De Falcon Heavy, eerder bekend als Falcon 9 Heavy of kortweg F9H, is een zeer krachtige deels herbruikbare commerciële draagraket uit de Falconraketfamilie van het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf SpaceX die gebaseerd is op de Falcon 9. Hij maakte op 6 februari 2018 zijn ingebruiknamevlucht en werd een half jaar later door de USAF EELV-gecertificeerd.
De Falcon Heavy wordt in staat geacht 63.800 kg aan nuttige lading in een lage aardbaan te brengen, 26.700 kg naar een geostationaire baan, 16.800 kg naar Mars en 3.500 kg naar Pluto. Daarmee was de Falcon Heavy ten tijde van de introductievlucht de krachtigste beschikbare raket van de wereld, en nog altijd de krachtigste commerciële raket ooit. Alleen de Saturnus V-maanraket (laatste vlucht in 1973) en de Russische Energia (die na slechts twee proefvluchten werd geannuleerd) konden meer vracht vervoeren. Het Space Launch System (SLS) van NASA nam met de introductievlucht op 16 november 2022 de titel krachtigste beschikbare raket over. SpaceX’ eigen Starship zal op termijn die titel weer van SLS overnemen. Die raketten kunnen zowel meer vracht vervoeren als hogere snelheden behalen.
De Falcon Heavy is een gedeeltelijk herbruikbare draagraket waarbij de twee boosters en de eerste trap (centercore) in principe kunnen landen en waarbij ook de neuskegel in veel gevallen herbruikbaar is.
Geschiedenis Voorgeschiedenis SpaceX-directeur Elon Musk richtte zijn bedrijf in 2002 op met de doelen ruimtevaart te vernieuwen, goedkoper te maken en uiteindelijk de planeet Mars te kunnen bevolken. Om die doelen te verwezenlijken moesten raketten en uiteindelijk zelfs zeer krachtige raketten ontwikkeld worden.
Eerst werd de voor kleine vrachten lichtgewichtklasse bedoelde Falcon 1 ontwikkeld. De eerste trap van de Falcon 1 werd voortgestuwd door een enkele Merlin 1A en later een Merlin 1C. Na vijf vluchten werd deze in 2010 vervangen door de eerste versie van de mediumklasse Falcon 9, een raket waarvan de eerste trap door negen Merlin 1C-motoren werd voortgestuwd en de tweede trap (upperstage) door een vacuümversie van de Merlin 1C.
Vroege concepten In 2003 werd de Falcon 5, een raket met vijf Merlin 1-motoren in de eerste trap aangekondigd. In 2005 werd de krachtiger Falcon 9 aangekondigd. Daarbij werd ook over nog krachtiger Falconraketten gesproken: de Falcon 9S5, een Falcon 9 die met twee Falcon 5-boosters aan weerszijden zou worden uitgerust. Voor nog meer kracht zou er de Falcon 9S9 komen waarbij de sideboosters Falcon 9-boosters zouden zijn. Op dat moment werkte SpaceX nog aan de ontwikkeling van Merlin 1B als hoofdmotor die overigens nooit in gebruik werden genomen.Space Launch Report - Falcon 9 datasheet, geraadpleegd op 23 juli 2019
De Falcon 5 werd nooit in productie genomen en de Falcon 9 werd verder ontwikkeld tot een krachtiger raket waarvan de eerste uitvoering in 2010 met Merlin 1C-motoren in gebruik zou worden genomen.
Aanvankelijk ontwerp In 2011 sprak Musk voor het eerst concreet over de Falcon Heavy. Deze zou bestaan uit een Falcon 9 met twee extra core-boosters (Falcon 9-eerste trappen) en de tweede trap van de Falcon 9 als upperstage. De Falcon Heavy moest vanaf 2013 beschikbaar zijn en 53.000 kg vracht naar een lage aardbaan kunnen brengen.Elon Musk presenteert Falcon Heavy Youtube-kanaal van SpaceX, 5 april 2011
Crossfeeding In eerdere ontwerpen liet de middelste core-booster zich in de eerste twee minuten voeden met brandstof uit de tanks van strap-on-boosters. Daarna zouden dan de strap-on-boosters worden afgestoten en de nog volle middelste core-booster verder vliegen. Dit proces heet crossfeeding en levert effectiever gebruik van brandstof en daaruit voortvloeiende stuwkracht op doordat; alle 27 motoren in de eerste fase van de vlucht gelijktijdig hun volle kracht kunnen benutten, de strap-on-boosters eerder worden afgestoten, waardoor de raket sneller lichter wordt. de stuwkracht uit de in de strap-on-boosters aanwezige brandstof voor de maximale stuwkracht benut is de middelste core-booster meer brandstof overheeft voor de volgende fase van de vlucht.
Voortijdige aanpassingen In 2011 gebruikte SpaceX nog Merlin 1C-motoren op de Falcon 9 1.0 en die zouden aanvankelijk ook de Falcon Heavy moeten voortstuwen.
De Falcon 9 die de basis voor de Falcon Heavy vormt had tussentijds twee grote upgrades doorgemaakt. De Falcon 9 1.1 werd groter, kreeg krachtigere en effectievere Merlin 1D-motoren en werd zestig procent krachtiger. De Falcon 9 Full Thrust won door een effectiever brandstofmengsel en iets grotere tanks nog eens vijfentwintig procent aan kracht. Ook werd het intussen mogelijk om core-boosters naar een landingsplaats of landingsschip te vliegen en rechtstandig te laten landen.
Ondertussen meldde Elon Musk in april 2016 op Twitter dat uit tests bleek dat de Merlin 1D-raketmotoren nog 15% meer stuwkracht kunnen genereren en dat dit extra vermogen in de loop van 2016 zou worden ingevoerd. Door deze verbeteringen had de Falcon 9 in 2017 de dubbele liftcapaciteit van de in 2011 beoogde core-boosters.
Vertragingen Waar in eerste instantie over een eerste lancering in 2013 werd gesproken, vond de ingebruiknamevlucht op 6 februari 2018 plaats. Hoewel niet alle redenen voor deze vertraging duidelijk zijn, zijn er wel een aantal aan te wijzen.
Als eerste had SpaceX nog geen klanten voor zulke zware missies. Daarom gaf SpaceX er nog geen prioriteit aan. Verbeteringen aan de Falcon 9 zouden immers ook verbeteringen voor de Falcon Heavy betekenen. In 2015 stond een proefvlucht in augustus gepland (er was toen nog geen hardware gebouwd, dus die datum was op dat moment volstrekt onhaalbaar). Toen er twee maanden eerder een Falcon 9 in de vlucht uit elkaar viel moest dit eerst onderzocht worden. De oorzaak werd gevonden en pas een half jaar later stond er weer een Falcon 9-vlucht op het programma.
Daarna was de eerste prioriteit het alsnog uitvoeren van andere uitgestelde vluchten. Inmiddels hadden twee klanten uit gebrek aan vertrouwen in een "on-schedule"-lancering hun vluchten overgeboekt naar Arianespace (Ariane 5)ViaSat trades in Falcon Heavy launch for Ariane 5 SpaceFlightNow, 15 februari 2016. Gearchiveerd op 31 maart 2023. en ILS (het bedrijf dat commerciële missies met Proton-raketten boekt).Fearing SpaceX Falcon Heavy delays, Inmarsat reserves ILS Proton SpaceNews, 8 maart 2016. Gearchiveerd op 7 juli 2023. Ook konden enkele vrachten die origineel op de Falcon Heavy waren geboekt worden omgeboekt naar de Falcon 9 die door upgrades een verdubbeling in vrachtcapaciteit zag.
Toen op 1 september 2016 een Falcon 9 tijdens het laden van de brandstof op lanceerplatform SLC-40 met satelliet en al explodeerde liep SpaceX nog enkele maanden vertraging op.
SpaceX nam in februari 2017 LC-39A, dat het lanceercomplex voor de Falcon Heavy zou worden, versneld in gebruik. Doordat SpaceX daar eerst de opgelopen achterstand in het launch manifest moet wegwerken ontstond er pas ruimte voor Falcon Heavy toen de lanceringen van onbemande Falcon 9-vluchten weer terug naar het beschadigde SLC-40 gingen. De reparatie van SLC-40 begon pas in februari 2017 echt nadat het constructieteam klaar was met de verbouwing van LC-39A. LC-39A was toen echter nog niet gereed voor de Falcon Heavy en werd vanaf augustus 2017 tussen de lanceringen door daarvoor aangepast.
Op een persconferentie op 30 maart 2017, naar aanleiding van Falcon 9-vlucht 32 waarbij voor het eerst een core-booster werd hergebruikt vertelde Elon Musk het volgende.
"De Falcon Heavy is een van die dingen die eerst simpel klonk. We nemen gewoon twee eerste trappen en gebruiken die als strap-on-boosters. En dan de werkelijkheid; nee, dit is geschift zo moeilijk en vereist een herontwerp van de centercore en een hoeveelheid aan extra hardware. Het was daadwerkelijk schokkend hoe moeilijk het is om van "single-core" naar een "triple-core" raket te gaan."SpaceNews: SpaceX to launch Falcon Heavy with two flight proven boosters this year SpaceNews, 31 mei 2017. Gearchiveerd op 7 juli 2023.
Na de eerste lancering voegde Musk daar aan toe dat ze in de loop der tijd drie keer op het punt hadden gestaan het Falcon Heavy-programma te annuleren.
Definitieve ontwerp De Falcon Heavy bestaat uit een Falcon 9 (met 9 stuks Merlin 1D-raketmotoren en 1 Merlin 1D-vacuüm) met een tweetal Falcon 9-boosters (met elk 9 stuks Merlin 1D) als strap-on-boosters, dus met in totaal 27 stuks Merlin 1D, die gezamenlijk een stuwkracht van 25 meganewton leveren, en 1 Merlin 1D-vacuüm.
De middelste core-booster is een verstevigde uitvoering van de normale Falcon 9-booster. Die verstevigingen zijn nodig om de kracht van de strap-on-boosters op te vangen. De sideboosters zijn voorzien van een neuskegel. Doordat de aerodynamica met een neuskegel anders is dan met een cilindervormige interstage hebben de sideboosters het nieuwe grotere type titanium gridfins nodig om goed te kunnen sturen tijdens de landing.
De totale lengte van de Falcon Heavy is net als bij de Falcon 9 70 meter en de diameter van de boosters en de upperstage is 3,66 meter. De raket gebruikt voor alle trappen als brandstof RP-1 raket-kerosine en vloeibare zuurstof. De brandstoffen worden extra gekoeld zodat er meer van in de tanks en door de leidingen past. De RP-1 tot -7 °C en de zuurstof tot -207 °C, vlak boven het stollingspunt. Hierdoor moet het vullen van de tanks pas zo'n vijfendertig minuten voor de lancering beginnen opdat de brandstof niet te veel opwarmt.
Door de eerder genoemde upgrades van de Falcon 9-booster en upperstage was de kracht in 2016 echter zo toegenomen dat crossfeeding als overbodig risico werd beschouwd. Er waren geen geboekte vrachten die die techniek vereisten. Op 3 februari 2016 maakte SpaceX' vicepresident Gwynne Shotwell bekend dat de eerste proefvlucht dan ook geen gebruik zou maken van crossfeeding. En SpaceX is ook niet meer voornemens deze risico-vergrotende techniek te gaan toepassen.
Op de demonstratievlucht werden boosters met Falcon 9 FT Block-3- en Block-4-eigenschappen gebruikt. Voor alle latere vluchten zal de nog iets krachtiger Block-5-techniek worden gebruikt. De demonstratie-raket kon 92 procent van de stuwkracht van een Block-5-uitvoering bereiken. Block-5 boosters zijn behalve krachtiger ook veel robuuster ontworpen om veelvuldig te worden hergebruikt. Het Block-5-model zou tot 10 keer gebruikt kunnen worden met slechts korte controles hiertussen, en tot 100 keer als deze meerdere malen onder handen wordt genomen.
Uiterlijk zijn Block 5-raketten gemakkelijk te herkennen aan de zwarte landingspoten en zwarte zuurstofleidingen (die buitenlangs lopen) terwijl deze onderdelen op de demonstratie-raket wit waren. Opvallend is dat de tussentrap van de Falcon Heavy-Block 5 wit is terwijl deze bij de Falcon 9-Block 5 ook zwart is.
De Falcon Heavy kent drie varianten van de tweede trap. De standaard versie zoals die ook op de Falcon 9 wordt gebruikt is geschikt voor korte missies. Voor middenlange missies van enkele uren zijn er vlakken grijs geschilderd zodat de brandstoftank meer warmte uit zonlicht absorbeert en de RP-1-kerosine tijdens periodes in de ruimte niet te koud voor gebruik wordt. Er bestaat ook nog een variant die nog verder is aangepast voor langere missies.
Vluchtprofiel In de eerste seconden leveren de 27 Merlin 1D-raketmotoren volle kracht. Kort daarna schakelt de middelste booster terug naar 15% van zijn kracht. Op deze manier bespaart hij brandstof die na de afkoppeling van de sideboosters gebruikt zal worden. Na het afkoppelen van de sideboosters (die 80% van hun brandstof hebben gebruikt) keren deze om en vliegen ze terug naar de lanceerbasis om daar op een speciale landingsplaats, rechtstandig op hun hydraulisch uitgeklapte poten te landen.