Falcon 9 on suorittanut 660 onnistunutta lentoa, enemmän kuin mikään muu aktiivisessa käytössä oleva kantoraketti. Sen historia yli puolentoista vuosikymmenen aikana sisältää vain 2 epäonnistumista lennon aikana, 1 osittaisen epäonnistumisen ja 1 raketin, joka tuhoutui ennen kuin se ehti edes lähteä laukaisualustalta.
SpaceX:n työjuhta debytoi 4. kesäkuuta 2010 ja lensi sitten SpaceX:n ensimmäisen kaupallisen huoltolennon (Commercial Resupply) ISS:lle 8. lokakuuta 2012. Siitä lähtien Falcon 9:stä on tullut avaruusmatkailun lähin vastine aikataulun mukaan kulkevalle linja-autolle – rooli, joka perustuu käytännössä kokonaan yhteen temppuun, jota useimmat raketit eivät koskaan opi: laskeutumiseen itsekseen.
Tässä oppaassa käydään läpi, miten tämä temppu opittiin, mitä se muutti radalle pääsyn kustannuksissa ja miten rakettisarja, joka alkoi tulipalon aiheuttaneesta moottorivikaantumisesta, päätyi kuljettamaan astronautteja Kansainväliselle avaruusasemalle.
Raketti, joka on rakennettu palaamaan kotiin
Falcon 9:n ensimmäinen vaihe on suunniteltu laskeutumaan pystysuoraan ja lentämään uudelleen – SpaceX onnistui tässä ensimmäisen kerran boosterin 20. lennolla joulukuussa 2015. Tämä yksi laskeutuminen määritteli uudelleen, mikä rakettiboosterin tehtävä voisi olla: sen sijaan, että se palaisi maan ilmakehään palaen tai uppoaisi valtamereen, aluksen suurin ja kallein osa voitiin lentää, ottaa talteen ja laukaista uudelleen.
Paluumatka alkaa lähes välittömästi. Kun Falcon 9 nousee Cape Canaveralista ja lähettää hyötykuormansa matkaan, käytetty ensimmäinen vaihe kääntyy ja alkaa suunnata takaisin laskeutumisalueelle noin 4,5 minuutin kuluttua laukaisusta – kauan ennen kuin ylävaihe on edes saanut kuljetettua kuormansa loppumatkan radalle.
Laskeutuminen, joka vaati viisi yritystä
Laskeutuminen kuivalle maalle oli sinänsä tarpeeksi vaikeaa. Laskeutuminen aavalla merellä keikkuvalle alukselle oli täysin toinen ongelma, ja SpaceX tarvitsi useita yrityksiä ratkaistakseen sen. Tämä virstanpylväs saavutettiin lennolla 23, CRS-8-rahtimissiolla – ensimmäistä kertaa, kun Falcon 9 -booster laskeutui onnistuneesti itsenäisesti toimivalle miehittämättömälle alukselle merellä.
Tämä laskeutuminen oli todellisuudessa SpaceX:n 5. yritys tuoda booster alukselle – huomattavasti vaikeampi temppu kuin laskeutuminen kuivalle maalle, sillä valtameri itsessään ei koskaan pysy paikallaan. Elon Musk myönsi, että hänen omat työntekijänsä arvioivat ennen tätä lentoa onnistumismahdollisuudet vain suhteessa 2:1, mikä kertoo paljon siitä, miten kaukana rutiinista tämä manööveri tuolloin edelleen tuntui.
Saman boosterin lentäminen kahdesti
Boosterin laskeutuminen kannattaa vain, jos sen voi lentää uudelleen. Seuraava virstanpylväs, lennon 32 SES-10-missio, näki boosterin B1021 muuttuvan ensimmäiseksi kiertoradalle kykeneväksi ytimeksi, joka lensi kahdesti – ja SpaceX otti talteen hyötykuormakuvun ensimmäistä kertaa samalla lennolla, mikä sulki kehän lähes koko raketin uudelleenkäytössä.
Tämä ensimmäinen uudelleenlento tapahtui maaliskuussa 2017, ja toinen uudelleenkäytetty booster seurasi perässä avaruuteen kesäkuussa 2017, vain 5 kuukautta tämän ytimen alkuperäisen laukaisun jälkeen. Lentojen välinen aika oli lähes yhtä tärkeä kuin itse laskeutuminen: booster, jonka uudelleenlentoon menee vuosia, tuskin pienentää laukaisukustannuksia, mutta sellainen, joka voi lentää uudelleen kuukausien sisällä, alkaa muistuttaa oikeaa kalustoa.
Kertaluonteisesta saavutuksesta kokoonpanolinjan rutiiniksi
Se, mikä alkoi otsikoita kaappaavana kokeiluna, muuttui ajan mittaan taustahälyksi. Vuoteen 2023 mennessä tahti oli muuttunut jokseenkin rutiiniksi: SpaceX laukaisi Falcon 9:n 91 kertaa sinä vuonna, tarvitsi täysin uuden boosterin vain 4 näistä lennoista ja tuotti kaikki boosterit sen jälkeen kotiin.
Yksittäiset ytimet osoittivat myös, että ne pystyivät lentämään huomattavasti pidempään kuin uudelleenkäytön alkuvaiheen epäilijät odottivat. Toukokuuhun 2021 mennessä yksi tietty ydin, B1051, oli ensimmäinen Falcon 9 -booster, joka saavutti 10 lentoa – luku, joka olisi kuulostanut mahdottomalta aikana, jolloin boosterin laskeutuminen edes kertaalleen tuntui edelleen kolikonheitolta.
Ennätyksiä matkan varrella
Uudelleenkäytettävyys ei ainoastaan leikannut kustannuksia – se antoi SpaceX:lle mahdollisuuden ahtaa enemmän yhteen laukaisuun. 24. tammikuuta 2021 yksi Falcon 9 -lento asetti uuden ennätyksen kuljettamalla 143 satelliittia radalle samalla kertaa, enemmän kuin mikään yksittäinen raketti oli koskaan aiemmin kuljettanut.
Uudelleenkäytön ajava taloudellinen logiikka oli selvitetty kauan ennen kuin SpaceX koskaan laskeutui boosterilla. Vuoden 2011 NASA-raportti laski, että Falcon 9 -luokan raketin rakentaminen viraston perinteisellä sopimusmenetelmällä olisi maksanut noin 4 miljardia dollaria, kun taas kaupallisempi lähestymistapa, jota SpaceX todellisuudessa käytti, maksoi noin 1,7 miljardia dollaria.
Moottorit, jotka oppivat epäonnistumisesta
Tämä luotettavuus ei ollut mitenkään väistämätöntä. SpaceX:n alkuperäinen Merlin 1A -moottori lensi vain kahdesti. Sen debyytti 24. maaliskuuta 2006 päättyi, kun polttoainevuoto sytytti tulipalon pian laukaisun jälkeen; toinen yritys 21. maaliskuuta 2007 onnistui vihdoin ja loi perustan Merlin-moottoriperheelle, joka nykyään käyttää voimanlähteenä jokaista Falcon 9:ää.
Moottorin turbopumppu antaa vihjeen siitä, kuinka paljon insinööritaitoa piilee rutiininomaiselta näyttävän laukaisun alla. Sen osittaisadmissioturbiini – rakenne, jossa työaine osuu vain osaan pyörän kehästä koko renkaan sijaan – pyöri jopa 20 000 kierroksen minuuttinopeudella painaen silti vain 68 kg, mikä pakkasi huomattavan tehon pieneen, kevyeen osaan.
Falcon 9:n inhimillinen lasti
Falcon 9 ei laukaise ainoastaan satelliitteja ja rahtia. Demo-2, missio, joka toi ensimmäistä kertaa astronautit raketin Dragon 2 -kapselin kyytiin, nousi ilmaan 30. toukokuuta 2020 useiden viivästysten jälkeen ja avasi uuden luvun aluksen historiassa satelliittien ja asemalle suuntautuvien huoltolentojen ulkopuolella.
Tammikuussa 2025 Dragon 2:lla oli ainutlaatuinen asema: se on ainoa käytössä oleva kiertoradan rahtialus missä tahansa, joka käytetään uudelleen lentojen välillä. Sen tankkaaminen laukaisua varten poikkeaa myös siitä, miten NASA teki asiat ennen – vanhemmat alukset, kuten Saturn V ja Space Shuttle, tankattiin polttoaineella tuntia ennen laukaisua, kauan ennen kuin miehistö nousi kyytiin, kun taas Falcon 9 odottaa tankkauksen kanssa juuri ennen nousua, pitäen nestemäisen happensa jäähdytettynä lähelle −340 °F:ia ja kerosiininsa jäähdytettynä lähelle 20 °F:ia.