Falcon 9

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Falcon 9
Falcon 9 COTS Demo F1 Launch.jpg
Informazioni
Funzione Vettore di lancio orbitale medio/pesante (parzialmente riutilizzabile)
Produttore SpaceX
Nazione di origine Stati Uniti Stati Uniti
Costo per lancio $62 000 000 (2016)
Dimensioni
Altezza FT: 70 m
v1.1: 68,4 m
v1.0: 54,9 m
Diametro 3,66 m (12 ft)
Massa FT: 549 054 kg
v1.1: 505 846 kg
v1.0: 333 400 kg
Stadi 2
Capacità
Carico utile verso orbita terrestre bassa FT: 22 800 kg
v1.1: 13 150 kg
v1.0: 10 450 kg
Carico utile verso
orbita di trasferimento geostazionaria
FT: 8300 kg
v1.1:4850 kg
v1.0:4540 kg
Cronologia dei lanci
Stato FT: in servizio
v1.1: ritirato
v1.0: ritirato
Basi di lancio Cape Canaveral AFS SLC-40
Vandenberg AFB SLC 4E
Volo inaugurale 2010
1º stadio
Propulsori FT: 9 Merlin 1D+
v1.1: 9 Merlin 1D
v1.0: 9 Merlin 1C
Spinta FT: 6806 kN
v1.1: 5885 kN
v1.0: 4940 kN
Impulso specifico v1.1
livello del mare: 282 s
Vuoto: 311 s
v1.0
livello del mare:275 s
Vuoto: 304 s
Tempo di accensione FT: 162 s
v1.1: 180 s
v1.0: 170 s
Propellente Ossigeno liquido/RP-1
2º stadio
Propulsori FT: 1 Merlin 1D vacuum+
v1.1: 1 Merlin 1D vacuum
v1.0: 1 Merlin 1C vacuum
Spinta FT: 934 kN
v1.1: 801 kN
v1.0: 617 kN
Impulso specifico FT: 348 s
v1.1: 340 s
v1.0: 342 s
Tempo di accensione FT: 397 s
v1.1: 375 s
v1.0: 345 s
Propellente Ossigeno liquido/RP-1

Il Falcon 9 è una famiglia di lanciatori a razzo progettati e costruiti dalla Space Exploration Technologies (SpaceX), il "9" indica il numero dei motori del primo stadio. Il Falcon 9 è prodotto in tre versioni: 1.0, 1.1 e Full thrust (attualmente l'unica in servizio)

Il Falcon 9 è composto da due stadi, entrambi spinti da motori Merlin a ossigeno liquido e RP-1, inoltre il primo stadio è progettato per essere riutilizzato[1]. Questo lanciatore è 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. La prima missione nell'ambito CRS è stata lanciata il 12 ottobre 2012. La versione 1.0 ha svolto cinque voli prima di essere ritirata nel 2013, la versione 1.1 ha volato per un totale di quindici missioni ed è stata ritirata nel gennaio 2016.

Le performance della versione attualmente in uso, Falcon 9 Full Thrust è aumentata del 30% rispetto alla versione precedente; quest'ultima versione sarà la base del Falcon Heavy. La SpaceX intende completare i test per certificare il vettore al trasporto di equipaggi umani per trasportare gli equipaggi NASA verso la ISS, obbiettivo parte del contratto Commercial Crew Trasportation Capability.

Sviluppo e produzione[modifica | modifica wikitesto]

Finanziamento[modifica | modifica wikitesto]

Mentre SpaceX spendeva risorse nel Falcon 1, il lanciatore precedentemente sviluppato, lo sviluppo del Falcon 9 è stato accelerato dall'acquisto di molti voli test da parte della NASA. La fase di progettazione iniziò ufficialmente grazie alla sottoscrizione del contratto COTS nel 2006[2]. L'obbiettivo proposto nel contratto era[2]:

(EN)

« to develop and demonstrate commercial orbital transportation service »

(IT)

« Sviluppare e testare un servizio commerciale di trasporto orbitale »

Il compenso totale stabilito dal contratto era di $ 278 milioni per la progettazione della capsula Dragon, del Falcon 9 e per i lanci dimostrativi della capsula a bordo del Falcon 9. Nel 2009 sono stati aggiunti ulteriori obbiettivi al contratto portando la ricomensa totale a $ 396 milioni[3].

La NASA divenne utilizzatore del veicolo quando nel 2008 acquistò 12 lanci CRS verso la Stazione Spaziale Internazionale[4]. Il contratto di trasporto, del valore di $ 1,6 miliardi, prevedeva un minimo di 12 missioni verso e dalla stazione.[5] Musk ha più volte affermato che senza i finanziamenti della NASA lo sviluppo del vettore avrebbe necessitato di più tempo.

Nel 2014, SpaceX pubblicò il costo totale del Falcon 9 e della capsula Dragon. SpaceX aveva investito $ 450 milioni mentre la NASA aveva contribuito con $ 396 milioni[6]

Progettazione, sviluppo e test[modifica | modifica wikitesto]

SpaceX intendeva inizialmente di produrre dopo il Falcon 1 un veicolo intermedio, il Falcon 5[7]. Nel 2005 SpaceX annunciò che avrebbe invece sviluppato il Falcon 9 un "vettore pesante totalmente riutilizzabile", e che si era già assicurata un cliente governativo. Il Falcon 9 era stato presentato come un lanciatore in grado di portare 9500 kg in orbita terrestre bassa al consto di $ 27 milioni, per il lancio di payload fino a 3,7 m di diametro, e 35 milioni per carichi fino a 5,2 m. Il Falcon 9 era stato progettato per raggiungere sia l'orbita bassa sia l'orbita di trasferimento geostazionaria, oltre a poter portare sia cargo sia equipaggi verso la Stazione Spaziale Internazionale.[8]

Dopo una fase di test dei motori svoltasi al sito di McGregor, il 25 febbraio per la prima volta il Falcon 9 fu portato sulla rampa del Launch Complex 40 del Kennedy Space Center per un test statico, ovvero un'accensione dei motori senza il decollo effettivo. Il test è stato interrotto a due secondi dall'accensione per un problema con la rampa di lancio. L'interruzione non ha arrecato danno né al razzo ne alla rampa e il test è stato ripetuto con successo il 13 marzo.[9]

Il volo inaugurale fu ritardato da marzo 2010 a giugno per la necessità di una modifica al Flight Termination System da parte dell'AirForce. Il prime tentativo di lancio è avvenuto alle 17:30 UTC il venerdì 4 giugno 2010. Il lancio è stato interrotto subito dopo l'accensione dei motori e il razzo è riuscito ad interrompere la procedura di lancio in sicurezza.[10] Il personale di terra è stato in grado di recuperare il razzo, che è stato lanciato on successo alle 18:45 UTC lo stesso giorno.[11]

Produzione[modifica | modifica wikitesto]

Nel dicembre 2010, la linea di produzione della SpaceX era in grado di assemblare un Falcon 9 ogni tre mesi, con l'obbiettivo di raddoppiare il rateo di produzione ogni sei settimane.[12] A settembre 2013, SpaceX aveva aumentato la propria superficie di produzione a 93.000 m2 e la fabbirca era stata configurata per raggiungere il traguardo dei 40 stadi all'anno.[13] A febbraio 2016 questi ratei di produzione non sono ancora stati raggiunti, SpaceX ha indicato di riuscire a produrre 18 stadi all'anno e il numero di stadi che possono essere completati contemporaneamente è salito da tre a sei. Si è previsto di riuscira a raggiungere i 30 stadi l'anno per la fine del 2016.[14]

Versioni[modifica | modifica wikitesto]

Il Falcon 9 originale ha compiuto cinque missioni con successo tra il 2010 e 2013, e il più potente Falcon 9 v1.1 ha compiuto il suo primo volo il 29 settembre 2013. Tra i vari payload i più importanti furono il lancio del grande SES-8 e del satellite di comunicazione Thaicom, entrambi portati su un'orbita di trasferimento geostazionaria. Sia il Falcon v1.0 che il v1.1 erano vettori a perdere.

Invece la versione Full Thrust è progettata per essere riutilizzabile. i primi test atmosferici furono condotti dal dimostratore tecnologico Grasshopper.

Elementi comuni[modifica | modifica wikitesto]

Tutte le versioni del Falcon 9 sono a due stadi alimentati da motori che utilizzano la miscela LOX/RP-1.

I serbatoi degli stadi sono costruiti con una lega alluminio-litio. SpaceX utilizza serbatoi saldati con il metodo FSW, la tecnica più resistente e affidabile disponibile.[15]. Il serbatoio del secondo stadio è semplicemente una versione più corta di quello del primo e utilizza molta della stessa attrezzatura, materiali e tecniche di assemblaggio, riducendo i costi di produzione.[15]

Entrambi gli stadi utilizzano una miscela piroforica di trietilalluminio e trietilborano per avviare i motori.[16]

SpaceX usa computer di volo ridondanti progettati per essere tolleranti ai guasti. Ogni motore Merlin è controllato da tre computer, ognuno dei quali possiede due processori fisici che si controllano costantemente a vicenda. I software operano in ambiente Linux e sono scritti in C++[17].

L'interstadio è costituito di un materiale composito di fibra di carbonio e alluminio. La versione originale del lanciatore possedeva 12 punti di attacco tra i due stadi, mentre la versione 1.1 solo tre.[18]

Confronto[modifica | modifica wikitesto]

Versione Falcon 9 v1.0 Falcon 9 v1.1 Falcon 9 Full Thrust[19]
Stadio 1 9 Merlin 1C 9 Merlin 1D 9 Merlin 1D+[20]
Stadio 2 1 Merlin 1C Vacuum 1 Merlin 1D Vacuum 1 Merlin 1D Vacum+[20]
Altezza massima (m) 53[21] 68,4 70[22]
Diametro 3,66[23][24]
Spinta al decollo (kN) 3807 5885 7607[25]
Massa al decollo (Mg) 318[26] 506 549
Diametro dei fairing (m) N/A 5,2 5,2
Carico utile verso la LEO (Mg) 8,5-9 13,150 22,700 (senza recupero del primo stadio)
Carico utile verso la GTO (Mg) 3,4 4,85 8,3 (senza recupero del primo stadio)

5,3 (con recupero del primo stadio)[27]

Rateo successi 5/5 14/15 6/6

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.[28]

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",[28] le aspettative non saranno deluse.[29]

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.[30] 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.[31] 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."[32] »

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.[33]

Siti di lancio[modifica | modifica wikitesto]

Il complesso di lancio 40 presso la base dell'Air Force Cape Canaveral è stato il primo sito di lancio del Falcon 9 ed è tuttora il luogo di partenza principale per i lanci verso la ISS e verso l'orbita geostazionaria. Un sito di lancio secondario si trova presso la base di Vandenberg, California, ed è usata per i lanci verso l'orbita polare.[34]

Il complesso di lancio 39 del Kennedy Space Center è stato predisposto per lanciare il Falcon Heavy, ma non è ancora stato usato da SpaceX.

Galleria lanci[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ C. Scott Ananian, Elon Musk interview at MIT, October 2014, 24 ottobre 2014. URL consultato il 30 giugno 2016.
  2. ^ a b (EN) NASA, COTS 2006 Demo Competition, nasa.gov. URL consultato il 30 giugno 2016.
  3. ^ (EN) William H. Gerstenmaier, Statement of William H. GerstenmaierAssociate Administrator for Space Operations (PDF), 2010.
  4. ^ (EN) Stewart Money, Competition and the future of the EELV program (part 2), in The Space Review.
  5. ^ SpaceX, Press Center, spacex.com. URL consultato il 30 giugno 2016.
  6. ^ AtlanticCouncil, Discussion with Gwynne Shotwell, President and COO, SpaceX, 4 giugno 2014. URL consultato il 30 giugno 2016.
  7. ^ SpaceX tackles reusable heavy launch vehicle, nbcnews.com, 9 settembre 2005. URL consultato il 30 giugno 2016.
  8. ^ Space Exploration Technologies Corporation - Falcon 9, web.archive.org, 13 ottobre 2007. URL consultato il 30 giugno 2016.
  9. ^ (EN) Ken Kramer, Succesful test firing for SpaceX inaugural Falcon 9, in Universe Today, 24 dicembre 2015. URL consultato il 1º luglio 2016.
  10. ^ (EN) Marc Kaufman, Launch of SpaceX Falcon 9 private rocket is a success, in The Washington Post, 5 giugno 2010. URL consultato il 1º luglio 2016.
  11. ^ SpaceX Falcon 9 rocket enjoys successful maiden flight, su BBC News. URL consultato il 1º luglio 2016.
  12. ^ Q & A with SpaceX CEO Elon Musk: Master of Private Space Dragons, space.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  13. ^ Emily Shanklin, Production at SpaceX, spacex.com, 24 settembre 2013. URL consultato il 1º luglio 2016.
  14. ^ (EN) SpaceX seeks to accelerate Falcon 9 production and launch rates this year - SpaceNews.com, spacenews.com, 4 febbraio 2016. URL consultato il 1º luglio 2016.
  15. ^ a b Space Exploration Technologies Corporation - Falcon 9, web.archive.org, 22 dicembre 2010. URL consultato il 1º luglio 2016.
  16. ^ Spaceflight Now | Falcon Launch Report | Mission Status Center, su www.spaceflightnow.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  17. ^ Dragon's "Radiation-Tolerant" Design, web.archive.org, 3 dicembre 2013. URL consultato il 1º luglio 2016.
  18. ^ (EN) Musk Says SpaceX Being “Extremely Paranoid” as It Readies for Falcon 9’s California Debut - SpaceNews.com, spacenews.com, 6 settembre 2013. URL consultato il 1º luglio 2016.
  19. ^ SpaceX returns to flight with OG2, nails historic core return | NASASpaceFlight.com, su www.nasaspaceflight.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  20. ^ a b (EN) SpaceX To Debut Upgraded Falcon 9 on Return to Flight Mission - SpaceNews.com, spacenews.com, 31 agosto 2015. URL consultato il 1º luglio 2016.
  21. ^ SpaceX Falcon 9 Data Sheet, su www.spacelaunchreport.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  22. ^ Falcon 9 | SpaceX, web.archive.org, 9 dicembre 2015. URL consultato il 1º luglio 2016.
  23. ^ Falcon 9 v1.0 – Rockets, su www.spaceflight101.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  24. ^ Falcon 9 v1.1 & F9R – Rockets, su www.spaceflight101.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  25. ^ Elon Musk on Twitter, twitter.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  26. ^ SpaceX Falcon 9 Data Sheet, su www.spacelaunchreport.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  27. ^ SpaceX prepares for SES-9 mission and Dragon’s return | NASASpaceFlight.com, su www.nasaspaceflight.com. URL consultato il 1º luglio 2016.
  28. ^ a b Space Exploration Technologies, Inc., Reliability brochure, v 12.
  29. ^ (EN) SpaceX Falcon 9 rocket facts, Spaceflight Now.
  30. ^ (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.».
  31. ^ Atterraggio fallito, il razzo riutilizzabile della SpaceX esplode su corriere.it.
  32. ^ (EN) Musk ambition: SpaceX aim for fully reusable Falcon 9, NASAspaceflight.com.
  33. ^ (EN) Interview with Elon Musk, HobbySpace.com.
  34. ^ SpaceX successfully launches debut Falcon 9 v1.1 | NASASpaceFlight.com, su www.nasaspaceflight.com. URL consultato il 1º luglio 2016.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]