Falcon 9 je nosná raketa americké soukromé společnosti SpaceX. Svým tahem a nosností je srovnatelná s ruskými raketami Angara 5 a Proton, americkými Delta IV a Atlas V a čínskou Čchang-čeng 5.
Falcon 9 startuje na Floridě z Kennedyho vesmírného střediska ze startovacího komplexu 39A, z komplexu SLC-40 na Mysu Canaveral , nebo z komplexu SLC-4E Vandenbergovy letecké základny v Kalifornii.
V rámci programu na vývoj znovupoužitelného nosného systému testovala a demonstrovala společnost SpaceX potřebné technologie na raketě Falcon 9. Následně se Falcon 9 stal první kosmickou raketou u které byl zrealizován koncept znovupoužitelnosti prvního stupně.
Při svém dvacátém startu 22. prosince 2015 první stupeň rakety úspěšně provedl experimentální přistání v přistávací zóně 1 (LZ-1) na mysu Canaveral. O čtyři měsíce později, 8. dubna 2016, první stupeň úspěšně dosedl na autonomní plovoucí plošině Of Course I Still Love You.
30. března 2017 společnost SpaceX jako první na světě úspěšně vyslala do vesmíru již dříve použitý první stupeň nosné rakety Falcon 9, bylo to při misi SES-10. Během mise se podařilo demonstrovat opakovanou použitelnost nejdražší části rakety – 1. stupně. 1. stupeň navíc po vynesení nákladu na orbitu znovu úspěšně přistál na plošině Of Course I Still Love You. Původně byl tento 1. stupeň použit při úspěšné misi CRS-8 v dubnu 2016.
Přistávání prvních stupňů a jejich znovupoužití se stalo rutinou. Úspěšnost přistání přesahuje 94 % a téměř polovina startů byla provedena s již minimálně jednou použitým stupněm. K 10. září 2026 je rekordmanem ve znovupoužití stupeň B1067, který má již 37 použití.
Verze náhled|vlevo|Zleva Falcon 1, Falcon 9 v1.0, Falcon 9 v1.1 a Falcon Heavy Aktuálně je známo pět vývojových verzí Falconu 9. Verze 1.0 a 1.1 už byly z provozu vyřazeny a byly nahrazeny aktuální verzí FT. Ta byla dále optimalizována v rámci tzv. verzí/bloků, kdy zejména poslední Block 4 a Block 5 byly optimalizovány pro co nejefektivnější znovupoužitelnost prvních stupňů. Dříve bylo počítáno i s dalším vývojem, při kterém by byly stávající motory Merlin nahrazeny motory Raptor, není však jasné, jestli jen na druhém, nebo i prvním stupni. V současné době (2020) však SpaceX cílí zejména na co nejrychlejší vývoj nosného systému Starship a své aktivity směřující k další modernizaci Falcon 9 výrazně utlumila zejména proto, aby nedocházelo ke štěpení vývojových zdrojů.
Falcon 9 v1.0
Vývoj začal v roce 2005 a první let přišel 4. června 2010. Letů bylo celkem pět a všechny splnily primární část mise. Poslední start proběhl 1. března 2013. Falcon 9 v1.0 postupně vynesl čtyři zásobovací lodě Dragon, z toho dva byly testovací lety a dva operační podle smlouvy CRS (CRS-1, CRS-2).
Falcon 9 v1.1
Tato verze létala mezi roky 2013 a 2016. Oproti předchozí verzi došlo k nárůstu výkonu a hmotnosti o 60 %, stejně tak i nádrže byly takto zvětšeny. Motory na prvním stupni byly nahrazeny modernizovanou verzí Merlin 1D. Tato zlepšení zvýšila užitečné zatížení až na 13 150 kg na LEO. Na prvním stupni se změnilo uspořádání motorů, uspořádání se nazývá octaweb. U této verze už se začalo zkoušet přistávání prvního stupně, ale této verzi se nikdy přistát nepodařilo. Tato verze měla jednu nehodu a to při letu CRS-7.
Falcon 9 v2.0
Tato v současnosti používaná verze má údajně až o 30 % vyšší tah než verze předchozí. Původně tato verze začala létat s více podchlazeným palivem, ale po nehodě při tankování druhého stupně, kdy byla na raketě umístěná družice Amos-6, se přešlo zpět na teplejší palivo, což mělo za následek mírné snížení výkonu. Při svém prvním letu v prosinci 2015 (se satelitem ORBCOMM-2) dokázal první stupeň rakety poprvé přistát zpět na Zemi. V březnu 2017 byl ke startu se satelitem SES-10 poprvé použit již jednou letěný první stupeň rakety.
Samotná varianta FT se dělí ještě na varianty Block 3, Block 4 a Block 5. Nástup Blocku 4 byl postupný a nejdříve v této verzi létaly pouze druhé stupně. K prvnímu letu kompletní rakety Block 4 došlo při misi CRS-12. Dnes je využívána pouze varianta rakety- Block 5.
Testovací verze
Při počátcích testování přistávání prvních stupňů byly použity rakety Grasshoper a Falcon 9R Dev, obě derivované z letové konfigurace v1.1. První zmíněná testovala schopnost vzlétat a přistávat při malých rychlostech a v malých výškách, s minimálním laterálním pohybem – maximální dosažená výška byla 744 metrů. Druhá byla více podobná své předloze (hlavní část trupu byla standardní) a sloužila k testování některých zásadních prvků později použitých v letových verzích. Bohužel při pátém testu v srpnu 2014 došlo k fatální anomálii na senzorovém vybavení, které způsobilo její zničení. Bylo uvedeno, že letová verze má pro daný senzor redundantní zálohu, a tudíž by ke stejné anomálii dojít nemohlo.
Design První stupeň je osazen devíti motory typu Merlin 1D+ na kapalný kyslík a čistý letecký petrolej (LOX/RP-1) v konfiguraci octaweb, kde osm motorů rozmístěných po obvodu obklopuje jeden motor středový (označován jako motor číslo pět – zároveň nabízí i nejširší možnost vektorování tahu). Motory jsou se zbytkem prvního stupně spojeny kovovou podpůrnou strukturou, do které jsou motory zavařeny. Na rozdíl od předchozí konfigurace, kde byly motory rozmístěny v mřížce 3x3 (tzv. tic-tac-toe konfigurace) tato konstrukce zjednodušuje výrobní proces a i design samotný. Při startu je všech devět motorů zažehnuto pyroforickou směsí TEA-TEB (triethylhliník-triethylboritan) z pozemních nádrží startovního komplexu, raketa nicméně disponuje i vlastními nádržemi na tuto směs – kvůli pozdějším zážehům při přistávacích manévrech. Směs se vyznačuje typickým zeleným plamenem (po přistání 1. stupně mise JCSAT-14 byl v motorové sekci zpozorován zelený plamen).
Nad motorovou sekcí jsou umístěny čtyři přistávací nohy, vyrobené z uhlíkového vlákna a voštinového kompozitního hliníku. Dohromady váží méně než 2,1 tuny. Při vzletu jsou složeny podél trupu, před přistáním je písty roztáhnou pomocí stlačeného hélia. Celkové rozpětí noh je až 18 metrů. Podle Gwynne Shotwellové jsou přistávací nohy konfigurace FT silnější než ty, které byly montované na trup v1.1. Prohlásila to v reakci na selhání jedné z nich během přistání letu 21 (Jason-3).
Motory prvního stupně hoří obvykle 140 sekund (pokud jde o misi na nízkou oběžnou dráhu) nebo až 156 sekund (vysokoenergetické mise na přechodovou dráhu ke geostacionární dráze). Krajní případy letů na GTO pak značně komplikují přistání, protože kvůli úspoře paliva není prováděn tzv. boostback burn, který upravuje přistávací trajektorii stupně, a raketa proto letí k přistávací zóně po takřka balistické křivce.
Nad hlavní částí trupu prvního stupně se pak nachází tzv. mezistupeň (interstage). To je kompozitní konstrukce, která chrání motor druhého stupně během vzletu, a následně zajišťuje jeho bezpečné oddělení, čehož je dosaženo pomocí pneumatického oddělovacího systému – ten je unikátní, protože většina nosných raket využívá pyrotechnického oddělení. Mezistupeň se následně vrací k přistání spolu s prvním stupněm.
Po oddělení prvního stupně dochází po pěti až sedmi sekundách k zážehu jediného motoru druhého stupně. Jedná se o vakuový derivát motorů prvního stupně, běžně označovaný jako M1DVac, a vyznačuje se především podstatně větší tryskou s větším expanzním poměrem. Na rozdíl od motorů prvního stupně M1DVac nabízí také širší možnosti regulace tahu, a to se spodní hranicí až 39% nominálního výkonu (u motorů prvního stupně je to 70%).
Na druhém stupni je ve většině případů osazen aerodynamický kryt. Oproti nosným systémům jako je např. Atlas V, raketa Falcon disponuje krytem vyráběným pouze v jedné velikosti, a to o průměru 5,2 metru a výšce 13,2 metru. Obě dvě poloviny jsou vyrobeny z uhlíkového vlákna a voštinového kompozitního hliníku, a mezi oddělením druhého stupně a ukončením jeho prvního zážehu jsou pneumaticky odděleny.
Aerodynamický kryt je užíván k ochraně citlivého nákladu během vzletu – většinou jde o citlivé satelity určené k nasazení ve vakuu vesmíru. Nicméně když americká společnost Sierra Nevada zvažovala raketu Falcon jako alternativu pro vynášení své lodi Dreamchaser (místo Atlasu V), bylo uvedeno, že by loď byla také vynášena uvnitř aerodynamického krytu (došlo by ale ke složení křídel).
V případě, že probíhá let s lodí Dragon, nebo Dragon v2 pak aerodynamický kryt není osazován, protože ho není třeba.
Znovupoužitelnost a ekonomika letů
Znovupoužívání prvních stupňů se stalo rutinním. Dle dostupných informací to významně přispívá k ekonomice provozu této rakety a rovněž jsou díky tomuto značně zredukovány požadavky na výrobní kapacity, zejména raketových motorů Merlin.
Již letěné první stupně rakety, resp. jejich znovupoužitelnost jsou rovněž představovány jako významná spolehlivostní výhoda. Jsou prezentovány jako prověřené letem (flight-proven) a tudíž jasně demonstrovanou letovou spolehlivostí. U zákazníků Falconu 9 původně převažovala jistá nedůvěra k recyklovaným stupňům, jakmile ale bylo desítkami letů demonstrováno, že znovupoužitelnost nemá negativní vliv na spolehlivost rakety, došlo k přehodnocení tohoto přístupu a i klíčoví zákazníci jako NASA či americké ministerstvo obrany začínají výrazněji využívat recyklovaných strojů. Významným faktorem je ekonomika provozu recyklovaných raket, kdy cena za start takovéto rakety je pro zákazníka významně levnější.
Pro přistávání prvních stupňů SpaceX používá celkem 3 přistávací zóny na pevnině (LZ-1 a 2 na Cape Canavaral Air Force Station a LZ-4 na Vandenbergově letecké základně) a 3 autonomní plovoucí přistávací plošiny (plošina A Shortfall of Gravitas a plošina Just Read the Instructions v Atlantiku pro starty z Mysu Canaveral a plošina Of Course I Still Love You obsluhuje v Tichém oceánu starty ze základny Vandenberg.
Kromě prvních stupňů rakety byla rovněž vyladěna schopnost zachycování aerodynamických krytů, které se rovněž daří stále častěji znovupoužívat, zejména u interních letů firmy SpaceX s družicemi Starlink. Začátkem roku 2021 nakonec SpaceX skončilo se zachytáváním aerodynamických krytů do sítě. Vylepšená verze krytů snese kontakt se slanou vodou a tak je výhodnější nechat kryty přistát pomocí padáku do oceánu. Úspěšnost zachytávání do sítě byla navíc velice nízká.
Podle ředitelky SpaceX Gwynne Shotwellové jsou náklady spojené s kontrolou a manipulací se zachráněnými prvními stupni výrazně nižší, než polovina ceny nového stupně. Tyto náklady by se navíc časem měly dále snižovat. První stupně budou s největší pravděpodobností vyřazovány až v době, kdy jejich repase bude zbytečně nákladná. Samotná doba repase byla navíc zkrácená. Stupně bývají většinou připraveny k dalšímu startu už jeden měsíc po jejich přistání. Rekordní doba mezi lety činí 9 dní a bylo jí dosaženo 21. března 2025 stupněm B1088.
V roce 2020 byly celkové náklady na start znovupoužitelného Falconu 9 zhruba 28 milionů $.
Přehled prvních letů