Falcon (roket ailesi)

SpaceX'in Falcon 9 roketini taşıyan Dragon uzayaracının, 8 Aralık 2010 tarihindeki COTS Demo Uçuşu 1 sırasındaki kalkışı

8 Eylül 2005 tarihinde, SpaceX Falcon 9 roketinin geliştiriliyor olduğunu duyurdu, bu roketin ilk aşamasında dokuz adet Merlin motoru kullanılmaktadır.[2] Roketin tasarımı EELV-sınıfı bir araçtır, ve Delta IV ile Atlas V roketlerinin yanı sıra diğer ulusların fırlatma araçlarıyla da rekabet edilmesi amaçlanmıştır. Her bir aşama tekrar-kullanım için tasarlandı. Benzer şekilde tasarlanmış olan Falcon 5 roketi de Falcon 1 ve Falcon 9 arasına uyması düşünülmüştü,ancak Falcon 5'in projesi Falcon 9'a yoğunlaşmak üzere iptal edildi.[2]

Falcon 9'un ilk uyarlaması olan, Falcon 9 v1.0, 2005–2010 yılları arasında geliştirildi, ve 2010–2013 yılları arasında beş adet yörüngesel görevde uçtu. Bu fırlatma sisteminin ikinci uyarlaması olan Falcon 9 v1.1 ise şu anda kullanımda olan Falcon 9'dur.

Falcon 9 v1.1 2010-2013 yılları arasında geliştirildi, ve ilk resmi uçuşunu 2013 Eylül ayında yaptı.Falcon 9 v1.1; Falcon 9'un v1.0 uyarlamasına göre yüzde 60 daha fazla itkiye sahip olan ve yüzde 60 daha ağır olan bir rokettir. Buna tekrar hizalanan/düzenlenen ilk aşama motorları da dahildir[3] ve yüzde 60 daha uzun yakıt tankı vardır bu da uçuş sırasında daha fazla eğilmeye (bending) yatkın olması demektir. Motorların kendisi de daha güçlü olan Merlin 1D motoruna yükseltilmişlerdir. Bu iyileştirmeler sayesinde görev-yükü ağırlığı 9000 kg (20000 lb) değerinden 13150 kg (28990 lb) değerine yükselmiştir.[4]

Aşama ayırma sistemi yeniden tasarlandı ve bağlantı noktası sayısı 12'den 3'e düşürüldü, ve aracın avionic ile yazılım sistemleri de yükseltildi.

Yeni 'İlk Aşama' ayrıca Falcon Heavy fırlatma aracı için yan hızlandırıcı olarak kullanılacak.[5]

SpaceX şirketi McGregor, Texas şehrinde bulunan, kapanmış olan Beal Aerospace şirketine ait test tessilerini satın alarak tesisteki en büyük test tablasını Falcon 9 testleri için yeniden donatmıştır. 22 Kasım 2008 tarihinde,bu tabla Falcon 9'un dokuz adet Merlin 1C motorunu test etti, test sırasında toplam 350 metrik-ton-kuvvet (3.4-meganewton) değerinde itki elde edildi, bu da tablanın dayanabileceği sınır olan 1,500 metrik-ton-force (15 meganewton) değerinin çok altındaydı.[6]

İlk Falcon 9 aracı Cape Canaveral tesisine 30 Aralık 2008 tarihinde yerleştirildi. NASA uçuşu 2010 Ocak ayında gerçekleştirmeyi planlıyordu;[7] ancak ilk resmi uçuş birkaç defa ertelendikten sonra 4 Haziran 2010 tarihinde gerçekleştirildi.[8] 2:50pm EST zamanında Falcon 9 roketi başarılı bir şekilde yörüngeye ulaştı.

Falcon 9 aracının ikinci uçuşu COTS Demo Uçuşu 1 oldu, bu uçuş ayrıca NASA'nın ,yeni hızlandırıcıların geliştirilmesi için "kaynak para" sağlamak üzere tasarlanmış olan, Ticari Yörüngesel Taşımacılık Hizmetleri (COTS) sözleşmesi kapsamındaki ilk uçuşudur.[9] NASA sözleşmesinin ilk halinde 'COTS Demo Uçuşu 1' görevinin 2008'in ikinci çeyreğinde gerçekleşmesi öngörülüyordu;[10] ancak bu uçuşu birkaç defa ertelendikten sonra, 8 Aralık 2010 tarihinde 1543 GMT zamanında gerçekleşmiştir.[11] Rocket başarılı bir şekilde, çalışır haldeki Dragon uzayaracını 1553 GMT zamanında hedef yörüngeye ulaştırmıştır.[11] Dragon yörüngede Dünyanın çevresinde iki kez döndükten sonra atmosfere tekrar giriş için denetimli ateşleme gerçekleştirerek, Mexico açıklarında Pasifik Okyanusuna düşecek şekilde atmosfere girmiştir .[12] Dragon'nun güvenli bir şekilde kurtarılmasıyla, SpaceX bir uzay aracını fırlatan, yörüngeye çıkaran ve sağlam bir şekilde kurtaran ilk özel sektör şirketi olmuştur; bu görev öncesinde, sadece hükümet kurumları yörüngedeki bir uzayaracını sağlam olarak kurtarabilmişti.[12] Falcon 9 v1.1 roketinin ilk uçuşu 29 Eylül 2013 tarihinde Vandenberg Hava Kuvvetleri üssünden gerçekleşti ve ilgili uçuşta Kanada yapımı teknoloji ispat uydusu olan CASSIOPE uydusunun da bulunduğa birkaç görev-yükünü taşımıştır .[13] Falcon 9 v1.1 roketinin özellikleri arasında uzatılmış ilk ve ikinci aşamalar, ve ilk aşamadaki 9 adet Merlin-1D motoru için (v1.0 uyarlamasındaki karesel motor yerleşim düzenini değiştiren) yeni sekizgen yerleşim düzeni bulunmaktadır. SpaceX'in verdiği bilgiye göre Falcon 9 v1.1, daha ucuza üretilebilen ve v1.0 uyarlamasına göre daha uzun olan bir rokettir. Ayrıca alçak Dünya yörüngesine çıkarabildiği 13150 kg veya yer-sabit aktarma yörüngesine çıkarabildiği 4850 kg görev-yükleri ile daha büyük bir görev-yükü kapasitesine sahiptir .[13]

Vandenberg Hava Kuvvetleri Üssündeki (VAFB) ilk Falcon 1 . Bu araç ertelemeler yüzünden VAFB'den alınarak sonunda Kwajalein Atolünden fırlatılmıştır.

Falcon 1 kısmi olarak tekrar kullanılabilen küçük bir rokettir ve birkaç yüz kg ağırlığındaki görev yüklerini yörüngeye çıkabilmektedir.[14] Ayrıca daha büyük olan Falcon 9'da kullanılmak üzere tasarım ve bileşen geliştirilmesi için deneme tahtası işlevi görmüştür.[14] İlk Falcon 1 fırlatmaları ABD hükümetine ait olan ve Pasifik okyanusundaki Kwajalein atolünde bulunan Reagan Test Sahasından gerçekleştirilmiştir, ve o sahadan yörüngeye çıkması için yerden fırlatılmış olan bir roketi ilk kez uçurma denemesini temsil eder.[15]

26 Mart 2006 tarihinde, Falcon 1'in ilk resmi uçuşu fırlatma tablasını terkettikten saniyeler sonra, yakıt hortumlarındaki bir yırtılma sebebiyle, başarısız olmuştur.[16][16] Bir yıl sonra, 22 Mart 2007 tarhinde yapılan ikinci uçuş da başarısız oldu, bu sefer roketin kendi etrafında dönüşünün dengeye oturtulamamasıdan kaynaklı sorun sebebiyle otomatik algılayıcılar Merlin ikinci aşama motorunu kapatarak uçuşun başarısız olmasına neden olmuşlardır.[15] Üçüncü Falcon 1 uçuşunda ilk aşama Merlin motoru için yeni 'tazeleyici soğutma sistemi' kullanıldı, ve bu yeni motor uyarlamasının geliştirilmesi neredeyse 17 ay süren ertlemenin kaynağıydı.[17] Bu yeni soğutma sisteminin bu görevin başarısız olmasının ana sebebi olduğu ortaya çıktı; aşamaların ayrılması sırasında, yüksek-yakıt-kapasiteli soğutma sisteminden arta kalan fazladan yakıt yüzünden elde edilen ek itki sebebiyle, ilk aşama ikinci aşama motoruna çarpmıştır.[17] 28 Eylül 2008 tarihinde, Falcon 1 dördüncü denemesinde yörüngeye ulaşarak bunu başaran ilk özel sermayeli, sıvı yakıtlı roket olmuştur.[18] Falcon 1 13 Temmuz 2009 tarihindeki beşinci fırlatılışında ilk ve başarılı olan tek ticari görev-yükünü yörüngeye çıkarmıştır.[19] 2009'dan beridir Falcon 1 için hiçbir fırlatma girişimi olmadı, ve SpaceX daha büyük fırlatma aracı olan Falcon 9 ve diğer geliştirmekte olduğu projelere şirket kaynaklarını yoğunlaştırabilmek adına, Falcon 1 için fırlatma siparişi almamaktadır.

Falcon 9 v1.0 roketi, mürettebatsız Dragon uzayaracı ile birlikte fırlatılıyor

Falcon 1e roketi, Falcon 1'in daha büyük görev-yükü kaplaması ile daha çok görev-yükü miktarını taşıyabilecek olan yükseltilmiş uyarlamasıdır, ve Falcon 1'den 6.1 metre (20 ft) daha uzundur.[20] 2010 Aralık ayına gelindiğinde, Falcon 1e, SpaceX ürün listesindeki Falcon 1 hizmetlerinin yerini almıştı.[21]

1e uyarlaması henüz hiç uçurulmadı ve takvimde belirlenmiş bir uçuşu bulunmamaktadır. Falcon 1/1e roketlerinin devamlı geliştirilmesi ve kullanılması, şirketin Falcon 9/Dragon programlarına yoğunlaşması sebebiyle durmuştur.[22]

Falcon 9 fırlatma aracının ilk hali olan Falcon 9 v1.0 2005–2010 yılları arasında geliştirildi, ve ilk defa 2010 yılında fırlatıldı. Falcon 9 v1.0 roketi 2010–2013 yılları arasında toplam 5 uçuş yaptıktan sonra kullanım dışı bırakıldı.

Şirketin başlarda üzerinde çalıştığı beş motorlu hızlandırıcı aşaması fırlatma aracı olan Falcon 5, tasarım aşamasındayken şirket Falcon 9'a yoğunlaşma kararı alınca iptal edilmiştir.[23] Falcon 9 roketinde olduğu gibi, mürettebatlı kullanım ile tekrar-kullanıma uygun olması hedefleniyordu.[23]

2011 Aralık ayında Stratolaunch Systems şirketi SpaceX ile atmosferde yüksek irtifada fırlatılacak olan çok aşamalı bir fırlatma aracı için anlaşma imzalayacaklarını duyurmuştur, kullanılacak olan Falcon 9 Air adlı sistemin,'Stratolaunch' projesinin bir parçası olarak[24], Falcon 9 teknolojisi temel alınarak geliştirileceği belirtilmiştir [25] 27 Kasım 2012 ise Stratolaunch şirketi, SpaceX yerine Orbital Sciences Corporation şirketi ile bu projede ortaklık yapacağını duyurarak, Falcon 9 Air roketi projesini kesin bir şekilde iptal etmiştir.[26]

SpaceX 'Heavy' (Ağır yük) sınıfındaki ilk aracını, toplamda 28 adet çıkış gücü artırılmış Merlin 1D motoruna ve 'çapraz yakıt besleme'(propellant crossfeed) sistemine sahip 3 adet Falcon 9 v1.1 ilk aşama roketi kullanarak, inşa etmektedir.[27][28]

SpaceX , roketin ilk aşamasını dakikalar içinde fırlatma sahasına geri getirebilecek olan, bir dizi yörüngesel tekrar-kullanılabilir fırlatma sistemi teknolojisi geliştirmektedir; bu sistemler ayrıca ikinci aşamayı ,24 saate kadar, fırlatma sahasıyla yörünge üzerinde aynı hizaya geldikten ve atmosfere tekrar giriş yaptıktan sonra fırlatma rampasına geri getirebilmeyi planlanmaktadır; her iki aşama da dönüş yaptıktan sonra 10 saatin altında bir sürede tekrar kullanılabilir hale gelecek şekilde tasarlanmıştır.[29]

2012 Şubat ayında "roketi sadece iticileri kullanarak fırlatma rampasına getirecek olan" sistemin tasarımı bitmişti.[29]

Tekrar-kullanılabilir fırlatma sistemi teknolojisi Falcon 9 ve Falcon Heavy roketlerinin her ikisi için de düşünülmektedir, ve özellikle Falcon Heavy için uygun olduğu kanısı hakim çünkü iki adet dış çekirdek uçuş sırasında normalden çok daha önce ayrılıyorlar, ve dolayısıyla aşama ayrılması işlemi sırasında daha düşük hızlara sahip oluyorlar.[29]

Tekrar-kullanılabilir fırlatma sistemi ilk olarak 29 Eylül 2011 tarihinde duyuruldu. SpaceX motorların tekrar çalıştırılarak Falcon 9 roketinin aşamalarına güç verilmiş bir şekilde iniş yaptırılmasını ve ardından aşamaları kurtarmayı deneyeceklerini duyurmuştu: sonuç olarak elde edilen tasarım tamamen diket olarak kalkan ve dikey olarak iniş yapabilen(VTVL) bir roket olacaktı.[30][31] Duyuruya eşlik eden videonun[32] ilk aşamanın kuyruk-önce(aşağıda) motorlar çalışır halde/güç verilmiş bir inişini ve ikinci aşamanın ise ısı kalkanıyla atmosfere tepe-önce(aşağıda) olacak şekilde girmesini,sonrasında motorlar çalışır halde/güç verilmiş bir şekilde kuyruk-önce(aşağıda) inişi için yönünü çevirmesini gerçeğe yakın bir betimlediği belirtilmiştir.[33] Tekrar-kullanılabilir bir ilk aşama SpaceX tarafından yörünge altı uçuş için tasarlanan Grasshopper roketi uçuşlarında denenmektedir.[34]

2013 Mart ayına gelindiğinde, düşük-irtifa, düşük-hız ispat test aracı olan Grasshopper v1.0 dört adet VTVL (dikey kalkış dikey iniş) test uçuşunu tamamlamıştı, bu uçuşlar arasında , 80 metre (260 ft) irtifaya kadar olan 34-saniyelik havada-asılı kalma uçuşu (hover flight) da bulunmaktadır.

2013 Mart ayınd SpaceX, announced that, Falcon 9 fırlatma aracının uzatılmış uyarlamasının ilk uçuşundan (Falcon 9'un toplamda altıncı uçuşundan) itibaren, tüm ilk aşamaların 'denetimli alçalma test aracı' olarak donatılacağını duyurdu. SpaceX itikili-dönüş su-üzeri testleri yapmayı planlamaktadır ve "roketi fırlatma sahasına geri getirip motorlar çalıştırılarak güç verilen iniş işlemini başarana kadar şirket bu tür testleri yapmaya devam edecektir. ... 'doğrusunun nasıl yapıldığını öğrenene kadar' pek çok kez başarısız olmayı bekliyorlar"[35]

2013 yazının sonuna doğru gerçekleşecek uçuş için, aşama ayrılmasından sonra, ilk aşama hızlandırıcısı aşamayı yavaşlatmak için motor ateşlemesi gerçekleştirecekti sonrasında tam suya ulaşmadan önce ikinci bir ateşleme daha gerçekeleşecekti. Tüm su-üzeri testleri tamamlandıktan sonra, muhtemelen 2014 ortalarından önce bir tarihte,roketin fırlatma sahasına uçarak geri gitmesini ve itki sistemlerini kullanarak denetimli iniş yapmasını öngörüyorlardı.[35][36]

SpaceX, güç verilerek yapılan iniş denemelerinin ilk birkaçında başarı beklemediklerini açıkça belirtmişti.[36]

Tekrar-kullanılabilirlik teknik ve ekonomik olarak çeşitli avantajlar sunmaktadır. Teknik açıdan bakıldığında, tekrar-kullanılabilirlik sistemin yapısal dayanıklılığı ve güvenilirliği artırır, çünkü uçuş yapmış olan ekipman ayrıntılı bir uçuş-sonrası incelemesi için hangara getirilebilir, düzgün çalışan parçaları bırakılıp bozulan ya da geliştirilmesi gereken parçalar değiştirilebilir. Ekonomik açıdan bakıldığında, hızlandırıcı aşamaların tekrar uçurulabilmesi, aşamanın ana maliyetini, tek bir uçuş yerine pek çok uçuşa yayıldığı için, düşürür, teorik olarak şirketin uçuş başına işletme maliyetinin bir kısmını da düşürmüş olur.[37]

Grasshopper aracı, Eylül 2012

Grasshopper, deneysel teknoloji-ispat edici, yörüge altı uçuş için tasarlanmış tekrar-kullanılabilir fırlatma aracı (RLV-Reusable launch vehicle) olan bu roket aynı zaman dikey kalkış, dikey iniş (VTVL-vertical takeoff, vertical landing) yapabilmektedir[38].Roket 2011 yılında üretildi ve 2012 yılında düşük-irtifa testleri başladı.[39] İlk test aracı "Falcon 9 ilk aşama yakıt tankından, tek bir Merlin 1D motorundan, dört adet çelik iniş ayağından , bir destek yapısından ve bu destek yapısına eklenmiş diğer basınç tanklarından oluşmaktaydı" ve 32 m (106 ft) uzunluğundaydı.[40] 2012 Ekim ayından itibaren, SpaceX ikinci nesil Grasshopper test aracının geliştirilmesini hakkında tartışmaya başladı, bu yeni halinde daha hafif iniş ayakları olacaktı ve roketin kenar kısmında bu ayaklar katlanacaktı, daha değişik bir motor bölmesi olacaktı, ve ilk Grasshopper aracına göre %50 daha uzun yakıt tankı olacaktır.[41]

3500 m (11500 ft)'e kadar düşük-irtifa uçuşları ve 160 saniyeye (2.7 dk) kadar test süreleri için; çok aşamalı, çok yıla yayılmış olan uçuş test programı hazırlanmaktadır.[40][42] SpaceX Grasshopper test uçuş programını desteklemek için "yarım dönüme yayılmış betondan fırlatma tesisi kurmuştur" .[43] SpaceX uçuş test programına 2012 yılı içinde başlamayı öngörüyordu,[39][43] ve öngördüğü üzere programı başlattı. Grasshopper uçuş testlerine 2012 Eylül ayında, şirketin Teksas'taki tesislerinde 3 saniyelik kısa bir zıplamaya başlamış oldu ,[44] bunu 2012 Kasım ayındaki 8 saniyelik uçuş zıplaması takip etmiştir, bu ikinci zıplamada test yatağı yerden 5.4 metre (18 ft) yükseldi, ve üçüncü bir uçuş 2012 Aralık ayında 29 saniye sürdü, bu süre içerisinde roket motorunun sağladı güç ile havada süzülerek/askıda kalarak (hovering) 40 metre yüksekliğe çıkmayı başardı.[34] 2013 Ekim ayında gerçekleşen ve 78.8 saniye süren son test sırasında, 744 metre yüksekliğe erişildi.[45]