獵鷹9號運載火箭

投資

儘管SpaceX自己花錢研發了先前的獵鷹1號火箭，但NASA提供的一些開發資金和購買的幾次展示飛行使獵鷹9號的開發大大加快。最初，2006年的COTS項目為獵鷹9號提供了啟動資金。該合約以Space Act Agreement (SAA)的形式授予，以「開發和展示一個商業軌道運輸服務」為目的。合約中NASA向SpaceX訂購了3次展示飛行。合約總額為2.78億美元，為天龍號太空船、獵鷹9號運載火箭和幾次載有天龍號太空船的獵鷹9號的展示飛行提供了開發資金。2011年，合約中增添了更多的里程碑，使合約總額增加到了3.96億美元美元。
2008年NASA簽訂合約，購買了12次CRS任務，成為了獵鷹9號的關鍵客戶，而這12次任務只有在最初的幾次國際太空站COTS展示任務完成並被NASA認定為成功後才能正式進行。  這個太空運輸合約總價值16億美元，要求最低以12次任務將補給運至ISS，並從ISS將科研貨物帶回地球。
馬斯克曾多次提到，如果沒有了NASA的資金，開發獵鷹9號會耗時更長。SpaceX關於NASA合約的官方聲明稱：
SpaceX是在NASA取得令人難以置信的成就的基礎上實現這一目標，將NASA作為主力客戶進行開發，並在整個開發過程中獲得專家建議和指導。SpaceX特別感謝NASA COTS辦公室在整個過程中給予的持續支持和指導。COTS計劃展示了真正的私人/公共合作夥伴關係的力量，我們期待著我們的團隊將來所做的令人興奮的努力。
2011年，SpaceX估計獵鷹9號1.0版的研發花費約為3億美元。 NASA評估得出的結論是，如果採用了傳統的成本保利合約方式，總花費將為36億美元。
2014年，SpaceX公布了獵鷹9號及天龍號太空船總共的研發成本。NASA提供了3.96億美元，而SpaceX提供了多於4.50億美元用於火箭和飛船的開發。

開發

SpaceX原先計劃用中等運力的獵鷹5號運載火箭來作為輕型的獵鷹1號運載火箭的補充。 2005年，SpaceX宣布他們已經轉向獵鷹9號火箭的研發。獵鷹9號火箭是一種「完全可重複使用的重型運載火箭」，並已經獲得了一份政府客戶訂單。根據描述，它能將約9,500公斤（21,000磅） 送入低地球軌道，預計每次發射，整流罩長度3.7公尺（12英尺）的版本定價2700萬美元，整流罩長度5.2公尺（17英尺）的版本定價3500萬美元。SpaceX還宣布研發獵鷹9號運載火箭的重型版本，LEO運力約為25,000公斤（55,000磅）。獵鷹9號火箭將用於LEO、GTO以及貨運或載人 的ISS任務。.
NASA原先的COTS合約要求2008年9月進行首次展示飛行、三次展示任務在2009年9月前全部完成。 2008年2月，首次獵鷹9號/天龍號太空船COTS展示任務推遲了6個月，推遲到了2009年第一季度末。伊隆·馬斯克表示，開發工作的複雜性以及從卡納維拉爾角發射要滿足的規章要求共同造成了這次推遲。

測試

首次多引擎測試（2台引擎連接到第一節並同時點火）在2008年1月首次成功完成。經過多次成功測試，2008年11月，完整的獵鷹9號火箭第一節完成了全任務時長（178秒）的測試點火。2009年10月，首個用於飛行的第一節在SpaceX位於德克薩斯州McGregor的測試架上完成了全引擎測試點火。2009年11月，SpaceX進行了首次二級測試點火，點火時長40秒。測試成功完成，未出現終止或重新開始測試（recycle）的情況。2010年1月2日，二級一次全時長（329秒）入軌點火測試在McGregor測試場成功完成。 完整的火箭在2010年2月初運抵發射場進行集成。雖然他們估計集成與測試需要花費1到3個月，SpaceX仍然計劃於2010年3月22日發射。
2010年2月25日，SpaceX的首個飛行組合體在卡納維拉爾角CCAFS SLC-40起豎。 3月9日，SpaceX進行了一次靜態點火測試。測試中第一節點火，但不會離地。。由於設計用來將高壓氦氣從發射台泵入渦輪泵以轉動渦輪泵準備發射的系統出現故障，測試於T-2秒時中止。後來的調查發現故障因一個閥門沒有收到開啟指令而發生。因為問題出在發射台而非在火箭本身，又因為McGregor測試場閥門的布置不同，所以這個故障沒有在先前的測試中出現。中止時火箭底部出現了一些火和煙，因此有人懷疑有引擎起火。但是，火和煙是系統中液氧與煤油混合物正常燃燒的結果，火箭與發射台都未受損。在中止之前，火箭各系統都正常工作，沒有發現其他需要解決的問題。後續的測試在3月13日成功進行，第一節9台引擎點火了3.5秒。
由於空軍需要對獵鷹9號飛行中止系統（flight termination system，FTS）進行評估，首飛從3月推遲到了6月。首次發射嘗試發生於美國東部時間2010年6月4日周五下午1:30（1730 UTC）。點火後很短時間內發射自動中止，並自動進行了中止後的程序。地面人員得以重新開始（recycle）火箭發射程序。最終在當天下午2:45（1845 UTC），火箭成功發射。

生產

2010年12月時，SpaceX的生產線每3個月生產一枚獵鷹9號火箭、一艘天龍號太空船，並且有計劃使速度翻倍，達到每6周一枚（艘）。截至2013年9月，SpaceX總生產空間增長到了將近1,000,000平方英尺（93,000平方公尺），而且工廠已經為了達到每年40枚芯級的產量而進行了配置。截至2013年11月，工廠每月生產一枚獵鷹9號火箭。公司計劃在2014年中期將產量提高至每年18枚，在2014年末提高到每年24枚，，在2015年末達到每年40枚芯級。
到2016年2月，這些計劃仍未完成。公司表示芯級產量直到最近才提高到每年18枚，可以同時組裝的芯一級數量從3枚提升到了6枚。預計在2016年末，產量會提升至30枚每年。 但是截至2016年8月，SpaceX已經在向著每年生產40枚努力了，而40枚正是SpaceX在2013年配置工廠時的預計速度。

版本演進

獵鷹9號火箭共推出過五個版本：獵鷹9號1.0版，獵鷹9號1.1版，獵鷹9號全推力型（Block 3），獵鷹9號Block 4，獵鷹9號Block 5。

獵鷹9號1.0版

獵鷹9號1.0版為獵鷹9號的第一個版本，於2010年6月4日首次發射，火箭高度54.9公尺，直徑3.66公尺，最大重量333.4噸，採用兩級設計，第一節搭載9台Merlin 1C引擎，呈九宮格布局，第二節搭載1台Merlin 1C真空版引擎，兩節火箭均採用液態氧和煤油作為燃料，低地軌道運載能力為10,450公斤，地球同步軌道運載能力為4,540公斤。該版本火箭第一節不可回收。
獵鷹9號1.0版共進行5次發射，其中四次完全成功，一次部分成功。2013年3月1日的CRS-2任務後該版火箭退役不再使用。

獵鷹9號1.1版

獵鷹9號1.1版為獵鷹9號的第二個版本，於2013年9月29日首次發射，火箭高度增加到68.4公尺，最大重量增加到541.3噸，低地軌道最大運載能力提高到13,150公斤，和1.0版相比，1.1版一個重要的不同在於第一節的9台Merlin引擎改為被稱為「Octaweb」的圓形布局，引擎型號也升級為Merlin 1D。頂部荷載可選擇長13.1公尺，直徑5.2公尺的整流罩，也可以選擇搭載天龍號貨運飛船。第一節可以視任務情況安裝返回大氣層著陸使用的柵格翼和回收降落腳架，但是該版本的所有回收實驗全部失敗。
獵鷹9號1.1版共進行了15次發射，最短的兩次發射間隔僅13天，除了2015年6月28日CRS-7任務失敗之外，其他主線任務全部成功。該版本在獵鷹9號第21次發射任務（JASON-3）後退役不再使用。

獵鷹9號全推力版（Block 3）

獵鷹9號全推力版是獵鷹9號的第三個型號。，於2015年12月22日首次發射執行Orbcomm-OG2-2任務。火箭針對CRS-7任務失敗中暴露出的問題進行了全面的改良，高度增加到70公尺，並對液氧煤油燃料進行冷凝處理以提高燃料搭載。全推力版的低地軌道運載能力提高到22,800公斤，地球轉移軌道的運載能力提高到8,300公斤，並增加了對載人天龍號太空船的適配。回收用的回收降落腳架和柵格翼成為標準配置，第一節火箭完全可回收。
獵鷹9號全推力版共進行了25次發射，除了AMOS-6任務在發射前意外爆炸，所有發射均獲成功，並實現了16次成功著陸。其中，Orbcomm-OG2-2實現人類歷史上第一次火箭推進器陸地回收，而CRS-8任務實現第一次海上回收，SES-10任務實現第一次火箭推進器重複使用。另外BulgariaSat-1和Iridium NEXT 11–20兩次任務之間發射間隔僅有49小時15分鐘，是目前為止歷史上同款火箭發射時間間隔最短的記錄。該版本在獵鷹9號第49次發射（Paz/Tintin A&B）後退役不再使用。

獵鷹9號 Block 4

獵鷹9號Block 4為獵鷹9號全推力版和獵鷹9號Block 5之間的過渡版本，採用了可多次使用的鈦合金的柵格舵取代了鋁合金的版本。
獵鷹9號Block 4首次發射為2017年8月14日的CRS-12任務，使用7枚一級推進器共進行了12次發射，所有發射均獲成功，6次回收也全部成功。該版本在獵鷹9號第57次發射CRS-15後退役不再使用。

獵鷹9號 Block 5

獵鷹9號Block 5為獵鷹9號的最新型號，具有多次重複使用能力，在不檢修翻新的情況下能夠執行10次任務，而翻修後更能執行達百次的任務。Block 5也採用了全新設計的上面級，取代了之前造成CRS-7事故和AMOS-6事故的上面級，提高了整體的安全性能。獵鷹9號Block 5也是載人天龍號太空船所使用的運載火箭。

獵鷹9號Block 5首次發射為2018年5月11日的Bangabandhu-1任務，使用8枚一級推進器共進行了18次發射，所有發射均獲成功，15次回收14次成功。

火箭特性

獵鷹9號是現役所有運載火箭中設計非常獨特的一款，其主要特點為：發射前多次靜態點火，第一節垂直回收（VTVL），多個部件多次重複使用。

推進器靜態點火

所有在洛杉磯霍索恩Space X總部生產完畢的第一節推進器並不會直接運送到發射場，而是送到位於德克薩斯州McGregor的SpaceX引擎測試場進行靜態全工作時長的引擎測試，確認所有引擎均可以正常工作後，再通過陸運送到發射場，運送到發射場後，獵鷹9號會在不搭載酬載的情況下運送到發射台上進行第二次靜態點火，一般點火時間不會超過10秒，以確認所有系統可以正常工作。在兩次靜態點火完成並確認無誤後，獵鷹9號才會安裝酬載進行正式發射。

推進器回收

獵鷹9號在執行陸地著陸程序時，第一節火箭在和第二節火箭分離後會利用氦氣調整器調整姿態向後翻轉，點燃九台引擎中的一台進行「回推推進（Boostback Burn）」，第一節頂部的四個柵格翼會展開調整姿態。進入大氣層時會第二次點燃三台引擎進行「再入推進（Entry Burn）」。接近地面時，然後第三次點燃一台引擎進行「著陸推進（Landing Burn）「，打開回收降落腳架，利用略低於火箭重量的推力反向噴射實施軟著陸。
而執行海上回收程序時，第一節火箭不會執行回推推進（Boostback Burn）」而是直接進行再入推進。
獵鷹9號1.1版曾在四次發射後進行海上返回實驗，前兩次因火箭降落速度過快或姿態控制不當導致回收失敗並墜毀，第三次回收則因CRS-7任務火箭第一節爆炸而沒有實施。其後SpaceX獲得美國聯邦航空局批准選擇改為在卡納維爾角空軍基地新建的「第一著陸場（Landing Zone 1）」（原13號發射複合體）進行陸地回收測試。2015年12月21日，獵鷹9號火箭進行第20次發射，在為Orbcomm發送11顆衛星後，第一節火箭在卡納維拉爾角空軍基地第一著陸場成功著陸，標誌著陸上著陸試驗成功。2016年4月8日，獵鷹9號火箭進行第22次發射，在為國際空間站進行充氣式太空艙試驗及貨物運輸補給的任務後，第一節火箭（編號B1021.1）進行第五次海上著陸嘗試，第一節火箭在大西洋上的駁船上成功降落，海上著陸試驗成功。

整流罩回收

2019年8月6日，在AMOS-17任務中，整流罩回收船「Ms. Tree」成功接到了獵鷹9號的整流罩。此前該船已經成功接收到獵鷹重型火箭在STP-2任務中所使用的整流罩。

重複使用

獵鷹9號的推進器在陸地著陸場或者海上著陸駁船上著陸後，會被運回霍索恩的火箭製造工廠進行全面的檢查，如果確認沒有問題，會將其運送到德克薩斯州McGregor，重複靜態點火——發射回收的整個流程。
2017年3月30日，執行CRS-8任務的獵鷹9號火箭第一節推進器（編號B1021.2）再次發射，實現一節火箭的重複利用，並又一次成功回收。
2018年12月3日，編號為B1046.3的獵鷹9號推進器執行SSO-A任務，這是第一枚進行第三次使用的火箭推進器，標誌著獵鷹9號重複使用技術的又一個里程碑。
SpaceX計劃在未來對整流罩也將進行重複使用。

發射場，測試場與著陸設施

獵鷹9號目前使用或計劃使用以下幾個發射場：
1、卡納維爾角空軍基地40號航太發射複合體（CCAFS LC-40）
2、范登堡空軍基地4號發射複合體E （VAFB SLC-4E）
3、甘迺迪太空中心39號發射複合體A（KSC LC-39A）
4、德克薩斯州博卡奇卡發射場
獵鷹9號目前以下的著陸和回收設施：
1、卡納維爾角空軍基地1號，2號著陸場（CCAFS LZ-1 and LZ-2）（前卡納維爾角空軍基地13號發射複合體）
2、無人航太著陸船（Autonomous spaceport drone ship）：「Of Course I Still Love You」（當然我還愛你）號和「Just Read the Instructions」（請閱讀說明書）號。
3、范登堡空軍基地4號著陸場 （VAFB LZ-4）（前范登堡空軍基地4號發射複合體W（VAFB SLC-4W））
4、整流罩回收船：「Ms Tree」（原名「Mr Stevens」）和「Ms. Chief」

發射任務

獵鷹9號系列運載火箭在9年裡共發射了77次，其中75次任務完全成功（成功率97.4%），1次部分成功（成功將主酬載送入軌道，但一個次級酬載進入了低於預期的軌道）, 1次失敗（全部損失）。另外，一枚火箭及其酬載於發射前在發射台上為靜態點火測試作準備時因爆炸被摧毀。52次火箭回收嘗試中有44次成功（成功率84.6%）。
火箭第一版獵鷹9號1.0版在2010年6月到2013年3月間發射了5次。它的後繼者獵鷹9號1.1版在2013年9月到2016年1月間發射了15次，獵鷹9號全推力版（包含FT，Block 4和Block 5）從2015年12月至今共發射54次。