Falcon 9

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Falcon 9 1.0 stijgt op met aan boord het eerste Dragon-ruimtevaartuig

Falcon 9 is een tweetrapsraket uit de Falcon-reeks, ontworpen en gebouwd door SpaceX. De huidige uitvoering van Falcon 9 (full thrust) kan in "expendable mode" 22.800 kg aan vracht in Low Earth Orbit brengen en 8.300 kg in een geostationaire transfer baan. Voor herbruikbaarheid wordt er afhankelijk van de lading en de baan dertig tot veertig procent op deze waarden ingeleverd.

De eerste Falcon 9-vlucht werd, na enkele keren te zijn uitgesteld, op 4 juni 2010 vanaf Cape Canaveral Air Force Station platform 40 gelanceerd. De raket kwam succesvol in een baan om de aarde. De tweede vlucht, de eerste met het SpaceX Dragon-ruimtevaartuig boven op de raket, vond plaats op 8 december 2010, ook vanaf Cape Canaveral. De Dragon draaide twee rondjes om de aarde, alvorens in de Grote Oceaan te plonzen.

Eerdere uitvoeringen van de Falcon 9 vielen in de "medium lift" categorie. Door een aantal upgrades is de liftcapaciteit naar een lage aardbaan nu boven de 20.000 kg gekomen en mag de Falcon 9 als "heavy lift vehicle" geclassificeerd worden.

De Falcon 9 en Dragon-combinatie is door NASA gecontracteerd om het internationaal ruimtestation ISS te bevoorraden. De Falcon 9 en Dragon v2-combinatie is ook gecontracteerd voor het Commercial Crew-programma, dat vanaf 2017 ruimtevaarders van en naar het ISS zal brengen. Ook is de Falcon 9 door het Pentagon als EELV gecertificeerd voor al dan niet geheime militaire missies. Verder wordt de Falcon 9 veel ingezet voor lancering van zowel commerciële als overheidssatellieten.

De Falcon 9 is in staat om meerdere satellieten tegelijk te lanceren. Om die reden heeft SpaceX de lichtgewicht-Falcon 1 – die aan de basis van de technologie van de Falcon 9 stond – buiten gebruik gesteld. Voor zogenaamde polar-orbit missies die een baan om de aarde over de noord- en zuidpool hebben of (de zelden voorkomende) missies die tegen de draairichting van de aarde in gaan (naar het westen vliegend dus), lanceert SpaceX ook Falcon 9- en eventueel Falcon Heavy-raketten vanaf Vandenberg Air Force Base in Californië.

Ontwerp[bewerken]

Trappen[bewerken]

Falcon 9 is opgebouwd uit twee trappen. De eerste trap wordt de vaak core-booster genoemd en de tweede trap wordt upperstage genoemd. De core-booster wordt voortgestuwd door negen SpaceX Merlin 1D-raketmotoren met een totale voortstuwingskracht van ongeveer 5.8 MN. De bovenste trap wordt voortgestuwd door een, voor vacuüm aangepaste, Merlin-motor. De Merlin 1D en de op de eerste versie gebruikte Merlin 1C gebruiken als brandstof RP1, een voor raketten ontwikkelde kerosine en vloeibare zuurstof (meestal aangegeven met LOX wat een afkorting is van "liquid oxigen") Vier kleine hypergolische Draco-motoren zorgden eerder voor de besturing, later werden deze vervangen door koud-stikstofgas stuwers (nitrogen cold gas thrusters). Voor de gecontroleerde landing is de core-booster onderaan uitgerust met een landingsgestel bestaand uit vier hydraulisch uitklapbare poten met een locking-mekanisme en bovenaan zogenaamde "grid fins" om na terugkeer in de atmosfeer mee te kunnen sturen.

Betrouwbaarheid[bewerken]

De betrouwbaarheid van Falcon 9 kan pas worden vastgesteld na een behoorlijk aantal vluchten.

Doordat de eerste trap, net als Saturn V, meerdere motoren bevat kan een missie toch doorgaan, mocht een van de motoren tijdens de vlucht uitvallen. Falcon 9 is de eerste raket sinds de Saturn-serie van het Apolloprogramma die deze mogelijkheid heeft. De Merlin-1C en de Merlin-1D zijn ook nog eens voor herbruikbaarheid ontworpen en kunnen veel meer aan dan veel andere raketmotoren. De Merlin-1C die ook op de Falcon 1 werd gebruikt was zelfs ontworpen om tegen zeewater te kunnen.

Een Falcon 9 stuurt tijdens een lancering meer dan 3000 parallelle telemetrie-datastromen door waaronder een groot aantal van kleine (interne) HD-camara's afkomstig zijn. Hierdoor is het mogelijk minutieus onderzoek te doen naar oorzaken van een eventueel ongeluk. Dit heeft ook de waarschijnlijke oorzaak van het ongeluk met vlucht CRS7 naar voren gebracht.

Ongeluk van CRS7[bewerken]

Tijdens CRS-7, een bevoorradingsmissie van het ISS namens NASA op 28 juni 2015, explodeerde de raket twee minuten en negentien seconden na de lancering, vlak voor de ontkoppeling van de eerste trap. De Dragon Capsule, die voedsel, water, kleding en experimenten bevatte, is hierbij met inhoud verloren gegaan. Dit was het eerste ongeluk met een Falcon 9. CRS7 was de negentiende vlucht van een Falcon 9 en de veertiende vlucht van een Falcon 9 v1.1

Op een persconferentie na het ongeluk werd het volgende gemeld: De telemetriedata gaf aan dat er een probleem met te hoge druk in de vloeibarezuurstoftank van de tweede rakettrap was. De Dragon bleef na de explosie nog enige tijd telemetriedata doorsturen wat erop lijkt te duiden dat de Dragon de explosie overleefde en tot het moment van de botsing met het oceaanwater intact was.

Een kleine maand na het ongeluk lijkt de oorzaak te liggen in een gebroken steunbalk die een van de (kleine) heliumtanks die in de vloeibarezuurstoftank zitten op zijn plaats zou moeten houden. De heliumtank schoot daardoor naar boven als een voetbal die onder water losgelaten wordt en barste open door de klap tegen de bovenkant, waardoor de druk in één keer vrij kwam. Deze druk was te hoog voor de volle vloeibarezuurstoftank en veroorzaakte het uiteenvallen van de tweede trap [1].

Onderzoek heeft aangetoond dat de bewuste steunbalken die 5000 kg zouden moeten verdragen soms bij 900 kg al breken.

SpaceX heeft aangekondigd een andere fabrikant voor steunbalken te zoeken en de steunbalken voortaan zelf te testen. Dit zal volgens SpaceX geen invloed op de prijs van de raket hebben.

SpaceX maakte op 21 december 2015 zijn "return to flight" met een geüpgraded Falcon 9 full thrust. Dit is drie maanden later dan eerder verwacht. SpaceX wilde er zeker van zijn dat ook andere onderdelen door SpaceX zelf getest en gecertificeerd zijn om zo risico op nog een ongeluk te beperken. Tijdens deze vlucht lukte het SpaceX voor het eerst een boostertrap te laten landen. Deze landing vond plaats op Cape Canaveral Landing Zone 1.

Varianten[bewerken]

De Falcon 9 v1.0 werd aangedreven door negen SpaceX Merlin 1C-raketmotoren, die ook in de eerdere Falcon 1 met succes werden gebruikt. De Falcon 9 v1.1 is 60% krachtiger en wordt aangedreven door negen SpaceX Merlin 1D-raketmotoren die krachtiger zijn (de brandstofverbruik-krachtverhouding van de Merlin 1D is de effectiefste voor een raketmotor tot nog toe), waardoor de raket meer vracht kan meenemen. De Falcon 9 v1.1 is in september 2013 voor het eerst met succes gelanceerd.[2] Sinds januari 2015 is SpaceX bezig met het rechtstandig laten landen van de eerste trappen van de Falcon9 v1.1 op een zelfsturend drijvend platform (Authonomous Drone Ship) in de oceaan. Anno april 2015 waren er drie mislukte pogingen gedaan. Tweemaal viel de booster om en eenmaal werd (bewust) niet op het schip maar in zee geland wegens storm. Deze raketten, die met uitklapbare poten zijn uitgerust, worden op het 'launch manifest' aangegeven als Falcon 9R of afgekort F9R. De toegevoegde "R" staat voor 'reusable' (herbruikbaar). Het doel van deze landingen is om zo min mogelijk schade aan de eerste trap te veroorzaken, zodat ze snel met slechts een kleine controle-en-opknapbeurt kan worden hergebruikt. Eerder landden de Solid Rocket Boosters van de spaceshuttle aan een parachute in zee. Die raakten echter zwaar beschadigd door het zeewater, waardoor de opknapbeurt een dure en tijdrovende bezigheid was.

Sinds vlucht OG2 (21 December 2015)[3] vliegt de Falcon9 v1.1 full thrust (eerder in de media Falcon 9 v1.2 omschreven) met een 20% krachtiger booster en een 2 meter langere tweede trap, die door gebruik van een nieuwe brandstofverhouding 25% meer kracht uit de Merlin-1D-raketmotoren kan persen. Hierdoor ontstaat de capaciteit die nodig is om de eerste rakettrap terug naar lanceerbasis Cape Canaveral, Boca Chica of Vandenberg te laten vliegen en rechtstandig te laten landen op het landingsplatform [4]. Door de brandstof, RP1-raketkerosine en vloeibare zuurstof (LOX) extra koud te maken (Rp1 -7°C en LOX -206°C net boven de vriestemperatuur van zuurstof) past er meer LOX in de tanks van de Falcon 9 v1.1FT en kan er meer brandstof tegelijk naar de Merlin-1D-motoren.[5] deze tanks moeten echter korter voor de lancering gevuld worden. Het vulproces begint nu vijfendertig minuten voor de lancering in plaats van drie uur.[6] Voor vluchten die meer brandstof eisen, doordat de lading erg zwaar is of extra snelheid is vereist, blijft een drone-schip de plaats om te landen. Ook moet er voor iedere landing op land, speciale toestemming van de luchtvaartautoriteiten worden verkregen.

Herbruikbaarheid[bewerken]

SpaceX heeft zich ten doel gesteld raketten goedkoper te kunnen lanceren door ze meermaals te kunnen gebruiken. De eerste fase daarvan is het hergebruik van de eerste trap (core-booster). Dit begint al zijn vruchten af te werpen. Het is in het proces van experimentele landingen nu driemaal gelukt om een core-booster te laten landen. Dit zou de prijs per lancering vanaf 2017 met 30 procent moeten doen verminderen. De volgende stap in herbruikbaarheid die Elon Musk na de tweede succesvolle landing aankondigde is dat de zogenaamde "payload fairing" (de neuskegel die bestaat uit de beplating die de vracht beschermt tegen hoge winddruk tijdens het eerste deel van de lancering) die enkele miljoenen dollars kost, herbruikbaar moet worden. De methode die hiervoor gebruikt gaat worden is echter nog niet duidelijk.

Falcon Heavy[bewerken]

Een artistieke impressie van een Falcon Heavy op het lanceerplatform

Een heavyliftvariant van de Falcon 9 zal Falcon Heavy heten. De eerste demonstratievlucht van de Falcon Heavy is al vele malen uitgesteld, en wordt nu (09-03-2016) verwacht in november 2016. De eerste missievluchten zijn geboekt en worden in het najaar van 2016 verwacht. De Falcon Heavy is bedoeld om tot 54.400 kg aan vracht naar een lage baan om de Aarde te brengen. Daarmee is het de krachtigste raket sinds de maanraket Saturn V, die sinds 1973 niet meer heeft gevlogen, en is hij bijna tweemaal zo krachtig als de krachtigste raket op de huidige markt (de Delta IV Heavy van ULA is goed voor 28,8 ton naar LEO).

De Falcon Heavy zal bestaan uit een Falcon 9 met een tweetal Falcon 9-boosters als strap-on-boosters. De middelste "core booster", is een verstevigde uitvoering van de normale Falcon 9 booster.

Vluchten[bewerken]

Eerste vlucht[bewerken]

De eerste vlucht met de Falcon 9 vond plaats op 4 juni 2010 en bracht met succes de testvracht in een baan om de aarde met een afwijking van minder dan 1 procent.

COTS Demo Flight 2[bewerken]

Dit was de eerste vlucht met een volledig door een commercieel bedrijf ontwikkelde raket die vracht bij het ISS afleverde. De eerste lanceerpoging op 19 mei 2012 werd een halve seconde voor het opstijgen afgebroken. De tweede poging, op 23 mei 2012, slaagde wel.

Experimentele Landingen[bewerken]

Het zelf sturende droneschip "Ofcourse I still love you" op vollezee

SpaceX werkt aan herbruikbare raketten. Sinds 2013 heeft SpaceX een aantal eerste trappen na gebruik gecontroleerd naar een vooraf bepaalde plaats in zee laten vliegen om zo te leren manoeuvreren. Sinds 2015 probeert SpaceX de eerste trappen van Falcon 9 - die sindsdien met een landingsgestel werden uitgerust - daadwerkelijk te laten landen op een droneship of op een landingsplatform op land. Dit mislukte door verschillende oorzaken een aantal keren, en is tot nu toe driemaal geslaagd.

Poging 1:[bewerken]

Bij vlucht CRS-5 op 10 januari 2015 was er niet genoeg hydraulische vloeistof aan boord wat resulteerde in een niet volledig uitgeklapt landingsgestel waardoor de raket met een van zijn motoren op het drone-schip genaamd "Just read the Instructions" (JrtI) terechtkwam en explodeerde.

Poging afgelast[bewerken]

Bij de DSCOVR lancering op 11 februari 2015 moest de landing op het drone-schip vooraf worden afgeblazen vanwege storm. De raket landde toen minder dan tien meter van de geplande plaats in zee, wat volgens Musk gezien de weersomstandigheden zeer goed was.

Poging 2[bewerken]

Bij een poging op 14 april (missie CRS-6) landde de raket, bleef enkele seconden op JrtI staan en viel toen om doordat de raket net iets te veel zijwaartse snelheid had gehad vlak voor de landing.

Poging bij voorbaat mislukt[bewerken]

Missie CRS-7 eindigde toen de 2e trap uit elkaar viel tijdens de lancering. De eerste trap kreeg vervolgens een self-destruct commando en werd opgeblazen. Een poging tot landing was dus niet meer mogelijk. SpaceX hield zijn raketten daarna vijf maanden aan de grond.

Poging 3, eerste succes[bewerken]

Op 21 december 2015 (vlucht Orbcomm-2) werd voor het eerst Falcon 9 1.1ft gelanceerd, waarbij de eerste trap voor het eerst veilig op aarde landde. Ditmaal was de landing op Cape Canaverals Landing Zone 1.[7] Dit was tevens SpaceX "return to flight" na het CRS-7 debacle.

Poging 4[bewerken]

De volgende poging tot landing op 17 januari 2016 (Jason-3 lancering) mislukte. Bij een van de vier poten van het landingsgestel was de pal die de poot moest vast zetten niet uitgeklapt. Gevolg was dat deze poot na landing inklapte en de raket op droneschip JrtI viel. Mogelijk was ijs de oorzaak.

Poging 5[bewerken]

Voor missie SES-9 die op 4 maart 2016 werd gelanceerd was van tevoren al gezegd dat de kans op succes niet groot was. Doordat de booster sneller en verder moest vliegen en de lading (SES-9 satelliet) erg zwaar was zou de booster waarschijnlijk net niet genoeg brandstof voor een landing overhouden. De landing op het autonome droneschip genaamd "Ofcourse I still love you" bleek inderdaad te hard aldus Elon Musk op twitter.

Poging 6, succes op zee[bewerken]

De core-booster van missie CRS8 staat op het platform

Bij de lancering van NASA missie CRS8 op 8 april 2016 wist SpaceX de eerste trap op droneschip "Ofcourse I Still Love You" te laten landen. Dit was de tweede keer dat de landing slaagde en de eerste keer dat dit op een drijvend platform lukte.

Poging 7, Onverwacht succes[bewerken]

Bij de lancering van een Japanse communicatiesatelliet genaamd JCSAT-14 op 6 mei 2016, lukte het SpaceX de booster op het schip te laten landen. De verwachtingen werden vooraf getemperd omdat het profiel van de vlucht erg op dat van SES-9 leek en de missie meer snelheid en brandstof vereiste om de betrekkelijk zware satelliet in een geostationaire baan (GTO) te krijgen. Hierdoor zou de terugkeer van de booster meer brandstof vereisen en was het de vraag of de booster voldoende afgeremd zou zijn [8]. Verschil met eerdere landingen, was dat bij deze landing drie van de negen hoofdmotoren werden gebruikt om voldoende af te remmen, waar dit bij andere landingen slechts een motor is [9].

Een paar weken later gaf SpaceX aan dat het niet waarschijnlijk is dat deze booster ooit nog zal vliegen. Om brandstof te besparen werd niet voor terugkeer in de atmosfeer geremd. De booster keerde dus terug in de atmosfeer met een snelheid van mach 5. Hierdoor ontstond zoveel wrijvingswarmte dat er betrekkelijk veel schade aan de booster ontstond. SpaceX zal de booster nog wel voor "static fire tests" gebruiken om ervan te leren.

Poging 8, weer geslaagde een landing[bewerken]

Op 27 mei 2016 slaagde SpaceX er voor de derde maal in een GTO missie tot een geslaagde boosterlanding op zee te brengen. Het was in totaal de vierde geslaagde landing. De drie ton wegende sateliet, Thaicom 8, werd met succes in de juiste baan gebracht. Voor het eerst werd bij deze missie ook aan herbruikbare "payload fairing" gewerkt. De uitkomsten daarvan zijn nog niet bekend.

Politieke en economische positie[bewerken]

De Falcon 9 is de enige concurrerende raket op de markt die volledig van Amerikaanse makelij is. Amerikaanse concurrenten (ULA, Orbital ATK ) gebruiken Russische raketmotoren voor de Atlas V en de Antares. En ULA's Delta IV, die wel Amerikaanse motoren gebruikt, is veel te duur om concurrentie te zijn. Daarbuiten is er concurrentie uit Rusland, China, Japan, Europa en India. Het Amerikaanse ministerie van Defensie, dat een belangrijke klant van Amerikaanse ruimtevaartbedrijven is, zal om veiligheidsreden echter nooit met buitenlandse bedrijven satellieten lanceren.

Door de oorlog in Oost-Oekraïne en de daardoor ontstane wereldwijde spanning tussen Rusland en het Westen is in de Verenigde Staten het bewustzijn over de afhankelijke positie van de concurrentie ontstaan. Ook vallen Russische raketmotoren onder een handelsboycot. Mede hierdoor zijn concurrenten nu herontwerpen (Antaresraket 200 van Orbital ATK) of nieuwe ontwerpen (Vulcan van United Launch Alliance) aan het maken. De Amerikaanse Senaat eist namelijk dat er te allen tijde minimaal twee vergelijkbare ruimtelanceersystemen op de markt beschikbaar zijn, opdat er bij problemen met één systeem altijd een back-up is.

Ook het gegeven dat SpaceX zijn Falcon 9 raketten voor 61.000.000 US-dollar[10]; één derde van de prijs van de huidige concurrentie lanceert, helpt mee aan de ontwikkeling van een commerciëlere ruimtevaart waarbij de prijs voor de concurrentie ernstig omlaag moet.[11]

In september 2015 heeft ook Blue Origin aangekondigd "goedkoop" herbruikbare raketten met vergelijkbare mogelijkheden vanaf Cape Canaveral te gaan lanceren. De verwachting is dat deze raketten niet eerder dan 2020 zullen vliegen.

Externe link[bewerken]