Falcon Heavy

Falcon Heavy, SpaceX tarafından tasarlanmış ve üretilmiş, kısmen yeniden kullanılabilen bir ağır yük fırlatma aracıdır. Falcon Heavy, Falcon 9 fırlatma aracının bir uyarlamasıdır ve Falcon 9 roket çekirdeğinin yanı sıra, Falcon 9 ilk aşamasından türetilmiş olan, fazladan iki adet sonradan eklenen roketten (İng: Modular rocket) oluşmaktadır. Bu yapılandırma Alçak Dünya yörüngesine (ADY) çıkarılabilen görev yükü miktarını yaklaşık 54 tona yükseltecektir, bununla karşılaştırılacak olursa Falcon 9 v1.1 aracı 13 ton'a kadar görev yükünü ADY'ye çıkarabilmektedir. Falcon Heavy için ilk fırlatma 6 Şubat 2018 tarihinde başarılı olarak gerçekleşmiştir.

Washington şehrinde ABD Ulusal Basın Kulübünde 5 Nisan 2011 tarihinde gerçekleştirilen basın toplantısında, Elon Musk şöyle söylemiştir: “Apollo Projesi'nden sonra kullanımı bırakılan Saturn V ay roketi hariç olmak üzere, tarihteki herhangi bir uzay aracına göre, Falcon Heavy yörüngeye veya kaçış hızına daha fazla görev yükü çıkaracaktır. Bu hem hükümetin gerçekleştirdiği hem de ticari uzay programları için yeni imkanlar sunacaktır.”

SpaceX'in daha önce yaptığı duyuruya göre, Falcon Heavy ispat roketi, şirketin ABD'nin batı kıyısında bulunan fırlatma noktası olan Vandenberg Hava Kuvvetleri Üssüne 2012'nin sonundan önce gelmiş olacaktı, 2013 içerisinde de uçuş planlanıyordu.

Vandenberg üssünden yapılan ilk fırlatmalardan sonra, Cape Canaveral doğu kıyısı fırlatma tesisinden ilk uçuşun 2013 sonları ya da 2014 içerisinde gerçekleşmesi öngörülmüştü.

2012 sonunda, şirket ilk uçuş tarihini 2013 olarak güncelledi. Aslında, doğu kıyısındaki Cape Canaveral fırlatma tesisindeki ilk fırlatma 2013 için planlanmıştı, ancak şu anda 2015 içerisinde STP-2 ABD Hava Kuvvetleri görev yükü ile fırlatılması planlanmış durumda.

Yeni fırlatma aracının Nisan 2011 tarihinde verilen özellikleri, ADY'ye 53 bin kg (117 bin lb) ağırlığa kadar görev yükü , YİTY'ye ise 12 bin kg (26 bin lb) ağırlığa kadar görev yükü taşıyabileceğini gösterirken, 2011'de daha sonraki raporlar alçak Dünya yörüngesinin ötesinde daha yüksek görev-yükleri bildirmişti, buna yer-sabit aktarma yörüngesine 9 bin kg (42 bin lb) görev yükü, Ay yörüngesine (İng: translunar trajectory) 16 bin kg (35bin lb) görev yükü ve Mars yörüngesine 14 bin kg (31 bin lb) görev yükü de dahildir.

Falcon Heavy, NASA'nın "insanlı uzay-uçuşu gözden geçirme ekibi"nin kullandığı sınıflandırma sistemine göre "süper ağır-yük" fırlatma sistemleri aralığına denk gelir. SpaceX, Falcon Heavy aracının,Saturn V (1967–1973) aracından beri kullanılan herhangi bir uzay aracına göre, yörüngeye daha fazla kullanılabilir görev yükü çıkacağını belirtmiştir.

2015 Nisan ayında, SpaceX şirketi ABD Hava Kuvvetlerine 14 Nisan tarihli güncellenmiş bir niyet mektubu göndererek, Falcon Heavy roketinin ulusal güvenlik uydularını fırlatabilmesi için uygunluk alması sürecini özetlemiştir. Süreç içerisinde Falcon Heavy aracının gerçekleştirmesi gereken, art arda iki başarılı uçuş içeren toplamda üç adet başarılı uçuş bulunmaktaydı ve Falcon Heavy aracının 2017 sonuna kadar ulusal güvenlik görev-yüklerini uçurmaya hazır hale geleceği belirtilmişti. Nisan 2015 itibarıyla, SpaceX fırlatma listesinde beş adet Falcon Heavy fırlatması görünüyor ancak, tarihleri belli değil.

Falcon Heavy yapılandırması, genel bir Falcon 9 aracı ile birlikte "eklenmiş" sıvı-yakıtlı hızlandırıcı görevi gören iki adet fazladan Falcon 9 ilk aşaması içermektedir, bu yapılandırma kavramsal olarak, EHFA (İng: EELV) türündeki Delta IV Heavy fırlatıcısına ve Atlas V HLV ve Rus yapımı Angara roketleri için yapılan tekliflerdeki tasarımlarla benzerdir. Falcon Heavy, ADY'ye 53 bin kg (117 bin lb) ağırlığında görev yükü çıkarabildiği için şu anda kullanımda olan diğer tüm roketlerden bu konuda daha iyidir. Roket şu anda geçerli olan "insanlı uçuş" gereksinimlerini karşılamak ya da bunları aşmak üzere tasarlanmıştır. Yapısal güvenlik değer aralıkları uçuş yükünün %40 üzerindedir, bu da diğer roketlerin %25'lik değer aralıklarına göre daha yüksektir.

Falcon Heavy'nin tasarımında görev yükü miktarı, yetenekleri ve toplam itki miktarı; Amerika'nın Ay'a iniş için kullanmayı planladığı 'Dünya yörüngesinde buluşma' (Earth Orbit Rendezvous) yaklaşımı için üzerinde çalışılmış olan Saturn C-3 fırlatma aracı tasarımının (1960) değerlerine denktir.

2015 Eylül ayında, 2015 Haziran ayındaki Falcon 9 Flight 19 uçuşundaki görev-kaybı olayından sonra, SpaceX Falcon Heavy aracının ilk resmi uçuşunun (maiden-flight) tarihini 2016 Nisan ya da Mayıs ayı olarak tekrar değiştirmiştir.

İlk aşamaya güç 3 adet Falcon 9'dan türetilmiş çekirdek tarafından sağlanmaktadır ve bu çekirdeklerin her biri dokuz adet Merlin 1D motoru ile donatılmıştır. Merlin 1D motoru deniz seviyesinde, 282 saniyelik özgül itici kuvvet ile birlikte, 620 kN (140 bin lbf) değerinde itki üretmektedir, vakumda ise, 311 saniyelik özgül itici kuvvet ile birlikte, 690 kN (155,000 lbf) değerinde itki üretmektedir, ve motorun ürettiği itki miktarı %100'den %70'e kısılabilmektedir.

Falcon Heavy kalkış sırasında toplamda, 27 adet Merlin 1D motorundan gelen, 17 bin 615 kN (3 milyon 960 bin lbf) değerinde - deniz-seviyesi - itki miktarına sahiptir ve araç atmosferin dışlarına doğru tırmanırken itki miktarı 20 bin kilo Newton (4 milyon 500 bin lbf) değerine yükselir.

Falcon Heavy tasarımında, benzersiz bir sevk-yakıtı çapraz-beslemesi (İng: propellant crossfeed) özelliği bulunmaktadır, bu özellik ile ana çekirdek motorlardan bazılarına yakıt ve oksitleyici, iki adet yan çekirdek motorundan sağlanır. Bu yakıt ve oksitleyici sağlama işlemi, yan çekirdek motorlarının yakıtlarının bitmesine yakın ve ilk aşama ayrılmasına (İng: separation event) hazır oldukları ana kadar sürer.

Bu sayede her üç çekirdek motoru da (1 ana çekirdek motoru ve 2 yan çekirdek motoru), fırlatma sırasında ateşlenip hızlandırıcıların (2 yan çekirdek motorunun) yakıtlarının bitmesine kadar, tam itki üreterek çalışmaya devam ederler. Böylece hızlandırıcıların ayrılmasından sonra ana çekirdek motorunun sevk yakıtının çoğu muhafaza edilmiş olur.

Yan çekirdekler atıldıktan sonra her yan çekirdekteki merkez motor, hızlandırıcının havada izlediği yönü ayarlayabilmek için birkaç saniye daha çalışmaya devam eder.

Üretim sürecini hızlandırmak amacıyla, Falcon Heavy aracının 3 çekirdeğinde de motorlar, SpaceX'in Octaweb (Octa: sekiz, Web: ağ; 'Sekizli-Ağ' ) olarak adlandırdığı düzende, yerleştirilmişlerdir.

. Bu düzende 9 adet motordan birisi merkez diğer 8 motor ise merkez motorun etrafında daire biçimi oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir (Bkz:Falcon 9 Motor yerleşimi). Ayrıca Falcon Heavy aracının her çekirdeğinde 4 adet uzatılabilir iniş ayağı olacaktır. Hızlandırıcıların ve merkez çekirdeğin atmosferdeki inişlerini yönlendirmek üzere, SpaceX aşama ayrılmasından sonra çıkarılan küçük kılavuz kanatçıklar (İng: grid fins) kullanmaktadır. Yan hızlandırıcılar ayrıldıktan sonra, her iki hızlandırıcıdaki merkez motor, hızlandırıcıyı güvenli bir şekilde roketten uzaklaştırmak üzere havadaki yönünü ayarlayabilmek için, çalışmaya devam edecektir. Daha sonra yere yaklaşırken iniş ayakları çıkarılacak ve yeryüzüne yavaşça iniş yapılacaktır. Merkez çekirdek (2.) aşama ayrılmasına kadar çalışmaya devam edecektir, sonrasında onun da iniş ayakları açılacak ve dünyaya iniş yapacaktır. İniş ayakları, son teknoloji ürünü olan, alüminyum petek yapısı (İng: honeycomb) içeren karbon fiber'den yapılmıştır. 4 iniş ayağı, her çekirdek üzerinde kalkış sırasında çekilmiş durumdadır ve daha sonra iniş için dışarıya ve aşağıya doğru uzatılır. Falcon Heavy aracının hem kılavuz kanatçıkları hem de iniş ayakları, Falcon 9 fırlatma aracında test ediliyorlar. SpaceX'in görev-sonrası teknolojilerini geliştirme çalışması (İng: SpaceX reusable launch system development program) bittikten sonra, bu parçaların DKDİ (İng: vertical-landing) özelliği bünyesinde kullanılması amaçlanmaktadır.

Yukarı aşamaya güç, vakum için uyarlanmış olan, 117:1'lik genleşme oranına (İng: expansion ratio) ve 345 saniyelik ateşleme süresine sahip, tek bir Merlin 1D motoru tarafından sağlanmaktadır.

Falcon 9'un yukarı ve aşağı aşamalarını bağlayan ara-aşama, karbon fiber alüminyum çekirdekli bileşik bir yapıdan oluşmaktadır. Aşama ayrılması, tekrar-kullanılabilir ayrılma halka-kelepçeleri (İng: collet) ve havalı itici sistem sayesinde gerçekleşir. Falcon 9 yakıt tankı duvarları ve kubbesi alüminyum lityum alaşımından yapılmıştır. SpaceX, tamamı sürtme karıştırmalı kaynak (İng: friction stir welding) yöntemi ile yapılmış olan bir yakıt tankı kullanmaktadır. Falcon 9'un ikinci aşama tankı, birinci aşama tankının kısa halidir ve aynı donanım, malzeme v e üretim tekniklerinin çoğu kullanılmıştır. Bu yöntem aracın üretim aşamasındaki üretim maliyetini azaltmaktaydı.

Başlangıçtaki Falcon Heavy tasarımının bir parçası olmamasına rağmen, SpaceX şirketi ileride Falcon Heavy aracına da (önce ilk hızlandırıcı aşamaya ve en sonunda ikinci aşamaya da) uyarlanabilir olması amaçlanan bir tekrar-kullanılabilir roket fırlatma sisteminin geliştirilmesi üzerinde koşut olarak çalışmaya devam etmektedir.

Daha yakın bir tarihte, 2011 yılı içerisinde, SpaceX tekrar-kullanılabilir bir fırlatma sistemini oluşturmak ve uçurmak amaçlı bir geliştirme programının bütçesinin sağlandığını duyurdu. Buna göre ilk aşama fırlatma sahasına dakikalar içinde — ve ikinci aşama fırlatma rampasına, fırlatma sahası ile yörüngesel hizalamayı ve atmosfere tekrar-girişi takiben, 24 saate kadar — geri getirecekti, her iki aşama da döndükten sonra 10 saatten daha kısa bir süre içerisinde tekrar kullanıma hazır hale gelecekti.

Tekrar-kullanılabilir fırlatma sistemi teknolojisinin hem Falcon 9 hem de Falcon Heavy için kullanılması üzerinde durulmaktadır. Uçuş sırasında iki adet dış çekirdeğin roketten (Falcon 9'a göre) çok daha erken ayrılarak çok daha düşük hızlarda hareket ettiği Falcon Heavy için özellikle daha uygundur.

ve yüksek-irtifa[da], yüksek-hız[lı] Falcon 9 görev-sonrası hızlandırıcı-geri-dönüşü test kampanyası içermekteydi. Bu bahsi geçen ikinci test kampanyasında,— 2013 sonlarından başlayarak, toplam 6 adet Falcon 9 uçuşu içermek üzere— her Falcon 9 ilk aşaması, su-üzerinde itkili-geri-dönüş işlemini gerçekleştirmek üzere denetimli iniş test aracı olarak donatılmıştır.

SpaceX, Falcon Heavy Yer-sabit aktarma yörüngesine -YİTY (İng: GTO)- çıkarabileceği görev yükü miktarı, tekrar-kullanılabilir teknolojinin eklenmesiyle azalacağını, ancak fırlatma fiyatlarının çok düşük miktarlarda olacağını duyurmuştur. Her üç hızlandırıcı çekirdeğin tam tekrar-kullanılabilirlik sağlandığı durumda, YİTY'e (GTO) çıkarabileceği görev yükü miktarı 7 bin kg (15 bin lb) olacaktır. Eğer sadece iki dış çekirdek tekrar-kullanılabilir ve merkez çekirdek harcanabilir olursa YİTY'e (GTO) çıkarabileceği görev yükü miktarı yaklaşık olarak 14 bin kg (31 bin lb) olacaktır. Elon Musk, Falcon Heavy aracının ilk aşamasını oluşturacak olan 3 adet Falcon 9 hızlandırıcı çekirdeği kastederek şöyle söylemiştir: "Falcon 9, hızlandırma aşamasının tekrar-kullanılabilir olması durumunda, 3,5 ton civarına kadar uyduları taşıyabilecektir, ve Falcon Heavy, her üç hızlandırma aşamasının tekrar-kullanılabilir olması durumunda, 7 tona civarına kadar uyduları taşıyabilecektir". Elon Musk ayrıca "merkez çekirdeği tekrar-kullanılabilir yapmaları" durumunda Falcon Heavy aracının YİTY'e (GTO) taşıyacağı görev yükü miktarının ikiye katlanacağını belirtmiştir.

SpaceX 2015 yılı içerisinde Falcon Heavy roketi için uygulanacak olan birçok değişiklik duyurmuştur ve bu tasarım değişikliklerini koşut olarak var olan Falcon 9 v1.1 fırlatma aracına da uygulamak niyetindedir. "Yeni Falcon 9", 2015 Mart ayında, hala isimlendirilmemişti.

Yeni Falcon Heavy tasarımında, "yeni Falcon 9" tasarımındaki iki adet yan çekirdeğin aynısı kullanılacak, öte yandan Falcon Heavy aracının merkez çekirdeği özgün Falcon 9 v1.1 aracındakinin boyutlarında ve yapısında olacak. Falcon Heavy aracının yan çekirdeklerine yapılan tasarım değişiklikleri arasında yeni bir sevk/itki-yakıtı karışımı, fırlatma aracının itki sisteminin yapısında değişiklik, daha yüksek-verimli bir motor - Merlin 1D motoru 2013 sonlarında özgün Falcon 9 v1.1 aracının görevlerindeki ilk kullanımından bu yana önemli miktarda ek yeterlilik testini başarıyla tamamlamıştır- ile ilk ve ikinci aşama sevk/itki-yakıtı tanklarında yapılan çeşitli boyutsal ve hacimsel değişikler bulunmaktadır.

Bu değişikler ayrıca ikinci aşamaya da uygulanacaktı, ancak 2015 Mart ayı ortalarında, halka açık kaynaklardaki ayrıntılı değişiklik bilgilerinde sadece Falcon 9 ikinci aşamasına yapılacak olan değişiklikler hakkında kesin bilgiler bulunmaktaydı.

Elon Musk, 2004 Mayıs ayında, ABD Ticaret,Bilim ve Ulaştırma Senato Komitesi önünde şu şekilde ifade vermiştir: "Uzan vadeli planlar ağır-yük taşıyacak bir ürün, hatta müşteri isteği olması durumunda süper-ağır-yük taşıyacak bir ürün de , gerektirmektedir. Araç boyutunun her artışında yörünge çıkarılan libre başına maliyetin anlamlı miktarda düşeceğini umuyoruz. Nihayetinde, Libre başına 500 $ değerinin ulaşılabilir olduğuna inanıyorum."

Musk tarafından 2011 yılında verilen bu Libre başına 500 $ hedefi, 2000 yılında yapılan bir çalışmada belirtilen, ADY'ye çıkabilen fırlatma sistemi için en düşük-libre-başına-maliyetin yüzde 35'ine denk gelmektedir, spaceref.com web sitesinin 2001'de verdiği kaynağa göre, bahsi geçen Zenit orta-ölçekli-yük fırlatma aracı ADY'ye 14 bin kg (30 bin lb) çıkarabilmekteydi.

Falcon Heavy fırlatmaları için duyurulan fiyatlar yıldan yıla değişiklik göstermiştir, Falcon Heavy aracının çeşitli uyarlamaları için duyurulan fiyatlar, 2011 yılında 80-125 milyon $, 2012 yılında 83-128 milyon $, 2013 yılında 77-135 milyon $ aralıklarında ve 2014 yılında YİTY'ye (İng: GTO) 6400 Kg miktarına kadar 85 milyon $ olarak belirlenmiştir (YİTY veya ADY için daha ağır görev yüklerine dair fiyatlar duyurulmamıştır). Fırlatma sözleşmeleri genellikle sözleşmenin imzalandığı tarihlerdeki fırlatma fiyatlarını yansıtırlar.

SpaceX, yıllık 4 adet fırlatma miktarı devam ettirilebildiği takdirde, Alçak Dünya Yörüngesi'ne çıkmanın maliyetinin 1000 $/lb yapılabileceğini iddia etmiştir ve 2011 itibarıyla, en sonunda yıllık 10 adet Falcon Heavy ile 10 adet Falcon 9 fırlatmayı planlamıştır.

Tamamen SpaceX'e özel kullanım için ayrılmış olan üçüncü bir fırlatma sahasının (İng: SpaceX private launch site), Brownsville, Teksas yakınlarındaki bir alana inşa edilmesi planlanmıştı. SpaceX, son saha seçiminden sonra üçüncü Falcon Heavy fırlatma tesisinin yapımına 2014 yılı içerisinde başlamayı umuyordu, yapılacak tesisten fırlatmaların ise 2016 yılı içerisinde gerçekleşeceğini umuyordu. Nitekim SpaceX 2014 Eylül ayında tesisinin inşasına başlamıştır.

Eğer SpaceX tekrar-kullanılabilir roket teknolojisini geliştirmeyi başarıyla tamamlar ve hızlandırıcı aşamaları tekrar-kullanım için fırlatma rampasına geri döndürebilirse, Daha da düşük fırlatma fiyatları vererek, ekonomik-güdümlü yeni bir Uzay Çağının başlamasına öncülük edebilir.

2013 Mayıs ayında kısmi olarak yer altında bulunan yeni bir test rampası, SpaceX'in McGregor, Teksas'ta bulunan Roket Geliştirme ve Test Tesisi'nde, özellikle Falcon Heavy aracının üçlü çekirdeğini ve 27 adet roket motorunu test etmek amacıyla yapılmaya başlanmıştı.

2012 Mayıs ayında SpaceX, Intelsat şirketiyle bir Falcon Heavy uçuşu için ilk ticari sözleşmelerini imzaladıklarını duyurmuştur. Intelsat şirketinin İletişim uydusu için fırlatma 2017 yılı içerisinde gerçekleşecek ve uydu yer istasyonel transfer yörüngesine çıkarılacak.

2012 Aralık ayında SpaceX, ABD Savunma Bakanlığıyla (İng: DoD) yapılan ilk Falcon Heavy fırlatma sözleşmesini duyurmuştur. "ABD Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Sistemleri Merkezi (Space and Missile Systems Center), SpaceX'i 2 adet EHFA (İng: EELV)-türünde görev ile ödüllendirmiştir", bu görevlerden birisi Falcon Heavy aracını kullanacak olan Uzay Test Programı 2 (İng: STP-2) görevidir ve fırlatma tarihi şimdilik 2016 içinde görünmektedir.

2011 yılında, NASA Ames Araştırma Merkezi, Red Dragon olarak adlandırılan bir Mars görevi önermiştir, bu görevde fırlatma ve Mars-yörüngesine giriş (trans-Martian injection) aracı olarak Falcon Heavy aracı ve Mars atmosferine giriş için de Dragon kapsülü kullanılacaktı. Önerilen bilimsel hedefler arasında biyo-izleri (İng: biosignature) belirlemek/algılamak ve 1.0 m (3.3 ft) kadar yeraltına doğru delerek, yüzeyin altında bulunduğu bilinen su-buzu haznelerini örneklemek bulunmaktaydı. 2011 yılında görevin maliyetinin, fırlatma maliyeti hariç, 425 milyon $ olacağı öngörülmüştür. bu görev fikri 2012/2013'te NASA Discovery görevinin (İng: Discovery mission) olarak resmi bir şekilde önerilecekti ancak seçilemedi.

Red Dragon fikrinin dışında; 2015 Mayıs ayında SpaceX şirketi, Dragon V2 uzayaracının uyarlamalarını - Falcon Heavy fırlatma aracıyla birlikte- bilimsel görev-yüklerini güneş sisteminin pek yerine taşımak üzere konumlandırdıklarını duyurmuştur, hedef bölgeler arasında Ay ile Mars gibi Ay-tarafı (cislunar) ve İç Güneş Sistemi bölgeleri ile Orta Güneş Sistemindeki Jüpiter'in uydusu Europa gibi hedefler de bulunmaktadır. Duyurunu ayrıntılarına göre SpaceX Mars yüzeyine 2000–4000 kg (4,400-8,800 lb) arası ağırlık ulaştırmayı umuyor. Bunu, atmosferde kısıtlı alçalmadan sonra SuperDraco iticilerini kullanarak yumuşak tersine-itkili (İng: retropropulsive) iniş yaparak gerçekleştirmeyi planlamaktadırlar. Hedef sahada hiç atmosfer olmadığında, Dragon uyarlamasında paraşüt ve ısı kalkanından vazgeçilir ve fazladan sevk yakıtı eklenir.