Falcon Heavy

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Falcon Heavy
Informazioni
FunzioneVettore di lancio orbitale pesante (riutilizzabile)
ProduttoreSpaceX
Nazione di origineStati Uniti (bandiera)Stati Uniti
Costo per lancio~ 90 milioni di USD[1]
Dimensioni
Altezza70m[2]
Diametro3,66m(stadio centrale)[2]
Massa1420t[2]
Stadi2
Capacità
Carico utileversoorbita terrestre bassa63800kg[2]
Carico utileverso
GTO
26700kg[2]
Carico utileverso
Marte
16800kg[2]
Cronologia dei lanci
StatoOperativo
Basi di lancio
Lanci totali9
Successi9
Fallimenti0
Volo inaugurale6 Febbraio 2018, 15;45 EST[4]
Primo satelliteArabsat-6A
Razzi ausiliari (stadio 0)
Nº razzi ausiliari2[2]
Propulsori9Merlin 1D+[2]
Spinta7600kN[2]al decollo
Impulso specifico282 s[2]al decollo
Tempo di accensione162 s[2]
PropellenteOssigeno liquido/Cherosene RP-1[2]
Elenco stadi
1º stadio
Propulsori9Merlin 1D[2]
Spinta7607kN[2](al decollo)
Impulso specifico282 s[2](al decollo)
Tempo di accensione230 s[2]
PropellenteOssigeno liquido/RP-1
2º stadio
Propulsori1Merlin Vacuum+
Spinta934 kN[2]
Impulso specifico~345 s[2]
Tempo di accensione397 s[2]
PropellenteOssigeno liquido/RP-1

IlFalcon Heavy(FH) è unlanciatore super-pesanteparzialmente riutilizzabileprogettato e costruito dallaSpace Exploration Technologies(SpaceX). Il razzo è costituito da un nucleo centrale al quale sono attaccati dueboosterFalcon 9e un secondo stadio posto sopra il razzo centrale. Al 2023, il Falcon Heavy ha la seconda più alta capacità dicarico utiledi qualsiasi veicolo di lancio operativo dietro loSpace Launch System(SLS) dellaNASA,e la quarta capacità più alta in assoluto dietro al SLS, aEnergiae alSaturn V.SpaceX ha condotto illancio inaugurale del Falcon Heavyil 6 febbraio 2018, alle 20:45 UTC; come carico utile fittizio, il razzo trasportava unaTesla Roadsterappartenente al fondatore di SpaceXElon Musk,con un manichino soprannominato"Starman"al posto di guida.[5]

Sebbene il Falcon Heavy sia stato progettato per essere in grado di trasportare esseri umani nello spazio oltre l'orbita terrestre bassa,SpaceX ha annunciato che non intende perseguire il processo dicertificazione human-ratingper trasportare astronauti della NASA, poiché in futuro si prevede che sia il Falcon Heavy che il Falcon 9 verranno eventualmente sostituiti dal sistema di lancioStarship,al 2023 in fase di sviluppo.[6]

Ad una conferenza stampa al National Press Club (Washington D.C.),Elon Muskaffermò che il Falcon Heavy avrebbe potuto portare in orbita un carico minore solo alSaturn V,ritirato dopo la fine delprogramma Apollo.[7]

SpaceXaveva originariamente annunciato che il Falcon Heavy avrebbe compiuto la prima missione dimostrativa dalla base diVandenberg,[8]California,nel 2013.[9]Il lancio daCape Canaveralera invece programmato per il 2013 o il 2014.[7]A metà del 2015 la compagnia aveva fissato il debutto per la fine del 2016, per poter usare il rinnovatocomplesso di lancio 39AdelJohn F. Kennedy Space Center,Florida. Ma in seguito a ritardi vari il lancio è stato ulteriormente posticipato.

Mentre le specifiche iniziali dell'aprile 2011 prevedevano un carico utile verso laLEOdi53000kg[10]e verso laGTOfino a12000kg,le ultime dichiarazioni del 2011 avevano aumentato il carico utile verso l'orbita terrestre e portato il carico verso l'orbita di trasferimento geostazionaria a19000kg,16000kgper un'orbita di trasferimento lunaree14000kgper un'orbita di fuga con destinazioneMarte.[8][11]

Verso la fine del 2013 SpaceX aumentò la previsione per la GTO a21200kg,facendo ricadere il lanciatore nella categoria usata dallaNASA"Super Heavy-lift".[12]

Nel 2015 la SpaceX annunciò una serie di revisioni al progetto del Falcon Heavy in parallelo alla nuova versione delFalcon 9,lav1.1.[13]

Il Falcon Heavy nel suo lancio inaugurale.

Il nuovo design del Falcon Heavy prevedeva che esso utilizzasse due booster laterali derivati dal primo stadio delFalcon 9 Full Thrust,mentre lo stadio centrale avrebbe mantenuto le dimensioni del primo stadio delFalcon 9 v1.1.Ulteriori cambiamenti ai booster laterali includono una nuova miscela di propellenti, cambiamenti nella struttura di sostegno dei motori, motori più performanti e cambiamenti nella struttura dei serbatoi di carburante.[13]

Nell'aprile 2015 SpaceX spedì all'USAFuna richiesta per la certificazione del Falcon Heavy al lancio di satelliti per lasicurezza nazionale.Il processo di certificazione richiede tre lanci completati con successo dei quali almeno due consecutivi. SpaceX afferma che il processo di certificazione dovrebbe terminare nel 2017, senza tuttavia fornire date precise.[14]

Nel settembre 2015, dopo il fallimento della missioneCRS-7avvenuto nel giugno 2015, SpaceX spostò il debutto del lanciatore verso aprile/maggio 2016,[15]ma prima di febbraio 2016 la data è stata ulteriormente spostata alla fine del 2016.[16]Nell'agosto 2016 il volo di dimostrazione è stato rimandato agli inizi del 2017 e il programma di voli è stato riorganizzato di conseguenza.[17]

Lancio inaugurale

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Lo stesso argomento in dettaglio:Volo inaugurale del Falcon Heavy.
L'atterraggio dei booster.

Il lancio inaugurale è avvenuto con successo martedì 6 febbraio 2018 alle 15:45 EST (ora locale) dallo storicoPad 39AdelJohn F. Kennedy Space CenterinFlorida.Il 2º stadio ha rilasciato laTesla RoadsterdiElon Muskin direzioneMarte,facendola diventare così la prima automobile commerciale della storia ad andare nello spazio. I booster laterali sono atterrati come da programma nelleLanding Zone 1 e 2;il core centrale, invece, si è schiantato in acqua ad una velocità di circa 500 km/h a circa 100 metri dallapiattaforma galleggiantesu cui sarebbe dovuto atterrare, in quanto non è stato in grado di accendere tutti e tre i motori necessari per controllare la discesa sulla piattaforma, ma solo uno. Tale stadio, assieme ai due laterali, non sarebbe stato riutilizzato in ogni caso, quindi il fallito atterraggio non comporta una perdita significativa per SpaceX.[4]

Da sinistra, Falcon 1, Falcon 9 v1.0, Falcon 9 v1.1, Falcon Heavy

Il Falcon Heavy consiste in un Falcon 9 con l'aggiunta di ulteriori due primi stadi come booster,[18]una configurazione simile all'EELVDelta IV,all'Atlas V HLVe al RussoAngara A5V.Il razzo è stato progettato per raggiungere e superare i criteri minimi per lanciare esseri umani. I margini di sicurezza sono superiori del 40% rispetto alle sollecitazioni normali che si incontrano durante il lanci, rispetto al 25% degli altri lanciatori.[19]

Il Falcon Heavy è stato progettato per portare astronauti verso l'orbita terrestre bassae ripristinare la possibilità di raggiungere la Luna e in futuro Marte.[20]Il carico trasportabile dal lanciatore è più o meno lo stesso delSaturn C-3,progettato nel 1960 per lo scenario direndezvousin orbita terrestre.[21]

Il primo stadio è formato da tre primi stadi del Falcon 9, ognuno equipaggiato da noveMerlin 1D+,per una spinta totale al decollo di22 819 kN,che salgono a24 681 kNquando il razzo supera gli strati più densi dell'atmosferae i motori diventano più efficienti.[18]

Tutti i motori dei booster e del primo stadio sono arrangiati in una disposizione che SpaceX chiama Octaweb,[22]con lo scopo di semplificare il progetto di costruzione, e ogni stadio è dotato di quattro zampe d'atterraggio, delle alette di controllo e dei getti diazotoper il controllo dell'assetto durante le operazioni di recupero.[23]Dopo il distacco dal lanciatore ogni booster terrà acceso per qualche secondo il motore centrale per allontanarsi in sicurezza dal primo stadio,[23]in seguito le alette di controllo e le zampe si apriranno per atterrare in sicurezza sulla terra ferma.[24]Il primo stadio continuerà la sua ascesa fino alla separazione dal secondo stadio, col carburante rimasto invertirà la sua traiettoria e atterrerà, al contrario dei booster, sulla nave drone Of Course I Still Love You. Le zampe di atterraggio, costituite infibra di carbonioe una struttura a nido d'ape in alluminio, sono riposte attorno allo stadio al momento del decollo e si estendono verso l'esterno e verso il basso per l'atterraggio. Al momento sia le alette di controllo sia le zampe di atterraggio sono in fase di test sul vettore Falcon 9, per assistere il primo stadio negli atterraggi sperimentali una volta finita la missione principale.[25]

Tecnologia crossfeed cancellata

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Il Falcon Heavy era stato originariamente progettato con una caratteristica unica: la possibilità di alimentare alcuni motori del primo stadio col propellente proveniente dai booster, fino a quando non fossero quasi vuoti e pronti per la separazione.[26]Questo avrebbe permesso di poter tenere tutti e ventisette i motori alla massima potenza per tutta la durata del volo, lasciando lo stadio centrale quasi pieno al momento del distacco. Il sistema di trasferimento del combustibile, soprannominato "Asparagus staging", è derivato da un lanciatore ipotizzato in un libro dimeccanica orbitalediTom Logsdon.[27]Secondo il libro un ingegnere di nome Ed Keit coniò il termine "Asparagus-stalk booster" (cioè "booster a stelo d'asparago" ) per lanciare carichi sfruttando il trasferimento del carburante.[28]Tuttavia Elon Musk ha affermato che la tecnologia non è correntemente prevista per le prime versioni del Falcon Heavy.[29]

Lo stadio superiore è spinto da un singolo Merlin 1D ottimizzato per il vuoto, con una spinta di934 kN,un rapporto di espansione di 117 a 1 e un tempo di accensione di 397 s. Per aumentare l'affidabilità al sistema di riaccensione il motore usa due meccanismi ridondantipiroforici(TEA-TEB). Questo stadio è praticamente una versione più corta dello stadio inferiore e utilizza le stesse procedure, attrezzature e materiali per ridurre i costi di produzione.[18]

Sviluppo delle tecnologie di riutilizzo

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All'inizio SpaceX aveva sperato di rendere riutilizzabili tutti gli stadi del lanciatore.[30]Mentre non si stanno facendo sforzi per rendere riutilizzabile il secondo stadio, SpaceX ha dimostrato la possibilità di recuperare il primo stadio del Falcon 9 sia sulla terra ferma che sul mare. Questo approccio si può adattare visto che i booster laterali si separeranno prima rispetto al primo stadio del Falcon 9, facilitando la traiettoria di recupero. Dalla fine del 2013 il primo stadio del Falcon 9 è stato equipaggiato con l'attrezzatura necessaria per il recupero.[25]

SpaceX ha affermato che il carico verso l'orbita di trasferimento geostazionariadiminuisce se si vogliono recuperare i booster e il primo stadio, ma di conseguenza diminuisce anche il prezzo del lanciatore: con il primo stadio e i booster riutilizzabili il carico massimo sarebbe di 7 tonnellate, mentre col recupero dei soli booster salirebbe approssimativamente a 14 tonnellate.[31]

Prezzi del lanciatore e finanziamenti allo sviluppo

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In una sua apparizione nel marzo 2004 alla commissione delSenato degli Stati Uniti d'Americaper il commercio, la ricerca e il trasporto,Muskaffermò:[32]

(EN)

«Long term plans call for development of a heavy lift product and even a super-heavy, if there is customer demand. We expect that each size increase would result in a meaningful decrease in cost per pound to orbit. [...] Ultimately, I believe $500 per pound or less is very achievable.»

(IT)

«I piani a lungo termine devono prevedere un lanciatore di classe "Heavy" o anche "Superheavy" se i clienti lo richiedono. Ci aspettiamo che a ogni aumento della dimensione corrisponda una diminuzione significativa del costo per libbra in orbita. [...] Nel lungo termine credo che 500 dollari per libbra o meno sia facilmente raggiungibile.»

I $500 dollari per libbra ($1.100/kg) al giorno d'oggi sono il 35% del costo più basso per libbra verso l'orbita terrestre bassa(LEO) del lanciatore più economico: loZenit,un lanciatore medio che può trasportare 14 t verso la LEO.[33]Nel settembre 2016 i prezzi del Falcon Heavy si attestano intorno ai $1600 al chilogrammo ($750/libbra), verso l'orbita terrestre bassa, ammettendo che il vettore trasporti il massimo carico possibile e sia quindi completamente a perdere.[34]

Nel 2011, la SpaceX annunciò che il costo per raggiungere l'orbita terrestre bassa sarebbe potuto scendere sotto i $450/kg se si fosse mantenuta una frequenza di lanci costante, e se si fosse riusciti a lanciare 10 Falcon 9 e dieci Falcon Heavy all'anno.[8]

Lo sviluppo del Falcon 9 è interamente finanziato da capitale privato, non è stato fornito nessun capitale pubblico.[35]Nel 2016 i prezzi previsti da SpaceX sono i più bassi del settore,[36]e se la SpaceX riuscisse nel suo programma di sviluppo di unvettore riutilizzabilepotrebbe nascere una nuovaEra spaziale.[35][37]

Cronologia dei lanci

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Tutti i lanci Falcon Heavy vengono effettuati dalla piattaforma di lancioLC-39AalKennedy Space Center.

Data (UTC) Carico utile Massa Orbita Obiettivo Esito Recupero
booster sinistro
Recupero
booster destro
Recupero
stadio centrale
1 06-02-2018 Tesla Roadster 1305kg Orbita eliocentrica Test di lancio e invio della Tesla inOrbita eliocentrica Riuscito Riuscito
(LZ-1)
Riuscito
(LZ-2)
Fallito
(chiattaOCISLY)
Due motori del nucleo centrale non si sono riavviati e il razzo ha colpito l'oceano invece di atterrare sulla chiatta[38].
2 11-04-2019 Arabsat-6A 6465kg Orbita geostazionaria Satellite di telecomunicazioni Riuscito Riuscito
(LZ-1)
Riuscito
(LZ-2)
Riuscito
(chiattaOCISLY)
Da questo lancio i propulsori ausiliari laterali e il nucleo centrale sono realizzati in Block5[39].Tutti atterrano con successo, ma il nucleo centrale finisce per ribaltarsi sulla chiatta oceanica a causa dell'alto moto ondoso.[40]
3 25-06-2019 STP-2 3700kg Orbita mediaedellittica 6 satelliti per occulatazioni radio e altri 18 piccoli satelliti Riuscito Riuscito
(LZ-1)
Riuscito
(LZ-2)
Fallito
(chiattaOCISLY)
Non è stato possibile recuperare lo stadio principale, distrutto dall'impatto nell'Oceano Atlantico.
4 01-11-2022 USSF-44 Classificata Orbita geostazionaria Carico utile militare dellaUS Space Force Riuscito Riuscito (LZ-2) Non tentato
5 15-01-2023 USSF-67 Classificata Orbita geostazionaria Carico utile militareclassificatodellaUS Space Force Riuscito Riuscito
(LZ-1)
Non tentato
6 01-05-2023 ViaSat-3 6400kg Orbita geosincrona Satellite di telecomunicazioni Riuscito Non tentato Non tentato Non tentato
7 28-07-2023 EchoStar 24(Jupiter 3) 9200kg Orbita geostazionaria Satellite di telecomunicazioni Riuscito Riuscito
(LZ-1)
Riuscito (LZ-2) Non tentato
8 13-10-2023 Psyche 2608kg Fascia degli asteroidi Sonda spaziale diretta a16 Psyche Riuscito Riuscito
(LZ-2)
Non tentato
9 29-12-2023 USSF-52 Classificata Orbita geostazionaria Carico utile militareclassificatodellaUS Space Force Riuscito
(LZ-1)
Riuscito
(LZ-2)
Non tentato

Lanci pianificati

10 25-04-2024 GOES-U 2925 kg Orbita geostazionaria Satellite per l'imaging della Terra e il monitoraggio della meteorologia spaziale[41]. Riuscito style= "background: #bbffbb; color: black; vertical-align: middle; text-align: center;" class= "table-success" | Riuscito
(LZ-1)
style= "background: #bbffbb; color: black; vertical-align: middle; text-align: center;" class= "table-success" | Riuscito (LZ-2) Non tentato
- xx-10-2024 Europa Clipper 6000kg Orbita eliocentrica Lancio della sonda spazialeEuropa Clipperin direzione diEuropa[42]. Non tentato Non tentato Non tentato
- xx-xx-2024 VIPER 400 kg Orbita lunare Rover lunare[43].
- xx-xx-2025 ModuliPPEeHALO ? Orbita lunare 2 moduli della stazione spaziale lunareLunar Gateway[44][45]. Non tentato
- xx-xx-2026 PeregrinediAstrobotic Technology 1283kg Orbita lunare Landerlunare[46].
- xx-xx-2026 GLS-1(Dragon XL) ? Orbita lunare Rifornimento dellaStazione SpazialelunareLunar Gateway[47]. Non tentato
- xx-05-2027 Telescopio Nancy-Grace-Roman ? punto lagrangiano L2 Telescopio spazialedella NASA[48]. Non tentato
  1. ^(EN)CAPABILITIES & SERVICES,suspacex.com.URL consultato il 7 settembre 2016(archiviato dall'url originaleil 7 ottobre 2013).
  2. ^abcdefghijklmnopqrs(EN)Falcon Heavy,suSpaceflight101.URL consultato il 7 settembre 2016(archiviato dall'url originaleil 5 settembre 2016).
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  8. ^abcSpaceX,Media Gallery,suSpaceX.URL consultato il 7 settembre 2016(archiviato dall'url originaleil 17 agosto 2017).
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    « "[...]Falcon Heavy will do satellites up to 7 tonnes with full reusability of the all three boost stages" [...]He also said Falcon Heavy could double its payload performance to GTO “if, for example, we went expendable on the center core.” »
  32. ^(EN)Prepared Statement by Elon Musk at a Senate Hearing on Space Shuttle and the Future of Space Launch Vehicles,suspaceref.com,5 maggio 2015.URL consultato l'8 settembre 2016(archiviato dall'url originaleil 1º ottobre 2021).
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Collegamenti esterni

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  • (EN)Sito ufficiale,suspacex.com.URL consultato il 5 gennaio 2013(archiviato dall'url originaleil 1º dicembre 2011).
  • (EN)Falcon Heavy Overview,suspacex.com.URL consultato il 5 gennaio 2013(archiviato dall'url originaleil 1º dicembre 2011).
  • (EN)Falcon Heavy,suspaceflight101.com.URL consultato il 7 settembre 2016(archiviato dall'url originaleil 5 settembre 2016).