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, ontworpen en gebouwd door SpaceX. Falcon 9 kan 13.150 kg aan vracht in Low Earth Orbit brengen en 4.850 kg in een geostationaire transfer baan.

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 bovenop de raket, vond plaats op 8 december 2010, ook vanaf Cape Canaveral. Dragon draaide twee rondjes om de aarde, alvorens in de Grote Oceaan te plonzen.

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. 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 militaire doeleinden 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 aangedreven door negen SpaceX Merlin 1D-raketmotoren met een totale voortstuwingskracht van ongeveer 5.8 MN. De bovenste trap wordt aangedreven door een, voor vacuüm aangepaste, Merlin-motor. Vier kleine Draco-motoren zorgen voor de besturing.

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 één van de motoren tijdens de vlucht uitvallen. Falcon 9 is de eerste raket sinds de Saturn-serie van het Apolloprogramma die deze mogelijkheid heeft.

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 bevooradingsmissie 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 één 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-D-raketmotoren kan persen. Hierdoor ontstaat de capaciteit die nodig is om de eerste rakettrap terug naar lanceer basis Cape Canaveral, Boca Chica of Vandenberg te laten vliegen en rechtstandig te laten landen op het landingsplatform [4]. Door de vloeibare zuurstof (LOX) extra koud te maken (net boven de vries temperatuur van zuurstof) past er meer LOX in de tanks van de Falcon 9 v1.1FT deze tanks moeten echter korter voor de lancering gevuld worden. Het vulproces begint nu vijfendertig minuten voor de lancering in plaats van drie uur. [5]

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 (31-01-2016) verwacht aan het eind van de zomer van 2016. De eerste missievluchten zijn geboekt en worden in het najaar van 2016 verwacht. De Falcon Heavy is bedoeld om tot 53.000 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" (een verstevigde uitvoering van de normale Falcon 9 booster) laat zich in de eerste twee minuten voeden met brandstof uit de strap-on-boosters. Dit proces heet crossfeeding en zal alleen worden gebruikt bij de allerzwaarste vrachten, of als er extra snelheid nodig is. In die eerste minuten leveren er dus 27 Merlin D-raketmotoren volle kracht. Na het afkoppelen van de side-boosters (die 80% van hun brandstof hebben gebruikt) keren deze om en vliegen ze terug naar de lanceerbasis om daar op een speciale landingsplaats, rechtstandig op hun hydraulisch uitgeklapte poten te landen. Ondertussen vliegt de raket door op 9 Merlin D-motoren en de brandstof die nog in de core-booster aanwezig is en vervolgt hij zijn weg als een Falcon 9. Ook de core-booster zal na gebruik terugvliegen voor landing en hergebruik. De bovenste trap zal vooralsnog niet herbruikbaar zijn. Wanneer er geen gebruik van crossfeeding wordt gemaakt, zal de core-booster enkele seconden na de start terugschakelen naar 15% van zijn vermogen, terwijl de side-boosters vol vermogen leveren. Op deze manier bespaart hij brandstof die na de afkoppeling van de side-boosters gebruikt zal worden. Na deze afkoppeling zal de core-booster dan weer haar volle vermogen gebruiken. Dit type vlucht lijkt sterk op dat van ULA's Delta IV Heavy. Anno april 2015 heeft SpaceX nog geen missies op het 'launch manifest' staan die crossfeeding vereisen [6][7]. Op 3 februari maakte Gwynne Shotwell bekend dat de eerste proefvlucht dan ook nog geen gebruik zal maken van crossfeeding.

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.

Landing[bewerken]

SpaceX werkt aan herbruikbare raketten. Sinds 2015 probeert SpaceX de eerste trappen van Falcon 9 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 eenmaal geslaagd.

Poging 1:[bewerken]

Bij vlucht CRS-5 op 10 januari 2015 was er niet genoeg hydrolische vloeistof aan boord wat resulteerde een niet volledig uitgeklapt landingsgestel waardoor de raket met een van zijn motoren op het drone-schip terecht kwam 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 lande 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) lande de raket bleef enkele seconden staan en viel toen om doordat de raket net iets teveel zijwaardse snelheid had gehad vlak voor de landing.

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. Dit maal was de landing op Cape Canaverals Landing Zone 1.[8]

Poging 4[bewerken]

De volgende poging tot landing op 17 januari 2016 (Jason-3 lancering) mislukte. Bij één 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 omviel. Mogelijk was ijs de oorzaak.

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[9]; 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.[10]

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]