Falcon (Rakete)

Falcon ist der Name einer Familie von Trägerraketen, die von dem US-amerikanischen Unternehmen SpaceX entwickelt werden. Die Familie besteht aus dem leichten Träger Falcon 1, der mittelschweren Falcon 9 sowie schweren Varianten mit gebündelten Erststufen der Falcon 9. Die erste Schwere Version wurde am 5. April 2011 der Presse als Falcon Heavy vorgestellt^[1].

Der erste Start einer Falcon 1 erfolgte am 24. März 2006 von der Insel Omelek im Pazifik, endete jedoch kurz danach mit dem Absturz der Rakete. Erst der vierte Flug am 28. September 2008 verlief erfolgreich. Der erste erfolgreiche Start einer mittelschweren Variante der Falcon 9 fand am 4. Juni 2010 statt, dabei wurde eine Raumkapsel-Attrappe in der Erdumlaufbahn ausgesetzt.^[2]

Falcon 1

Falcon 1 in einer Werkshalle

Falcon 1 auf der Startplattform in Vandenberg AFB

Erster erfolgreicher Start der Falcon 1

Die Falcon 1 ist der leichteste Träger der Familie. Auf der Grundlage der Falcon 1 wurde später die weit stärkere Falcon 9 entwickelt, mit deren Hilfe man unter anderem den mit 50 Millionen Dollar dotierten America’s Space Prize gewinnen wollte.

Technik

Die Falcon 1 ist eine zweistufige, mit flüssigem Sauerstoff und Raketenkerosin (RP-1) angetriebene Rakete. Die Rakete soll zu 80 % wiederverwendbar sein und soll einen Flug in eine niedrige Erdumlaufbahn für 6,7 Millionen Dollar ermöglichen. Dabei wird die erste Stufe der Falcon 1 mit Hilfe von Fallschirmen zur Erde zurückgebracht, wo sie nach einer Inspektion für den nächsten Start zur Verfügung steht. Die zweite Stufe der Rakete ist nicht wiederverwendbar.

Die Länge der Falcon 1 beträgt 21,3 m, der Durchmesser 1,7 m, das Startgewicht 27.200 kg, und sie soll mit Hilfe des von SpaceX selbst entwickelten Merlin Triebwerks einen Schub von 318 kN beim Start entwickeln. Die erste Stufe hat eine Brenndauer von 169 Sekunden und soll die Rakete in eine Höhe von 90,3 km bringen. 5 Sekunden nach der Stufentrennung startet die zweite Stufe, die nach insgesamt 552 Sekunden ausgebrannt ist und die Rakete in eine Höhe von ca. 405 km bringen soll. Auch das Kestrel-Triebwerk der zweiten Stufe wurde von SpaceX entwickelt. Die maximale Ladelast beträgt 670 kg, die in eine Umlaufbahn mit 200 km Höhe bei einem Start von Cape Canaveral gebracht werden kann. Die maximale Höhe bei einem direkten Aussetzen der Ladung beträgt 700 km bei 240 kg und gleichem Startplatz.

Einsätze

Ursprünglich war der Erststart der Falcon 1 für September 2004 geplant, wurde jedoch mehrfach verschoben. Auch der erste fest angesetzte Startversuch am 26. November 2005 musste aufgrund von technischen Problemen aufgeschoben werden. Der nächste Startversuch am 19. Dezember 2005 musste kurz vor dem Abheben aufgrund von Schäden im Treibstofftank der ersten Stufe abgesagt werden. Daraufhin sollte die Rakete am 9. Februar 2006 starten, doch auch dieser Startversuch wurde verschoben.

Der erste Start erfolgte am 24. März 2006 um 22:30 Uhr UTC, endete jedoch mit dem Absturz der Rakete. Nach ersten Analysen war ein Leck im Treibstoffsystem die Ursache für den Absturz. Die Rakete startete zunächst planmäßig, jedoch brach bei T+25s (25 Sekunden nach dem Zünden des Haupttriebwerkes) im unteren Teil der ersten Stufe ein von einem Treibstoffleck verursachtes Feuer aus, welches das mit Helium betriebene hydraulische Steuerungssystem des Triebwerkes beschädigte. Bei T+29s sank der Druck des Heliums unter ein kritisches Niveau ab, woraufhin das automatische Sicherheitssystem das Haupttriebwerk abschaltete. Etwa 41 Sekunden nach dem Start stürzte die Rakete unweit vom Startplatz in den Ozean ab. Später stellte sich heraus, dass ein Fehler während der Vorbereitung der Rakete für das Treibstoffleck verantwortlich war. Bei ihrem Jungfernflug trug die Rakete den militärischen Mikrosatelliten FalconSat 2 für die US Air Force und DARPA, welche 8 Millionen US-Dollar für den Start zahlten.^[3]

Der zweite Flug trug keine Satellitennutzlast, sondern lediglich Instrumente zum Überwachen der Rakete. Dieser Flug fand am 21. März 2007 statt, die erste Stufe funktionierte nahezu einwandfrei, jedoch konnte die Rakete die Umlaufbahn wegen eines Problems mit der zweiten Stufe nicht erreichen. Zu starke Schwingungen der Zweitstufe führten dazu dass die Treibstoffzufuhr zum Triebwerk beeinträchtigt wurde und die Rakete daher nur eine Geschwindigkeit von 5,1 km/s anstatt der geplanten 7,5 km/s erreichte. Die erreichte Höhe betrug 289 km und lag damit außerhalb der Erdatmosphäre. Die Bergung der nach den Planungen mehrfach verwendbaren Erststufe wurde nicht durchgeführt. Trotz der Probleme wertete SpaceX den zweiten Flug als einen erfolgreichen Testflug und ist nun bereit, den kommerziellen Betrieb aufzunehmen.^[4]

Beim dritten Flug im Januar 2008 sollte die Rakete als Hauptnutzlast den US-amerikanischen Militärsatelliten TacSat 1 in die Erdumlaufbahn befördern, dieser war jedoch durch die mehrfachen Startverzögerungen mittlerweile veraltet und wurde nicht auf diesem Flug gestartet. Stattdessen wurde der Start der drei experimentellen Satelliten Trailblazer, NanoSail-D und PreSat sowie eine Weltraumbestattung auf diesem Flug durchgeführt.^[5] Es kam jedoch zu einer Kollision der beiden Stufen und letztlich als Folge daraus zu einem Versagen der Oberstufe.

Der vierte Flug am 28. September 2008 brachte eine 170kg schwere Aluminium-Nutzlastattrappe erfolgreich in eine 644 mal 621 Kilometer hohe Umlaufbahn. Es ist somit der erste private Satellitentransport mit einer Flüssigkeitsrakete.^[6]

Der fünfte Flug am 14. Juli 2009 beförderte erfolgreich den 180 kg schweren malaysischen Erdbeobachtungssatelliten RazakSat in eine Erdumlaufbahn.^[7]

Falcon 1e

SpaceX plant eine verbesserte Falcon 1e mit erhöhter Schubkraft und vergrößertem Platzangebot für die Ladung.

Falcon 5

Graphische Darstellung der Falcon 5 (ursprüngliche Konfiguration)

Die Falcon 5 war eine geplante vergrößerte Version der Falcon I Rakete, die jedoch auf der gleichen Technik basiert und somit mit nur geringem technologischem Risiko entwickelt werden kann. Die erste Stufe sollte von fünf Merlin-Triebwerken angetrieben werden und genau wie die erste Stufe der Falcon 1 mit Hilfe von Fallschirmen zur Wiederverwendung zur Erde zurückkehren. Durch die Verwendung von fünf Triebwerken kann die Falcon 5 auch beim Ausfall eines Triebwerks ihre Mission erfüllen. Die zweite Stufe wird von einem modifizierten Merlin-Triebwerk angetrieben, das mit einer vergrößerten Ausströmdüse für den Betrieb im fast-Vakuum optimiert ist. Die Falcon 5 sollte von Cape Canaveral aus 6.020 kg in eine 200 km hohe Umlaufbahn befördern können, womit sie in der Leistungsklasse der Delta-II Rakete läge.

Nach der Bekanntgabe der Pläne zur Entwicklung der Falcon 9 änderte SpaceX die Konfiguration der Falcon 5. Nun soll Falcon 5 eine um vier Triebwerke und einen Teil des Treibstoffes erleichterte Erststufe der Falcon 9 einsetzen. Die Nutzlastkapazität der Falcon 5 in der neuen Konfiguration sollte bei 4.100 kg und der Preis bei 18 Millionen US$ liegen.

Im Zuge der Entwicklung der Falcon 9 wurde schließlich auf die Falcon 5 verzichtet.

Falcon 9

Start der zweiten Falcon-9-Rakete mit der ersten Dragon-Kapsel

Im September 2005 gab SpaceX bekannt, eine noch stärkere vollständig wiederverwendbare Trägerrakete unter der Bezeichnung Falcon 9 entwickeln zu wollen. Die erste Stufe der Falcon 9 verwendet neun Merlin-Triebwerke, die zweite Stufe ein mit einer vergrößerten Ausströmdüse ausgestattetes Merlin-Triebwerk. Die Nutzlastkapazität einer Falcon 9 liegt bei etwa 9.500 kg für einen niedrigen Orbit. Gleichzeitig ist noch eine stärkere Version der Falcon 9 geplant, die zwei weitere Falcon 9 Erststufen ähnlich der Delta IV Heavy als Booster verwendet. Diese stärkste Variante (Falcon 9-Heavy) soll 24.750 kg in einen niedrigen Orbit befördern können und soll 78 Millionen US$ kosten.

Die Standardvariante der Falcon 9 soll als Trägerrakete für das von SpaceX privat entwickelte Raumschiff Dragon dienen, die zunächst für unbemannte Versorgungsmissionen zur Internationalen Raumstation dienen soll, aber später auch für bemannte Flüge zum Einsatz kommen soll. Der erste Erprobungsflug fand am 4. Juni 2010 statt.^[2]. Der erste Commercial-Resupply-Service-Flug ist für Januar 2012 geplant^[8].

Im Juni 2010 erhielt SpaceX einen Großauftrag des amerikanischen Satellitentelefonieanbieters Iridium im Wert von 492 Mio. US-Dollar. Dafür soll SpaceX zwischen 2015 und 2017 mit der Falcon 9 Rakete einen Großteil der 72 geplanten Mobilfunksatelliten in den Weltraum bringen.^[9]

Falcon Heavy

Bei der geplanten Falcon Heavy werden drei Falcon-9-Erststufen zu einer Rakete gebündelt und parallel gezündet. Dazu kommt noch eine Oberstufe^[10]. Die Nutzlastkapazität in eine 200 km hohe Umlaufbahn mit 28,5° Bahnneigung soll von Cape Canaveral 53.000 kg betragen. Sie wird 69,2 m hoch sein, 3,6 x 11,6 m breit sein, eine Nutzlastverkleidung mit 5,2 m Durchmesser besitzen und bei 1400 Tonnen Startgewicht mit 17000 kN Startschub abheben^[11]. Damit selbst bei einem Triebwerksschaden, während des Fluges, in einem der 27 gleichzeitig brennenden Merlin-Triebwerke es nicht zu einem Fehlstart kommt, sind die Triebwerke von Schutzhüllen umgeben, so dass sich Brände und Explosionen nicht auf andere Triebwerke oder die Rakete auswirken sollen. Die beiden äußeren Stufen versorgen die zentrale Stufe während des Fluges mit Treibstoff, so dass die zentrale Stufe, nach dem Abtrennen der beiden äußeren Stufen, noch nahezu voll ist und so länger arbeitet als die beiden äußeren Stufen^[12]. Auf eine Fluchtbahn zum Mars soll die Falcon Heavy mehr als 13,6 Tonnen Transportieren können^[13]. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden äußeren Stufen die zentrale Stufe nicht mit Treibstoff versorgen, so dass diese vom Start an ihren eigenen Treibstoff verwenden muss. Die Nutzlastkapazität wird dadurch auf 45,6 Tonnen in eine 200 km hohe Umlaufbahn mit 28,5° Bahnneigung von Cape Canaveral schrumpfen^[14].

Technische Daten

Version	Falcon 1	Falcon 1e	Falcon 9	Falcon Heavy
Erste Stufe	1 × Merlin-1	1 × Merlin-1C	9 × Merlin-1C	Erste Standard-Stufe mit 9 x Merlin-1D sowie 2 Booster mit je 9 × Merlin-1D Damit insgesamt 27 x Merlin für erste Stufe
Zweite Stufe	1 × Kestrel	1 × Kestrel	1 × Merlin	1 × Merlin
Höhe (maximal) (m)	23,8	27,4	54,9	69,2
Durchmesser (m)	1,7	1,7	3,6	3,6 x 11,6
Schub (am Boden) (kN)	345	556	4.940	17.000
Startmasse (t)	27,670	44,985	333	1.400
Nutzlastverkleidung Durchmesser (m)	1,5	1,71	3,6 oder 5,2	5,2
Nutzlast (LEO) (kg)	420 (auch Flüge nach SSO mit leichterer Nutzlast möglich)	1100 (nach SSO: 550)	10.500	53.000
Nutzlast (GTO) (kg)	-	-	4.540	19.500[15]
Preis (Mio. US-Dollar)	7,9	9,1	35	80–125[16]

Startliste

Dies ist eine vollständige Startliste der Falcon-Rakete. Stand der Liste: 8. Dezember 2010^[17]

Lauf. Nr.	Datum (UTC)	Typ	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Nutzlast in kg (brutto¹)	Orbit²	Anmerkungen
1	24. März 2006	Falcon-1	Omelek	FalconSat 2	Technologieerprobungssatellit	21 kg	LEO	Misserfolg Fehler in der 1. Stufe, Absturz der Rakete
2	21. März 2007	Falcon-1	Omelek	DemoSat	Demonstrationsnutzlast	? kg	LEO	Misserfolg Fehler in der 2. Stufe. Rakete erreicht 289 km Höhe und eine Geschwindigkeit von 5,1 km/s Wird von SpaceX selbst als Teilweiser Erfolg bezeichnet da man genug Daten für operationelle Flüge sammeln konnte.
3	3. August 2008	Falcon-1	Omelek	Trailblazer, NanoSail-D, PreSat, Celestis 07	Technologieerprobung, Sonnensegel, Technologieerprobung, Weltraumbestattung	170 kg	LEO	Misserfolg Kollision von erster und zweiter Stufe, daraufhin Versagen der 2. Stufe [18]
4	28. September 2008	Falcon-1	Omelek	DemoSat	Demonstrationsnutzlast	165 kg	LEO	Erfolg
5	14. Juli 2009	Falcon-1	Omelek	RazakSat	Erdbeobachtungssatellit	~180 kg	LEO	Erfolg
6	4. Juni 2010[2] 18:45 UTC	Falcon-9	CC SLC-40		Dragon-Qualifikationseinheit	?	LEO	Erfolg Jungfernflug Falcon 9
7	8. Dezember 2010	Falcon-9	CC SLC-40	Dragon C1	Dragon-Kapsel	5200 kg	LEO	Erfolg NASA COTS – Demo 1 (5 h Flug)

¹ Bruttogewicht = (Satelliten + Adapter, Gehäuse etc.)

² NICHT zwangsläufig der Zielorbit der Nutzlast – sondern die Bahn auf der die Nutzlast von der Oberstufe ausgesetzt werden soll.

Geplante Starts

Stand der Liste: 16. November 2011

Lauf. Nr.	Datum (UTC)	Typ	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Nutzlast in kg (brutto¹)	Orbit²	Anmerkungen
?	12. Januar 2012[8]	Falcon-9	CC SLC-40	Dragon C2 zwei Satelliten für Orbcomm	Dragon-Kapsel Kommunikationssatelliten	?	LEO	NASA COTS – Demo 2 (Andocken an ISS)
?	1. Juli 2012[19]	Falcon 9	CC SLC-40	Dragon C3	Dragon-Kapsel	?		1. Versorgungsflug zur ISS mit der Dragon-Kapsel
?	2012	Falcon-9	CC SLC-40	Dragon C4	Dragon-Kapsel	?		2. Versorgungsflug zur ISS mit der Dragon-Kapsel
?	2012	Falcon-9	CC SLC-40		Dragon-Kapsel	?		3. Versorgungsflug zur ISS mit der Dragon-Kapsel
?	?	Falcon-9	CC SLC-40	CASSIOPE	Forschungs- und Kommunikationssatellit	?
?	?	Falcon-1e	Omelek			?		Jungfernflug der Falcon-1e
?	?	Falcon-1e	Omelek	mehrere Satelliten für Orbcomm	Kommunikationssatelliten	?
?	?	Falcon-1e	Omelek	mehrere Satelliten für Orbcomm	Kommunikationssatelliten	?
?	2013[20]	Falcon Heavy	Vandenberg AFB SLC-4E			?		Jungfernflug der Falcon Heavy
?	2013[21]	Falcon 9	?	SES 8	Kommunikationssatellit	?	GTO
?	2014	Falcon 9	?		Sundancer	?	LEO
?	2015	Falcon 9	CC SLC-40		Dragon-Kapsel	?	LEO	erster bemannter Dragon-Flug zur ISS

Weblinks

 Commons: Falcon – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Website des Herstellers SpaceX (englisch)
• Bernd Leitenberger: Die Falcon 1 Trägerrakete
• Bernd Leitenberger: Die Falcon 9 Trägerrakete

Einzelnachweise

1. ↑ Stephen Clark: SpaceX enters the realm of heavy-lift rocketry in Spaceflight Now. Datum: 5. April 2011 Abgerufen: 6. April 2011
2. ↑ ^{a b c} Neue kommerzielle Raumfahrt-Rakete gestartet. Focus, 5. Juni 2010, abgerufen am 5. Juni 2010 (deutsch). 
3. ↑ Pad Processing Error Doomed Falcon 1
4. ↑ SpaceX gives update on Falcon test flight results, 28. März 2007
5. ↑ Spacetoday.net: Report: Pentagon cancels TacSat-1 launch (18. August 2007)
6. ↑ Spiegel.de: Privatrakete "Falcon 1" endlich im All
7. ↑ Spaceflight Now: Commercial launch of SpaceX Falcon 1 rocket a success
8. ↑ ^{a b} Worldwide Launch Schedule. Spaceflight Now, 4. November 2011, abgerufen am 6. November 2011 (englisch). 
9. ↑ FliegerRevue August 2010, S.47, Falcon 9 und ein Riesenauftrag
10. ↑ SpaceX: Falcon Heavy will lift more than twice as much as any other launch vehicle Datum: 14. März 2011 Abgerufen: 6. April 2011
11. ↑ Falcon Heavy overview. SpaceX, abgerufen am 16. November 2011 (englisch). 
12. ↑ SpaceX: Falcon Heavy will lift more than twice as much as any other launch vehicle Datum: 14. März 2011 Abgerufen: 6. April 2011
13. ↑ Stephen Clark: SpaceX enters the realm of heavy-lift rocketry, in Spaceflight Now. Datum: 5. April 2011 Abgerufen: 19. April 2011
14. ↑ SpaceX: Falcon Heavy will lift more than twice as much as any other launch vehicle Datum: 14. März 2011 Abgerufen: 19. April 2011
15. ↑ Skyroket: Falcon-Heavy Abgerufen: 6. April 2011
16. ↑ Space X: Falcon Heavy Overview, Abgerufen: 6. April 2011
17. ↑ Past Missions. SpaceX, 2011, abgerufen am 16. November 2011 (englisch). 
18. ↑ http://www.spacex.com/updates_archive.php?page=0802-1007
19. ↑ Worldwide Launch Schedule. Spaceflight Now, 14. November 2011, abgerufen am 16. November 2011 (englisch). 
20. ↑ SpaceX breaks ground on launch site for Falcon Heavy. SpaceX, 13. Juli 2011, abgerufen am 24. Juli 2011 (englisch): „Falcon Heavy is to arrive at Vandenberg by the end of 2012, and its inaugural flight will follow soon after.“ 
21. ↑ Upcoming launches. SES, abgerufen am 20. Oktober 2011 (englisch). 

US-amerikanische Trägerraketen

Ares · Ares I · Ares V · Athena · Atlas · Atlas V · Conestoga · Delta · Delta II · Delta IV · Falcon · Juno I · Juno II · Minotaur · Pegasus · Pilot (NOTSnik) · Redstone · Saturn · Scout · Space Launch System · Space Shuttle · Taurus · Taurus II · Thor · Titan · Vanguard

Verwendete Raketenstufen: Agena · Castor · Centaur · EDS · IUS · PAM

(Siehe auch: Liste der Raketentypen)