Falcon 9 v1.1

Falcon 9 v1.1 on SpaceX:n Falcon-rakettiperheeseen kuuluva kantoraketti. Se on toinen versio Falcon 9 -raketista. V1.1 kehitettiin vuosina 2010–2013, ja se teki ensilentonsa 29. syyskuuta 2013 kuudennella Falcon 9 -lennolla. Raketti on kokonaisuudessaan SpaceX:n suunnittelema ja valmistama.

Kaksivaiheisen raketin molemmat vaiheet käyttävät ajoaineena nestemäistä happea (LOX) ja rakettikäyttöön tarkoitettua tarkemmin jalostettua RP-1-kerosiinia. V1.1 pystyy nostamaan 13 150 kilogramman kuormia matalalle maan kiertoradalle (LEO) ja 4 850 kilogramman kuormia GTO-radalle, mikä asettaa Falcon 9 v1.1:n laukaisujärjestelmien keskiluokkaan kuormilla mitattuna.

Falcon 9 v1.1 on rakenteeltaan uudistettu, ja sen Merlin 1D -rakettimoottorit tuottavat 60 prosenttia enemmän työntövoimaa edelliseen v1.0-versioon nähden. Raketti on arviolta 60 prosenttia raskaampi kuin v1.0.

Falcon 9 v1.1:tä ja Dragon-kapselia on käytetty huhtikuusta 2014 lähtien kansainvälisen avaruusaseman miehittämättömiin rahtilentoihin, jotka ovat osa NASAn kanssa tehtyä Commercial Resupply Services (CRS) -ohjelmaa. V1.1 oli  Falcon-rakettiperheen ainoa aktiivikäytössä oleva raketti.

Tekniikkaa

Falcon 9 v1.1 on kaksivaiheinen LOX ja RP-1 -polttoaineita käyttävä kantoraketti.

Erot Falcon 9 v1.0:aan

Falcon 9 v1.1 on v1.0:aan nähden 60 prosenttia raskaampi, ja sen päivitetyt Merlin 1D -rakettimoottorit tuottavat noin 60 prosenttia enemmän työntövoimaa v1.0:n Merlin 1C -moottoreihin verrattuna. Päivitysten ansiosta v1.1:n hyötykuorma on noin 3 tonnia korkeampi, 13 150 kilogrammaa v1.0:n 10 454 kilogrammaan nähden. Falcon 9 v1.1:n ensimmäisen vaiheen moottorit on järjestetty myös uudelleen. Rakettivaiheiden erkanemiseen käytettävä järjestelmä suunniteltiin myös uudelleen, v1.1:n järjestelmässä on kolme kiinnityspistettä v1.0:n kahdentoista sijasta. Raketin avioniikkaa ja ohjelmistoja on myös päivitetty. Myöhempiin v1.1-raketteihin on lisäksi asennettu neljä laskutelinettä ja ritilämäiset ohjaussiivekkeet laskeutumiskokeita varten.

Vuoden 2013 syyskuun laukaisun jälkeen toisen vaiheen moottorin sytytysaineen syöttölinjojen eristystä parannettiin, jotta rakettimoottorin uudelleenkäynnistys tapahtuisi luotettavammin avaruudessa moottorin ollessa sammutettuna pidempiä jaksoja.

SpaceX:n uusi nokkakartio otettiin käyttöön v1.1:n ensimmäisellä lennolla. Apollo-ohjelman Saturn V -raketin tapaan Falcon 9 pystyy saavuttamaan halutun kiertoradan, vaikka kaksi ensimmäisen vaiheen moottoreista lopettaisi toimintansa kesken nousun.

Ensimmäinen vaihe

Falcon 9 v1.1:n ensimmäisen vaiheen koekäyttö suoritettiin heinäkuussa 2013. Vaiheen moottoreina on yhdeksän Merlin 1D -rakettimoottoria, jotka tuottavat yhteensä 5 886 kilonewtonin (654 kN per moottori) työntövoiman merenpinnassa. Ensimmäinen vaihe palaa 180 sekuntia, minkä aikana sen työntövoima kasvaa 6 444 kilonewtoniin (716 kN per moottori) raketin noustessa ilmakehän ulkopuolelle. Ensimmäisen vaiheen moottorien sytytykseen käytetään v1.0:n tapaan pyroforista trietyylialumiinin ja trietyyliboraanin seosta (TEA-TEB). Falcon 9 v1.1:n ensimmäisen vaiheen moottorit on järjestetty uudestaan niin, että kahdeksan moottoria muodostaa ympyrän keskimmäisen moottorin ympärille. SpaceX käyttää uudesta järjestelystä nimeä Octaweb, ja sen on tarkoitus tehostaa raketin tuotantoprosessia ja parantaa raketin luotettavuutta.

V1.1-raketin ensimmäiseen vaiheeseen on asennettu myös neljä laskutelinettä ja ritilämäiset ohjaussiivekkeet, joita käytetään ensimmäisen vaiheen talteenottokokeiluissa. Ohjaussiivekkeitä kokeiltiin ensikertaa kesäkuussa 2014 F9R Dev-1 -koeraketissa, ja v1.1-rakettiin ne asennettiin CRS-5-lennolle. Yhtiö on tehnyt laskeutumiskokeita käytöstä poistuneella Grasshopper- ja tuhoutuneella Falcon 9R Dev1 -koeraketillaan sekä Falcon 9 v1.1 -raketin ensimmäisellä vaiheella joidenkin laukaisujen yhteydessä.

Toinen vaihe

Toisen vaiheen voimanlähteenä on yksi 801 kilonewtonin Merlin 1D Vacuum -moottori, joka on muunneltu tyhjiökäyttöä varten Merlin 1D:stä. Toinen vaihe palaa 375 sekunnin ajan.

Rakettivaiheet yhdistävä välikappale on hiilikuitu-alumiinirakenteinen. Rakettivaiheiden erottaminen tapahtuu paineilmalla pyrotekniikan sijaan.

Raketin polttoainesäiliöt valmistetaan kitkahitsaamalla alumiini-litium-metalliseoksesta. Toisen vaiheen polttoainesäiliö on pitkälti vain lyhennetty versio ensimmäisen vaiheen tankista, ja sen valmistuksessa käytetään pitkälti samoja menetelmiä ja työkaluja, mikä tehostaa tuotantoa.

Nokkakartio
Falcon 9 v1.1:n nokkakartio on 13,1 metriä pitkä, ja sen halkaisija on 5,2 metriä. Nokkakartiota käytettiin ensikertaa Falcon 9 v1.1 -raketin ensimmäisellä laukaisulla, joka vei CASSIOPE-satelliitin avaruuteen. Dragon-laukaisujen yhteydessä voidaan laukaista myös pieniä satelliitteja, jotka kuljetetaan avaruuteen kapselin paineistamattomassa osassa.

SpaceX valmistaa nokkakartiot Hawthornessa, Kaliforniassa. Kartiolle tehtiin erilaisia kokeita NASAn Glennin tutkimuskeskuksen Plum Brookin asemalla ennen sen käyttöönottoa keväällä 2013. Kokeisiin kuuluivat akustisten shokkiaaltojen, mekaanisten värinöiden ja sähköstaattisten purkausten vaikutusten tutkiminen, joita tehtiin täysikokoiselle nokkakartiolle maailman suurimmassa Space Power Facility (SPF) -lämpötyhjiökammiossa. SpaceX maksoi NASAlle 581 300 dollaria koelaitosten käytöstä.

Jatkokehitys
SpaceX alkoi kehitellä päivitystä v1.1-rakettiin vuoden 2015 alkupuolella. Raketin ensimmäisen vaiheen työntövoimaa aiottiin kasvattaa 15 prosentilla ja rakettivaiheisiin pyrittiin saamaan enemmän polttoainetta jäähdyttämällä ne matalampaan lämpötilaan ja laajentamalla toisen vaiheen tankkia noin kymmenellä prosentilla. Muutosten taustalla on SpaceX:n halu suorittaa erilaisia kokeita raketin ensimmäisellä vaiheella myös GEO-laukaisujen yhteydessä. Muutosten ennustettiin maaliskuussa 2015 hidastavan Falcon 9 v1.1:n sertifiontiprosessia USAF:in ja NASAn laukaisuja varten.

Kesällä 2015 epäonnistuneen CRS-7 -lennon myötä jatkokehityssuunnitelmat muuttuivat jossain määrin.  suunnitelmana oli, että seuraava Falcon 9 laukaisu tehdään vielä Falcon 9 v1.1 -raketilla.

Kehitys

Falcon 9 v1.1:n uusien osien kokeet alkoivat huhtikuussa 2013 ensimmäisen vaiheen sytytysjärjestelmän koekäytöllä. SpaceX teki kesäkuun 2013 alulla kymmenen sekunnin koepolton ja heinäkuussa täyden kolmen minuutin polton raketin ensimmäiselle vaiheelle.

Syyskuussa 2013 SpaceX:llä oli käytössä 9,3 hehtaaria tehdastiloja rakettien ja moottorien tuotantoon. Yhtiön tavoitteena oli kasvattaa rakettituotanto ensin 24 raketin vuositahtiin vuoden 2014 loppuun mennessä ja lopulta 40 raketin vuositahtiin.

Yhdysvaltain ilmavoimat ilmoitti toukokuussa 2015 Falcon 9:n läpäisseen asevoimien satelliittien laukaisuun tarvittavan sertifioinnin.

Laukaisu

Paikat 
SpaceX oli käyttänyt tammikuussa 2016 sekä Cape Canaveral Space Force Stationin SLC-40- että Vandenberg AFB:n SLC-4E -laukaisualustaa Falcon 9 v1.1:n laukaisuun. Yhtiön yksityisen laukaisupaikan rakentaminen käynnistyi syyskuussa 2014 Brownsvillessä, Texasissa. Laukaisupaikasta kilpailivat Texasin lisäksi Puerto Rico ja Florida. Uutta yhtiön omistamaa laukaisupaikkaa on tarkoitus käyttää kaupallisiin laukaisuihin.

Hinnat 
SpaceX:n verkkosivujen mukaan yhden Falcon 9 v1.1 -raketin kaupallisen laukaisun hinta oli 61,2 miljoonaa dollaria .

NASAn CRS-huoltolentojen keskihinta on 133 miljoonaa dollaria per laukaisu, sillä koko sopimuksen arvo on 1,6 miljardia dollaria, ja se tehtiin ensimmäisistä 12 rahtilennosta, minkä seurauksena v1.0- ja v1.1-laukaisujen hinnoissa ei ole eroa. Sopimus tehtiin 20 000 kilogramman rahtimäärän kuljettamisesta asemalle 12 lennon aikana.

SpaceX:n mukaan sen Yhdysvaltain armeijalle tekemät laukaisut ovat puolet kalliimpia tavalliseen kaupalliseen laukaisuun nähden niiden vaatiman varmennusprosessin takia. Yhden sotilaslaukaisun hinnaksi tulisi tällöin keskimäärin 90 miljoonaa dollaria.

Toissijaiset hyötykuormat 
SpaceX teki kesäkuussa 2012 sopimuksen Spaceflight Inc. -yrityksen kanssa, joka kehittää Yhdysvaltain puolustusministeriön EELV-laukaisuissa käytetyn ESPA-hyötykuorma-adapterin tapaista Spaceflight Secondary Payload System (SSPS) -adapteria. Sopimuksen mukaan SSPS-adapteria olisi ollut tarkoitus käyttää Falcon 9 -laukaisussa vuoden 2013 alussa. Spaceflightin ja SpaceX:n yhteistyön jatkumisesta tai yhteisistä Falcon 9 -laukaisuista ei tullut uutta tietoa sopimuksen julkistamisen jälkeen. Spaceflight on laukaissut erilaisia kuormia avaruuteen muiden yritysten raketeilla, kuten kolmella Orbital Sciencesin Antares-laukaisulla. Yhtiön verkkosivut ilmoittivat maaliskuussa 2015 sen tekevän edelleen yhteistyötä SpaceX:n kanssa. Spaceflightilla oli suunnitelmissa  yhteensä 87 satelliitin laukaisu SHERPA-hyötykuorma-adapterinsa kanssa Falcon 9 -raketin kyydissä.

Katso myös
Falcon 9 v1.0
Falcon-rakettiperhe
Luettelo Falcon 9:n laukaisuista

Lähteet

Aiheesta muualla

 Falcon 9 SpaceX:n verkkosivuilla

62.44 Avaruusteknologia
Falcon-rakettiperhe
Rakettivaiheet