Grasshopper

Grasshopper (tõlkes 'rohutirts') ja korduvkasutatavad katseraketid Falcon 9 (F9R Dev) olid eksperimentaalsed korduvkasutatavad kanderaketid, mis loodi püstise õhkutõusu ja maandumise (inglise keeles vertical takeoff, vertical landing; VTVL) tehnoloogia demonstreerimiseks. Projekti raames, mida rahastas ettevõte SpaceX ilma USA valitsuse kaasabita, ehitati kaks korduvkasutatava raketiastme prototüüpi.
Grasshopper kuulutati välja aastal 2011 ja esimesi madala lennukõrguse ja -kiirusega katseid alustati aastal 2012. Esimene Grasshopper oli 32 m pikkune ja tegi enne mahakandmist aastatel 2012–2013 kaheksa õnnestunud katselendu. Teine, Falcon 9 v1.1 järgi tehtud Grasshopperi katserakett oli suurem ja võimekam. Seda katsetati kõrgemal ja ülehelikiiruse juures, sekka toimus ka madalama lennukõrgusega katselende. Rakett F9R Dev1 ehitati aastatel 2013–2014 ja selle esimene lend toimus 17. aprillil 2014. F9R Dev1 hävis ettevõtte McGregoris Texases asuval katsepolügoonil 22. augustil 2014; see juhtus katse ajal, milles kasutati astmel kolme rakettmootorit.
Rakettide Grasshopper ja F9R Dev katsetused olid korduvkasutatavate rakettide Falcon 9 ja Falcon Heavy arenduses määrava tähtsusega; arenduse eesmärgiks oli luua püstiseks maandumiseks võimeline kanderaketi terviklik – kütusepaakide ja mootoritega – esimene aste. Grasshopperi ja F9R Dev-iga tehtud katsed panid aluse kanderaketi Falcon 9 esimese astme maandumiskatsetele suurelt kiiruselt ja kõrguselt, mida tehti osadel Falcon 9 missioonidel alates 2013. aasta septembrist. 21. detsembril 2015 toimunud katsetusel õnnestus kanderakett lõpuks edukalt maandada.

Ajalugu

Avalikkus sai Grasshopperi katseraketist teada 2011. aasta kolmandas kvartalis, kui kosmoseteemadel kirjutavad ajakirjanikud, kes olid uurinud Ameerika Ühendriikide Föderaalse Lennuameti (FAA) poolt välja antud lennulubasid, sellest esimest korda kirjutasid. 
Peatselt kinnitas SpaceX katseraketi arendusprogrammi olemasolu ja teatas kavatsusest alustada katselendudega aastal 2012.
2011. aastal SpaceX-i poolt jagatud avaliku info kohaselt pidid katsed toimuma McGregori linnas Texases kolmes järgus; need pidid olema allahelikiirusel, maksimaalsel lennukõrgusel 200–3510 meetrit, kestusega 45–160 sekundit. SpaceX plaanis katsete kestuseks kolm aastat ja FAA esialgne luba võimaldas ettevõttel korraldada kuni 70 suborbitaalset raketistarti aastas.
Katselendude tarbeks ehitas ettevõte 0,2-hektarilise betoonist stardiplatvormi.
2012. aasta septembris teatas SpaceX, et on esitanud FAA-le taotluse suurendada osade esialgsete katsete lennukõrgust.
SpaceX-i tegevjuht Elon Musk sõnas 2012. aasta novembris: "Järgmiste kuude jooksul hakkame järk-järgult suurendama katsete kiirust ja kõrgust... Arvan, et saame sel teel mõnd kraatrit näha; meil veaks kõvasti, kui kraatreid ei tuleks. Püstine maandumine on laiaulatusliku ja kiire korduskasutuse jaoks erakordselt tähtis läbimurre."

Pooleli jäänud katseraketi F9R Dev2 kava

2013. aasta mais teatas SpaceX, et Grasshopperi katseprogrammi suuremal kõrgusel ja suurema lennukiirusega katsed tehakse Spaceport America kosmodroomil Las Crucesi lähedal New Mexicos ja mitte White Sandsi raketibaasis, nagu eelnevalt oli plaanitud. SpaceX sõlmis kolmeaastase liisingulepingu maa ja rajatiste liisimiseks hiljuti avatud kosmodroomil. 2013. aasta mais teatas ettevõte, et nad ei tea veel, kui palju töökohti kolitakse Texasest New Mexicosse.
SpaceX alustas 30 m × 30 m suuruse stardiplatvormi ehitamist Spaceport Americas mais 2013; stardiplatvormi ehitati kosmodroomi põhikompleksist seitsme kilomeetri kaugusele. Liisingumakse olnuks 6600 dollarit kuus pluss 25 000 dollarit iga katselennu kohta.
Kolmandat katseraketti nimega F9R Dev2 plaaniti algselt katsetada vaid Spaceport America katsetsoonis ja kuni 91 000 meetri kõrgustel lendudel. Kui katserakett nr 2, F9R Dev1 2014. aasta septembris hävis, siis muutis ettevõte plaane ja kavatses kasutada katseraketti F9R Dev2 esmalt McGregori katsepolügoonil madala lennukõrgusega katsetes. FAA algne luba Falcon 9 korduvkasutatavate arendusrakettide programmile kehtis kuni 2015. aasta veebruarini.
2015. aasta mais kirjutati kosmoselendudele spetsialiseerunud veebiportaali NASASpaceFlight.com artiklis, et kuna merele ja autonoomsele ujuvale kosmodroomile (inglise keeles autonomous spaceport drone ship, ASDS) toimunud maandumiskatsed olid tehniliselt edukad, siis kavatseb SpaceX kasutada New Mexico katsepaika tagasi toodud raketiastmete katsetamiseks.
19. veebruaril 2015 teatas SpaceX, et katseraketi F9R Dev2 programm jäetakse pooleli.
2015. aasta aprillis viis SpaceX Vanderbergi õhujõudude baasi kosmodroomil läbi kütusetankimise katsetused lennu kestel toimuva stardikatkestustesti (inglise keeles in-flight abort test) raketi peal. Kuna antud raketil oli vaid kolm Merlin 1D rakettmootorit ja New Mexico katsepaika kavatsetakse kasutada tagasi toodud raketiastmete katsetamiseks, siis oletati, et stardikatkestustesti rakett oli pooleli jäänud F9R Dev2 katseprogrammi kuulunud katserakett.

Grasshopperi ehitus

Grasshopper koosnes kanderaketi Falcon 9 v1.0 esimesest astmest ja rakettmootorist, selle kogupikkus oli 32 m. Maandumisjalad olid raketi külge liikumatult fikseeritud. Raketil oli üksainus keskel asuv Merlin 1D rakettmootor; samas asukohas ja sama tüüpi mootorit kavatsetakse tootmisversiooni Falcon 9 rakettidel kasutada laskumise aeglustamise viimases etapis ja püstisel maandamisel.

Katseraketi F9R Dev1 ehitus

F9R Dev1 ehitati kanderaketi Falcon 9 v1.1 kasutatud esimesest astmest, see oli 49 meetri pikkune, ligi 50% pikem kui esimene Grasshopperi rakett.
Maandumisjalad olid ehituselt sissetõmmatavad A-kujulise raami külge kinnitatud teleskoopkolvid. Nelja maandumisjala kogusiruulatus oli umbes 18 meetrit ja kaal vähem kui 2100 kg. Jalgade välja sirutamiseks kasutati kõrgrõhu all olevat heeliumi. Jalad kaalusid vähem kui esimese Grasshopperi jalad. Katseraketi F9R Dev1 mootorikamber oli esimese Grasshopperi omast erinev.
Raketil F9R Dev1 oli õhku tõusmiseks ja kiirendamiseks kolm rakettmootorit, sest katserakett ei vaja täie võimsusega tõukejõudu, nagu seda vajab Maa-lähedasele orbiidile kasulikku lasti toimetav rakett Falcon 9. Laskumine ja maandumine toimus vaid ühe rakettmootori abil.

Raketi Falcon 9 tootmisversiooni maandumiskatsed

2013. aastal liikus SpaceX edasi ja hakkas lisaks katserakettidega toimuvatele katselendudele VTVL-katsetes kasutama ka oma tootmisversiooni Falcon 9 kanderakette. Märtsis 2013 teatas SpaceX, et alates Falcon 9 kanderaketi pikendatud versiooni esimesest lennust – kanderaketi Falcon 9 kuuendast lennust (mida tol hetkel arvati toimuvat 2013. aasta suvel) – saavad kõigi kanderakettide esimesed astmed olema kontrollitud laskumise katsesõidukite varustuse ja võimekusega.
SpaceX üritas mitmeid vee kohal toimunud maandumisi. Prooviti ookeani kohal toimunud maandumisi ja saavutati mitu "pehmet maandumist" vette. Autonoomsetele ujuvatele kosmodroomidele ehk spetsiaalselt maandumiseks loodud pargastele maandumistest polnud ükski täiesti edukas.
Lõpuks saatis SpaceX-i püüdlusi edu ja 2015. aasta lõpus õnnestus ettevõttel püstiselt maandada tootmisversiooni kanderakett. See oli ühtlasi esimene katse maandada kanderaketi Falcon 9 esimest astet maapinnale ja see toimus kanderaketi Falcon 9 lennu nr 20 ajal 21. detsembril 2015. Maandumine oli edukas ja kanderaketi Falcon 9 v1.1 Full Thrust esimene aste saadi tervena tagasi.