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| プログラム概要 | |
|---|---|
| 国 | アメリカ合衆国 |
| 組織 | スペースX |
| 目的 | 再利用可能な打ち上げシステム |
| 状態 | アクティブ |
| プログラムの歴史 | |
| 間隔 | 2011年～現在 |
| 初飛行 | SpaceX CRS-3 |
| 発射場 | |
| 車両情報 | |
| 打ち上げロケット | |
SpaceXは、航空機の再利用性と同様に、何度も再利用できる軌道打ち上げシステムの開発に民間資金を投入してきました。SpaceXは2010年代から、宇宙打ち上げロケットの完全かつ迅速な再利用を促進する技術を開発してきました。このプロジェクトの長期目標には、打ち上げロケットの第1段を数分以内に打ち上げ場所に戻し、第2段を、打ち上げ場所との軌道再調整と大気圏再突入後、最大24時間以内に打ち上げ台に戻すことが含まれます。SpaceXの長期目標は、軌道打ち上げロケットの両方の段を再利用することであり、第1段は帰還後数時間で再利用できるように設計される予定です。[ 1 ] Falcon 9の再利用可能な第2段の開発は、後にStarshipを優先して中止されました。[ 2 ] SpaceXはFalcon 9の再利用可能なペイロードフェアリングを開発しました。[ 3 ]
このプログラムは2011年に発表されました。SpaceXは2015年12月に第1段の着陸と回収に初めて成功しました。着陸した第1段の最初の再飛行は2017年3月に行われ[ 3 ]、2回目はブースターの初飛行からわずか5か月後の2017年6月に行われました[ 4 ] 。3回目の試みは2017年10月にSES-11 / EchoStar-105ミッションで行われました。その後、改修された第1段の再飛行は日常的なものとなりました。2021年5月、B1051は10回のミッションを打ち上げた最初のブースターとなりました[ 5 ] 。
再利用可能な打ち上げシステム技術は、当初ファルコン9の第1段用に開発されました。[ 6 ]段分離後、ブースターは反転し（オプションのブーストバック燃焼で軌道が反転）、再突入燃焼によって重力による速度が失われ、宇宙船が大気圏のより厚い部分に再突入する際の段の過熱が防止され、着陸燃焼によって最終的な低高度減速と着陸が行われます。
SpaceXは少なくとも2014年から再利用可能な第2段の開発を計画していたが、機体が軌道速度で移動しているため、これはより困難なエンジニアリング上の問題である。[ 7 ] [ 6 ] [ 8 ]第2段の再利用は、イーロン・マスクの火星移住計画にとって不可欠であると考えられている。再利用可能なファルコン9第2段の初期コンセプトは2018年までに放棄された。[ 2 ]
2023年現在SpaceXは、衛星輸送や有人輸送用の他のすべての打ち上げロケットや宇宙船（ファルコン9、ファルコンヘビー、ドラゴン）を置き換えることを目的とした、完全再利用可能な2段式打ち上げロケットであるスターシップシステムを開発しており、最終的には月や火星への飛行をサポートする予定です。理論的には、地球上での迅速なポイントツーポイント輸送にも使用できます。[ 9 ]
SpaceXはファルコン1の第1段をパラシュートで着陸させようと試みたが、第1段は大気圏再突入に耐えられなかった。 2010年以降、ファルコン9の初期の飛行でもパラシュートを使った実験を続けたが、成功しなかった。その後、SpaceXは動力降下着陸システムの開発に切り替えた。[ 10 ]
2011 年 9 月に、再利用可能な打ち上げシステムの概要が示されました。SpaceX は、完全垂直離陸・垂直着陸 ( VTVL )ロケットである Falcon 9 の 2 段の動力降下と回収の開発を試みると述べました。同社は、動力降下のために尾部から戻る第 1 段と、動力降下のために回転する前にヘッドから再突入する第 2 段のアニメーション ビデオを作成しました。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 2012 年 9 月に、SpaceX は準軌道ロケット Grasshopperを使用して、プロトタイプの再利用可能な第 1 段の飛行試験を開始しました。[ 15 ]これらの試験は 2014 年まで続き、2 番目に大きくなったプロトタイプ機F9R Dev1の試験も含まれていました。
グラスホッパー試験ロケットのニュースは、数日前に米国連邦航空局がテキサス州のスペースX試験場の環境影響評価案を発表し、宇宙メディアがそれを報じたことで公になった。 [ 16 ] [ 17 ] 2012年5月、スペースXはNASAマーシャル宇宙飛行センターの風洞試験施設での176回の試験に基づいて、ファルコン9第1段の回収のための大気試験データ一式を取得した。この作業は、スペースXがNASAとの償還可能な宇宙法協定に基づいて委託したものである。 [ 18 ]
2012年には、再利用可能なファルコン9ロケットの第1段分離は、使い捨てのファルコン9のマッハ10（7,600 mph、 3.4 km/s）ではなく、約マッハ6（4,600 mph、 2.0 km/s）の速度で行われると予測された。これは、減速と方向転換操作、制御された降下と着陸に必要な残存燃料を提供するためである。[ 1 ]
2012年11月、CEOのイーロン・マスクは、ファルコン9とファルコンヘビーで使用されているLOX/ RP-1ではなく、LOX /メタンを動力源とする、はるかに大型の再利用可能なロケットシステム第2弾を建造する計画を発表した。この新システムは「スペースXのファルコン9ブースターの進化形」となる予定で、スペースXは垂直着陸技術のブレークスルーを開発するというコミットメントを改めて表明した。[ 19 ] 2012年末までに、実証試験機グラスホッパーは3回のVTVL試験飛行を実施した。これには、 2012年12月17日に40メートル（130フィート）まで29秒間ホバリングした飛行も含まれる。[ 15 ] 2013年3月初旬、スペースXはグラスホッパーの4回目の試験飛行を成功させ、 80メートル（260フィート）を超える高度まで飛行した。[ 20 ]
2013 年 3 月、SpaceX は、後続の Falcon 9 第 1 段を制御降下試験機として計測機器と装備を搭載し、2013 年より水上での推進減速模擬着陸の計画を開始し、動力着陸のために機体を打ち上げ場所に戻すことを意図していると発表した。おそらく 2014 年半ばにも実現するだろう。[ 21 ] 2013 年 4 月に作成されたSpaceX のサウス テキサス打ち上げ予定地の環境影響評価書の草案には、Falcon 9 第 1 段ブースターを打ち上げ場所に戻すための具体的な対策が含まれている。[ 22 ]イーロン マスクは、2013 年 4 月に再利用可能な Falcon 9 を Falcon 9-R と初めて公に呼んだ。[ 23 ]
2013 年 9 月、SpaceX は軌道打ち上げで使用済みブースターの 3 基のエンジンを再点火することに成功し、ブースターは燃え尽きることなく極超音速で大気圏に再突入した。[ 24 ]高高度からのブースター制御降下の最初の飛行試験で収集されたデータと、グラスホッパー低高度着陸実証機で行われた技術的進歩により、SpaceX はブースター段の完全な地上回収の試験を行う準備が整ったと確信していると発表した。[ 25 ]最初の高高度飛行試験の良好な結果に基づき、SpaceX は規制当局の承認を待って、次の国際宇宙ステーション貨物補給飛行で実施する意図で、試験の予定日を 2014 年半ばから 2015 年初頭に前倒しした。 [ 26 ] [ 27 ]その飛行は 2014 年 4 月 18 日に行われた。[ 28 ] [ 29 ]
マスク氏は2013年5月に、このプログラムの目標は2015年までに第1段の完全かつ迅速な再利用性を実現し、その後「将来の設計アーキテクチャの一部として」打ち上げロケットの完全な再利用性を開発することだと述べた。[ 30 ] 2013年9月、SpaceXは、試験プログラムのすべての側面が成功し、顧客が関心を示した場合、ファルコン9ブースターステージの最初の再飛行は2014年末にも実現する可能性があると述べた。[ 26 ]
2014年2月、SpaceXは、当時火星植民地輸送機と呼ばれていた計画のために新たに定義された超大型打ち上げロケットも再利用可能な技術を利用することを明言した。[ 8 ]これは、2012年のマスクの戦略的発言「革命的なブレークスルーは、完全に迅速に再利用可能なロケットによってもたらされるだろう。そうしなければ、火星を征服することは決してできない。費用がかかりすぎる。海を渡った船が再利用可能でなければ、アメリカの植民地開拓は決して行われなかっただろう。」[ 31 ]と一致していた。
また、2014年5月には、スペースX社はドラゴンフライと呼ばれる再利用可能な動力着陸型宇宙カプセルの大規模な試験プログラムを発表した。試験は2014年から2015年にかけてテキサス州のマクレガーロケット試験施設で実施される予定だった。[ 32 ]
2014年6月、COOのグウィン・ショットウェルは、再利用可能な打ち上げシステム技術開発プログラムの開発とテストのための資金はすべてSpaceXからの民間資金であり、米国政府からの拠出はないと明言した。[ 33 ] [ 34 ] 2017年時点で、SpaceXはこの開発プログラムに10億ドル以上を費やしている。[ 35 ]
SpaceXは2014年7月に初めて、「浮体式発射台または発射場に無事着陸し、必要な改修なしにロケットを再飛行させることができると非常に自信を持っている」と述べた。[ 36 ]
2014年末までに、SpaceXはファルコン9の第2段を回収して再利用する計画を一時停止または放棄した。[ 37 ]必要な耐熱シールド、着陸装置、低出力着陸エンジンの追加質量により、性能に大きな損失が生じるためである。このアイデアは後に再び言及されたが、スターシップの開発が進展したため、最終的には放棄された。[ 2 ]
2015年12月、 12月22日の打ち上げで回収された第1段の回収後、SpaceXは回収されたブースターの最初の再飛行は2016年に行われる可能性が高いが、12月22日に回収された段は使用しないと予測した。[ 38 ]
2016 年 9 月、SpaceX は、再利用可能な飛行ハードウェアを第 2 段まで拡張する開発が進行中であると発表した。これは、機体が軌道速度で移動しているため、より困難なエンジニアリング上の問題である。再利用可能な技術は、タンカーと有人宇宙船の上段バリアントの両方の 2016 年の設計と、惑星間輸送システムの第 1 段に拡張される予定であり、[ 7 ] [ 6 ] [ 8 ]イーロン マスクが火星への入植を可能にするために推進している計画にとって最重要であると考えられている。[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] 2016 年、惑星間輸送システム機の最初の試験飛行は 2020 年より早くは行われないと予想されていた。[ 7 ]
2017年、SpaceXはフェアリング回収システムを段階的かつ反復的に開発する試験飛行を進めていた。 [ 42 ] [ 3 ] 2017年7月、マスク氏は「フェアリングを回収できるところまでかなり近づいている。…年末までにフェアリングを回収し、今年の終わりか来年の初めまでに再飛行できる可能性は十分にある」と述べた。[ 43 ]フェアリングを回収することでSpaceXが節約できる費用は500万米ドル程度と見込まれている。ブースター段とフェアリングを合わせると、打ち上げ費用の約80%を占める。[ 43 ]フェアリングには操縦可能なパラシュートが装備されており、大きなネットを備えた船に向かって落下する。[ 44 ] 2017年から海から無傷のフェアリングを回収できるようになり、[ 45 ] 2019年からはネットに着地するようになった。[ 44 ]
ファルコン9とファルコンヘビーの第1段、そしてスターシップの両段の打ち上げと回収を成功させるためには、いくつかの新しい技術を開発し、試験する必要があった。2017年以降、ファルコンロケットブースターの回収と再利用は日常的なものとなっている。
ファルコン9のために開発された技術（その一部は現在も改良中）には、以下のようなものがある。
ファルコン9を再利用可能にして発射場に帰還させるには、第1段に予備の推進剤と着陸装置を搭載する必要があり、使い捨てのファルコン9と比較して、軌道への最大ペイロードを約30パーセント削減する必要がある。 [ 64 ]以前に使用した段を次の飛行で再利用するには、着陸した段の状態が必要であり、スペースシャトルの再利用可能な固体ロケットブースター以外ではほとんど使用されていない技術である。
マスク氏は2015年に、地上でエンジンの全時間燃焼を複数回実施し、その時点でエンジンの再始動を複数回実証しており、重大な劣化は見られなかったため、プログラムの再飛行段階は「簡単」になると予測した。[ 65 ] 2015年、業界アナリストは、ステージの改修と再打ち上げのコストがまだ実証されておらず、再利用の経済的根拠は必然的に頻繁な打ち上げに大きく依存するため、経済的な再利用を妨げる可能性のある問題を予測し続けた。[ 66 ]
SpaceXは宇宙へのアクセスコストを大幅に削減し、ますます競争が激化する宇宙打ち上げサービス市場を変えることが期待されている。[ 26 ] [ 67 ]マイケル・ベルフィオーレは2013年にForeign Policy誌で、低軌道への打ち上げ1回あたり5,650万米ドルという公表コストで、「ファルコン9ロケットはすでに業界で最も安価である。再利用可能なファルコン9は価格を桁違いに下げ、より多くの宇宙ベースの事業を刺激し、規模の経済を通じて宇宙へのアクセスコストをさらに下げるだろう」と書いている。[ 24 ]追加の打ち上げサービスを提供する契約上の要件が多数ある軍事打ち上げでさえ、SpaceXの価格は1億米ドル未満である。[ 68 ] [ 69 ]
Space industry analyst Ajay Kothari has noted that SpaceX reusable technology could do for space transport "what jet engines did for air transportation sixty years ago when people never imagined that more than 500 million passengers would travel by airplanes every year and that the cost could be reduced to the level it is—all because of passenger volume and reliable reusability."[70] SpaceX said in January 2014 that if they are successful in developing the reusable technology, launch prices of around US$5 to 7 million for a reusable Falcon 9 were possible,[71] and following the successful first stage recovery in December 2015, Musk said that "the potential cost reduction over the long term is probably in excess of a factor of 100."[66]
As of March 2014, launch service providers who compete with SpaceX were not planning to develop similar technology or offer competing reusable launcher options. Neither ILS, which markets launches of the Russian Proton rocket; Arianespace; nor SeaLaunch were planning on developing and marketing reusable launch vehicle services. SpaceX was the only competitor that projected a sufficiently elastic market on the demand side to justify the costly development of reusable rocket technology and the expenditure of private capital to develop options for that theoretical market opportunity.[72]
In 2014, the Falcon 9 v1.1 rocket was designed with about 30 percent more capacity than its official payload specifications; the additional performance was reserved for SpaceX to perform first-stage re-entry and landing tests towards reusability while still achieving the specified orbital payload delivery for customers.[73]
再利用技術の経済的メリットを最大限に得るためには、再利用が迅速かつ完全である必要があり、以前の再利用型ロケットの試みを悩ませた、長くて費用のかかる改修期間や部分的にしか再利用できない設計があってはなりません。SpaceXは、「宇宙飛行を開放する大きな可能性」[ 74 ]は、完全かつ迅速な再利用の実現にかかっていると明言しています。[ 28 ] [ 68 ] CEOのマスク氏は2014年に、ファルコン9の推進剤/酸化剤のコストはロケットの総コストのわずか0.3%であるため、技術開発の取り組みが成功すれば「宇宙飛行のコストを100分の1に削減できる」[ 75 ]と述べています。 [ 76 ]
SpaceXの低価格打ち上げによってもたらされた市場競争や、技術が成功裏に完成すれば将来さらに大幅に低価格化する可能性とは別に、 Aviation Weekは2014年に「SpaceXの再利用型打ち上げ事業は研究開発モデルである」と述べ、「そのコンセプトの大胆さとプログラムの進捗の速さは模範となる。…開発の猛烈なペースは、その実行においてアポロ計画に匹敵するほどだ…成功が保証されているわけではないにもかかわらず」[ 77 ]と述べている。
2016年3月9日、SpaceXの社長グウィン・ショットウェルは、コストと重量の問題から（ファルコン9の）第2段の再利用の試みが断念された今、再利用打ち上げの潜在的な節約についてより現実的な評価を示した。彼女は、燃料補給に100万ドル、改修に300万ドルかかる中古の第1段であれば、打ち上げ価格を4000万ドルまで下げることができ、30%の節約になる可能性があると述べた。SpaceXの最大の顧客であるSESは、再利用機に最初に搭乗したいと述べているが、その先駆的なプロセスのリスクを相殺するために、打ち上げ価格を3000万ドル、つまり50%の節約にしたいとしている。[ 78 ]
イーロン・マスクによれば、ファルコンのほぼすべての部品は100回以上再利用される予定である。耐熱シールドやその他のいくつかの部品は、交換前に10回以上再利用される予定である。[ 79 ] 2017年3月、SpaceXは600万ドルのペイロードフェアリングを回収し、最終的に再利用するための実験の進捗状況を発表した。SES -10ミッションでは、フェアリングの半分がスラスタと操縦可能なパラシュートを使用して制御された大気圏再突入と着水を行った。フェアリングは最終的に浮遊する「バウンシーキャッスル」構造に着水する予定である。[ 80 ]
SpaceXは2017年に、以前に打ち上げられたブースター段の再飛行を開始しました。最初の再飛行は、ブースターの初飛行からほぼ1年後の2017年3月に行われました。2回目の再飛行は、初飛行からわずか5か月後の2017年6月に行われました。どちらも成功し、保険会社と打ち上げサービスの顧客の両方が、複数回使用可能なブースターによる打ち上げサービスの市場を支えています。[ 4 ]
2020年8月、マスク氏は、ブースターの改修と再利用は新しいブースターの価格の10%未満で行われ、ペイロードの削減は40%未満であるとツイートした。彼のツイートによると、SpaceXはブースター1基あたり2回目の飛行で損益分岐点に達し、3回目の飛行以降はコストを削減できるという。[ 81 ]当時、ファルコン9ブロック5は11基のブースターで35回の飛行を行っていた。
2015 年 12 月に再利用プログラムが成功するまでは、軌道打ち上げシステムブースターロケットの帰還は一度も達成されておらず、技術的にも経済的にも実現可能性に疑問を呈する声が多かった。そして、この成功の後も、ロケットの迅速な再利用は試みられていない。再利用ロケットの開発は、ロケットの質量のうち軌道に到達できる割合が小さいため、非常に困難である。[ 12 ] [ 82 ]通常、ロケットのペイロードはロケットの質量の約 3% にすぎず、これはロケットの再突入に必要な燃料の質量とほぼ同じである。[ 83 ]
イーロン・マスク氏はプログラム開始時に、SpaceXの製造方法によってロケットの効率が一般的な3%のマージンを超えるため、帰還、垂直着陸、回収が可能だと考えていると述べた。再利用可能な構成で運用されるSpaceXロケットは、使い捨て構成の同じロケットよりもペイロードの打ち上げ能力が約30%低い。[ 25 ]
再利用可能な打ち上げシステム技術は、ファルコンロケットファミリーの第1段用に開発され、当初は使用されていましたが、[ 6 ]特にファルコンヘビーに適しています。ファルコンヘビーでは、2つの外側コアが飛行の早い段階でロケットから分離するため、段分離時の速度が遅くなります。たとえば、ファルコン9の20回目の飛行 では、分離時の速度は6000 km/h近くでした[ 84 ]。これにより、打ち上げ地点付近に戻ることができました。22回目の飛行では、よりエネルギーの高いGTO軌道に向かい、分離時の速度は8000～9000 km/hと高くなりました。このような高速では、ブースターを打ち上げ地点付近に戻して着陸させることは不可能です。着陸を試みる場合は、自律型ドローン船で数百キロメートル離れた場所に着陸させる必要があります。
再利用はリスク評価にも影響を与える。再利用ロケットの初期の顧客は低価格を求めたが、[ 85 ]すでに飛行したブースターは現実的な飛行条件下で機能することが実証されている。現在では、一部の顧客は新しいブースターよりも再利用ブースターを好む。[ 86 ]
2013年、SpaceXは、第1段ブースターロケットの設計（グラスホッパー、F9R Dev1、F9R Dev2の3つの試験機を使用）と、新しい再利用可能な宇宙カプセルであるSpaceX Dragon 2 （ DragonFlyと呼ばれる低高度試験機を使用）の両方について、再利用可能な技術のテストを行っていた。
SpaceXは、ブースター段の複数要素からなる段階的な試験プログラムを公表しており、その内容は以下の4つの側面から構成されている。
グラスホッパーは2012年と2013年に8回の低高度ブースター飛行試験を実施した。高高度からの最初のブースター帰還制御降下試験は2013年9月に実施され、2回目の試験は4月に[ 26 ] [ 29 ] [ 90 ] 、 3回目の試験飛行は7月に[ 91 ]、4回目の試験は2014年9月に実施された。これまでの4回の試験飛行はすべて、水上での模擬着陸を目的としていた。[ 36 ] F9R Dev1の低高度ブースター飛行試験は2014年4月から8月にかけて5回実施されたが、5回目の飛行で安全上の理由から機体は自爆した。[ 92 ] [ 93 ]
SpaceXは、2012年に再利用ブースター技術の飛行試験を開始するために、一連の実験的な技術実証機である準軌道再利用型打ち上げロケット（RLV）を使用しました。プロトタイプの再利用型試験ロケットは2種類製造されました。高さ106フィート（32メートル）のグラスホッパー（以前はグラスホッパーv1.0と呼ばれていました）と、高さ160フィート（49メートル）のファルコン9再利用型開発機、またはF9R Dev1 （以前はグラスホッパーv1.1として知られていました[ 74 ]）です。また、ファルコン9用のドラゴン乗員および貨物カプセルの推進着陸をテストするためのカプセルプロトタイプであるドラゴンフライも製造されました。[ 74 ]グラスホッパーは、2012年9月に開始され、8回の試験飛行を経て2013年10月に終了した低高度、低速ホバリング試験のために2011年から2012年にかけて製造されました。[ 16 ] [ 17 ] [ 74 ] 2番目のプロトタイプ機設計であるF9R Dev1は、実際の飛行ハードウェアにより適合した機体で低高度飛行試験の範囲をさらに拡張するために使用された、はるかに大型のFalcon 9 v1.1ブースターステージをベースに構築されました。2014年に5回の試験飛行が行われました。 [ 74 ] [ 94 ] [ 95 ]試験機のロケットとカプセルの低高度、低速飛行は、テキサス州マクレガーのSpaceXロケットテスト施設で実施されました。 [ 16 ] [ 17 ] [ 74 ]
SpaceXは2018年11月に、大幅に改造したファルコン9の第2段を「ミニBFRシップ」のようにして、超軽量耐熱シールドや高マッハ制御面など、実物大宇宙船に必要な多くの技術の大気圏再突入試験に使用することを検討していると表明したが[ 96 ] [ 97 ]、2週間後、マスク氏は代わりにフル径のBFRを使用することを優先し、このアプローチを却下した[ 98 ] 。
グラスホッパーは、同社初の垂直離着陸試験機で、ファルコン9 v1.0の第1段タンク、単一のマーリン1Dエンジン、および4本の恒久的に取り付けられた鋼鉄製の着陸脚で構成されていた。高さは106フィート（32メートル）だった。 [ 17 ]スペースXは、グラスホッパーの飛行試験プログラムを支援するために、テキサス州マクレガーにあるロケット開発試験施設に0.5エーカー（0.20ヘクタール）のコンクリート製発射施設を建設した。 [ 99 ] グラスホッパーは、後継のグラスホッパー級試験機が製造されていた2014年以前は、グラスホッパーバージョン1.0、またはグラスホッパーv1.0としても知られていた。
2012年に3回の試験飛行が行われた後、2013年10月末までにさらに5回の試験飛行が成功裏に行われた。これには、 2013年3月に行われた全体で4回目の試験飛行も含まれており、この試験飛行ではグラスホッパーは最高到達高度を2倍に伸ばし、 34秒間の飛行で80.1メートル（263フィート）まで上昇した。[ 100 ] 2013年8月の7回目の試験飛行では、グラスホッパーは60秒間の飛行で250メートル（820フィート）まで上昇し、 100メートル（330フィート）の横方向の機動を行った後、発射台に戻った。[ 101 ]グラスホッパーは2013年10月7日に8回目にして最後の試験飛行を行い、744メートル（2,441フィート）まで飛行した後、8回目の着陸に成功した。[ 102 ]グラスホッパー試験機は現在退役している。[ 103 ]
2012年10月には既に、SpaceXは第2世代のグラスホッパー試験機の開発について議論しており、これはロケットの側面に折り畳める軽量の着陸脚、異なるエンジンベイを備え、最初のグラスホッパー機よりも約50%長くなる予定だった。[ 95 ] 2013年3月、SpaceXは、より大型のグラスホッパー級準軌道飛行機は、2013年初頭にSpaceXロケット開発試験施設で資格試験に使用されたファルコン9 v1.1第1段タンクから構築されると発表した。これは、伸縮式着陸脚を備えたF9R Dev1として再構築された。2014年には5回の試験飛行が行われた。[ 74 ]
2番目のVTVL飛行試験機であるF9R Dev1は、はるかに長いFalcon 9 v1.1第1段タンクをベースに、格納式着陸脚を備え、2014年4月17日に初飛行を行った。[ 74 ] [ 92 ] F9R Dev1は、テキサス州マクレガー地域で低高度試験飛行に使用され、最大高度は3,000メートル（10,000フィート）未満と想定されていた[ 74 ]。合計5回の試験飛行はすべて2014年に行われた。この機体は、2014年8月22日の5回目の試験飛行中に安全対策として自爆した。[ 104 ]
2014年4月までに、3番目の飛行試験機であるF9R Dev2が製造され、ニューメキシコ州のスペースポート・アメリカにある高高度試験場で、91,000メートル（300,000フィート）以上の高度で飛行する予定でした。[ 74 ]しかし、SpaceXが有料の軌道打ち上げと上昇に使用されたブースターの制御降下試験に高高度試験プログラムを移行したため、この機は飛行することはありませんでした。
DragonFlyは、 SpaceX社のドラゴンカプセルの推進着陸型プロトタイプ試験機であり、低高度飛行試験を目的とした準軌道再利用型ロケット（RLV）である。2014年5月現在 2014年から2015年にかけて、テキサス州のマクレガーロケット試験施設で試験プログラムを受ける予定だった。[ 32 ] [ 105 ]
DragonFly試験機は、推進システム設計の耐障害性をサポートするために冗長なパターンで配置された8基のSuperDracoエンジンによって駆動されます。 [ 106 ] SuperDracoは、モノメチルヒドラジン（MMH）燃料と四酸化二窒素（NTO）酸化剤の貯蔵可能な推進剤混合物を使用しており、これは第1世代のDragon宇宙船の姿勢制御と操縦に使用される小型のDracoスラスタで使用されているものと同じ推進剤です。[ 105 ] SuperDracoエンジンは73,000ニュートン（16,400 lbf）の推力を発揮できますが、DragonFly飛行試験機での使用中は、機体の安定性を維持するために、それぞれ68,170ニュートン（15,325 lbf）未満にスロットルされます。[ 105 ]
2013年から2014年にかけて、30回の試験飛行プログラムが提案された。これには、高度約10,000フィート（3,000メートル）でヘリコプターから投下される飛行における、推進補助（パラシュートとスラスタ）による2回の飛行と、推進着陸（パラシュートなし）による2回の飛行が含まれる。残りの26回の試験飛行は、発射台からの離陸が予定されており、そのうち8回は推進補助によるホップ（パラシュートとスラスタによる着陸）、18回はグラスホッパーおよびF9R Devブースターステージの試験飛行と同様の完全推進ホップとなる予定であった。[ 105 ] [ 106 ] 2014年現在 ドラゴンフライ試験プログラムは、マクレガー施設でのF9R Dev1ブースター試験の完了後まで開始されないと予想されていた。 [ 106 ]
打ち上げロケットとしては極めて異例な方法で、SpaceXは2013年に、ファルコン9 v1.1ロケットの第1段の一部を、軌道飛行のブースト段階完了後に推進帰還制御降下飛行試験に使用し始めた。 1957年の宇宙飛行開始以来、打ち上げロケットのブースターは通常、ペイロードを軌道に乗せた後、そのまま廃棄されていた。SpaceXが開始した海上試験は、カリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地の南、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地の東の太平洋と大西洋で行われた。最初の飛行試験は2013年9月29日に行われ、第2段に搭載されたCASSIOPEとナノサットのペイロードがブースターから分離された後だった。これらの降下および模擬着陸試験はその後2年間継続され、2回目の飛行試験は2014年4月18日に実施され[ 26 ] [ 29 ] [ 90 ] 、 2014年にさらに2回の試験、2015年に4回の試験が実施された[ 107 ]。SpaceXは、設計および運用パラメータを微調整するために、2016年から2018年のファルコン9およびファルコンヘビーの飛行において、ブースター設計、特定の再利用技術、降下プロファイル、推進剤マージンに反復的かつ漸進的な変更を加え続けた。これらの降下および着陸試験の多くは、ブースターが大気圏に再突入し、回収可能な着陸を試みる際に、SpaceXの顧客向けの実際の軌道宇宙飛行ミッションでテストされた。
2013 年 9 月の最初のブースター制御降下からの飛行試験データの分析後、SpaceX は、飛行で多くの新技術のテストに成功し、グラスホッパー低高度着陸実証機で行われた技術進歩と相まって、ブースター段の完全回収のテストを行う準備が整ったと発表した。最初の飛行試験は成功し、SpaceX は「真空から極超音速、超音速、遷音速の速度に正常に移行し、エンジンを最後まで点火し、大気圏を通過するまで段を制御することができた」と述べた。[ 25 ]マスク氏は、「ファルコン 9 の第 1 段の回収の次の試みは、改良型ロケットの 4 回目の飛行で行われる。これは、ISS への 3 回目の商業ドラゴン貨物飛行となる」と述べた。[ 27 ]
この2回目の飛行試験は、2014年4月のISSへのドラゴン飛行中に実施されました。SpaceXは、NASAに委託された3回目の貨物補給ミッションで第2段に点火した後、第1段に着陸脚を取り付け、海上で減速し、海上での模擬着陸を試みました。第1段は、大西洋上で軟着陸できるほど十分に減速することに成功しました。[ 29 ] SpaceXは2014年2月に、極超音速から亜音速までの精密制御が実証されるまで、第1段ブースターを海上に着陸させる試験を継続する意向を発表しました。[ 90 ] 2014年の残りの期間から2015年4月にかけて、さらに5回の制御降下試験が実施されました。これには、打ち上げ場所の東の大西洋にある浮体着陸プラットフォーム（SpaceXが建造した自律型宇宙港ドローン船）への着陸を2回試みたものが含まれます。どちらの場合も機体は着陸プラットフォームに到達しましたが、着陸は成功しませんでした。
2015年の打ち上げ休止期間中、SpaceXはFAAに規制当局の承認を申請し、次回の飛行を海上の浮体プラットフォームではなくケープカナベラルに戻すことを試みた。目標は、リースした着陸ゾーン1施設（ SpaceXが最近大型ロケット着陸パッドを建設した旧発射複合施設13）にブースターを垂直着陸させることだった。 [ 108 ] FAAは2015年12月18日に地上着陸の安全計画を承認した。 [ 109 ]第1段は12月21日現地時間20時38分（UTC12月22日01時38分）に目標に無事着陸した。[ 110 ] [ 107 ]
第1段ブースターB1019は、この飛行後、二度と飛行することはありませんでした。[ 111 ]むしろ、ロケットは数マイル北にある発射台39AのSpaceX格納庫施設に移され、隣接するケネディ宇宙センターでSpaceXによって改修され、2016年1月15日に元の発射台である発射複合施設40で静的燃焼試験を行う前に検査されました。[ 112 ]この試験は、回収されたブースターの状態と、このロケット設計が将来繰り返し飛行できる能力を評価することを目的としていました。[ 113 ] [ 107 ]試験は、外側エンジンの1つに推力変動が見られたことを除いて、全体的に良好な結果をもたらしました。[ 113 ]イーロン・マスクは、これは破片の吸入によるものかもしれないと報告しました。[ 114 ]その後、ブースターはカリフォルニア州ホーソーンのSpaceX施設に退役しました。
ファルコン9 フライト21は、2016年1月17日にジェイソン3衛星を打ち上げ、太平洋の約200マイル（320km ）沖合に初めて設置された浮体プラットフォーム「Just Read the Instructions」 [ 115 ]への着陸を試みた。飛行開始から約9分後、ドローン船からのライブビデオフィードは、アップリンク衛星とのロックが失われたために途絶えた。機体は船にスムーズに着陸したが、4本の着陸脚のうち1本が適切にロックされなかった。これは、打ち上げ前の濃霧による氷がロックアウトコレットのラッチを妨げたためと伝えられている。[ 116 ]その結果、ブースターは着陸直後に倒れ、パッドへの衝突で爆発して破壊された。 [ 117 ] [ 118 ]
フライト22は、静止遷移軌道（GTO）に5,271キログラム（12,000ポンド）の重いペイロードを運んでいました。これは、わずかにサブシンクロナスになることで可能になった、以前に宣伝されていたGTOへの最大打ち上げ能力よりも重かったのです。フライト19の失敗による遅延の後、SpaceXはSES-9衛星に追加の推力を与えてスーパーシンクロナスにすることに同意しました。[ 119 ]これらの要因の結果、通常の余裕をもって完全な再突入と着陸テストを実行するための推進剤がほとんど残っていませんでした。その結果、ファルコン9の第1段は分離後に弾道軌道をたどり、高速で大気圏に再突入したため、着陸に成功する可能性が低くなりました。[ 120 ] [ 119 ]速度が増したことで第1段の空力的な制約が高まったにもかかわらず、大気圏再突入と制御降下は成功しました。しかし、ロケットは速度が速すぎたため、ドローン船と衝突して破壊された。SpaceXは、静止トランスファ軌道（GTO）ミッションからブースターを回収するために必要な、飛行範囲の拡大に関する貴重なデータを収集した。
2015 年 1 月より、SpaceX はロケットの軌道に沿って海岸から数百マイル沖合に安定した浮体プラットフォームを配置しました。これらの改造されたバージは、自律型宇宙港ドローン船と呼ばれていました。[ 121 ] 2016 年 4 月 8 日、フルスラストバージョンの 3 回目の飛行となる Falcon 9 Flight 23 は、第 1 段が大西洋上でブーストバックと再突入マニューバを実行する間に、国際宇宙ステーションに向かう途中の SpaceX CRS-8 貨物を届けました。打ち上げから 9 分後、ブースターはフロリダ海岸から300 km 離れたドローン船Of Course I Still Love Youに垂直着陸し、SpaceX の再利用開発プログラムにとって長らく待ち望まれていたマイルストーンを達成しました。[ 122 ]
2016年5月6日、 JCSAT-14をGTOに打ち上げた次の飛行で、ドローン船への2回目の着陸が成功した。この2回目の海上着陸は、分離時のブースターの速度が約8,350 km/h (5,190 mph)であったのに対し、低地球軌道へのCRS-8打ち上げ時の速度は6,650 km/h (4,130 mph)であったため、前回よりも困難であった。[ 123 ]飛行限界をテストする実験を続ける中で、SpaceXは以前の試みで見られた単一エンジンの燃焼ではなく、3つのエンジンを使用したより短い着陸燃焼を選択した。このアプローチでは、ステージをできるだけ長く自由落下させ、より急激に減速することで燃料消費量を減らし、重力に対抗するために消費されるエネルギー量を最小限に抑えている。[ 124 ]イーロン・マスクは、この第1段は再び飛行せず、他のステージが良好であることを確認するための地上テストのライフリーダーとして使用される可能性があると述べた。[ 125 ]
3度目の着陸は5月27日に成功し、これもGTO打ち上げに必要な高速からの減速後に行われた。着陸により片方の脚の「クラッシュコア」が潰れ、ドローン船上に置かれたステージが大きく傾いた。[ 62 ]
その後のミッションでは、第1段の着陸は徐々にルーチン手順となり、2017年1月以降、SpaceXは着陸の試みを「実験的」とは呼ばなくなった。ISSへの低エネルギーミッションは打ち上げ地点に戻り、LZ-1に着陸する一方、より要求の厳しい衛星ミッションは数百マイル先のドローン船に着陸する。EchoStar 23のような重いペイロードを搭載したミッションは、着陸を試みず、フィンや脚のない使い捨て構成で飛行する。
2016年と2017年の間に、SpaceXは多数の第1段を陸上とドローン船の両方に回収し、ブースターを迅速に再利用するために必要な手順の最適化に役立てました。2016年1月、イーロン・マスクは、2016年のすべての着陸試行の成功確率を70％と推定し、2017年には90％に上昇することを期待していました。また、「RUD（Rapid Unscheduled Disassembly、マスクが衝突時に機体を破壊するために用いた頭字語）」がさらに数回発生する可能性があると警告しました。[ 126 ]マスクの予測は、飛行した8基のブースターのうち5基が回収されたことで裏付けられました。2016年には63%が回収され、14件中14件が回収された。2017年には100% ）を達成した。重量ペイロードを搭載した3つのGTOミッション（ 2017年3月のEchoStar 23 、 2017年5月のInmarsat-5 F4 、2017年7月のIntelsat 35e ）は、着陸装置のない使い捨て構成で飛行した。回収可能なブースターのうち1つは、意図的に着陸脚なしで飛行し、海に軟着陸した後沈没させた（ 2017年12月のIridium NEXT 31-40ミッションのブースターB1036）。
2018年8月6日現在 SpaceXは、これまでのミッションから21基の第1段ブースターを回収しており、そのうち6基は2回回収され、合計27回の着陸を達成した。2017年には、SpaceXは20回のミッションのうち5回を再利用ブースターで飛行した（25% ）。 2018年8月現在、合計14基のブースターが再飛行している。。
2016年7月28日、 JCSAT-2Bミッションの第1段がSpaceXマクレガー施設で全期間にわたって試験燃焼に成功した。[ 127 ]最初の再利用の試みは2017年3月30日にSES-10の打ち上げで行われ[ 128 ]、2016年4月のCRS-8ミッションから回収されたB1021第1段の飛行と2回目の着陸に成功した。[ 130 ] 2017年6月には、 2017年1月のイリジウムNEXTミッションのB1029ブースターにBulgariaSat-1が乗って別の再飛行に成功した。[ 131 ]ブースター B1031 は、2017 年 2 月にCRS-10ミッションでISSに打ち上げられ、2017 年 10 月に通信衛星SES-11 を静止軌道に投入するのに役立ちました。ブースター B1035 と B1036 は、同じ顧客のためにそれぞれ 2 回打ち上げられ、B1035 は2017 年 6 月と 12 月にNASA のミッションCRS-11とCRS-13に、B1036 は同じく 2017 年 6 月と 12 月に 10 基のイリジウム NEXT衛星の 2 バッチに使用されました。B1032 は、2017 年 5 月にNROL-76に続いて、2018 年 1 月にGovSat-1に再利用されました。
SpaceXは、再利用される最初のブースターであるB1021の改修に4か月を費やし、約1年後に再び打ち上げた。[ 132 ] 2番目に再飛行されるブースターであるB1029は、「わずか数か月」[ 4 ]で改修され、5か月後に再打ち上げられた。[ 131 ]イーロン・マスクは、第1段を24時間以内にターンアラウンドするという目標を表明している。[ 133 ]マスクは、この長期目標はSpaceXで達成できると確信しているが、[ 134 ]ファルコン9の設計でこの目標が達成されるとは述べていない。
ブースターB1019とB1021は退役し、展示された。B1029もBulgariaSat-1ミッション後に退役した。B1023、B1025、B1031、B1035は2度目に回収されたが、B1032とB1036は海上に軟着陸した後、意図的に海に沈められた。[ 135 ]
2019年半ばまでに、SpaceXは単一のブースターをこれまでに3回しか再利用していないため、2019年末までに単一のブースターを少なくとも5回使用する計画であることを表明した。[ 136 ]このタイムラインを達成したブースターはなかったが、B1048は4回飛行し、さらに2つ（B1046とB1049）が2020年1月に4回目の飛行を行った。2020年3月、SpaceXは初めてブースター（B1048）を5回目の飛行させた。[ 137 ]
ファルコンヘビーの試験飛行には契約顧客がおらず、そのような飛行のコストを抑えるために、スペースXはサイドブースターの再利用を目指しました。ファルコン9構成で飛行したブースターB1023とB1025は再構成され、2018年2月のファルコンヘビーの初飛行でサイドブースターとして使用され、その後、両方ともほぼ同時に地上パッドに並んで着陸しました。その後のファルコンヘビーの飛行では、新しいブースター、または以前にファルコンヘビーで飛行したサイドブースターのいずれかが使用されました。スペースXは最初の3回のファルコンヘビーの飛行のいずれにおいても中央コアを回収できませんでしたが、6つのサイドブースターすべてを回収することに成功しました。[ 138 ]
2016年から2018年初頭にかけて第1段の回収に19回連続で成功したSpaceXは、第1段ブースターの迅速な再利用に注力してきた。ブロック3とブロック4は2回飛行することが経済的に実現可能であることが証明され、2017年と2018年にはそのようなブースターが11基再利用された。ブロック5は複数回の再利用を念頭に設計されており、最小限の検査で最大10回、改修で最大100回使用できる。[ 139 ] 2018年初頭には、使い捨てのブロック3とブロック4ブースターで新たな積極的な再突入プロファイルが実験され、将来のブロック5で実現可能な回収可能な打ち上げマージンの範囲の制限がテストされた。[ 140 ] 2021年5月9日、B1051は10回目の打ち上げと着陸に成功した最初のブースターとなり、再利用に関するSpaceXのマイルストーン目標の1つを達成した。[ 141 ] 2026年3月現在 再利用記録は34便です。
ペイロードフェアリングは従来使い捨てで、大気圏で燃え尽きるか、海に衝突して破壊されるかのいずれかでした。2015年半ばには、マスク氏はバハマ沖で正体不明のファルコン9ロケットの一部が発見されたことを受け、スペースXがフェアリングの再利用に取り組んでいる可能性を示唆し、その後、スペースXはそれが海岸に漂着したペイロードフェアリングの一部であることを確認しました。[ 142 ] 2016年4月までに、スペースXはファルコン9フェアリングの回収を目標として公に発表しました。[ 42 ]フェアリングの費用は1回の打ち上げにつき約600万ドルで、これは打ち上げ費用全体の約10%を占めます。[ 143 ]マスク氏は2017年に次のように述べています。「もし600万ドルの現金が入ったパレットが空を飛んでいて、海に激突しようとしていると想像してみてください。それを回収しようとしますか？もちろん、そうするでしょう。」[ 144 ]
2017 年 3 月、SpaceX はSES-10ミッションの一環として、初めてペイロード フェアリングの制御着陸を実施し、姿勢制御スラスタと操縦可能なパラシュートの助けを借りてフェアリングの半分を回収し、水面への穏やかな着水に向けて滑空することに成功した。[ 3 ] [ 42 ]同社は、フェアリングを最終的には乾燥した柔軟な構造物に着陸させる意向を発表し、マスク氏は冗談交じりにそれを「浮かぶバウンシーキャッスル」と表現し、フェアリングの完全な再利用を目指している。[ 80 ]数回の飛行でテストと改良を重ねた結果、2017 年の目標として無傷のフェアリング回収が掲げられ、回収したフェアリングの再飛行は 2018 年に計画された。[ 43 ]
「バウンシーキャッスル」ミームの正体は、ミスター・スティーブン（現在はGO Ms. Tree）という高速プラットフォーム補給船の大きなアームの間に張られたネットだった。回収船には動的測位システムが搭載されており、 2017年にヴァンデンバーグ空軍基地からパズ衛星が打ち上げられた後にテストされた。[ 145 ] [ 146 ]このミッションは、打ち上げ後の回収試行における生存性を向上させ、将来のミッションで再利用できるように明確に設計されたバージョン2フェアリングを使用した最初のミッションでもあった。 [ 147 ]この回収試行は完全には成功しなかった。フェアリングは船から数百メートル離れたが、無傷で水面に着水し[ 148 ]、その後回収されて港に戻された。[ 146 ] 2018年8月現在 2018年7月の試みの前にスティーブン氏に大型のネットを取り付けたにもかかわらず、SpaceXによるフェアリング回収船への着陸の試みは4回すべて失敗に終わった。[ 149 ] [ 150 ]
2018年10月、スティーブン氏とヘリコプターが参加し、フェアリングの半分を約3300メートルの高さから投下するフェアリング回収テストが少なくとも2回実施された。テストの結果は不明である。[ 151 ]
2019年4月、2回目のファルコンヘビーミッション中に、回収船ゴーサーチャーが海からフェアリングの半分を引き上げ、フェアリングがスターリンクミッションで使用されることが発表された。[ 152 ]これらのフェアリングは、2019年11月11日のスターリンクミッションで再利用された。 [ 153 ]
2019年6月、3回目のファルコンヘビーの打ち上げ後、初めてフェアリングの回収に成功した。打ち上げから数時間後にTwitterに投稿された画像には、回収船GO Ms. Treeの網にフェアリングの半分がかかっている様子が写っていた。[ 154 ]
2020年後半までに、SpaceXはペイロードフェアリングを定期的に回収するようになり、SpaceXはフロリダの発射場から打ち上げられるほとんどのロケットで、特別に改造された回収船2隻（Ms. TreeとMs. Chief）を派遣してフェアリングを回収していました。この時点で、SpaceXは回収したフェアリングを定期的に再飛行させるようになり、通常はStarlink衛星が主要または唯一のペイロードとなる自社の飛行で使用していました。2020年8月現在 しかし、網による回収はまだ日常的なものではなく、過去3か月間に回収されたフェアリングは半分以下だったが、ほとんどは海への軟着陸後に回収された。
2021 年 4 月までに、SpaceX は高速船のネットでパラシュート降下中に乾燥したペイロード フェアリングを回収する実験プログラムを中止しました。SpaceX は、フェアリングをより経済的に洗浄、修復、再利用できることを発見し、将来の Falcon 9 飛行でフェアリングの「湿式回収」を運用することに決定しました。[ 155 ] SpaceX はMiss TreeとMiss Chief を契約から解放し、フェアリング回収作業と米国東海岸でのドローン船の曳航とサポートのために 2 隻の船を購入しました。これらの 2 隻の船は、Demo-2宇宙飛行士のDoug HurleyとBob BehnkenにちなんでDoug [ 156 ]とBobと名付けられました。Bob と Doug の以前の船名はそれぞれ Ella G と Ingrid でした。現在、Doug はポート カナベラルで運用されており、Bob はフロリダ州タンパで建造中です。
2021年5月26日までに、SpaceXは少なくとも1つの以前に飛行したフェアリングの半分を再飛行させた40回の飛行を行い、1つのフェアリングは5つの異なる飛行で飛行し、4回回収および洗浄された。現在、SN152は使用されている最も古いアクティブフェアリングの半分であり、SN155は最も多く飛行した（37回の飛行、宇宙に再飛行したロケット部品としては2番目に多い[ a ]）アクティブフェアリングの半分である。一方、SN168は最も古く、最も多く飛行した（36回の飛行）パッシブフェアリングの半分である。[ 144 ]
SpaceXは当初、ファルコン9の第2段も再利用可能にするよう努力すると公言していたが、2014年末までに、再突入用耐熱シールド、着陸エンジン、第2段の回収をサポートするその他の機器に必要な質量と、他の会社の目標からの開発リソースの転用が当時、法外であると判断し、ファルコンロケットの第2段再利用計画を無期限に中断した。[ 157 ] [ 158 ]しかし、2017年7月[ 43 ]には、スターシップの開発プロセスに役立てるために再利用性についてさらに学ぶため、1つ以上の第2段を回収する実験テストを行う可能性があることを示し[ 159 ]、2018年5月には、そのテストの一部をどのように実施するかについての詳細を提供した。[ 160 ]
スターシップは、2020年代半ば以降、既存のすべてのスペースXの打ち上げロケットと宇宙船（ファルコン9、ファルコンヘビー、ドラゴン宇宙船）を置き換える予定であり、当初は地球周回軌道打ち上げ市場を対象としているが、月周回軌道および火星ミッション環境での長期宇宙飛行をサポートする能力も備えている。 [ 161 ]両ステージとも完全に再利用可能となる。第2ステージと宇宙船を統合した設計は、これまでの打ち上げロケットでは使用されていなかった。[ 161 ]
SpaceXのドラゴンカプセルは、再利用のために徐々に改良されてきました。構造要素と内部コンポーネントは飛行の合間に改修され、耐熱シールドは新しいミッションごとに交換されます。最後に新しく製造されたドラゴン貨物カプセルは2017年7月に初飛行しました。それ以降のISS補給ミッションはすべて改修されたカプセルで行われ、[ 162 ]一部のカプセルは3回目の飛行を行いました。[ 163 ] [ 164 ]ドラゴンのトランク部分は、ミッション完了後に大気圏で燃え尽きるように設計されているため、再利用できません。[ 165 ]
SpaceXのドラゴン2カプセルも再利用されています。当初はNASAの有人ミッションすべてに新しいカプセルを使用する予定でしたが[ 166 ] 、実証ミッションでの経験から、NASAとSpaceXはCrew-2から再利用することで合意しました[ 167 ] [ 168 ]。
実験飛行からのステージ回収が成功した最初の1年間、SpaceXは着陸に成功した各ステージについて、臨時の評価と飛行固有の評価およびコンポーネントテストを実施しました。ステージは、打ち上げ格納庫、またはケープカナベラル着陸の場合は、SpaceXがケネディ宇宙センター発射複合施設39に最近完成させた新しい格納庫で処理され、初期評価が行われました。回収されたロケット部品は、エンジニアリング評価とテストのために、SpaceXホーソーンとSpaceXマクレガーにも輸送されました。
2017年2月、8基のロケットコアが着陸に成功した後（うち7基はケープカナベラルから打ち上げられた）、SpaceXはロケットの処理と改修を行うための施設を拡張する計画を発表した。彼らは、フロリダ州ポートカナベラルにリースしたスペースと新設される建物の両方でこれを行う予定である。ポートカナベラルは、大西洋自律宇宙港ドローン船が停泊している場所の近くであり、東海岸のドローン船に着陸したステージが現在船から取り外されている場所である。[ 169 ]
スターシップ打ち上げシステムの目標は、完全に再利用可能な軌道打ち上げおよび再突入機となることです。[ 170 ]スターシップ打ち上げシステムは、スーパーヘビーブースターとスターシップ宇宙船の2つのステージで構成されています。[ 171 ]どちらもSAE 304Lステンレス鋼[ 172 ]で作られた本体を持ち、液体酸素と液体メタンを収容するように設計されています。スーパーヘビー、そしてスターシップがペイロードを軌道速度まで加速し、その後両方とも着陸して再利用できます。スターシップは、最大150メートルトン（330,000ポンド）（完全再利用可能）を低地球軌道に送ることができます。[ 173 ]タンカースターシップによる燃料補給後、より高い地球軌道やその他の軌道にもアクセスできます。将来計画されているスターシップの派生型は、月や火星に着陸できるようになります。[ 174 ]スターシップの設計は、テランRの部分的再利用能力など、他の打ち上げロケットに影響を与えている。 [ 175 ]
SpaceXがスターシップの打ち上げ能力を持つロケットのコンセプトに初めて言及したのは2005年のことだった。学生会議で、マスク氏は、後にファルコンXXとして知られることになる、コードネームBFRという理論上の大型打ち上げロケットについて簡単に言及した。 [ 176 ]これは、マーリン2と呼ばれるマーリンエンジンの大型バージョンで駆動され、低地球軌道に140メートルトン（310,000ポンド）の打ち上げ能力を持つことになる。 [ 177 ] 2012年、火星植民地化計画の概念についての公開討論で、マスク氏は火星植民地輸送機について説明した。彼はこれを、低地球軌道に約150～200メートルトン（330,000～440,000ポンド）を運ぶことができる再利用可能な超大型打ち上げロケットとして構想した。火星植民地輸送機は、液体メタンと液体酸素を消費するラプターエンジンで駆動される可能性がある。[ 178 ]
2016年9月、第67回国際宇宙会議で、マスク氏は、火星や太陽系の他の目的地に人間を運ぶために考案された再利用可能なロケットの概念である惑星間輸送システム（ITS）を発表した。ITSは高さ122メートル（400フィート） 、幅12メートル（39フィート）で、300トン（66万ポンド）を低地球軌道に運ぶ能力を持つ予定だった。[ 179 ]両ステージは炭素複合材で作られる予定だった。第1ステージまたはブースターは42基のラプターエンジンで、第2ステージは9基のラプターエンジンで推進される予定だった。[ 180 ]地球軌道上で燃料補給されると、宇宙船は火星に向かって加速することができた。[ 181 ]惑星間宇宙船が大気圏に突入すると、蒸散によって冷却され、デルタ翼とスプリットフラップを動かすことで宇宙船の降下を制御します。[ 182 ]次の会議で、マスク氏はビッグファルコンロケット（BFR）または非公式にはビッグファッキンロケットと呼ばれる代替ロケットを発表しました。ビッグファルコンロケットは高さ106メートル（348フィート） 、幅9メートル（30フィート）です。[ 183 ]その会議で、彼は可能性のある準軌道輸送機能について語り、それを地球から地球と呼びました。[ 184 ]
2018 年 11 月、ブースターは Super Heavy、宇宙船は Starship、機体全体は Starship システムまたは単に Starship という現在の名称が初めて使用されました。[ 185 ]その頃、マスク氏は後部フラップ 3 つと前部フラップ 2 つを備えた再設計された宇宙船のコンセプトを発表しました。[ 186 ] 2019 年 1 月、マスク氏は Starship がステンレス鋼で作られると発表し、これは幅広い温度範囲で同等の炭素複合材よりも強度が高い可能性があると述べました。[187] 3 月、マスク氏は SpaceX が熱シールドに透過ではなく六角形のセラミック タイルで構成されていることを選択したとツイートしました。[ 188 ] 10 月、 Starship宇宙船のエンジン構成が、大気圧用に最適化された 3 基の Raptor と宇宙用に最適化された 3 基に変更されました。[ 189 ]後部フィンの数は 3 枚から 2 枚に減らされ、熱シールドの端に配置されました。[ 190 ]
2019年8月27日、 Starhopperと名付けられた簡略化された試験機が150メートル（490フィート）の高さまで跳躍した。[ 191 ] 2019年9月のSpaceXイベントで発表されたStarship Mk1（マーク1）は、最初に建造された実物大のStarship試験機だった。フロリダのMk2は5か月後に建造された。[ 192 ]どちらも飛行しなかった。Mk1は極低温耐性試験中に破壊され、Mk2は廃棄された。[ 193 ] 2020年初頭、SpaceXはMk3の名前をSN1（シリアル番号1）に変更した。[ 194 ] 2021年2月28日の極低温耐性試験中に、SN1の底部タンクの欠陥により崩壊した。2020年3月8日、SN2の簡略化された試験タンクは唯一の極低温耐性試験を完了した。[ 195 ] 2020年4月3日、SN3の極低温耐性試験中に、バルブから下部タンク内の液体窒素が漏れ、容器の減圧と崩壊を引き起こした。[ 196 ] 2020年5月29日、SN4の5回目の静止燃焼試験が成功した後、クイックディスコネクト燃料ラインが原因で爆発した。[ 197 ] 2020年6月15日、マスクは新しいプロトタイプは301ステンレス鋼ではなくSAE 304Lで作られるとツイートした。 [ 172 ] 2020年8月4日、SN5は単一のラプターエンジンを使用して150m （490フィート）のホップを完了し、飛行試験を無傷で完了した最初の実物大試験機となった。[ 198 ] 2020年8月24日、SN6はSN5の飛行経路を正常に再現した。[ 199 ] SN7は完成しなかったが、2021年10月現在、そのタンクは様々な実験のために回収された。[ 200 ]
SN8 は最初の完全な試験機でした。[ 201 ] 2020 年 10 月と 11 月に、SN8 は 4 回の静止燃焼試験を受けました。1 回目、2 回目、4 回目は成功しましたが、3 回目でエンジンが停止しました。マスク氏によると、エンジンの力で発射台の一部が破壊され、その破片がエンジンに飛び込んだとのことです。[ 202 ] 2020 年 12 月 9 日、SN8 はスターシップによる初の飛行を行い、高度12.5 km (7.8 mi)に達しました。着陸中、メタンヘッダータンクがラプターエンジンに十分な燃料を供給せず、1 基のエンジンの推力が低下しました。試験機は着地時に爆発しました。[ 203 ] 2021 年 2 月 2 日、SN9 は高度10 km (6.2 mi)まで飛行しました。[ 204 ]降下中、エンジンの 1 基が機能せず、斜めに着陸した際に爆発しました。[ 205 ] 2021年3月3日、SN10はSN9の飛行経路を繰り返した後、着陸に失敗し、8分後に爆発して自壊した。[ 206 ]
BN1（ブースター番号1）と名付けられた最初のスーパーヘビーブースターは2021年3月8日に製造が完了しましたが、エンジンは搭載されていませんでした。[ 207 ] 2021年3月30日、SN11は打ち上げ場所の濃霧のため、原因不明のまま空中爆発しました。[ 208 ]考えられる原因としては、エンジンが試験機の航空電子機器を焼き、エンジンのターボポンプのハードスタートを引き起こした可能性があります。 [ 209 ]打ち上げ後、SpaceXはSN12、SN13、SN14、BN2をスキップし、代わりにSN15に旧式の試験機の改良を組み込みました。[ 210 ] 2021年5月5日、試験機は以前の試験機と同じ飛行経路を飛行し、ソフトランディングに成功しました。[ 211 ] [ 212 ] 2021年7月20日、BN3は唯一のエンジン始動を行った。[ 213 ] 2021年10月現在、SN15、SN16、BN3は退役し、展示されている。[ 211 ] [ 214 ]
SN15の飛行後、SpaceXは準軌道飛行キャンペーンを終了し、約2年間地上でプロトタイプのテストを行った。ブースター3は2021年7月に最初の静止燃焼試験を実施し、その後、ブースターはエンジンの数を増やしながら静止燃焼試験を実施した。ブースターの上に船を積み重ねる方式は、2021年8月に船20とブースター4で初めてテストされた。並行して、軌道打ち上げマウントは打ち上げをサポートするためにアップグレードされた。
ブースター7とシップ24は、2023年4月20日に最初の統合飛行試験のために打ち上げられ、軌道の4分の3を飛行してハワイ近海の海上で再突入する予定だった。ロケットは発射台を離れ、3分間飛行したが、飛行中に複数のブースターエンジンが故障し、ロケットは最終的に段分離前に制御を失い、最高高度39 km (24 mi)に達した。飛行停止システムが作動し、その後の爆発で機体は破壊された。[ 215 ]打ち上げにより発射台下のコンクリートパッドが破損したため、SpaceXは以降の打ち上げのために水冷式の鋼板に交換した。[ 216 ]
ブースター9とシップ25は、2023年11月18日に2回目の統合飛行試験で打ち上げられ、最初の飛行と同じ計画軌道をたどった。[ 217 ]ブースター7とは異なり、ブースター9はブーストバック燃焼開始までエンジン故障がなく、その後爆発した。[ 218 ]シップ25は、飛行停止システムによって破壊される前に、時速15,000マイルを超える最終速度に達した。[ 219 ]
ブースター10とシップ28は、 2024年3月14日に統合飛行試験3で飛行した。 [ 220 ]これまでの2回の打ち上げとは異なる軌道で、インド洋へのシップのハード着水を目指した。[ 220 ]上昇とブーストバック中はエンジン故障はなかったが、着陸噴射中はB10の中央エンジンのうち1基を除くすべてが故障した。[ 220 ] S28はラプターエンジンの再点火を試みたものの失敗し、再突入中に燃え尽きた。[ 220 ]
2024 年 6 月 6 日、SpaceX はIFT-4ミッションでブースター 11 とシップ 29 を打ち上げた。スターシップは、打ち上げ直後にエンジン 1 基を停止した後、ラプターエンジンの再点火を試みることなく、IFT-3 と同様の軌道をたどった。ブーストバック バーンを実行し、ホット ステージ リングを切り離した後、スーパー ヘビーは再突入して着陸に成功した[ 221 ] 。SpaceXの幹部ビル ガーステンマイヤーは、着陸精度が 0.5 センチメートル以内だったと述べている。スターシップは計画された軌道に進み、約 40 分後に再突入を開始した。シップ 28 よりもはるかに優れた姿勢制御を示したが、再突入の激しい部分でフラップにプラズマ燃焼が発生した[ 222 ] 。スターシップが空力制御に頼っていたフラップに大きな損傷があったにもかかわらず、目標から 6 キロメートル外れたものの、水上着陸に成功した。
ブースター12とシップ30は2024年10月13日に打ち上げられた。ブースターはステージ分離まで33基すべてのエンジンを点火し、その後、ブーストバック燃焼を成功させた。[ 223 ]機体は再突入し、発射塔に無事捕捉された。[ 223 ]シップ30は目標軌道に到達し、突入まで姿勢制御を維持した。[ 223 ]再突入中にフラップに最小限の損傷を受けただけで、目標地点への着陸燃焼を成功させた。[ 224 ]
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)「初期のファルコン9ロケットの打ち上げでは、第1段を回収するためのパラシュートが搭載されていました。しかし、パラシュートを展開する前に第1段が大気圏再突入時に分解してしまうため、この方法は断念されました。代わりに、スペースXは第1段のエンジンを利用して動力降下と着陸を行う方法を研究し始めました。これと並行して、改良型のファルコン9、ファルコン9 v1.1が開発されました。」
:15 「これは非常に難しい工学的問題であり、しばらくの間、解決できるとは思っていませんでした。しかし、比較的最近、ここ12ヶ月ほどで、解決できるという結論に至りました。そして、SpaceXはそれを試みるつもりです。もちろん、失敗する可能性もあります。成功を確信しているわけではありませんが、試みるつもりです。設計図は、紙の上では、計算やシミュレーションを行うと、機能します。あとは、シミュレーションと現実が一致することを確認する必要があります。なぜなら、一般的に一致しない場合は、現実が勝つからです。ですから、それはこれから判断しなければなりません。」
[ファルコン9より]はるかに大きいが、ペイロードについてはまだ明言する準備ができていないと思う。それについては来年話すことにしよう。
Q. ブースターの回収戦略は？ マスク: 最初の回収テストは水上着陸です。第 1 段は弾道弧を描き続け、大気圏に入る前に速度低下噴射を実行して衝撃を軽減します。着水直前にエンジンを再び点火します。最初の数回の試みで成功するとは期待していないことを強調します。うまくいけば来年、より多くの経験とデータがあれば、第 1 段を発射場に戻し、脚を使用して陸上に推進着陸できるはずです。 Q. ブースターを発射場に戻すための飛行は決まっていますか？ マスク: いいえ。おそらく来年の半ばになるでしょう。
4 月 17 日の F9R Dev 1 飛行は 1 分未満で終了し、量産型を代表する回収可能な Falcon 9 v1.1 第 1 段の最初の垂直着陸試験となった。一方、4 月 18 日の ISS への貨物飛行は、折りたたみ式着陸脚と、初期降下中にステージを制御する改良型スラスタの設計を SpaceX が評価する最初の機会となった。
今後 2 年以上のうちに、ロケットのコストの約 4 分の 3 を占める第 1 段の完全かつ迅速な再利用を実現し、将来の設計アーキテクチャで完全な再利用を実現できることを期待しています。
この技術要素[再利用型ロケット技術]、このイノベーションはすべてスペースXが単独で行っており、誰も私たちに資金を提供していません。政府は、このテストシリーズで収集しているデータに非常に興味を持っています。...これは、起業家投資と新規参入者/イノベーターが業界のためにできることです。プログラムの質とハードウェアの質、そしてオペレーションのスピードとリズムの両方において、自らの改善に資金を提供します。
は、ファルコン9ロケットの再利用性を開発および実証するために民間資本を使用している。SpaceXは、再利用ロケットプログラムにどれだけの費用がかかるかを明らかにしていない。
マスク氏は、SpaceXがファルコン9ロケットの第1段を再利用可能にするために、少なくとも10億ドルを投資し、完全に民間資金で行ったと述べた。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)は、人類が複数の惑星に居住するというビジョンを、いくつかの面で推進するために存在している。それは、大勢の人々と大量の貨物を火星に運ぶために必要な再利用可能なロケット技術を開発することである。...
つまり、少し厄介です。火星への旅行のコストを500万パーセント改善する方法を考えなければならないからです...これは約4.5桁の改善に相当します。これらは、4.5桁の改善を達成するために必要な主要な要素です。改善の大部分は完全な再利用性から得られ、2～2.5桁の範囲で、残りの2桁は軌道上での燃料補給、火星での推進剤生産、適切な推進剤の選択から得られます。
{{cite AV media}}: CS1メンテナンス: 場所 (リンク)フェアリングを回収できるところまでかなり近づいていると思います。... 約 500 万～ 600 万ドルの機器です。年末までにフェアリングを回収し、今年の終わりか来年の初めまでに再飛行できる可能性は十分にあります。... 上段はミッションのコストの約 20 パーセントです。したがって、ブースト ステージとフェアリングを入手できれば、約 80 パーセント再利用可能です。... 多くのミッションでは、第 2 段を回収することさえできると思います。したがって、それを試みるつもりですが、私たちの主な焦点は (今後数年間はクルー ドラゴンになります)。
ドラゴンカプセルは軌道からの再突入時に安定した形状をしているが、従来のロケットは再突入時に安定しないため、多くのソフトウェア、多くの誘導航法と制御、そして多くの熱保護が必要となる。そのため、これらのすべての分野で進歩を遂げなければならない。また、エンジンを超音速で再始動させる必要もある。
9 の着陸まで精密な目標設定を可能にするための重要なアップグレードは、機体の周囲に X ウィング構成で配置された 4 枚の極超音速グリッド フィンの追加です。これらは上昇中は格納され、再突入時に展開されてステージの揚力ベクトルを制御します。各フィンはロール、ピッチ、ヨーに対して独立して動き、エンジンのジンバルと組み合わせることで、精密な着陸が可能になります。最初は自律型宇宙港ドローン船に、そして最終的には陸上に着陸します。
ファルコン 9 ロケットの第 1 段には、段分離後に展開してロケットの地球へのソフト リターンを可能にする着陸脚が搭載されています。4 本の脚は、最先端のカーボン ファイバーとアルミニウム ハニカムでできています。ロケットの基部の周りに左右対称に配置され、打ち上げ時には機体の側面に収納され、その後、着陸のために外側と下方に伸びます。
脚が装備されており、離陸後、各コアを安全に地球に着陸させます。サイドブースターが分離した後、各コアの中央エンジンが燃焼し、ブースターの軌道をロケットから安全に遠ざけます。その後、ブースターが地球に戻ると脚が展開し、それぞれが地上に軟着陸します。中央コアは段分離まで燃焼を続け、その後脚が展開して地球に着陸します。着陸脚は最先端のカーボンファイバーとアルミニウムハニカムでできています。4本の脚は離陸中は各コアの側面に収納され、その後、着陸のために外側と下方に伸びます。
F9R（F-ninerと発音）は脚部を少し見せている。設計は、Aフレームを備えた入れ子式の伸縮ピストン...高圧ヘリウム。超軽量である必要がある。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)ファルコンの脚部のクラッシュコアは、軟着陸後は再利用可能ですが、硬着陸後は交換が必要です。
ファルコン9ロケットの最初の「軟着陸」成功は今年4月に起こった。
ファルコン 9 v1.1] 機体は、ウェブに掲載されているものよりも 30% 高い性能を持ち、その余分な性能は、再利用性と回収性 [テスト] を行うために確保されています...現在の機体は再利用用にサイズが決められています。
のF9Rを使った取り組みは、同社にとって最優先事項である、完全かつ迅速に再利用可能な打ち上げシステムの開発の一環である。このような技術は、宇宙飛行のコストを100分の1に削減できる可能性がある。
は本当に少ない量です。そして、再利用を試みると、ペイロードがマイナスになり、0 ～ 2% のマイナスペイロードになってしまいました [笑]。重要なのは、使い捨てロケットであっても、すべてのシステムで非常に効率的で、質量の 3% ～ 4% を軌道に乗せることができるロケットを作る方法を見つけることです。一方で、再利用性に関する要素についても同様に工夫を凝らし、再利用によるペナルティを2%以下に抑える必要があります。そうすれば、再利用シナリオにおいても、軌道投入可能なペイロードの正味2%が残るという理想的な状態が実現します。つまり、軌道投入ペイロードを増やし、再利用による質量ペナルティを抑えつつ、なおかつ有用な作業を行うための余力を確保するという、この2つの要素をうまく両立させなければならないのです。
現時点では、浮体式発射台または発射場に無事着陸し、必要な改修なしでロケットを再飛行できると確信しています。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)「ファルコン9の第2段は、ミニBFRシップのようなものにアップグレードされるだろう」とマスク氏は述べた。BFRの上段は、時として「宇宙船」と呼ばれることがある。
はマクレガーに0.5エーカーのコンクリート製発射施設を建設し、グラスホッパーロケットはすでに発射台に設置され、昆虫のような銀色の着陸脚4本が取り付けられている。
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)とSpaceXの契約では、ロケットがSES 9を高度約16,155マイル（26,000キロメートル）の遠地点を持つ「準同期」遷移軌道に投入することになっていた。このような軌道では、SES 9が自身の燃料を消費して高度22,300マイルの円形の軌道に到達する必要があり、ハリウェル氏によれば、この旅は93日間続くはずだった。 [SpaceXが提案した]ファルコン9の打ち上げプロファイルの変更により、SES 9は地球上空約24,419マイル（39,300キロメートル）、地球上空180マイル（290キロメートル）の遠地点、そして赤道に対して約28度傾いた軌道を持つ初期軌道に投入されることになる。
このミッションは静止トランスファ軌道（GTO）へ向かう。ステージ分離後、ファルコン9の第1ステージはドローン船「Of Course I Still Love You」への実験着陸を試みる。このミッションのGTOプロファイルが特殊であるため、着陸の成功は期待できない。
宇宙へ行って帰ってきて、9分未満？未来へようこそ。
再利用するためというよりは、BFRの第2段の準備として再利用性について学ぶためだと述べた。
マスク氏：「今後の飛行で[SpaceXは]上段の再突入体験に関するデータを収集します。これまで、上段が廃棄燃焼を行った後のデータ収集にはあまり力を入れていませんでした。上段がどの高度と速度で分解するかを監視します…」このデータの収集は容易ではありません。マスク氏は、「流星のようにやってくるので難しいのです。プラズマの球のようなものです。斜め後方にしか送信できないので、おそらくイリジウム衛星コンステレーションと通信して、温度、上段の基本的な状態、速度、高度に関する基本データを送信しようとします」と説明しました。
{{cite AV media}}: CS1メンテナンス: 場所 (リンク)