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Die Falcon Heavy ist eine Schwerlast-Trägerrakete des US-amerikanischen Herstellers SpaceX. Sie besteht aus drei modifizierten, wiederverwendbaren Erststufen der Rakete Falcon 9 sowie einer Falcon-9-Zweitstufe. Der erste Testflug eines Prototyps fand am 6. Februar 2018 statt, der erste kommerzielle Einsatz im April 2019 (jeweils MESZ).
Mit einer Transportkapazität von bis zu 63,8 Tonnen ist die Falcon Heavy nach dem Space Launch System von Boeing die zweitstärkste im Einsatz stehende Trägerrakete. Zudem ist sie die stärkste auf dem Markt verfügbare Rakete, da das SLS wegen seines exorbitanten Preises nur für einzelne NASA-Raumfahrtmissionen hergestellt wird. Entgegen ursprünglichen Planungen wird die Falcon Heavy ausschließlich für unbemannte Missionen verwendet.
Einsatzprofile Erdumlaufbahnen Die Falcon Heavy kann schwere Satelliten in eine Erdumlaufbahn transportieren – im Gegensatz zur Falcon 9 auch direkt in eine geostationäre Bahn. Für eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) gibt SpaceX die maximale Nutzlast mit 63.800 kg an, für einen Geotransfer-Orbit (GTO) mit 26.700 kg. Wenn die beiden Seitenbooster und ggf. die zentrale Erststufe geborgen werden sollen, sinkt die maximale Nutzlast, weil nicht die volle Brenndauer der Stufe ausgenutzt werden kann.
Ein besonders lukrativer Markt ist der Start von US-amerikanischen Militär- und Geheimdienstsatelliten. Mit ihrem ersten Flug qualifizierte sich die Falcon Heavy für die Teilnahme an entsprechenden Ausschreibungen und mit dem dritten Flug im Juni 2019 für die Ausführung der seitdem gewonnenen Startaufträge.
Zu anderen Himmelskörpern Die Falcon Heavy kann Raumsonden auf den Weg zu anderen Himmelskörpern bringen. Für eine Mission zum Mars wird die maximale Nutzlast mit 16.800 kg angegeben Aufgrund der drei erfolgreichen ersten Flüge und nach einem zusätzlichen Audit erhielt die Rakete 2023 die Freigabe zum Transport großer NASA-Raumsonden. Bereits erfolgt sind der Start der Asteroidensonde Psyche und der Jupitersonde Europa Clipper; geplant sind Starts zweier schwerer Astrobotic-Mondlander. Im Rahmen des Artemis-Programms soll die Falcon Heavy auch die Mond-Raumstation LOP-G und deren Versorgungsraumschiff Dragon XL ins All bringen. Die NASA ist damit der bedeutendste Auftraggeber von Falcon-Heavy-Starts.Stephen Clark: SpaceX’s Falcon Heavy rocket is about to become a workhorse for NASA. Ars Technica, 10. Oktober 2023Chris Bergin: Dragon XL revealed as NASA ties SpaceX to Lunar Gateway supply contract. Nasaspaceflight.com, 27. März 2020.
Missionen zur Marsoberfläche waren unter der Bezeichnung Red Dragon mit unbemannten Dragon-2-Raumschiffen geplant; der erste Start hätte frühestens 2020 erfolgen sollen. Dies wurde jedoch zugunsten des in Entwicklung befindlichen Starship verworfen, das besser für diesen Zweck geeignet sei.
Sonnenumlaufbahnen Der erste Falcon-Heavy-Flug führte in eine Umlaufbahn um die Sonne. Ein weiterer Start dieser Art ist 2026 mit dem Weltraumteleskop Nancy Grace Roman Space Telescope geplant.
Weltraumtourismus Zeitweise war auch im Gespräch, die Falcon Heavy für bemannte Dragon-2-Flüge einzusetzen. So sollte mit zwei Weltraumtouristen, deren Namen damals nicht veröffentlicht wurden (darunter der japanische Unternehmer Yusaku Maezawa), eine Mondumrundung durchgeführt werden. Als Starttermin wurde Ende 2018 angekündigt. Am 5. Februar 2018, einen Tag vor dem Falcon-Heavy-Erstflug, gab der SpaceX-CEO Elon Musk bekannt, dass mit der Falcon Heavy keine bemannten Flüge mehr geplant sind. Maezawa wollte stattdessen mit dem Starship-Flug Dear Moon den Mond umrunden.
Start- und Landeplätze Als Hauptstartplatz für die Falcon Heavy verwendet SpaceX den Launch Complex 39A (LC-39A) des Kennedy Space Centers am Cape Canaveral in Florida. Er wurde 2014 für 20 Jahre gemietet. Die erforderlichen Umbauten wurden teilweise zwischen den dort erfolgten Starts der Falcon 9 durchgeführt. Vom LC-39A aus startete die Falcon Heavy am 6. Februar 2018 zu ihrem Erstflug.
mini|Erster Spatenstich der Umbauarbeiten am SLC-4E 15 km entfernt betreibt SpaceX den Landing Complex 1 mit dem Falcon-9-Landeplatz Landing Zone 1 (LC-1). Um beide Booster der Falcon Heavy gleichzeitig landen zu können, wurde hier zusätzlich eine Landing Zone 2 (LZ2) angelegt.
Für polare Umlaufbahnen, die von Florida aus schwer erreichbar sind, begann SpaceX bereits 2011 mit dem Umbau des Space Launch Complex 4E (SLC-4E) auf der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien, von dem aus früher Titan-IVB-Raketen gestartet waren. Ursprünglich sollte dort der Falcon-Heavy-Erstflug stattfinden. Stattdessen wird der SLC-4E nur für Falcon-9-Starts genutzt. Im April 2023 wurde bekannt, dass SpaceX den benachbarten Startkomplex 6 der Vandenberg SFB mieten wird, um von dort aus auch die Falcon Heavy von der US-Westküste starten zu können.
Zusätzlich war der Bau eines dritten Startplatzes auf der SpaceX South Texas Launch Site im Süden von Texas geplant. Er hätte 2016 in Betrieb gehen sollen. Boca Chica liegt zweieinhalb Breitengrade näher am Äquator als Cape Canaveral, was etwas größere Nutzlasten bei GTO-Missionen ermöglichen würde.Amy Svitak: . Aviation Week, 8. März 2014. Stattdessen wird dieses Gelände heute für Entwicklung und Test der neuen SpaceX-Rakete Starship und Super Heavy genutzt.
Für Wasserlandungen im Atlantik betreibt SpaceX zwei schwimmende Plattformen (Autonomous spaceport drone ship) an der US-Ostküste und eins an der Westküste.
Entwicklung mini|Verschiebungen des Erststarts der Falcon Heavy Bereits 2005, als die Falcon 9 noch im frühen Entwicklungsstadium war, strebte SpaceX den Bau einer stärkeren Variante mit zwei zusätzlichen Boostern an., SpaceX-News. 2009 stellte Elon Musk einen Erstflug der Falcon Heavy für 2012 in Aussicht.. shitelonsays.com, Mitschnitt von der Mars Society Conference, Boulder, Colorado; abgerufen am 14. Februar 2018. Zwei Jahre später wurde ein Start für 2013 angekündigt, der sich jedoch wegen Verzögerungen in der Entwicklung Jahr für Jahr weiter verschob. Als Grund nannte Elon Musk die Komplexität des Projekts, die man stark unterschätzt habe. Der Wechsel von einem auf drei cores sei „schockierend kompliziert“ gewesen.Stephen Clark: Musk previews busy year ahead for SpaceX. Spaceflight Now, 4. April 2017. „Wir waren in der Hinsicht ziemlich naiv.“Christian Davenport: Elon Musk is set to launch his Falcon Heavy rocket, a flamethrower of another sort. The Washington Post, 30. Januar 2018.
Während die Falcon 9 zu immer stärkeren Versionen weiterentwickelt wurde, vergrößerte sich auch die geplante Nutzlastkapazität der Falcon Heavy. 2006 veröffentlichte SpaceX erstmals Leistungsdaten und gab maximal 25 Tonnen Nutzlast für den Transport in eine niedrige Erdumlaufbahn anErik Seedhouse: SpaceX’s Dragon: America’s Next Generation Spacecraft, Seite 150. Springer 2015; . – etwas mehr, als seit 2015 mit der Falcon 9 v1.2 möglich ist. 2011 hatte sich diese Zahl auf 53 Tonnen erhöht., Seite 5, Juni 2011(PDF). Im April 2016 stieg sie auf 54,4 Tonnen, SpaceX., SpaceX. und im April 2017 weiter auf 63,8 Tonnen., SpaceX., SpaceX. Entsprechend stieg auch die Kapazität für den Transport in eine geostationäre Transferbahn.
mini|hochkant|Erststart der Falcon Heavy am 6. Februar 2018 Im August 2017 war schließlich je ein Exemplar der Erststufe und beider Booster fertiggestellt, und die drei Komponenten wurden einzeln getestet.Falcon Heavy’s 3 first stage cores have all completed testing at our rocket development facility in McGregor, TX. Twitter-Nachricht von SpaceX, 2. September 2017. Der bei SpaceX übliche Triebwerkstest der fertigen Rakete fand am 24. Januar 2018 auf der Startrampe 39A statt.Watch the Falcon Heavy roar to life. spaceflightnow.com, 24. Januar 2018. Am 6. Februar gelang von dort nach zwei Stunden witterungsbedingter Verzögerung der Erstflug. Als „Nutzlast“ wurde ein Tesla-Roadster-Elektroauto (Leergewicht etwa 1200 kg) aus dem Besitz von Elon Musk in eine Erde-Mars-Bahn um die Sonne gebracht.Sean O'Kane: SpaceX will Verwenden Sie den ersten Falcon Heavy, um einen Tesla Roadster zum Mars zu schicken, sagt Elon Musk, The Verge, 1. Dezember 2017. Die Entwicklungskosten für die Rakete bis zu diesem Zeitpunkt schätzte Elon Musk auf über 500 Mio. US-Dollar. Sie seien vollständig durch das Unternehmen finanziert worden, ohne staatliche Zuschüsse.Michael Sheetz: Elon Musk wants 'a new space race,' says new SpaceX rocket can launch payloads as far as Pluto. CNBC, 6. Februar 2018.
Aufbau und Funktionsweise mini|Falcon Heavy (rechts) im Vergleich mit Falcon 1 (links) und Falcon 9
Gesamtsystem Die Falcon Heavy ist eine zweistufige Rakete mit zwei zusätzlichen Seitenboostern, die der ersten Stufe ähneln. Ihr Aufbau entspricht damit der 10–15 Jahre älteren Delta IV Heavy.
Die vier Teile der Falcon Heavy werden von insgesamt 28 Merlin-1D-Raketentriebwerken angetrieben. Alle Triebwerke sind mehrfach zündbar; hierzu wird ein hypergoles Gemisch aus Triethylaluminium und Triethylboran (sog. TEA-TEB) verwendet.Elon Musk celebrates successful Falcon Heavy rocket launch auf YouTube, Minute 1:10–2:20. Als Treibstoff kommt jeweils gekühltes RP-1 zum Einsatz, ein hochraffiniertes Kerosin. Als Oxidator dient extrem tiefgekühlter Flüssigsauerstoff mit einer Temperatur von etwa −207 °C. Diese Tiefkühlung des Sauerstoffs ist eine Besonderheit der Falcon-Raketen und mitentscheidend für deren Wiederverwendbarkeit, weil sie die Dichte des Sauerstoffs um etwa 8 Prozent erhöht. So kann zusätzlicher Treibstoff und Oxidator geladen werden, der für die Landung benötigt wird.Sarah Zhang: SpaceX Keeps Aborting Liftoffs Because Rocket Fuel Is Tricky. Wired, 3. Februar 2018.Interplanetary Transport System – Booster. spaceflight101.com, abgerufen am 13. Februar 2018.
Eine weitere Besonderheit der Falcon-Raketen ist die vollkommen zerstörungsfreie Stufentrennung: Anders als bei herkömmlichen Raketen werden die Booster und die zweite Stufe nicht mit Sprengladungen, sondern durch pneumatische Vorrichtungen gelöst und weggestoßen. Dies vereinfacht die Wiederverwendung und ermöglicht einen Vorabtest der Trennvorrichtung.Falcon Heavy Test Flight, Youtube-Video von SpaceX, Minute 16:18-16:26: At this point the pneumatic separation system on the center core will unlock the two side boosters and push them away.How does SpaceX build its Falcon 9 reusable rocket?. Science Focus, 26. September 2017.
Die erste gebaute und geflogene Falcon Heavy war ein Unikat. Sie basierte auf den Falcon-9-Versionen Block 3 und Block 4, während die endgültige, kommerziell eingesetzte Heavy-Rakete von der leistungsstärkeren Version Block 5 abgeleitet ist.Frank Wunderlich-Pfeiffer, Werner Pluta: Falcon-Heavy-Rakete gestartet: „Verrückte Dinge werden wahr“. golem.de, 7. Februar 2018.Elon Musk Press Conference Successful Falcon Heavy Launch auf YouTube, Minute 8:30–8:50.Elon Musk Press Conference Successful Falcon Heavy Launch auf YouTube, Minute 18:45–18:55: We’ve got the STP mission … where everything’s on block 5.
mini|Eines der Triebwerke der ersten Falcon Heavy in der Montage
Erste Stufe und Booster Der untere Teil der Falcon Heavy besteht aus einer modifizierten Falcon-9-Erststufe, an der seitlich zwei weitere modifizierte Falcon-9-Erststufen befestigt sind. Die mittlere Komponente nennt SpaceX center core („zentraler Kern“) und die Seitenteile side cores („Seitenkerne“). Die Bezeichnungen „erste Stufe“ und „Booster“ werden hingegen unterschiedlich gebraucht. In diesem Artikel ist mit „Erststufe“ nur der center core gemeint und „Booster“ bezeichnet nur die side cores.