploso 2 minuti e 19 secondi dopo il decollo, costituendo il primo fallimento completo per la famiglia Falcon 9.[27]
SpaceX ORBCOMM-2 21 dicembre 2015 Lanciato dallo Space Launch Complex 40 di Cape Canaveral ha inserito in orbita 11 satelliti ORBCOMM. Il primo stadio è rientrato ed ha compiuto con successo l'atterraggio verticale sopra la Landing Zone 1 (ex Complex 13). [28]
SpaceX Jason-3 16 gennaio 2016 Lanciato dallo Space Launch Complex 4E della Vandenberg Air Force Base (California) ha inserito in orbita il satellite Jason-3 per l'osservazione della terra. Il primo stadio è rientrato ed ha compiuto con successo l'atterraggio verticale sopra la Autonomous spaceport drone ship nell'oceano Pacifico, ma immediatamente dopo, per un problema ad uno dei quattro supporti, si è inclinato ed abbattuto sulla piattaforma, esplodendo.[28]
SpaceX SES-9 4 marzo 2016 Lanciato dallo Space Launch Complex 40 di Cape Canaveral ha inserito in orbita il satellite geostazionario per telecomunicazioni SES-3.
SpaceX CRS-8 8 aprile 2016 Lanciato dallo Space Launch Complex 40 di Cape Canaveral per il rifornimento alla ISS. Inoltre, il vettore Falcon 9 ha trasportato il modulo gonfiabile BEAM, sviluppato dall'azienda Bigelow Aerospace, che verrà agganciato all'ISS. Il modulo BEAM consiste in un habitat gonfiabile sperimentale, che resterà agganciato alla ISS per 2 anni durante i quali si svolgeranno dei test riguardanti questo tipo di strutture. Al termine della missione, il primo stadio del Falcon 9 è atterrato con successo sulla Autonomous spaceport drone ship Of Course I Still Love You.
SpaceX JCSAT-14 6 Maggio 2016 Il vettore falcon 9 ha portato in orbita un satellite di telecomunicazioni per conto di un'azienda giapponese. Al termine della missione è stato effettuato con successo (il secondo in mare) l'atterraggio sull'Autonomous spaceport drone ship, nonostante le probabilità di riuscita fossero basse in quanto, dovendo collocare il satellite in orbita geostazionaria, il consumo di carburante è stato maggiore e non necessariamente sufficiente per l'atterraggio (effettuato con tre motori per avere una decelerazione ottimale).
SpaceX CRS-9 Giugno 2016 Nona missione di rifornimento alla ISS. [29]
SpaceX CRS-10 da definire Lancio previsto per il 2016 [29]
SpX-11 da definire Lancio previsto per il 2016 [29]
SpX-12 da definire Lancio previsto per il 2017 [29]

Di seguito una galleria di alcuni lanci importanti di Falcon 9:

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b c d Falcon 9 Overview, Launch Cost, SpaceX, 2010. URL consultato il 6 dicembre 2010 (archiviato dall'url originale il 22 dicembre 2010).
  2. ^ a b a seconda dell'altitudine e dell'inclinazione. (EN) Falcon 9 User Guide (PDF), SpaceX. URL consultato il 7 maggio 2013.
  3. ^ SpaceX.com Falcon 9 overview.
  4. ^ NASA, SpaceX, Space Act Agreement Between National Aeronautics And Space Administration And Space Explorations Technologies Corp. For Commercial Orbital Transport Services Demonstration(COTS) (PDF). URL consultato il 31 maggio 2008.
  5. ^ a b Space Exploration Technologies, Inc., Reliability brochure, v 12.
  6. ^ (EN) SpaceX Falcon 9 rocket facts, Spaceflight Now.
  7. ^ (EN) Updates: December 2007, su Updates Archive, SpaceX, Dec 2007. URL consultato il 27 dicembre 2012.
    «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 (which drives the turbo pump assembly) blow apart during a start sequence (there are now 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 neighboring 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 neighboring 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.».
  8. ^ Atterraggio fallito, il razzo riutilizzabile della SpaceX esplode su corriere.it.
  9. ^ (EN) Musk ambition: SpaceX aim for fully reusable Falcon 9, NASAspaceflight.com.
  10. ^ (EN) Interview with Elon Musk, HobbySpace.com.
  11. ^ SpaceX Completes Primary Structure of the Falcon 9 First Stage Tank, PR Newswire, 12 aprile 2007.
  12. ^ Testing to Begin for SpaceX Falcon 9 First Stage Tank, satNews.com, 16 aprile 2007.
  13. ^ SpaceX Conducts First Multi-Engine Firing of Falcon 9 Rocket, The Space Fellowship, 28 gennaio 2008.
  14. ^ SpaceX conducts first Three-Engine firing of Falcon 9 rocket, SpaceX, 28 marzo 2008.
  15. ^ Rob Coppinger, SpaceX Falcon 9 maiden flight delayed by six months to late Q1 2009, Flight Global, 27 febbraio 2008.
  16. ^ video del lancio sul sito del giornale La Repubblica.
  17. ^ SpaceX Launches Success with Falcon 9/Dragon Flight, NASA, 9 dicembre 2010. URL consultato l'11 aprile 2012.
  18. ^ Steven Siceloff, SpaceX Launch Targeted for May 19, NASA, 4 maggio 2012. URL consultato il 5 maggio 2012.
  19. ^ Dragon CRS-1, per SpaceX è un altro successo, su La Stampa, 9 ottobre 2012. URL consultato il 9 ottobre 2012.
  20. ^ Volo difficile per Dragon. Per un’anomalia al controllo di assetto, ansa.it. URL consultato il 3 marzo 2013.
  21. ^ Range Realigns – SpaceX CRS-3 mission targets April 14, nasaspaceflight.com, 4 aprile 2014. URL consultato il 4 aprile 2014.
  22. ^ CRS-3 Update, http://new.livestream.com.
  23. ^ a b NASA Cargo Launches to Space Station aboard SpaceX Resupply Mission, NASA. URL consultato il 12 ottobre 2014.
  24. ^ SpaceX Launch Manifest, SpaceX. URL consultato il 4 gennaio 2013.
  25. ^ (EN) http://www.spaceflight101.com/dragon-spx-5-mission-updates.html.
  26. ^ (EN) Video shows eventful Seconds leading to Falcon 9 Booster Crash Landing.
  27. ^ Falcon 9 (Dragon CRS-7) esploso durante il lancio, astronautinews.it. URL consultato il 29 giugno 2015.
  28. ^ a b SpaceX, Press Center, su SpaceX. URL consultato il 20 gennaio 2016.
  29. ^ a b c d Lanci programmati per il 2015, spaceflightnow.com.

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