Falcon 9

Falcon ist der Name einer Familie von Trägerraketen, die von der US-amerikanischen Firma SpaceX auf einer rein privat finanzierten Basis entwickelt werden. Die Familie soll aus dem leichten Träger Falcon 1, der mittelschweren Falcon 9 sowie schweren Varianten der Falcon 9 mit gebündelten Erststufen bestehen.

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 Start einer mittelschweren Variante der Falcon 9 ist derzeit für Mitte 2009 geplant.

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 sollen später die weit stärkeren Falcon 5 und Falcon 9 entstehen, mit deren Hilfe man unter anderem den mit 50 Millionen Dollar dotierten America’s Space Prize gewinnen will.

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 sich in das mit Helium betriebene hydraulische Steuerungssystem des Triebwerkes schnitt. 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.^[1]

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.^[2]

Beim dritten Flug im Januar 2008 sollte die Rakete als Hauptnutzlast den US-amerikanischen Militärsatelliten TacSat 1 in die Erdumlaufbahn befördern, jedoch ist durch die mehrfachen Startverzögerungen TacSat 1 mittlerweile veraltet und wird nicht auf diesem Flug gestartet. Nach aktuellen Planungen wird stattdessen eine Weltraumbestattung auf diesem Flug durchgeführt.^[3]

Der vierte Flug am 28. September 2008 brachte eine 170kg schwere Aluminium-Nutzlastatrappe erfolgreich in eine 644 mal 621 Kilometer hohe Umlaufbahn. Es ist somit der erste private Satellitentransport mit einer Flüssigkeitsrakete. ^[4]

Falcon 1e

Laut neuesten Informationen von SpaceX soll ab 2010 eine verbesserte Falcon 1e zur Verfügung stehen deren Schubkraft erhöht, sowie deren Platzangebot für die Ladung vergrößert werden.

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

Varianten der Falcon-9-Rakete

Illustration eines Falcon-9-Starts mit einer 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 Versorungsmissionen zur Internationalen Raumstation dienen soll, aber später auch für bemannte Flüge zum Einsatz kommen soll. Der erste Erprobungsflug ist derzeit für Mitte 2009 geplant.^[5]

Technische Daten

Version	Falcon 1	Falcon 1e	Falcon 9	Falcon 9-Heavy
Erste Stufe	1 × Merlin-1	1 × Merlin-1C	9 × Merlin-1C	Erste Standard-Stufe mit 9 x Merlin-1C sowie 2 Booster mit je 9 × Merlin-1C Damit insgesamt 27 x Merlin für erste Stufe
Zweite Stufe	1 × Kestrel	1 × Kestrel	1 × Merlin	1 × Merlin
Höhe (maximal) (m)	21,3	21,3	54	54
Durchmesser (m)	1,7	1,7	3,6	3,6
Schub (am Boden) (kN)	318	454	4.086	12.258
Startmasse (t)	27,2	38,555	325	885
Nutzlastverkleidung Durchmesser (m)	1,5	1,71	3,6 oder 5,2	3,6 oder 5,2
Nutzlast (LEO) (kg)	570 (auch Flüge nach SSO mit leichterer Nutzlast möglich)	670 (nach SSO: 430)	9.900	27.500
Nutzlast (GTO) (kg)	-	-	4.900	12.000
Preis (Mio. US-Dollar	7	8,5	35	78

Startliste

Dies ist eine vollständige Startliste der Falcon-Rakete. Stand der Liste: 16. September 2008^[6]

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	Fehlschlag: Fehler in der 1. Stufe, Absturz der Rakete
2	21. März 2007	Falcon-1	Omelek	DemoSat	Demonstrationsnutzlast	? kg	LEO	Fehlschlag: 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	Fehlschlag: Trennung von erster und zweiter Stufe gelingt nicht [7]
4	28. September 2008	Falcon-1	Omelek	DemoSat	Demonstrationsnutzlast	165 kg	LEO	Erfolg

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

Lauf. Nr.	Datum (UTC)	Typ	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Nutzlast in kg (brutto¹)	Orbit²	Anmerkungen
?	August 2009	Falcon-9	KSC	?	?	?	?
5	April 2009	Falcon-1	Omelek	RazakSat 1, mehrere CubeSats	Erdbeobachtungssatellit, Technologieerprobungssatelliten	200 kg	LEO

Weblinks

• Webseiten des Herstellers SpaceX (englisch)
• Bernd Leitenberger: Die Falcon Trägerraketen

Quellen

1. ↑ Pad Processing Error Doomed Falcon 1
2. ↑ SpaceX gives update on Falcon test flight results, 28. März 2007
3. ↑ Spacetoday.net: Report: Pentagon cancels TacSat-1 launch (18. August 2007)
4. ↑ Spiegel.de: Privatrakete "Falcon 1" endlich im All
5. ↑ SpaceX Website: Dragon Overview
6. ↑ http://spacex.com/launch_manifest.php
7. ↑ http://spacex.com/updates.php http://www.nasaspaceflight.com/content/?cid=5482

US-amerikanische Trägerraketen

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

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

(Siehe auch: Liste der Raketentypen)