ファルコン9 フルスラスト

ファルコン9の第3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型で、ファルコン9 v1.1を超える機能を備えており、「 静止トランスファ軌道（GTO）ミッションの第1段をドローン船に着陸させる」機能も含まれている^{[ 13 ] [ 14 ]。}このロケットは、 SpaceXの再利用型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。これは、SpaceXの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ためのSpaceXの民間イニシアチブである^{[ 15 ]} 。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、また、ミッション後のブースター制御降下テストが実施されていたファルコン9 v1.1のいくつかの飛行でもテストされた^{[ 16 ] 。}

2015年、SpaceXは既存のFalcon 9 v1.1にいくつかの変更を加えた。新しいロケットは社内ではFalcon 9 Full Thrust ^{[ 17 ]として知られており、Falcon 9 v1.2、Enhanced Falcon 9、Full-Performance Falcon 9 [ 13 ]}、Falcon 9 Upgrade ^{[ 18 ]}としても知られている。

新しい設計の主な目的は、大型通信衛星を静止軌道に投入するなど、より幅広い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。^{[ 11 ]}

アップグレード版の変更点は以下のとおりです。

• 液体酸素は66.5 K (−206.7 °C; 119.7 °R; −340.0 °F)まで過冷却され、RP-1は266.5 K (−6.6 °C; 479.7 °R; 20.0 °F) ^{[ 19 ]}まで冷却され、密度を高めます (これにより、所定のタンク容積内により多くの燃料と酸化剤を貯蔵できるだけでなく、ターボポンプを通る推進剤の質量流量が増加し、推力が増加します)。        
• 第1段階で構造がアップグレードされた^{[ 18 ] [ 20 ]}
• より長い第2段推進剤タンク^{[ 18 ]}
• より長く、より強力なインターステージには、第2段エンジンのノズル、グリッドフィン、姿勢スラスタが収容されている^{[ 18 ] [ 20 ]。}
• ステージ分離のためにセンタープッシャーが追加されました^{[ 18 ]}
• グリッドフィンの設計進化^{[ 18 ] [ 20 ]}
• 修正版Octaweb ^{[ 18 ]}
• 改良された着陸脚^{[ 18 ] [ 20 ]}
• Merlin 1Dエンジンの推力は、過冷却によって達成されたより高密度の推進剤を利用して、Merlin 1Dのフルスラスト型に増加しました^{[ 18 ]}。
• Merlin 1D の真空推力は、推進剤を過冷却することによって増加した。^{[ 18 ]}
• いくつかの小規模な質量削減の取り組み。^{[ 21 ]}

改良された設計では、高さがさらに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正確に70 メートル (230フィート)に伸び、 ^{[ 12 ]}全体的な性能が 33 パーセント向上しました。^{[ 18 ]} 新しい第 1 段エンジンは、推力重量比が大幅に向上しています。   

上段と重い衛星を搭載していない場合、最大推力の第1段ブースターは単段式軌道投入機として低地球軌道に到達できる。 ^{[ 22 ]}

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ための実験的なシステムが含まれていました。2017年3月30日、SpaceXは、スラスタと操縦可能なパラシュートのおかげでフェアリングを水面に穏やかに着陸させ、 SES-10ミッションからフェアリングを初めて回収しました。^{[ 23 ]}

2017年6月25日の飛行（イリジウムNEXT 11-20）では、制御性を向上させ、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。^{[ 24 ]}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の整備が不要になる可能性が高いと発表しました。^{[ 25 ]}

ファルコン9フルスラストの仕様と特性は以下のとおりです。^{[ 12 ] [ 29 ] [ 34 ]}

ファルコン9フルスラストは、ファルコン9 v1.1インターステージよりも長くて強い4.5メートル^{[ 34 ]}のインターステージを使用しています。これは「アルミニウムハニカムコアをカーボンファイバーフェースシート層で囲んだ複合構造」です。 ^{[ 12 ]}打ち上げ時の機体の全長は70メートル、燃料搭載時の総質量は549,000kgです。^{[ 34 ]}使用されているアルミニウムリチウム合金は2195-T8です。^{[ 36 ]} 

ファルコン9フルスラストアップグレード機には、SpaceXが主要ミッション要件完了後に第1段を発射場に帰還させるための第1段回収システムが含まれています。これらのシステムには、上昇中に第1段タンクに固定される4本の展開式着陸脚が含まれています。ファルコン9の第1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標に転用され、ミッション成功のための十分な性能マージンが確保されます。^{[ 12 ]}静止遷移軌道への公称ペイロード容量は、第1段回収方式の場合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6,200万米ドル）で、使い捨て第1段の場合8,300キログラム（18,300ポンド）です。 ^{[ 34 ]}  

2014年3月の時点で、SpaceXが発表した使い捨てロケットFalcon 9 v1.1の価格とペイロード仕様には、実際には発表された価格表に示されているよりも約30%高い性能が含まれていました。当時、追加の性能は、SpaceXがFalcon 9 v1.1で再利用性テストを実施しつつ、顧客向けに指定されたペイロードを達成するために確保されていました。再利用性と第1段の回収をサポートするために、この初期のv1.1バージョンで多くのエンジニアリング変更が行われていました。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、あるいはその両方を行う余地があると述べていました。^{[ 37 ]}

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。新しいロケットはしばらくの間、社内ではFalcon 9 v1.1 Full Thrust ^{[ 17 ]}として知られていたが、Falcon 9 v1.2 [ ^{38 ]} Enhanced Falcon 9、Full-Performance Falcon 9 [ ^{13 ]} Upgraded Falcon 9 ^{[ 39 ]}、Falcon 9 Upgrade ^{[ 18 ] [ 40 ]}など、^さまざまな名前でも知られていた^。 「フルスラストアップグレード」の最初の飛行以来、SpaceX はこのバージョンを単にFalcon 9と呼んでいる^{[ 41 ]}。

SpaceXの社長であるグウィン・ショットウェルは2015年3月に、新しい設計によって生産が効率化され、性能も向上すると説明した。^{[ 14 ]}

ということで、より推力の高いエンジンを入手し、その開発を完了し、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考えています。それ以上だと、顧客の視点から見て良くありません。性能は約30%向上し、おそらくもう少し向上するでしょう。これにより、GTOミッション用の第1段をドローン船に着陸させることができます。^{[ 13 ]}

2015 年 5 月の SpaceX の声明によると、Falcon 9 Full Thrust は米国政府との契約のために打ち上げるのに再認証を必要としない可能性が高いとのことです。Shotwell 氏は、「（各機関との）反復的なプロセスであり」、「新しいバージョンの機体の認証はますます迅速になるだろう」と述べています。^{[ 42 ]}米空軍は、これまでの 1 回の打ち上げの成功と、「新しい打ち上げシステムを設計、製造、認定、納入し、NSS (国家安全保障宇宙)衛星を軌道に投入す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」が実証されたことに基づき、2016 年 1 月にこの打ち上げ機のアップグレード版を米軍の打ち上げに使用することを認証しました。^{[ 43 ]}

改良された第1段は、2015年9月にスペースXのマクレガー施設で受入試験を開始した。2回の静止燃焼試験のうち最初の試験は2015年9月21日に完了し、過冷却推進剤と改良されたマーリン1Dエンジンが使用された。^{[ 44 ]}ロケットは静止燃焼中に最大推力に達し、2015年11月17日以降に打ち上げられる予定だった。^{[ 45 ]}

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。 ^{[ 46 ]}実際には、SpaceX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Orbcomm OG2の2番目の衛星群を打ち上げることにした。NASASpaceFlightのクリス・バーギンが説明したように、SES-9は第2段エンジンの再始動を1回行うなど、より複雑な第2段燃焼プロファイルが必要だったのに対し、Orbcommミッションは「より負荷の高いSES-9ミッションの前に第2段で追加のテストを実施できるようにする」ものだった。^{[ 47 ]}

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、Orbcommの11個の衛星ペイロードを軌道に乗せ、ロケットの第1段をケープカナベラルのスペースX着陸ゾーン1に無傷で着陸させた。^{[ 39 ]} 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。^{[ 48 ]}

SpaceXは当初、ケープカナベラル空軍基地の打ち上げ複合施設40とヴァンデンバーグ空軍基地の宇宙打ち上げ複合施設4Eを、前身のFalcon 9 v1.1のようなFalcon 9 Full Thrustロケットに使用していた。2016年のLC-40での事故後、東海岸からの打ち上げはNASAからリースしたケネディ宇宙センターの改修された発射台LC-39Aに切り替えられた。^{[ 51 ]}

LC-39A の変更に関する建築設計およびエンジニアリング設計作業は 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、2014 年後半に建設が開始されました^{[ 52 ]。}これには、ファルコン 9 とファルコン ヘビー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)の建設が含まれます^{[ 53 ]} 。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 の Dragon 2カプセルによる有人打ち上げの前に、クルー アクセス アームとホワイト ルームの作業を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打ち上げサイトが、テキサス州ブラウンズビル近郊のスターベースに計画された^{[ 54 ]。}これは、2012年から2014年半ばにかけて、フロリダ州、ジョージア州、プエルトリコ を対象とした複数州による評価プロセスを経て行われたものである^{[ 55 ] [ 56 ]}。しかし、このサイトの焦点は、ファルコン9とファルコンヘビーの打ち上げから、小型スターシップホッパー試験機のVTOL試験飛行に変更された。現在の打ち上げ台で十分すぎるほどの打ち上げ能力があるため、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。

SpaceXは、ケープカナベラル空軍基地にLZ-1と呼ばれる着陸ゾーンの建設を完了しました。直径282フィート（86メートル）のパッドで構成されるこのゾーンは、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、初めて使用されました。^{[ 57 ]} LZ-1への着陸は、ファルコン9の全体的な成功としては初めてであり、硬い表面への3回目の着陸試みでした。2020年6月4日現在   着陸の試みは一度だけ失敗した。ブースターは海岸から少し離れた場所に着水した。その後数日間でポートカナベラルまで曳航され、2基のクレーンを使って水から引き上げられ、スペースXの格納庫に運ばれた。

SpaceXは、LZ-1のすぐ隣に、ファルコンヘビーの飛行後にブースターを同時に着陸させるためにLZ-2を建設しました。それ以来、いくつかのブースターがLZ-2に着陸しています。その後、SpaceXはこれらの着陸パッドを、 2026年のLZ-40の運用開始を皮切りに、LC-39AとSLC-40の専用着陸パッドに置き換えました。

SpaceXは、ヴァンデンバーグ空軍基地の旧発射複合施設SLC-4Wに着陸場も建設した。2014年に、発射場は着陸場として再建するために解体された。^{[ 58 ]} 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。^{[ 59 ]}

2014年から、SpaceXはデッキバージから、定位置保持エンジンと大型着陸プラットフォームを備えた自律型宇宙港ドローン船（ASDS）の建造を委託した。数百キロメートル離れた場所に配置されるこれらの船は、打ち上げ場所に戻ることができない高速ミッションで第1段を回収することを可能にする。^{[ 60 ] [ 61 ]}

SpaceXは、Just Read the Instructions(V1/V2、V1は退役)、Of Course I Still Love You、A Shortfall of Gravitasの3隻の運用中のドローン船を保有している。^{[ 62 ]} A Shortfall of GravitasとJust Read the Instructions(V2)は、ケープカナベラルからの打ち上げのためにポートカナベラルから大西洋で使用されている一方、Of Course I Still Love Youは、ヴァンデンバーグからの打ち上げのためにロングビーチ港から太平洋で運用されている。