ファルコン9 フルスラスト

ファルコン9 フルスラスト

ファルコン9フライト20は、フルスラストの初飛行であり、オーブコムの衛星11基の展開と軌道ロケット第1段の史上初の垂直着陸に成功した。
関数	中型ロケット
メーカー	スペースX
原産国	アメリカ合衆国
打ち上げコスト	支出額: 6,200万ドル[1] 再利用可能：5,000万ドル[2]
サイズ
身長	ペイロードフェアリング付きで69.8 m (229 フィート)クルードラゴン付きで65.7 m (216 フィート)ドラゴン付きで63.7 m (209 フィート)
直径	3.7メートル（12フィート）[4]
質量	549,000 kg (1,210,000 ポンド) [4]
ステージ	2
容量
LEOへのペイロード
軌道傾斜角	28.5°
質量	消費量: 22,800 kg (50,300 lb) [1] 再利用可能: 18,500 kg (40,800 lb) [5]
GTOへのペイロード
軌道傾斜角	27°
質量	消費量: 8,300 kg (18,300 lb) [1] 再利用可能: 7,000 kg (15,000 lb) [6]
TMIへのペイロード
質量	4,020 kg (8,860 ポンド) [1]
関連ロケット
家族	ファルコン9
に基づく	ファルコン 9 v1.1
派生作品	ファルコン 9 ブロック 5 ファルコン ヘビー
比較可能	アリアン5 アトラス V H-IIB 長征3B/E プロトンM
発売履歴
状態	アクティブ
発射場	ケープカナベラル、SLC-40 ケネディ、LC-39A ヴァンデンバーグ、SLC-4
総打ち上げ数	390 [7]
成功	389
失敗	1
注目すべき成果	1 ( AMOS-6飛行前破壊)
着陸	367 / 374 試行
初飛行	2015 年 12 月 22 日( Orbcomm-OG2-2 ) （2015年12月22日）
最終便	アクティブ
乗客/貨物の種類	ドラゴン ボーイング X-37 イリジウムNEXT テス ズマ スターリンク
第一段階
身長	41.2メートル（135フィート）
直径	3.7メートル（12フィート）
搭載	9 ×マーリン 1D
最大推力	SL : 7,607 kN (1,710,000 lb f ) [4] 真空: 8,227 kN (1,850,000 lb f ) [4]
比推力	SL : 282秒 (2.77 km/s) [8] [更新が必要] 真空: 311秒 (3.05 km/s) [8] [更新が必要]
燃焼時間	162秒[4]
推進剤	LOX / RP-1
第二段階
身長	13.8メートル（45フィート）
直径	3.7メートル（12フィート）
搭載	1 ×マーリン 1D 掃除機
最大推力	934 kN (210,000 lb f ) [4]
比推力	348秒（3.41km/秒）[4]
燃焼時間	397秒[4]
推進剤	LOX / RP-1
[Wikidataで編集]

ファルコン9フルスラスト（ファルコン9 v1.2とも呼ばれる）は、スペースXが米国で設計・製造した、部分的に再利用可能な2段式軌道投入の中型ロケット^{[a]である。}ファルコン9ファミリーの3番目のメジャーバージョンであり、2014年に設計が始まり、2015年12月に最初の打ち上げ運用が行われた。後にブロック4とブロック5に改良された。2024年12月8日の時点で、ファルコン9フルスラストのすべての派生型（ブロック4とブロック5を含む）は390回の打ち上げを実施しており、失敗したのはスターリンクグループ9-3の1回のみである。

2015年12月22日、ファルコン9ファミリーのフルスラストバージョンは、軌道上で第1段を垂直に着陸させることに成功した最初の打ち上げロケットとなった。着陸は、 2013年から2015年にかけて実施された技術開発プログラムに続くものである。着陸脚など、必要な技術的進歩の一部は、ファルコン9 v1.1バージョンで初めて実現されたが、そのバージョンが無傷で着陸することはなかった。2017年から、以前に飛行した第1段ブースターが再利用され、新しいペイロードを軌道に打ち上げるようになった。^{[9] [10]}これはすぐに日常的なものとなり、2018年と2019年にはファルコン9の全飛行の半数以上でブースターが再利用された。2020年には、再利用されたブースターの割合は81%に増加した。

ファルコン9フルスラストは、2016年1月に最後のミッションを終えた以前のファルコン9 v1.1ロケットから大幅にアップグレードされたものである。アップグレードされた第1段および第2段エンジン、より大きな第2段推進剤タンク、および推進剤の高密度化により、この機体は静止軌道に相当量のペイロードを運び、回収のために推進着陸を行うことができる。^[11]

新しい設計の主な目的は、大型通信衛星を静止軌道に運ぶなど、より広範囲のミッションでブースターの再利用を容易にすることであった。^[12]

ファルコン9の初期のバージョンやアポロ計画のサターンシリーズと同様に、複数の第1段エンジンを搭載することで、飛行中に第1段エンジンの1つが故障してもミッションを完了することができます。^[13]

ファルコン 9 の 3 番目のバージョンは 2014 年から 2015 年にかけて開発され、2015 年 12 月に初飛行を行った。ファルコン 9 フル スラストは、ファルコン 9 ファミリーの改良型再利用可能型で、ファルコン 9 v1.1 を超える機能を備えており、「 ドローン船に静止トランスファー軌道(GTO) ミッションの第 1 段を着陸させる」機能も備えている^{[14] [15]。このロケットは、} SpaceX の再利用可能打ち上げシステム開発プログラムの一環として開発されたシステムとソフトウェア技術を使用して設計された。このプログラムは、SpaceX による民間主導の取り組みで、SpaceX 打ち上げロケットの第 1 段 (そして長期的には第 2 段) の迅速な再利用を促進するものである。^[16]さまざまな技術がグラスホッパー技術実証機でテストされたほか、ミッション後のブースター制御降下テストが実施されたファルコン 9 v1.1 の数回の飛行でもテストされた。^[17]

2015年、スペースXは既存のファルコン9 v1.1にいくつかの変更を加えました。新しいロケットは社内でファルコン9フルスラスト^[18]と呼ばれていましたが、ファルコン9 v1.2、強化ファルコン9、フルパフォーマンスファルコン9 ^{[14] 、ファルコン9アップグレード[19]}とも呼ばれています。

新しい設計の主な目的は、大型通信衛星を静止軌道に運ぶなど、より広範囲のミッションでブースターの再利用を容易にすることであった。^[12]

アップグレード版の変更点は次のとおりです。

• 液体酸素は66.5 K (-206.7 °C; 119.7 °R; -340.0 °F) まで冷却され、RP-1は266.5 K (-6.6 °C; 479.7 °R; 20.0 °F) [ ^20]まで冷却され、密度が高められる（これにより、与えられたタンク容量により多くの燃料と酸化剤を貯蔵できるようになり、ターボポンプを通る推進剤の質量流量が増加して推力が増加する）
• 第一段階の改良構造^{[19] [21]}
• 第二段燃料タンクの延長^[19]
• より長く、より強力な中間段、第2段エンジンノズル、グリッドフィン、姿勢制御スラスターを収容する^{[19] [21]}
• ステージ分離のためにセンタープッシャーを追加^[19]
• グリッドフィンの設計の進化^{[19] [21]}
• 改良型オクタウェブ^[19]
• 改良された着陸脚^{[19] [21]}
• マーリン1Dエンジンの推力は、サブクールによって達成された高密度の推進剤を利用して、マーリン1Dのフルスラスト型まで増加しました^[19]。
• マーリン1Dの真空推力は推進剤の過冷却によって増加した。^[19]
• いくつかの小規模な質量削減の取り組み。^[22]

改良された設計では高さが1.2メートル（3フィート11インチ）増加し、ペイロードフェアリングを含めてちょうど70メートル（230フィート）に伸び、^[13]全体的な性能は33パーセント向上しました。^[19] 新しい第1段エンジンは推力対重量比が大幅に増加しました。

フルスラストの第1段ブースターは、上段と重い衛星を搭載していなければ、単段式軌道投入で低軌道に到達できる可能性がある。 ^[23]

2017年に打ち上げられたバージョンには、ペイロードフェアリングの半分を回収する実験的なシステムが搭載されている。2017年3月30日、SpaceXは、スラスターと操縦可能なパラシュートのおかげで、 SES-10ミッションからフェアリングを初めて回収し、水面に穏やかに着陸した。^[24]

2017年6月25日の飛行（イリジウムNEXT 11-20）では、制御力の向上と再突入時の熱への対処を改善するために、アルミニウム製のグリッドフィンがチタン製のものに交換されました。^[25]飛行後の検査の後、イーロン・マスクは、新しいグリッドフィンは飛行間でメンテナンスを必要としない可能性が高いと発表しました。^[26]

SpaceX は、 60 年以上にわたって米国のすべての打ち上げで使用されてきた従来の地上ベースのシステムに代わる代替自律システムの開発をしばらく前から行っています。この自律システムは、テキサス州で行われた SpaceX のVTVL弾道試験飛行の一部で使用されており、運用飛行での使用承認を得るためのシステム試験プロセスの一環として、いくつかの軌道打ち上げで並行して飛行しています。

2017年2月、SpaceXのCRS-10打ち上げは、空軍宇宙司令部の東部または西部の射場のいずれかで、新しい自律飛行安全システム（AFSS）を利用した最初の運用打ち上げとなった。次のSpaceXの飛行である3月のEchoStar 23は、東部射場からのすべての打ち上げで60年以上使用されてきた地上レーダー、追跡コンピューター、および打ち上げバンカー内の人員という歴史的なシステムを利用した最後のSpaceXの打ち上げとなった。今後のすべてのSpaceXの打ち上げでは、AFSSが「地上のミッション飛行制御人員と機器を、機内の測位、ナビゲーション、タイミングのソースと決定ロジックに置き換えます。AFSSの利点には、公共の安全性の向上、射場のインフラへの依存度の低減、射場の宇宙輸送コストの削減、スケジュールの予測可能性と可用性の向上、運用の柔軟性、および打ち上げスロットの柔軟性などがあります。」^{[27] [28]}

2017年、SpaceXはファルコン9フルスラストバージョンへの段階的な変更を開始し、「ブロック4」と名付けました。^[29]最初は、第2段のみがブロック4規格に変更され、「ブロック3」の第1段の上に3つのミッションで飛行しました。 2017年5月のNROL -76とインマルサット-5 F4、 7月のインテルサット35eです。^[30]ブロック4は、フルスラストv1.2「ブロック3」と次のファルコン9ブロック5の間の移行として説明されました。ブロック5の最終推力につながる段階的なエンジン推力のアップグレードが含まれています。^[31]完全なブロック4設計（第1段と第2段）の初飛行は、2017年8月14日のNASA CRS-12ミッションでした。 ^[32]

スペースXは2017年に、暫定的なブロック4の後継となるファルコン9ブロック5版という、別の一連の段階的改良が開発中であると発表した。ブロック3とブロック5の間の最大の変更点は、すべてのエンジンの推力の向上と着陸脚の改良である。さらに、多数の小さな変更により、第1段ブースターの回収と再利用が効率化される。変更は、生産速度と再利用の効率性の向上に重点が置かれている。スペースXは、ブロック5の各ブースターを、中間の検査のみで10回、改修を加えることで最大100回飛行させることを目指している。^{[33] [34]}

ブロック 5 の第 2 ステージは、ミッション拡張キットを使用して構築でき、より長い持続時間やより多くのエンジン始動が可能になります。

ファルコン9フルスラストの仕様と特徴は次のとおりです。^{[13] [30] [35]}

ファルコン9フルスラストは、ファルコン9 v1.1の中間段よりも長く、強度の高い4.5メートルの中間段^{[35]を使用しています。これは「} アルミニウムハニカムコアとそれを囲むカーボンファイバーの表面シートプライからなる複合構造」です。 ^[13]打ち上げ時の車両の全長は70メートルで、燃料の総質量は549,000 kgです。^[35]使用されているアルミニウムリチウム合金は2195-T8です。^[37]

ファルコン9フルスラストアップグレード機には「第一段回収システムが含まれており、SpaceXは主要ミッション要件の完了後に第一段を発射場に戻すことができます。これらのシステムには、上昇中に第一段タンクに固定される4つの展開可能な着陸脚が含まれています。ファルコン9第一段回収作業用に確保された余剰推進剤は、必要に応じて主要ミッション目的に使用するために転用され、ミッションを成功させるための十分なパフォーマンスマージンを確保します」。 ^[13]静止トランスファー軌道への公称ペイロード容量は、第一段回収で5,500キログラム（12,100ポンド）（打ち上げ1回あたりの価格は6,200万ドル）で、使い捨ての第一段では8,300キログラム（18,300ポンド）です。^[35]

2014年3月には、SpaceXが使い捨ての Falcon 9 v1.1ロケットの価格とペイロード仕様を発表しており、実際には公開された価格表に示されたものより約30パーセント高い性能が含まれていた。当時、追加の性能は、顧客向けの指定されたペイロードを達成しながら、SpaceXがFalcon 9 v1.1で再利用性テストを実施するために確保されていた。この以前のv1.1バージョンでは、第一段の再利用性と回収をサポートするために多くのエンジニアリング変更が行われていた。SpaceXは、Falcon 9 Full Thrustのペイロード性能を向上させるか、打ち上げ価格を下げるか、またはその両方を行う余地があることを示した。^[38]

2015年、SpaceXは以前のバージョンのFalcon 9 v1.1ロケットにいくつかの変更を加えたことを発表した。新しいロケットは社内でしばらくの間Falcon 9 v1.1 Full Thrustと呼ばれていたが、^[18] Falcon 9 v1.2、^[39] Enhanced Falcon 9、Full-Performance Falcon 9、^[14] Upgraded Falcon 9、^[40] Falcon 9 Upgradeなど、さまざまな名前でも知られていた。^{[19] [41] 「フルスラストアップグレード」の初飛行以来、SpaceXはこのバージョンを単に}Falcon 9と呼んでいる。^[42]

スペースXの社長グウィン・ショットウェルは2015年3月に、新しいデザインにより生産が合理化され、パフォーマンスも向上すると説明した。^[15]

そこで、私たちは高推力エンジンを手に入れ、その開発を終えて、現在[認定試験]中です。また、構造を少し変更しています。私の工場では2つのバージョン、つまり2つのコアだけを製造したいと思っています。それ以上は、顧客の観点からは好ましくありません。パフォーマンスは約30％向上しますが、それ以上かもしれません。これにより、GTOミッションの第一段階をドローン船に着陸させることができます。^[14]

2015年5月のスペースXの声明によると、ファルコン9フルスラストは米国政府の契約で打ち上げるために再認証を必要としない可能性が高い。ショットウェルは「これは（政府機関との）反復的なプロセスである」と述べ、「車両の新しいバージョンの認証はますます迅速になるだろう」と述べた。^[43]米空軍は、これまでに成功した1回の打ち上げと実証された「新しい打ち上げシステムを設計、製造、認定、提供し、NSS（国家安全保障宇宙）衛星を軌道に乗せるために必要なミッション保証サポートを提供する能力」に基づいて、2016年1月に米国の軍事打ち上げに使用するために打ち上げ車両のアップグレードバージョンを認証した。^[44]

アップグレードされた第1段は、2015年9月にスペースXのマクレガー施設で受け入れテストを開始しました。2回の静的燃焼テストのうち最初のテストは2015年9月21日に完了し、サブクール推進剤と改良されたマーリン1Dエンジンが含まれていました。^[45]ロケットは静的燃焼中にフルスロットルに達し、2015年11月17日より前には打ち上げが予定されていました。^[46]

衛星の所有者および運用者であるSES SAは、2015年2月にファルコン9フルスラストの初飛行でSES-9衛星を打ち上げる計画を発表した。 ^[47]結局、スペースXはファルコン9フルスラストの2回目の飛行でSES-9を打ち上げ、初飛行でオーブコム OG2の2番目の衛星群を打ち上げることを選択した。NASASpaceFlightのクリス・バーギンが説明したように、SES-9では、第2段エンジンの1回の再起動を含むより複雑な第2段燃焼プロファイルが必要だったが、オーブコムのミッションでは「より負担の大きいSES-9ミッションの前に、第2段で追加テストを実施できる」ことになっていた。^[48]

ファルコン9フルスラストは2015年12月22日に初飛行を完了し、オーブコム社の11基の衛星ペイロードを軌道に乗せ、ロケットの第一段をケープカナベラルにあるスペースXのランディングゾーン1に無傷で着陸させた。^[40] 2回目のミッションであるSES-9は2016年3月4日に行われた。^[49]

2024年12月8日現在、ファルコン9フルスラストバージョンは390回のミッションを飛行し、成功率は99.7%です。そのうち367回で第1段が回収されました。1つのロケットは打ち上げ前テスト中に破壊され、飛行したミッションの1つとしてカウントされていません。1つのミッションは意図した軌道よりも低い軌道に到達しましたが、これはフルスラストバージョンの唯一の飛行中の事故です。

2016年9月1日、スペースコムのAMOS-6を搭載したロケットが、静的火災試験の準備のために燃料を補給中に発射台（発射施設40 ）で爆発した。この試験は、2016年9月3日のファルコン9の29回目の飛行の打ち上げに備えて行われていた。爆発でロケットと2億ドルのペイロードが破壊された。 ^[50]その後の調査で、根本的な原因は、水中に沈められたヘリウムタンクのカーボンファイバー包装の層の間に圧縮された固体または液体の酸素の発火であることが判明した。^[51]スペースXは、今後の飛行のためにこの問題を解決するために、タンクの設計変更と燃料補給手順の変更を行った。

スペースXは、前身のファルコン9 v1.1と同様に、ファルコン9フルスラストロケットの打ち上げに、ケープカナベラル空軍基地の発射施設40とヴァンデンバーグ空軍基地のスペース発射施設4Eを初めて使用しました。 2016年のLC-40での事故の後、東海岸からの打ち上げは、NASAからリースされたケネディ宇宙センターの改修された発射台LC-39Aに切り替えられました。^[52]

LC-39Aの変更に関する建築および工学設計作業は2013年に開始され、NASAから発射台をリースする契約は2014年4月に締結され、建設は2014年後半に開始され、^[53]ファルコン9とファルコンヘビーの両方の打ち上げロケットと関連ハードウェアおよびペイロードを処理中に収容するための大規模な水平統合施設（HIF）の建設が含まれていました。 ^[54]最初の打ち上げは2017年2月19日にCRS-10ミッションで行われました。 2019年に予定されているSpaceX Dragon 2カプセルの有人打ち上げまでに、クルーアクセスアームとホワイトルームの作業はまだ完了する必要があります。

商業打ち上げ専用の追加の民間発射場は、フロリダ州、ジョージア州、プエルトリコ を検討した2012年から2014年半ばまでの複数州の評価プロセスを経て、テキサス州ブラウンズビル近郊のボカチカビレッジに計画されました。^{[55] [56 ] [57]}しかし、この発射場の焦点は、ファルコン9とファルコンヘビーの打ち上げから、小型のスターシップホッパー試験機のVTOL試験飛行に変更されました。現在の発射台は十分すぎるほどの打ち上げ能力を提供しているため、ファルコン9やヘビーの飛行に使用される可能性は非常に低いです。

SpaceXはケープカナベラル空軍基地にLZ-1として知られる着陸帯の建設を完了した。直径282フィート（86メートル）のパッドからなるこのゾーンは、2015年12月16日にファルコン9フルスラストの着陸に成功した際に初めて使用された。^[58] LZ-1への着陸は、ファルコン9にとって全体として初めての成功した着陸であり、硬い地面への3回目の着陸の試みであった。2020年6月4日の時点で^[update]、失敗した着陸の試みは1回のみである。ブースターは沖合に着陸した。その後数日でポートカナベラルまで曳航され、2台のクレーンを使用して水から引き上げられ、SpaceXの格納庫に戻された。

SpaceXは、Falcon Heavyの飛行後にブースターの同時着陸を可能にするために、LZ-1のすぐ隣にLZ-2を建設しました。2022年11月現在^[update]、4つのブースターがLZ-2に着陸しています。

スペースXはまた、ヴァンデンバーグ空軍基地の旧発射施設SLC-4Wに着陸場を建設した。2014年に発射場は着陸場として再建するために取り壊された。^[59] 2018年10月8日、ファルコン9ロケットブースターがLZ-4として知られる新しい地上パッドに初めて着陸に成功した。^[60]

2014年から、スペースXはデッキバージから自律型宇宙港ドローン船（ASDS）の建造を委託し、ステーションキーピングエンジンと大型着陸プラットフォームを装備しました。数百キロ下流に配備されたこの船は、発射場に戻ることができない高速ミッションの第一段階の回収を可能にします。^{[61] [62]}

SpaceXには、 Just Read the Directions、 Of Course I Still Love You、A Shortfall of Gravitasの3隻の無人機が運用されている。^[63] A Shortfall of GravitasとJust Read the Directionsはケープカナベラルからの大西洋での打ち上げに使用されており、Of Course I Still Love Youはヴァンデンバーグ港から太平洋で運用されている。

ウィキメディア・コモンズには、ファルコン9 フルスラストに関連するメディアがあります。