Сколько стоит falcon 9. Насколько SpaceX сбила цены запусков ракет

Пуск Falcon 9, с помощью которой SpaceX 31 января вывела на орбиту очередной спутник, должен был стать экспериментальным. Первая ступень ракеты после пуска по плану садилась обратно более экономичным способом. Чтобы избежать повреждения морской посадочной платформы в случае сбоев, ступень планировали посадить в море, где она бы утонула. Однако на практике она осталась плавать на поверхности, и сейчас SpaceX раздумывает над тем, чтобы отбуксировать её к берегу. О происходящем пишет Илон Маск в своём аккаунте в "Твиттере".

В этот раз для запуска использовалась первая ступень с заводским номером B1032, которая до этого уже дважды использовалась для запусков Falcon 9. Однако, в отличие от предыдущих случаев, В1032 не планировалось спасать для повторного использования. Вместо этого компания провела на ней эксперимент: она должна была садиться резче и экономичнее обычного. Сегодня первые ступени Falcon 9 садятся за счёт только одного из девяти двигателей Merlin 1D. В последнем запуске ракета должна была тормозить сразу тремя двигателями. Это более сложный способ (нужно координировать импульсы от трёх разных двигателей, чтобы ступень при посадке не завалилась на бок). Зато он экономичнее: более быстрое торможение означает сокращение времени расхода топлива при посадке, ступени меньше времени приходится бороться против земной гравитации.

Поскольку такая посадка проводилась впервые в истории, было неясно, не повредит ли ступень (если всё же завалится на бок) морскую посадочную платформу SpaceX. Из-за этого ступень сажали в море. Предполагалось получить от ракеты телеметрию, показывающую, насколько успешен метод торможения тремя двигателями, а потом смириться с тем, что она утонет. Однако, как видно на фото, ступень села настолько плавно, что не погрузилась в воду и не набрала её при разрушении швов. Поскольку после выработки топлива первая ступень изнутри занята в основном пустыми баками, она весит меньше воды и плавает на её поверхности.

Илон Маск отмечает, что в компании не ожидали такого поворота событий, полагая, что ступень всё же утонет. Просчёт был связан с тем, что до сих пор опыта управляемой посадки первых ступеней на воду ни у кого не было. Чтобы понять, как это влияет на параметры ступени, SpaceX планирует послать к ней корабль и отбуксировать к берегу для подробного изучения.

Из новой экспериментальной посадки очевидно, что приземление на сразу трёх работающих двигателях достаточно безопасно. Компания намерена в будущем сажать свои первые ступени именно так. Это позволит снизить количество топлива, расходуемого на спасение ступени, и тем самым поднять полезную нагрузку многоразовой версии Falcon 9.

Потерпел неудачу очередной пуск ракеты-носителя "Фалкон 9". Ракета Falcon 9 была подготовлена частной компанией США SpaceX, основателем которой является Илон Маск.

"Фалкон" и НАСА

НАСА еще в 2008 году подписало контракт с компанией на то, чтобы осуществить запуск ракеты-носителя "Фалкон 9" и космического корабля Dragon. Сама идея производства такого типа ракеты-носителя продиктована тем, что последовала серия неудачных запусков Space Shuttle. А сам Илон Маск планирует уменьшить расходы на космические полеты в 10 раз. Однако и этот проект на тот момент оценивался в сумму в 1,6 млрд долларов.

Неудавшийся сорвал ряд задач, которые ставило перед собой НАСА, кроме вывода к МКС корабля Space Shuttle. Ракета Falcon 9 несла 1,8 т грузов.

Основная задача, которую планировали выполнить этим запуском, состояла в том, чтобы пополнить запасы питания для членов МКС. Кроме этого, ракета несла также и состыковочный блок International Docking Adaptor (IDA), разработанный компанией Boeing. Этот стыковочный узел весом 526 кг должен был облегчить пристыковку корабля Dragon к МКС. Для этих же целей Dragon пытался доставить и скафандр для выхода в космос. Несомненно, потеря таких важных компонентов отрицательно скажется на графике научных работ на борту МКС.

Но и это еще не все! Взрыв ракеты Falcon 9 уничтожил 8 спутников Flock 1f, произведенных по заказу Planet Labs. Причем каждый из них нес по три аппарата CubeSat, которые должны были вести наблюдение за Землей в оптическом режиме.

Falcon 9: характеристики

Конструкция ракеты разработана таким образом, что на каждой ступени установлены приборы авионики и бортовые компьютеры, которые призваны контролировать все параметры полета.

Вся авионика, используемая на борту ракеты, произведена компанией SpaceX. Также, в дополнение к собственной навигационной системе, для повышения точности вывода на орбиту используется оборудование GPS.

Кроме того, на каждый двигатель установлен собственный котроллер, который постоянно следит за всеми параметрами работы двигателя. И каждый контроллер снабжен тремя процессорными блоками для повышения надежности системы.

Ракета Falcon 9 двухступенчатая, и данная версия прошла две модификации:

• версия 9 v1.0;
• версия 9 v1.1.

Отличие второй версии от первой в том, что на нее установлен более усовершенствованный двигатель. И также различают их по расположению двигателей в нижней ступени.

И хотя в обеих версиях двигатели работают на керосине с окислителем из жидкого кислорода, но ракета Falcon 9 v1.1 выводит в космос уже 4,85 т полезного груза, в то время как штатовская ракета "Фалкон 9" v1.0 - всего 3,4 т.

При этом длина версии 1.1 - 68,4 метра при стартовой массе 506 тонн.

Чтобы понять эти параметры - российская ракета "Протон-М" короче на 10 метров стартовая масса больше - 705 тонн. Но "Протон-М" выводит на орбиту 6,74 тонны полезного груза.

По заявлению НАСА, себестоимость запуска Falcon 9 составляет 60 млн долларов, в то время как у "Протона-М" этот показатель на 30 млн долларов больше.

Так что с первой ступенью?

Ракета Falcon 9 запускается НАСА с двух пусковых площадок. Они располагаются одна во Флориде, вторая в Калифорнии. Также ведутся работы по разворачиванию еще двух пусковых площадок.

Компанией SpaceX постоянно, начиная с 2013 года, проводятся работы по созданию технологии по многоразовому использованию компонентов Falcon 9 v1.1. Первая попытка сохранить Falcon 9 состоялась в январе 2015 года. По расчетам ступень должна была приземлиться в районе плавучей платформы. Но непогода на море не позволила подобрать ступень ракеты.

И на сегодняшний день эти усилия не увенчались успехом. Ни один из произведенных пусков не подвел компанию к тому, чтобы сохранить ступень.

Мнение экспертов

Хотя СМИ и сообщают о том, что последний успешный пуск Falcon 9 (в декабре 2015 г.) позволил сохранить нижнюю ступень ракеты, но эксперты сомневаются в дальнейшем использовании первой ступени. Специалисты считают, что, учитывая температуру разогрева корпуса ракеты как при старте, так и при спуске, после ее прохождения через атмосферу остается крайне мало шансов на повторное применение этого элемента ракеты.

Но и это еще не все. Для многоразового использования необходимы дополнительные элементы - это и посадочные стойки, и необходимый запас топлива. А это, в свою очередь, уменьшает полезную нагрузку до 30%.

Надежная ракета?

С 2010 по 2013 г. было произведено пять пусков, из которых четыре - полностью штатный режим.

Но запуск Falcon 9 в октябре 2012 года был признан экспертами как "частично успешный". Тогда ракета "Фалкон 9" впервые направила на МКС оборудование на грузовике Dragon. Но при выводе спутника Orbcomm-G2 на произошел сбой, в результате спутник был выведен на более низкую орбиту, чем было запланировано.

Итог этой "частично успешной операции" плачевен. Orbcomm-G2 пробыл на орбите недолго и 12 октября того же года сгорел без следа в атмосфере Земли.

В этом отношении интересно, как SpaceX объяснили неудачу. По оценкам экспертов, произошел обрыв части обшивки с обтекателя у двигателя первой ступени.

Причины катастрофы

Не добавил авторитета и взрыв ракеты Falcon 9 в июне 2015 г. Она пробыла в полете недолго - 2 минуты 19 секунд. Как только ракета вышла на гиперзвуковой режим, произошел взрыв, и спустя 8 секунд Falcon 9 развалился на части. НАСА совместно с компанией SpaceX приступило к расследованию причин катастрофы.

Руководитель компании SpaceX выдвинул свою версию. По его теории, авария произошла в результате избыточного давления в баках с окислителем на разгонном блоке. Это случилось в то время, когда первая ступень еще не отделилась.

Другие аварии

Конечно, аварии в космической отрасли - не такая уж и редкость. Так, только в США в текущем году было три происшествия (с учетом катастрофы, которую потерпела ракета-носитель Falcon 9).

В октябре 2014 года, после старта с космодрома на острове Уоллопс, произошел взрыв частной ракеты-носителя Antares. Ожидалось, что он выведет на орбиту к МКС грузовик Cygnus (оба производятся компанией Orbital Sciences).

Также в 2014 году потерпел крушение еще один корабль SpaceShipTwo. Предполагалось, что на нем будут выполняться суборбитальные туристические полеты. И компанией-разработчиком Virgin Galactic до сих пор предпринимаются попытки для устранения причин крушения.

Первый "Протон-М" состоялся 7 апреля 2001 года. Тогда ракета с разгонным блоком "Бриз-М" успешно вывела на орбиту спутник "Экран-М". На эту ракету установили улучшенную версию системы управления, что позволило улучшить отработку на основе гептила, которое, как известно, является ядовитым веществом как для человека, так и для окружающей среды. Также новая система позволила увеличить массу полезного груза, выводимого на орбиту.

С тех пор прошло 90 стартов "Протона-М", но только 80 из них были полностью штатными. Основная причина нештатных ситуаций вызвана неполадками в разгонном блоке.

Несомненно, такая статистика не является успешным показателем для ракет с такой богатой историей. В любом случае взрыв ракеты Falcon 9 поможет лучше изучить ее неисправности и учесть их при следующем запуске.

Что дальше?

На настоящий момент доставить грузы на МКС в состоянии:

• российский "Прогресс";
• японский HTV;
• Dragon;
• Cygnus.

Большие надежды НАСА возлагает на Dragon как на аппарат, который в состоянии возвратить груз с МКС на Землю. Контракт с этой компанией был продлен до 2017 года, и запланировано еще 15 стартов.

В последний раз ракета-носитель Falcon 9 с транспортником Dragon успешно выполнила свою задачу 22 декабря 2015 г.

В НАСА не сомневаются, что авария с Falcon 9 никоим образом не помешает созданию пилотируемых космических кораблей. В рамках этой программы компания SpaceX намерена провести запуск тяжеловесной ракеты Falcon Heavy. Этот запуск способен составить конкуренцию и российскому "Протону", и европейскому Ariane 5.

Авария, которую потерпела американская ракета Falcon 9, еще раз показала, что никто не застрахован от катастрофы при исследовании космоса.

Технологии и медиа, 27 мар 2018, 13:20

Технологии и медиа, 01 фев 2018, 04:15

Технологии и медиа, 14 сен 2017, 13:33

Недавно Илон Маск в Твиттере язъвительно заявил, что запуски SpaceX настолько дешевле, нежели услуги Boeing/Lockheed, что на разницу можно построить спутник.

$300M cost diff between SpaceX and Boeing/Lockheed exceeds avg value of satellite, so flying with SpaceX means satellite is basically free https://t.co/CaOulCf7ot

Elon Musk (@elonmusk) June 16, 2017

В 2014 году счетная палата выпустила отчет об оценке стоимости програм ВВС США по запуску секретных спутников, которые запускались исключительно компанией ULA. Из-за недостатка прозрачности в ценообразовании было трудно сопоставить ценники с предложением от SpaceX.

Правительство платит ULA фиксированную сумму, вне зависимости от того какая ракета была использована при запуске - будь то Atlas V, Delta IV, или Delta IV Heavy. Помимо этого существует контракт EELV Launch Capability (ELC), по которому ULA получает $860 миллионов долларов ежегодно, для обеспечения доступа к космосу, даже если не было запусков. Также суммарно ULA получили $5 миллиардов на другие расходы, связанные с оборудованием для производства ракет.

Монополия ULA закончилась, когда SpaceX начал бороться за запуски полезной нагрузки для национальной безопасности. Первый запуск был осуществлен в мае этого года, по заказу Национального Разведывательного Управления, в виде секретного спутника NROL-76. По оценке правительства, при непосредственном сравнении с ULA, стоимость запусков SpaceX значительно ниже.

Например, 14 месяцев назад ВВС США заключили контракт со SpaceX на сумму $83 миллиона для запуска спутника GPS 3, а в марте 2017 был выигран еще один контракт на запуск другого спутника GPS 3 стоимостью $96.5 миллионов. Это полная стоимость запуска, которую заплатит правительство и это не идет ни в какое сравнение с $422 миллионами за единичный пуск, которые заложены в бюджет ВВС на 2020 год.

Чем ответят конкуренты?

Blue Origin

РН New Glenn. Источник: Blue Origin

Цель основателя компании Джеффа Безоса отнюдь не прибыль от запусков коммерческих спутников, а предоставление возможности миллионам людей жить и работать в космосе, также он не имеет амбиций для запуска правительственных и военных спутников и планирует лишь поставлять свои двигатели BE-4 для новой ракеты-носителя (РН) ULA Vulcan. Ракетный двигатель BE-4, работающий на смеси жидкого кислорода и сжиженного природного газа, начал разрабатываться в 2011 и на разработку уже потрачено более $1 млрд. Тяга BE-4 по просьбе ULA была увеличена до 550тс.

Этот же двигатель планируется использовать на первой ступени новой ракеты Blue Origin New Glenn и первый пуск будет осуществлен не ранее 2020. Цена запуска New Glenn (NG) пока не известна, но можно ожидать, что стоимость будет сравнима с Falcon 9, а грузоподъемность составит 13 тонн на гео-переходную орбиту (ГПО).

Учитывая опыт суборбитальных запусков системы вертикального взлета и посадки New Shepard, когда одна и та же ступень была запущена 5 раз без существенных модификаций, этот опыт позволит в течение нескольких лет после первого запуска NG отработать посадку первых ступеней.

ULA

Ракета-носитель Vulcan. Источник: ULA

Цена запуска для правительственных и коммерческих нагрузок сильно отличается. Давление Маска на слушаниях, с предложением запретить летать на российских РД-180 для РН Atlas 5 и оставить совсем невыгодную Delta IV, дали свои плоды. От двигателя решили отказаться и выделили значительные средства на создание замены. ULA при выборе двигателя для своего нового РН Vulcan, между AR1 и BE-4, склонились в пользу второго. AR1 отстает в разработке на несколько лет, не подразумевает многоразового использования, а также компания-разработчик рассчитывает в основном на государственные средства, в отличии частного BE-4.

Cхема спасения двигателей первой ступени SMART. Источник: ULA

Компанией ULA была представлена концепция спасения двигателей первой ступени и авионики SMART (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology). Двигатели отделяются от ускорителя, после разделения первой и второй ступени. Раскрывается надувная защита, которая способствует замедлению падения блока двигателей ниже сверхзвуковой скорости и далее, спускаемый на парашютах блок, спасают вертолетом в воздухе.

Без увеличения частоты пусков, компания не видит целесообразности в многоразовости. Общая экономия составит до 30 процентов, но потребуются значительные средства на разработку технологии. ULA будет двигаться в этом направлении, однако первый тестовый полет состоится не ранее 2024 года.

В связи с шумихой вокруг цен на запуски, ULA создала сайт-конструктор ракеты Atlas 5 - rocketbuilder.com . Заявлено, что легкая ракета стоит $109 млн, а самая тяжелая с пятью ускорителями, способная вывести на ГПО 8856 кг, $157 млн. Косвенно о высокой цене запусков может говорить то, что с 2010 года из 52 пусков, только 4 были коммерческими. CEO ULA Тори Бруно подчеркнул, что всего за несколько лет удалось снизить минимальный ценник со $191 млн до $109 млн.

European Space Agency (ESA)

РН Ariane 6. Источник: Airbus Safran Launchers (ASL)

Европейское космическое агенство сейчас использует для пусков ракеты-носители Vega и Ariane 5, компоненты которых производятся в целом списке стран ЕС и довольно щедро субсидируются. При этом коммерческий пуск Ariane 5 стоит $180-240 млн, но запускает 2 тяжелых спутника за раз (суммарно 10 тонн), за счет чего имеет большой спрос на рынке.

Дизайн Ariane 6, которая является наследницей действующей Ariane 5, был представлен в 2012 с запланированым первым пуском в 2020. Первоначально дизайн представлял 3 твердотопливных ускорителя на первой ступени и один на второй ступени для вывода 6500 кг на ГПО. Разработку спонсировало ESA (проект был оценен в 4 млрд евро - теперь снижен до 2.4 млрд евро), а главным подрядчиком выбран Airbas Safran Launchers (ASL). В последствии дизайн был пересмотрен в пользу большей ценовой эффективности, ввиду экспансии SpaceX, которая непосредственно конкурирует за коммерческие запуски. Финальный дизайн предполагает 2 версии: Ariane A62 и Ariane A64 c двумя и четырьмя твердотопливными ускорителями. Цена и полезная нагрузка на ГПО соответственно 5000 кг за 75 млн евро и 10500кг за 90 млн евро. Снижение стоимости пуска должно произойти благодаря и реорганизации производств, сокращении кол-ва персонала на 30% с 8000 человек, использовании 3D-печати и отказа от вертикальной сборки. Ракета будет собираться горизонтально в Ле Мирабо, после чего транспортироваться во Французскую Гвиану для интеграции ускорителей и полезной нагрузки. Планируется выйти на график 11-12 пусков в год до 2023.

ESA выделила первый транш в 80 млн евро на создание нового ракетного двигателя многократного использования Prometeus, работающего на топливной паре метан + жидкий кислород. Стоимость одного двигателя составит 1 млн евро - лишь десятая часть стоимости нынешнего водородного двигателя первой ступени Vulсain 2 для РН Ariane 5. Огневые испытания начнутся в 2020 с первым полетом в 2030.

Роскосмос

Цена "Протона" менялась в зависимости от конъюктуры рынка, чтобы оставаться конкурентным носителем. Так в 2014 году стоимость составляла $115 миллионов, сейчас же снижена до $70 млн, как оппозиция РН Falcon 9 с фиксированной ценой $62.5 млн.

Несмотря на то, что "Протон" будет летать до 2025 года, было решено создать к 2020 более дешевые модификации Proton Medium и Proton Light. Принято решение удлинить баки первой и третей ступеней и полностью избавиться от второй. В результате полезная нагрузка на ГПО будет сопоставима с Falcon 9. Руководство Центра им. Хруничева считает, что себестоимость ракеты удастся снизить на 25% по сравнению с РН "Протон-М", что приблизит стоимость запуска к $50-55 млн.

Сравнение модификаций "Протон". Источник: ILS

После разрыва отношений с ЮжМаш разрабатывается в рамках ОКР "Феникс" замена средней РН "Зенит", которая имела самую низкую цену запуска в своей весовой категории и которой, возможно, вдохновлялся Илон Маск. Новый РН Союз-5, он же "Сункар" будет использовать стартовые столы Зенита, как на Байконуре, так и на плавучей платформе Sea Launch. Летные испытания "Сункара" должны начаться в 2024 году, говорится в документах "Роскосмоса". А уже в 2025 году планируется начать коммерческую эксплуатацию "Сункара". В одном из интервью Илон Маск рассказал, что его любимая ракета после Falcon 9 (в переводе "сокол") это "Зенит". Сункар переводится с казахского как "сокол". Совпадение?

Что насчет многоразовых систем? РН "Россиянка" был представлен в 2007 году.Особеностью проекта является возвращение и приземление первой ступени с многократным включением штатных двигателей. ГРЦ им. Макеева, как основной исполнитель, должен был изготовить демонстратор сверхлегкой ракеты-носителя с многоразовой первой ступенью. Работы планировали выполнить по техническому заданию ЦНИИМАШ в 2016 году.

12 декабря 2011 года ГРЦ им. Макеева представил РН "Россиянка" на конкурсе Роскосмоса по разработке Многоразовой ракетно-космической системы (МРКС) первого этапа. Однако по итогам конкурса заказ на разработку МРКС получил ГКНПЦ им. Хруничева с проектом "Байкал-Ангара".
Демонстратор не был изготовлен. Планируется провести проектно-поисковые исследования по РН с многоразовыми первыми ступенями. Результатом будет разработка технических предложений и проект концепции развития российской системы средств выведения до 2035 года.

Кислородно-водородный двигатель РД0162Д2А. Источник: Роскосмос

В рамках той же программы МРКС разрабатывается Кислородно-водородный двигатель РД0162Д2А тягой 85 тонн Воронежским Конструкторским бюро химавтоматики. В 2016 году было объявлено о выделении 800 миллионов рублей. Контракт расчитан на 3 года с продолжением. В перспективе создание маршевых двигателей тягой до 200 тонн для МРКС. В декабре того же года состоялись успешные испытания двигателя-демонстратора. Было проведено 10 включений двигателя.

JAXA

Текущее и будущее поколения японских ракет-носителей. Источник: JAXA

Японское космическое агенство (JAXA) в 2014 году заключило контракт с Mitsubishi Heavy Industries (MHI) на создание ракет-носителей нового поколения H-3 c первым запуском в 2020 году, которая представляет собой 2 кислородно-водородные ступени и до четырех твертотопливных ускорителей. На первую ступень установят 2 или 3 двигателя LE-9, в зависимости от конфигурации, с тягой 1470 кН каждый и удельным импульсом 426 секунд. Максимальная полезная нагрузка на ГПО составит 6.5 тонн, а самая легкая конфигурация рассчитана на доставку 4х тонн на солнечно-синхронную орбиту с ориентировочной стоимостью 5 млрд йен ($44 млн) в 2015 году.

Также, уже в течение трех лет ведется работа для того, чтобы снизить в 2 раза стоимось пусков, по сравнению с текущей РН H-2A и вместе с тем увеличить число пусков в два раза до 8 в год. Новые слоты пусков будут направлены на использование запусков коммерческих спутников. Первый коммерческий запуск был совершен в ноябре 2015, когда РН H2-A вывел на орбиту Канадский телекоммуникацонный спутник Telstar 12 Vantage. Еще 2 запуска запланированы на 2018 и 2020.

RVT в полете. Источник: ISAS

Примечательно, что с 1998 до 2003 JAXA проводила исследования многоразовых систем вертикального взлета и посадки в рамках проекта Reusable Vehicle Testing (RVT) силами Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) в Noshiro Rocket Testing Center на севере Японии. Было построено 4 тестовых образца для наземных и летных испытаний. Образцы получили множество улучшений: аэродинамическую оболочку, система контроля положения с применением азота, композитные баки для хранения водорода и кислорода, систему навигации GPS и возможность повторного запуска двигателя в полете. В полете достигнута высота 42 метра и точность посадки составила 5 см. Все наработки предлагалось применить для следующего поколения, способного вывести полезную нагрузку 100кг на высоту 100км. Несмотря на перспективность технологий, проект закрыли. Информация о том будет ли JAXA копировать подход SpaceX или поднимать свои старые наработки отсутствует, хотя сейчас это становится актуально как никогда.

Итоги

Реакция оппонентов SpaceX несколько запоздалая, что можно объяснить консервативностью космической отрасли. К 2020-2021 много решений отправится в полет: здесь Протон Лайт, Vulcan (ULA), New Glenn (Blue Origin) и Ariane 6 (Arianespace). Это будут более экономически эффективные носители, но SpaceX не сидит сложа руки. Компания совершила 10 пусков в этом году и собирается осуществить еще 12, а в 2019 в планах 52 пуска, немыслимая цифра. Планка руководством устанавливается высоко и часто не достигается, но их увереность можно объяснить: в конце года в полет отправится Falcon 9 Block 5, который спроектирован так, что первую ступень можно будет запускать 10 раз с минимальным обслуживанием и без замены существенных узлов. Также в 2018 году обещают добиться спасения головного обтекателя, стоимость которого оценивается в $5-6 млн. Первый повторный запуск использованой первой ступени уже обошелся в половину стоимости постройки новой, хотя для покорения рынка на первый план выходит не стоимость ракеты-носителя, а её доступность для пуска нагрузки. Даже при однократном повторном запуске первой ступени парк доступных носителей увеличивается в 2 раза. Сейчас у SpaceX более 50 заказов в манифесте запусков, у конкурентов ближайшие 2-3 года все расписано - то что происходит сейчас, будет иметь последствия лишь через несколько лет. Но уже сейчас можно сказать, что при отсутствии аварий Falcon 9, SpaceX захватит большую часть рынка коммерческих пусков.

UPD: Добавлены сводные таблицы по выводимой массе и цене для различных ракет-носителей.
За таблицы спасибо @voyager-1 .

Существующие ракеты:

Falcon 9 (с англ. -  «сокол») - семейство одноразовых и частично многоразовых тяжёлого класса серии американской компании SpaceX. Falcon 9 состоит из двух ступеней и использует в качестве компонентов топлива керосин марки RP-1 (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Цифра «9» в названии обозначает количество жидкостных ракетных двигателей Merlin, установленных на первой ступени ракеты-носителя.

Ракета-носитель с момента первого запуска прошла через две существенные модификации. Первая версия, Falcon 9 v1.0, запускалась пять раз с 2010 по 2013 год, ей на смену пришла версия Falcon 9 v1.1, выполнившая 15 запусков; использование её было завершено в январе 2016 года. Последняя версия, Falcon 9 Full Thrust (FT), впервые запущенная в декабре 2015 года, использует сверхохлаждённые компоненты топлива и максимальную тягу двигателей для увеличения производительности ракеты-носителя на 30 %.

Falcon 9 изначально создавалась с расчётом на повторное использование. Во время первых запусков изучалась возможность возврата обеих ступеней с помощью парашютов, однако данная стратегия себя не оправдала и была изменена в пользу использования для посадки собственных двигателей ступени. На первую ступень ракеты-носителя установлено оборудование для её возврата и вертикального приземления на посадочную площадку или плавающую платформу . Вторая ступень одноразовая, повторное использование её не планируется, поскольку это существенно снизит показатели выводимой полезной нагрузки.

22 декабря 2015 года, после запуска на 11 Orbcomm-G2, первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 FT впервые успешно приземлилась на площадку Посадочной зоны 1.

8 апреля 2016 года, в рамках миссии SpaceX CRS-8, первая ступень ракеты Falcon 9 FT впервые в истории ракетостроения успешно приземлилась на морскую платформу «Of Course I Still Love You».

30 марта 2017 года, та же ступень, после технического обслуживания, была запущена повторно в рамках миссии SES-10 и снова успешно приземлилась на морскую платформу.

Falcon 9 используется для запусков геостационарных коммерческих , научно-исследовательских , в рамках программы Commercial Resupply Services по снабжению , а также будет использоваться для запуска его пилотируемой версии Dragon V2.

Заявленная на сайте производителя цена вывода коммерческого спутника (до 5,5 т на ГПО) ракетой-носителем Falcon 9 - 62 млн $ . Из-за дополнительных требований, для военных и правительственных заказчиков цена запуска ракеты-носителя выше коммерческой, контракты на запуски для ВВС США на суммы 82,7 млн $ и 95,6 млн $ подписаны в 2016 и 2017 годах, соответственно.

Общая конструкция

Первая ступень

Использует керосин RP-1 в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя. Построена по стандартной схеме, когда бак для окислителя располагается над баком для топлива. Перегородка между баками общая. Оба бака выполнены из алюминий-литиевого сплава, добавление в сплав лития увеличивает прочность конструкции и уменьшает её вес. Стенки бака для окислителя сами по себе являются несущей конструкцией, в то время как стенки бака для топлива усилены шпангоутами и продольными балками, в связи с тем, что на нижнюю часть первой ступени приходится наибольшая нагрузка. Окислитель попадает к двигателям через трубопровод, проходящий через центр бака для топлива, по всей его длине. Для создания повышенного давления в баках используется сжатый гелий.

Первая ступень Falcon 9 использует девять жидкостных ракетных двигателей Merlin. В зависимости от версии ракеты-носителя разнятся версия двигателей и их компоновка. Для запуска двигателей используют самовоспламеняющуюся смесь триэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB).

Первую и вторую ступень соединяет переходный отсек, оболочка которого выполнена из алюминиево-углепластикового композита. Он закрывает двигатель второй ступени и содержит механизмы разделения ступеней. Механизмы разделения - пневматические, в отличие от большинства ракет, использующих для подобных целей пиропатроны. Такой тип механизма позволяет обеспечить его дистанционное испытание и контроль, повышая надежность разделения ступеней.

Является, по сути, уменьшенной копией первой ступени, с использованием тех же материалов, производственных инструментов и технологических процессов. Это позволяет существенно уменьшить расходы на производство и обслуживание ракеты-носителя и, как следствие, снизить стоимость её запуска. Стенки баков для топлива и окислителя из сверхпрочного алюминий-литиевого сплава являются несущей конструкцией ступени. Также использует в качестве компонентов топлива керосин и жидкий кислород.

На второй ступени используется один жидкостный ракетный двигатель Merlin Vacuum. Отличается значительно увеличенным соплом для оптимизации работы двигателя в вакууме. Двигатель может быть перезапущен многократно для доставки полезной нагрузки на различные рабочие орбиты. Вторая ступень также использует для запуска двигателя смесь TEA-TEB. Для повышения надёжности система зажигания двукратно резервирована.

Для управления пространственным положением в фазе свободного орбитального полёта, а также для контроля вращения ступени во время работы основного двигателя используется система ориентации.

Бортовые системы

Каждая ступень оборудована авионикой и бортовыми полётными компьютерами, которые контролируют все параметры полёта ракеты-носителя. Вся используемая авионика собственного производства SpaceX и выполнена с трёхкратным резервированием. Для повышения точности вывода полезной нагрузки на орбиту в дополнение к инерциальной навигационной системе используется GPS. Полётные компьютеры работают под управлением операционной системы Linux с программным обеспечением, написанным на языке C++.

Каждый двигатель Merlin оснащён собственным контроллером, следящим за параметрами двигателя в течение всего времени работы. Контроллер состоит из трёх процессорных блоков, которые постоянно проверяют показатели друг друга с целью повышения отказоустойчивости системы.

Ракета-носитель Falcon 9 способна успешно завершить полёт даже при аварийном выключении 2 из 9 двигателей первой ступени. В такой ситуации полётные компьютеры выполняют перерасчёт программы полёта, и оставшиеся двигатели работают дольше для достижения необходимой скорости и высоты. Аналогичным образом меняется полётная программа второй ступени. Так, на 79-й секунде полёта SpaceX CRS-1 первый двигатель был аварийно остановлен после срыва конического обтекателя и последовавшего падения рабочего давления. Космический корабль Dragon был успешно выведен на расчётную орбиту за счёт увеличенного времени работы остальных 8 двигателей, хотя выполнявший роль вторичной нагрузки спутник Orbcomm-G2 был выведен на более низкую орбиту и сгорел в через 4 дня.

Так же, как и в ракете-носителе Falcon 1, последовательность запуска Falcon 9 предусматривает возможность остановки процедуры запуска на основании проверки двигателей и систем ракеты-носителя перед стартом. Для этого пусковая площадка оборудована четырьмя специальными зажимами, которые некоторое время удерживают ракету уже после запуска двигателей на полную мощность. При обнаружении неполадок запуск останавливается и происходит откачка топлива и окислителя из ракеты. Таким образом, для обеих ступеней предусмотрена возможность повторного использования и проведения стендовых испытаний перед полётом. Подобная система также использовалась для «Шаттла» и «Сатурна-5».

Головной обтекатель

Конический обтекатель располагается на вершине второй ступени и защищает полезную нагрузку от аэродинамических, температурных и акустических воздействий во время полёта в атмосфере. Состоит из двух половинок и отделяется сразу же после выхода из атмосферы. Механизмы отделения полностью пневматические. Обтекатель, как и переходной отсек, изготавливается из ячеистой, сотовидной алюминиевой основы с многослойным карбоновым покрытием. Высота стандартного обтекателя Falcon 9 составляет 13,1 м, диаметр - 5,2 м, вес - около 1 750 кг. Обтекатель не используется при запуске космического корабля Dragon. SpaceX ищет способ безопасного возвращения створок обтекателя для повторного использования.

Варианты Falcon 9

Полная линейка ракет-носителей Falcon.

Falcon 9 v1.0

Первая версия ракеты-носителя, также известная как Block 1 . Было осуществлено 5 запусков данной версии с 2010 по 2013 год.

Первая ступень Falcon 9 v1.0 использовала 9 двигателей Merlin 1C. Двигатели располагались рядно, по схеме 3 на 3. Суммарная тяга двигателей составляла около 3800 кН на уровне моря, и около 4340 кН в вакууме, удельный импульс на уровне моря - 266 с, в вакууме - 304 с. Номинальное время работы первой ступени - 170 с.

Вторая ступень использовала 1 двигатель Merlin 1C Vacuum, с тягой 420 кН и удельным импульсом в вакууме - 336 с. Номинальное время работы второй ступени - 345 с. В качестве системы ориентации ступени использовались 4 двигателя Draco.

Высота ракеты составляла - 54,9 м, диаметр - 3,7 м. Стартовая масса ракеты - около 318 т.

Стоимость запуска на 2013 год составляла 54-59,5 млн $.

Масса выводимого груза на НОО - до 9000 кг и на ГПО - до 3400 кг. Фактически, ракета использовалась только для запусков космического корабля Dragon на низкую опорную орбиту.

Во время запусков проводились испытания на повторное использование обеих ступеней ракеты-носителя. Изначальная стратегия использования лёгкого теплозащитного покрытия для ступеней и парашютной системы себя не оправдала (процесс посадки даже не доходил до раскрытия парашютов, ступень разрушалась при вхождении в плотные слои атмосферы), и была заменена на стратегию управляемого приземления с использованием собственных двигателей.

Планировался так называемый Block 2 , версия ракеты с улучшенными двигателями Merlin 1C, повышающими суммарную тягу ракеты-носителя до 4940 кН на уровне моря, с массой выводимого груза на НОО - до 10 450 кг и на ГПО - до 4540 кг. Впоследствии планируемые наработки были перенесены в новую версию 1.1.

Использование версии 1.0 было прекращено в 2013 году с переходом на Falcon 9 v1.1.

Falcon 9 v1.1

Схема расположения двигателей. Falcon 9 v1.0 (слева) и v1.1 (справа)

Вторая версия ракеты-носителя. Первый запуск состоялся в 2013 году.

Баки для топлива и окислителя, как первой, так и второй ступени ракеты-носителя Falcon 9 v1.1 были значительно удлинены по сравнению с предыдущей версией 1.0.

Первая ступень использовала 9 двигателей Merlin 1D, с увеличенной тягой и удельным импульсом. Новый тип двигателя получил способность к дросселированию со 100 % до 70 %, и, возможно, ещё ниже. Изменено расположение двигателей: вместо трёх рядов по три двигателя используется компоновка с центральным двигателем и расположением остальных по окружности. Центральный двигатель также установлен немного ниже остальных. Схема получила название Octaweb , она упрощает общее устройство и процесс сборки двигательного отсека первой ступени. Суммарная тяга двигателей - 5885 кН на уровне моря и увеличивается до 6672 кН в вакууме, удельный импульс на уровне моря - 282 с, в вакууме - 311 с. Номинальное время работы первой ступени - 180 с. Высота первой ступени - 45,7 м, сухая масса ступени - около 23 т (около 26 т для (R)-модификации). Масса помещаемого топлива - 395 700 кг, из которых 276 600 кг - жидкий кислород и 119 100 кг - керосин.

Вторая ступень использовала 1 двигатель Merlin 1D Vacuum, тяга 801 кН с удельным импульсом в вакууме - 342 с. Номинальное время работы второй ступени - 375 с. Вместо двигателей Draco применена система ориентации использующая сжатый азот. Высота второй ступени - 15,2 м, сухая масса ступени - 3900 кг. Масса помещаемого топлива - 92 670 кг, из которых 64 820 кг - жидкий кислород и 27 850 кг - керосин.

Высота ракеты увеличилась до 68,4 м, диаметр не изменился - 3,7 м. Стартовая масса ракеты выросла до 506 т.

Заявленная масса выводимого груза на НОО - 13 150 кг и на ГПО - 4850 кг.

Стоимость запуска составляла 56,5 млн $ в 2013 году, 61,2 млн $ в 2015.

Последний запуск данной версии состоялся 17 января 2016 года со стартовой площадки SLC-4E на базе Ванденберг, на орбиту успешно доставлен спутник Jason-3.

Дальнейшие запуски будут производиться с помощью ракеты-носителя Falcon 9 FT.

Falcon 9 v1.1(R)

Титановые решётчатые рули и блок газовых сопел системы ориентации (под флагом)

Falcon 9 v1.1(R) (R от англ. reusable - повторно используемая) является модификацией версии 1.1 для управляемого приземления первой ступени.

Модифицированные элементы первой ступени:

1. Первая ступень оснащена четырьмя раскладывающимися посадочными стойками, используемыми для мягкой посадки. Суммарная масса стоек достигает 2100 кг;
2. Установлено навигационное оборудование для выхода ступени к точке приземления;
3. Три двигателя из девяти предназначены для торможения и получили систему зажигания для повторного запуска;
4. 1. На верхней части первой ступени устанавливаются складные решетчатые рули для стабилизации вращения и улучшения управляемости на этапе снижения, особенно в то время, когда двигатели будут отключены (в целях снижения массы, для рулей использовалась незамкнутая гидравлическая система, не требующая тяжелых насосов высокого давления). Позже гидравлическая система была улучшена до замкнутой, а алюминиевые рули заменены на титановые, что упростит многоразовое использование. Новые рули немного длиннее и тяжелее своих алюминиевых предшественников, повышают возможности контроля ступени, выдерживают температуру без необходимости нанесения абляционного покрытия и могут быть использованы неограниченное количество раз, без межполётного обслуживания
   2. В верхней части ступени установлена система ориентации - набор газовых сопел, использующих энергию сжатого азота, для контроля положения ступени в пространстве до выпуска решетчатых рулей. На обеих сторонах ступени расположен блок, каждый по 4 сопла, направленные вперёд, назад, в сторону и вниз. Сопла, направленные вниз используются перед запуском трёх двигателей Merlin при манёврах торможения ступени в космосе, производимый импульс опускает топливо в нижнюю часть баков, где оно захватывается насосами двигателей.

Falcon 9 Full Thrust

Все вернувшиеся первые ступени Falcon 9 имеют полосатый вид. Белая краска темнеет из-за сажи от двигателей и высокой температуры. Но на кислородном баке образуется изморозь, которая защищает его и он остается белым.

Обновлённая и улучшенная версия ракеты-носителя, призванная обеспечить возможность возврата первой ступени после запуска полезной нагрузки на любую орбиту, как низкую опорную, так и геопереходную. Новая версия, неофициально известная под названием Falcon 9 FT (Full Thrust; с англ. -  «полная тяга») или Falcon 9 v1.2, пришла на смену версии 1.1.

Основные изменения: модифицировано крепление двигателей (Octaweb); посадочные стойки и первая ступень усилены, для соответствия возросшей массе ракеты; изменено устройство решётчатых рулей; композитный отсек между ступенями стал длиннее и прочнее; увеличена длина сопла двигателя второй ступени; добавлен центральный толкатель для повышения надёжности и точности расстыковки ступеней ракеты-носителя.

Топливные баки верхней ступени увеличены на 10 %, за счёт чего общая длина ракеты-носителя увеличилась до 70 м.

Стартовая масса выросла до 549 054 кг за счёт увеличения вместимости топливных компонентов, что было достигнуто благодаря использованию переохлаждённого окислителя.

В новой версии ракеты-носителя применяются более охлаждённые компоненты топлива. Жидкий кислород будет охлаждаться с −183 °C до −207 °C, что позволит повысить плотность окислителя на 8–15 %. Керосин будет охлаждён с 21 °C до −7 °C, его плотность увеличится на 2,5 %. Повышенная плотность компонентов позволяет поместить большее количество топлива в топливные баки, что, в сумме с возросшей тягой двигателей, значительно увеличивает характеристики ракеты.

Первая ступень Falcon 9 FT после посадки доставлена в сборочный ангар LC-39A и готовится к испытательному прожигу. Краска местами облупилась, но серьёзных повреждений нет.

В новой версии используются модифицированные двигатели Merlin 1D, работающие на полной тяге (в предыдущей версии тяга двигателей была намеренно ограничена), что позволило значительно увеличить показатели тяги обеих ступеней ракеты-носителя.

Так, тяга первой ступени на уровне моря выросла до 7607 кН, в вакууме - до 8227 кН. Номинальное время работы ступени уменьшилось до 162 секунд.

Тяга второй ступени в вакууме возросла до 934 кН, удельный импульс в вакууме - 348 с, время работы двигателя увеличилось до 397 секунд.

Максимальная полезная нагрузка, выводимая на низкую опорную орбиту (без возвращения первой ступени), составляет 22 800 кг, при возвращении первой ступени уменьшится на 30–40 %. Максимальная полезная нагрузка, выводимая на геопереходную орбиту, составляет 8300 кг, при возвращении первой ступени на плавающую платформу - 5500 кг. Полезная нагрузка, которую можно будет вывести на траекторию перелёта к , составит до 4020 кг.

Первый запуск версии FT состоялся 22 декабря 2015 года, при возвращении к полётам ракеты-носителя Falcon 9 после аварии миссии SpaceX CRS-7. Были успешно выведены на целевую орбиту 11 спутников Orbcomm-G2, а также впервые состоялась успешная посадка первой ступени на посадочную площадку на .

Falcon Heavy

Ракета-носитель тяжёлого класса Falcon Heavy (heavy с англ. -  «тяжёлый»), в отличие от Falcon 9, будет иметь дополнительную пару присоединенных сбоку ускорителей, созданных на основе первой ступени FT.

Стоимость вывода на ГПО спутника массой до 8 т составит 90 млн $ (2016 год). Для одноразового варианта ракеты-носителя масса выводимого груза на НОО составит до 63,8 т, на ГПО - 26,7 т, до 16,8 т на Марс и до 3,5 т на .

Первый запуск Falcon Heavy планируется в 2017 году.

Falcon 9 Block 4

Falcon 9 Block 4 представляет собой переходную модель между Falcon 9 Full Thrust (Block 3) и Falcon 9 Block 5. Первый полет состоялся 14 августа 2017, миссия CRS-12.

Falcon 9 Block 5

В октябре 2016 года Илон Маск рассказал про версию Falcon 9 Block 5, где “много мелких улучшений, которые в сумме очень важны, а наиболее важными являются повышенная тяга и улучшенные посадочные стойки”. В январе 2017 года Илон Маск добавил, что модель Block 5 “значительно повышает тягу и легкость повторного использования”. Он описал эту модель как “окончательную” версию ракеты. Ожидается, что производство Block 5 начнется в начале 2017 года, а первые полеты произойдут во втором или третьем квартале 2017 года.

Возвращение и посадка первой ступени

Разогнав вторую ступень с полезной нагрузкой, первая ступень отключает двигатели и отделяется на высоте около 70 км. Отстыковка происходит примерно через 2,5 минуты после запуска ракеты-носителя и зависит от конкретной задачи. Скорость при расстыковке ступеней также определена условиями задачи, в частности целевой орбитой (НОО или ГПО), массой полезной нагрузки, а также местом посадки ступени. При относительно низкоэнергетичных запусках на низкую околоземную орбиту скорость ступени при разделении составляет около 6000 км/ч (1700 м/с; 4,85 Махов), в то время как при высокоэнергетичных запусках на геопереходную орбиту, когда требуется посадка на удалённую в океане плавающую платформу ASDS, скорость достигает 8350 км/ч (2300 м/с; 6,75 Махов). После расстыковки первая ступень ракеты-носителя с помощью системы ориентации осуществляет небольшой манёвр ухода от пламени второй ступени и производит разворот двигателями вперёд в процессе подготовки к трём основным манёврам торможения:

Схема возврата ступени на платформу

При достаточном резерве топлива включение одного, центрального, двигателя происходит за 30 секунд до посадки и ступень замедляется, обеспечивая мягкую посадку по схеме, отработанной в рамках проекта Grasshopper. Посадочные опоры откидываются за несколько секунд до касания посадочной площадки. При запусках на геопереходную орбиту, для максимально быстрого снижения скорости с меньшими затратами топлива, используют короткое, 10-секундное торможение сразу тремя двигателями. Два внешних двигателя выключаются раньше центрального и последние метры полёта ступень завершает используя один двигатель, который способен к дросселированию до 40 % от максимальной тяги. Перед финальным торможением ступень не нацеливается непосредственно на платформу, чтобы избежать её повреждения в случае, если двигатель не запустится. Окончательное выруливание происходит уже после запуска двигателя.

Возвращённые ступени (слева направо: Orbcomm 2, JCSAT-14, SpaceX CRS-8)

Возвращение первой ступени уменьшает максимальную полезную нагрузку ракеты-носителя на 30–40 %. Это вызвано необходимостью резервирования топлива для торможения и посадки, а также дополнительной массой посадочного оборудования (посадочные опоры, решётчатые рули, система реактивного управления и прочее).

В SpaceX ожидают, что по меньшей мере половина от всех запусков ракеты-носителя Falcon 9 будет требовать посадки первой ступени на плавающую платформу, в частности все запуски на геопереходную орбиту и за пределы земной орбиты.

В январе 2016, после неудачной посадки ступени в рамках миссии Jason-3, Илон Маск высказал ожидания, что 70 % попыток посадки ступени в 2016 году будут успешными, с увеличением процента успешных посадок до 90 в 2017 году.

Стартовые площадки

В настоящее время запуски Falcon 9 производятся с двух пусковых площадок:

• (мыс Канаверал, Флорида, США) - LC-39A; арендуется у НАСА с апреля 2014. Модернизирован для запусков Falcon 9 и Falcon Heavy, будет использоваться для пилотируемых полётов. Первый запуск с площадки состоялся 19 февраля 2017 года.
• (Калифорния, США) - SLC-4E; арендуется у ВВС США. Первый запуск произведён 29 сентября 2013 года. Используется для вывода спутников (в частности, Iridium NEXT) на полярные орбиты.

Одна площадка находится в процессе восстановления после взрыва ракеты-носителя в сентябре 2016 года:

• База ВВС США на мысе Канаверал (мыс Канаверал, Флорида, США) - SLC-40; арендуется у ВВС США. Отсюда 4 июня 2010 года был осуществлён первый запуск Falcon 9. Этот стартовый комплекс ранее использовался для запусков ракет Титан III и Титан IV.

Ещё на одной площадке ведутся подготовительные и строительно-монтажные работы:

• Частный космодром SpaceX (деревня Бока Чика недалеко от Браунсвилл, штат Техас, США). Находится в стадии строительства. Разрешение на строительство получено в июле 2014 года.

Площадка для суборбитальных полётов и испытаний:

• полигон Макгрегор в штате Техас. Использовался для испытаний систем многоразового использования первых ступеней ракеты в рамках проекта Grasshopper в 2012-2014 годах.

Посадочные площадки

Посадочная зона 1, основная площадка

В соответствии с озвученной стратегией возврата и повторного использования первой ступени Falcon 9 и Falcon Heavy, компания SpaceX заключила договор аренды на использование и переоборудование 2-х наземных площадок, на западном и восточном побережье США.

• База ВВС США на мысе Канаверал - Посадочная зона 1 (бывший стартовый комплекс LC-13); арендуется у ВВС США. Дебютная посадка первой ступени Falcon 9 была выполнена 22 декабря 2015 года. Планируется создание ещё 2-х посадочных площадок, которые позволят выполнять посадку боковых ускорителей Falcon Heavy.
• База Ванденберг - стартовый комплекс SLC-4-West; арендуется у ВВС США, находится в фазе сертификации.

При запусках, условия которых не дают возможности возвращения первой ступени Falcon 9 к месту запуска, посадка осуществляется на специально изготовленную плавающую платформу autonomous spaceport drone ship , которая является переоборудованной баржей. Установленные двигатели и GPS-оборудование позволяют доставить её в необходимую точку и удерживать в ней, создавая устойчивую площадку для посадки. Ширина платформ не позволяет им проходить Панамский канал от базы Ванденберг до мыса Канаверал, поэтому в настоящее время SpaceX имеет две такие платформы:

Автономный беспилотный корабль-космопорт. Вид сверху

• «Of Course I Still Love You» (Marmac 304), атлантическое побережье США, порт базирования - Канаверал;
• «Just Read the Instructions» (Marmac 303), тихоокеанское побережье США, порт базирования - Лос-Анжелес.

История

В ходе выступления перед сенатским комитетом по коммерции, науке и транспорту в мае 2004 года глава SpaceX Илон Маск заявил: «Долговременные планы требуют тяжёлого и, в случае наличия спроса покупателей, даже сверхтяжёлого носителя. <…> В конечном счёте, я верю, что цена выводимой на орбиту полезной нагрузки в 500 USD/фунт(~1100 USD/кг) и меньше вполне достижима».

SpaceX формально анонсировала ракету-носитель 8 сентября 2005 года, описывая Falcon 9 как «полностью многоразовый тяжёлый носитель». Для среднего варианта Falcon 9 указывалась масса груза, выводимого на НОО, равной 9,5 т и цена 27 млн $ за полёт.

12 апреля 2007 года SpaceX объявила, что основная часть первой ступени Falcon 9 была закончена. Стены баков выполнены из алюминия, отдельные части соединены сваркой трением с перемешиванием. Конструкция была перевезена в центр SpaceX в Уэйко (Техас, США), где проводились стендовые огневые испытания первой ступени. Первые испытания с двумя двигателями, присоединёнными к первой ступени, производились 28 января 2008 года и закончились успешно. 8 марта 2008 года три двигателя Merlin 1C были испытаны в первый раз, 29 мая были испытаны одновременно пять двигателей и первые испытания всех девяти двигателей на первой ступени, которые проводились 31 июля и 1 августа, закончились успешно. 22 ноября 2008 года все девять двигателей первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 прошли испытания длительностью, соответствующей длительности полёта (178 с).

Изначально первый полёт Falcon 9 и первый полёт ракеты-носителя с кораблём Dragon (COTS) были запланированы на конец 2008 года, но неоднократно откладывались по причине огромного количества работы, которую предстояло выполнить. Согласно утверждению Илона Маска, сложность технологических разработок и требования законодательства для запусков с мыса Канаверал сказались на сроках. Это должен был быть первый запуск ракеты Falcon с эксплуатируемых космодромов.

В январе 2009 года ракета-носитель Falcon 9 была впервые установлена в вертикальном положении на стартовой площадке комплекса SLC-40 на мысе Канаверал.

22 августа 2014 года на испытательном полигоне Макгрегор (Tехас, США) в ходе испытательного полёта трёхдвигательный аппарат F9R Dev1, прототип многоразовой ракеты-носителя Falcon 9 R, через несколько секунд после старта автоматически уничтожился. В ходе испытаний ракета должна была после взлёта вернуться на стартовую площадку. Сбой в двигателях означал неизбежное падение ракеты на незапланированной территории. По словам представителя SpaceX Джона Тейлора, причиной взрыва послужила некая «аномалия», обнаруженная в двигателе. В результате взрыва никто не пострадал. Это был пятый запуск прототипа F9R Dev1. Позднее Илон Маск уточнил, что авария произошла из-за сбойного сенсора, причём если бы такой сбой случился в Falcon 9, этот сенсор был бы заблокирован как сбойный, поскольку его показания противоречили данным от других сенсоров. На прототипе эта система блокирования отсутствовала.

В январе 2015 года SpaceX сообщила о намерении усовершенствовать двигатель Merlin 1D с целью увеличения его тяги. В феврале 2015-го было объявлено, что первым полётом с улучшенными двигателями станет запуск телекоммуникационного спутника SES-9, запланированный на второй квартал 2015 года. В марте 2015-го Илон Маск объявил, что проводятся работы, которые позволят использовать возвращаемую первую ступень и для запусков к ГПО: увеличение тяги двигателей на 15 %, более глубокая заморозка окислителя, увеличение объёма бака верхней ступени на 10 %.

В октябре 2015 года было принято решение, что первыми с помощью новой версии ракеты-носителя будут запущены 11 спутников связи Orbcomm-G2. Поскольку спутники будут функционировать на низкой околоземной орбите (около 750 км), для их запуска не потребуется перезапуск второй ступени Falcon 9. Это позволило после завершения миссии перезапустить и испытать обновлённую вторую ступень без риска для полезной нагрузки. Повторный перезапуск второй ступени необходим для запуска космических аппаратов на геопереходную орбиту (например, спутника SES 9).

Первая ступень в ангаре LC-39A

22 декабря 2015 года, на пресс-конференции после успешной посадки первой ступени на Посадочную зону 1, Илон Маск сообщил, что приземлившаяся ступень будет доставлена в ангар горизонтальной сборки стартового комплекса LC-39A для тщательного изучения. После этого планируется короткий испытательный прожиг двигателей на стартовом столе комплекса, с целью выяснить, все ли системы находятся в хорошем состоянии. По словам Маска, эта ступень, вероятнее всего, не будет использоваться для повторных запусков, после всестороннего исследования её оставят на земле как уникальный первый экземпляр. Также он сообщил о возможности повторного запуска в 2016 году одной из приземлившихся после будущих запусков первой ступени. В начале января 2016 года Илон Маск подтвердил, что существенных повреждений ступени не обнаружено и она готова к испытательному прожигу.

Двигатели вернувшейся ступени (Octaweb)

16 января 2016 года на стартовом комплексе SLC-40 был проведён испытательный прожиг вернувшейся после миссии Orbcomm-G2 первой ступени Falcon 9 FT. В целом, были получены удовлетворительные результаты, но наблюдались колебания тяги двигателя № 9, возможно из-за попадания внутрь мусора. Это один из внешних двигателей, который включается при манёврах выхода на посадку. Ступень вернули на бороскопическое исследование двигателя в ангар LC-39A.

В январе 2016 года Военно-воздушные силы США сертифицировали ракету-носитель Falcon 9 FT для запусков военных и разведывательных спутников системы национальной безопасности США, что позволило SpaceX конкурировать с компанией United Launch Alliance (ULA) за государственные оборонные контракты.

Три вернувшиеся ступени в ангаре стартового комплекса LC-39A

8 апреля 2016 года, после запуска корабля Dragon в рамках миссии SpaceX CRS-8 совершена первая успешная посадка первой ступени Falcon 9 на плавающую платформу. Посадка на плавающую платформу отличается повышенной сложностью, так как платформа меньше посадочной площадки и находится в постоянном движении из-за волн.

27 апреля 2016 года анонсирован контракт на сумму 82,7 млн $ между SpaceX и ВВС США на запуск спутника GPS-3 ракетой-носителем Falcon 9 в мае 2018 года.

6 мая 2016 года в рамках миссии JCSAT-14 произведена первая успешная посадка первой ступени на платформу после запуска спутника на геопереходную орбиту. Профиль возвращения отличался многократно повышенной температурной нагрузкой на ступень при вхождении в плотные слои атмосферы, поэтому ступень получила наибольшие внешние повреждения по сравнению с другими двумя ранее приземлившимися. Ранее посадка по подобной схеме предпринималась 4 марта 2016 года после запуска спутника SES-9, но тогда она окончилась неудачей.

28 июля, на испытательном полигоне SpaceX в Техасе, проведён полноценный прожиг первой ступени Falcon 9 (серийный номер F9-0024-S1), вернувшейся после запуска спутника JCSAT-14, которую компания использует для наземных испытаний. Девять двигателей ступени работали в течение 2,5 минут, что соответствует отрезку работы первой ступени при запуске.

14 марта 2017 года анонсирован контракт на сумму 96,5 млн $ с ВВС США на запуск ешё одного спутника GPS-3 в феврале 2019 года.