Falcon 1

Financiamento privado

O Falcon 1 foi desenvolvido com financiamento privado. Os únicos veículos lançadores orbitais que já haviam sido financiados e desenvolvidos dessa forma eram o Conestoga, em 1982, e o Pegasus, lançado pela primeira vez em 1990 a partir de uma aeronave de grande porte.

O desenvolvimento do Falcon 1 custou aproximadamente entre US$ 90 milhões e US$ 100 milhões.

Os dois primeiros lançamentos foram contratados pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos, em um programa de avaliação de novos veículos lançadores estadunidenses para uso pela DARPA.

Lançamentos cancelados

Um contrato de US$ 15 milhões previa o lançamento do TacSat-1 pelo Falcon 1 em 2005. No fim de maio daquele ano, a SpaceX anunciou que o foguete estava pronto para lançar o satélite a partir de Vandenberg. A Força Aérea, porém, não queria autorizar o lançamento de um foguete ainda não testado antes do último voo do Titan IV, que partiria da plataforma vizinha SLC-4E. As falhas nos lançamentos do Falcon 1 provocaram novos adiamentos do TacSat-1. Depois que o TacSat-2 foi lançado por um Minotaur I da Orbital Sciences em 16 de dezembro de 2006, o Departamento de Defesa reavaliou a necessidade de lançar o TacSat-1. Em agosto de 2007, cancelou o lançamento previsto, pois todos os objetivos do TacSat já haviam sido cumpridos.

Uma atualização publicada no site da SpaceX em agosto de 2005 previa seis lançamentos do Falcon 1. Os clientes eram a MDA Corp, para o satélite CASSIOPE, a Swedish Space Corp e a Força Aérea dos Estados Unidos. O CASSIOPE foi lançado em 2013 por um Falcon 9.

Primeiro estágio

O primeiro estágio era feito de liga de alumínio 2219, unida por soldagem por fricção e mistura mecânica. Os tanques de LOX e RP-1 compartilhavam uma antepara, e a pressurização aumentava a estabilidade da estrutura durante o voo. O estágio podia ser transportado com segurança sem pressurização, como no projeto mais pesado do Delta II, que usava reforços em malha triangular. Quando pressurizado para o voo, ganhava resistência adicional, como o Atlas II, que não podia ser transportado sem pressão interna. O sistema de paraquedas, fabricado pela Irvin Parachute Corporation, tinha um paraquedas de frenagem para altas velocidades e um paraquedas principal.

Nos dois primeiros lançamentos, o Falcon 1 usou o motor Merlin 1A. A versão aperfeiçoada Merlin 1B deveria equipar os voos seguintes, mas recebeu novas alterações que deram origem ao Merlin 1C. Este voou pela primeira vez no terceiro lançamento do Falcon 1 e também foi usado nos cinco primeiros voos do Falcon 9. O primeiro estágio do Falcon 1 era impulsionado por um único Merlin 1C alimentado por turbobomba, que queimava RP-1 e oxigênio líquido. O motor produzia cerca de 410 kN de empuxo ao nível do mar, com impulso específico de 245 s, que chegava a 290 s no vácuo. A queima do primeiro estágio durava cerca de 169 segundos e terminava com o esgotamento do propelente.

Segundo estágio

Os tanques do segundo estágio eram feitos de liga de alumínio 2014, adequada a temperaturas criogênicas. Para o Falcon 1e, estava prevista a adoção de uma liga de alumínio e lítio. O sistema de pressurização por hélio impelia o propelente até o motor, fornecia gás aquecido e pressurizado aos propulsores de controle de atitude e permitia acomodar o propelente junto às saídas dos tanques em gravidade zero antes de reacender o motor. O Kestrel tinha um trocador de calor de titânio que transferia calor residual ao hélio, aumentando muito sua capacidade de realizar trabalho. Os tanques de pressurização eram recipientes revestidos de material compósito, fabricados pela Arde Corporation com a liga Inconel, iguais aos usados no Delta III.

O segundo estágio usava um motor Kestrel alimentado por pressão, com empuxo de 31 kN e impulso específico de 330 s no vácuo.

Reutilização

O plano inicial era que o primeiro estágio descesse de paraquedas, pousasse na água e fosse recuperado para reutilização, mas isso nunca foi demonstrado. O segundo estágio não foi projetado para ser reutilizado.

Sequência de lançamento

No lançamento, o motor Merlin do primeiro estágio era acionado e atingia a potência máxima enquanto o foguete permanecia preso à plataforma. O computador de voo verificava todos os sistemas. Se funcionassem corretamente, o foguete era liberado e ultrapassava a torre em cerca de sete segundos. A queima do primeiro estágio durava aproximadamente 2 minutos e 49 segundos. Parafusos explosivos e um mecanismo pneumático separavam os estágios.

O motor Kestrel do segundo estágio funcionava por cerca de seis minutos para colocar a carga útil em órbita terrestre baixa. O motor podia ser reacendido mais de uma vez.

Primeiro voo

O voo inaugural do Falcon 1 foi adiado repetidamente devido a problemas técnicos no novo veículo. Conflitos de programação com um lançamento do Titan IV na Base Aérea de Vandenberg também provocaram atrasos e levaram à transferência do voo para o Reagan Test Site, no atol de Kwajalein. O lançamento estava marcado para 31 de outubro de 2005, mas foi adiado para 25 de novembro, data em que também não ocorreu. Uma nova tentativa, em 19 de dezembro de 2005, foi cancelada depois que uma válvula defeituosa provocou vácuo no tanque de combustível do primeiro estágio. As paredes do tanque cederam para dentro e sofreram danos estruturais. Após a substituição do primeiro estágio, o Falcon 1 foi lançado no sábado, 25 de março de 2006, às 10h30 no horário local, UTC+12. A carga útil da DARPA era o FalconSAT-2, da Academia da Força Aérea dos Estados Unidos, que mediria fenômenos do plasma espacial.

O lançamento ocorreu na sexta-feira, 24 de março de 2006, às 22h30 UTC, nas instalações da SpaceX na ilha Omelek, nas ilhas Marshall. O voo terminou em falha antes de completar um minuto, após um vazamento na linha de combustível provocar um incêndio. Logo depois de decolar, o foguete oscilou de um lado para o outro em torno de seu eixo longitudinal, como se vê no vídeo do lançamento. Aos 26 segundos, inclinou-se bruscamente. Aos 41 segundos, atingiu um recife de coral morto a cerca de 76 m da plataforma. O FalconSAT-2 se separou do foguete e caiu na ilha. As primeiras avaliações dos danos ao satélite variaram de leves a extensos. A SpaceX atribuiu inicialmente o incêndio a uma porca mal apertada na linha de combustível. Uma investigação posterior da DARPA constatou que a porca estava apertada corretamente, pois o arame de freno permanecia no lugar, mas havia rompido por corrosão causada pela maresia.

A SpaceX alterou o projeto e o software do foguete para evitar a repetição da falha. Peças de alumínio foram substituídas por aço inoxidável, e a quantidade de verificações feitas pelo computador antes da decolagem aumentou trinta vezes.

Segundo voo

O segundo voo de teste estava previsto para janeiro de 2007, mas foi adiado devido a problemas no segundo estágio. Antes disso, a SpaceX havia cogitado lançá-lo em setembro, novembro e dezembro de 2006. Em dezembro, o lançamento foi remarcado para 9 de março, mas houve novo adiamento porque um voo de teste do Minuteman III, cuja reentrada ocorreria sobre Kwajalein, ocuparia a área de testes. A tentativa de 19 de março foi atrasada em 45 minutos em relação ao horário previsto, 23h GMT, devido a um problema de retransmissão de dados. Às 23h45, a contagem foi interrompida quando faltavam 1 minuto e 2 segundos. Um atraso de poucos milissegundos no hardware levou o computador de segurança a detectar, por engano, uma falha de transmissão. A tentativa de 20 de março foi atrasada em 65 minutos em relação às 23h inicialmente previstas, por um problema de comunicação entre um dos experimentos da NASA na carga útil e o sistema TDRS.

A primeira tentativa de 21 de março de 2007 foi abortada às 00h05 GMT, no último segundo antes da decolagem e depois da ignição do motor. A equipe decidiu tentar novamente naquele dia. O foguete deixou a plataforma às 01h10 GMT de 21 de março, levando uma carga DemoSat para a DARPA e a NASA. O primeiro estágio funcionou bem durante a queima. Na separação, porém, a estrutura entre os estágios, no topo do primeiro estágio, atingiu o bocal do motor do segundo estágio. A colisão ocorreu quando o bocal saía dessa estrutura. O primeiro estágio girava a cerca de 2,5°/s, acima do máximo previsto de 0,5°/s, e tocou o bocal de nióbio do segundo estágio. Elon Musk afirmou que o choque não parecia ter causado danos e explicou que a equipe escolhera uma extensão de nióbio, em vez de carbono-carbono, para evitar danos graves em situações desse tipo. Pouco depois da ignição do segundo estágio, um anel de estabilização se soltou do bocal, como previsto. Por volta dos 4 minutos e 20 segundos de voo, o foguete começou a oscilar em movimento cônico. A amplitude aumentou até a perda da transmissão de vídeo. Aos 5 minutos e 1 segundo, o veículo começou a girar em torno de seu eixo longitudinal, e a telemetria transmitida foi interrompida. Musk afirmou que o motor do segundo estágio havia desligado aos 7 minutos e 30 segundos devido a um problema no controle dessa rotação. O movimento do propelente no tanque de LOX aumentou a oscilação. O sistema de controle do vetor de empuxo do segundo estágio deveria amortecê-la, mas o choque no bocal durante a separação fez com que o sistema aplicasse correções excessivas. O foguete funcionou até cerca de um minuto antes do tempo de voo previsto e conseguiu liberar o anel que simulava a massa de um satélite. Embora o vídeo pela internet tenha terminado antes da hora, a SpaceX recuperou a telemetria de todo o voo. O destino do primeiro estágio ficou desconhecido. Ele não foi recuperado porque seu dispositivo de rastreamento por GPS não funcionou. O foguete atingiu uma altitude final de 289 km e uma velocidade de 5,1 km/s, abaixo dos 7,5 km/s necessários para entrar em órbita.

A SpaceX classificou o teste como bem-sucedido, afirmando que mais de 95% dos sistemas do Falcon 1 haviam sido comprovados em voo. Os objetivos principais eram testar procedimentos de lançamento rápido e coletar dados. A equipe planejou submeter o diagnóstico e a solução à avaliação de especialistas externos. Acreditava que o movimento do propelente poderia ser controlado com defletores no tanque de LOX do segundo estágio e ajustes na lógica de controle. Também pretendia reduzir o empuxo do Merlin antes de iniciar seu desligamento, para limitar os efeitos transitórios dessa operação, embora isso pudesse trazer algum risco à reutilização do motor. A equipe queria resolver o problema antes de passar à operação comercial do Falcon 1.

Terceiro voo

A SpaceX realizou a terceira tentativa de lançamento do Falcon 1 em 3 de agosto de 2008, no horário GMT, a partir de Kwajalein. O voo transportava o satélite Trailblazer, também chamado Jumpstart-1, para a Força Aérea dos Estados Unidos, os nanossatélites NanoSail-D e PRESat para a NASA e uma carga de funeral espacial para a Celestis. O foguete não alcançou a órbita. O primeiro estágio, equipado com o novo motor Merlin 1C, funcionou sem falhas.

Uma tentativa anterior havia sido adiada durante os preparativos porque o abastecimento de hélio ocorreu mais lentamente que o esperado. Isso expôs o combustível e o oxidante ao hélio criogênico e deixou o veículo prematuramente em condição de lançamento. A equipe reiniciou a contagem ainda dentro da janela disponível, mas a tentativa foi abortada meio segundo antes da decolagem devido a uma leitura incorreta de um sensor. Resolvido o problema, a contagem foi reiniciada. Com 25 minutos restantes na janela, o Falcon 1 decolou da ilha Omelek por volta das 03h35 UTC. Durante a subida, foram visíveis pequenas oscilações em torno do eixo longitudinal. A separação dos estágios ocorreu como previsto, mas o combustível residual no novo motor Merlin 1C evaporou e produziu um empuxo transitório. O primeiro estágio voltou a atingir o segundo, impedindo a conclusão da missão.

A avaliação da SpaceX sobre o terceiro voo manteve o quarto lançamento conforme planejado. A empresa concluiu que a falha não exigia alterações tecnológicas. Bastaria aumentar o intervalo entre o desligamento do motor do primeiro estágio e a separação dos estágios. A SpaceX divulgou o vídeo completo da terceira tentativa algumas semanas depois.

Musk assumiu a responsabilidade pela falha desse lançamento e pelas duas anteriores. No Congresso Internacional de Astronáutica de 2017, explicou que não havia escolhido ser o engenheiro-chefe dos primeiros voos do Falcon 1 e que a empresa quase faliu antes de conseguir chegar à órbita.

Acabei sendo o engenheiro-chefe, ou projetista-chefe, não porque quisesse, mas porque não conseguia contratar ninguém. Nenhum profissional bom aceitava vir. Então assumi a função por falta de opção. E errei nos três primeiros lançamentos. Os três primeiros falharam. Por sorte, o quarto lançamento funcionou. Era o último dinheiro que tínhamos para o Falcon 1. Se o quarto não tivesse dado certo, teria sido o fim da SpaceX.

Musk também falou sobre a situação ao jornalista Eric Berger, do Ars Technica.

Naquela época, eu precisava destinar muito capital à Tesla e à SolarCity, então estava sem dinheiro. Já tínhamos três fracassos. Assim fica muito difícil captar recursos. A recessão estava começando a pesar. A rodada de financiamento que tentamos fazer para a Tesla naquele verão havia fracassado. Eu me divorciei. Nem casa eu tinha. Minha ex-mulher ficou com a casa. Foi um verão de merda.

Quarto voo

Após as três falhas anteriores, a equipe da SpaceX montou o quarto foguete com as peças disponíveis em seis semanas, como última chance para a empresa. Um Boeing C-17 Globemaster III foi fretado para transportá-lo rapidamente. Durante o trajeto, porém, o foguete sofreu uma implosão parcial quando a repressurização excedeu o que a equipe esperava com base no manual do C-17. Foram necessários reparos de emergência para salvá-lo. Apesar das dificuldades, o quarto voo foi bem-sucedido em 28 de setembro de 2008 e colocou em órbita terrestre baixa um modelo de espaçonave sem equipamentos funcionais, com massa de 165 kg. Foi o primeiro lançamento bem-sucedido do Falcon 1 e o primeiro lançamento orbital de um foguete inteiramente movido a propelentes líquidos, financiado e desenvolvido pela iniciativa privada.

O lançamento partiu da ilha Omelek, no atol de Kwajalein, nas ilhas Marshall. A decolagem ocorreu às 23h15 UTC de 28 de setembro, quinze minutos após o início de uma janela de cinco horas. Em caso de adiamento, seria possível tentar novamente no mesmo intervalo de horário até 1 de outubro. O motor do segundo estágio foi desligado 9 minutos e 31 segundos após a decolagem, quando o veículo já havia alcançado a órbita. A órbita inicial era de aproximadamente 330 × 650 km. Após um período de voo sem propulsão, o segundo estágio foi reacendido e completou uma segunda queima, atingindo uma órbita final de 621 × 643 km, com inclinação de 9,35°.

O foguete seguiu a mesma trajetória do voo anterior, que não conseguira colocar em órbita o Trailblazer, o NanoSail-D, o PRESat e a carga Celestis Explorers. A principal alteração foi o aumento do intervalo entre o fim da queima do primeiro estágio e a separação do segundo. Esse pequeno ajuste permitiu que o empuxo residual do motor cessasse antes da separação e evitou a colisão entre os estágios que havia causado a falha anterior.

Em 2021, o Ratsat e o segundo estágio ao qual permanecia preso ainda estavam em órbita.

Quinto voo

A SpaceX anunciou que havia concluído a construção do quinto Falcon 1 e que o transportava para o complexo de lançamento do atol de Kwajalein. O lançamento estava previsto para 21 de abril de 2009, ainda 20 de abril nos Estados Unidos. Menos de uma semana antes da data marcada, a imprensa malaia informou que haviam sido detectados níveis de vibração inseguros no foguete e que os reparos deveriam levar cerca de seis semanas. Em 20 de abril, a SpaceX anunciou o adiamento por um possível problema de compatibilidade entre o RazakSAT e o Falcon 1. Havia preocupação com os efeitos das condições previstas de voo sobre o satélite. Em 1 de junho, a empresa anunciou que a próxima janela iria de segunda-feira, 13 de julho, a terça-feira, 14 de julho, com abertura diária às 21h UTC, ou 9h no horário local.

O lançamento ocorreu na segunda-feira, 13 de julho, no horário dos Estados Unidos, já 14 de julho em UTC. O voo foi bem-sucedido e colocou o RazakSAT em uma órbita de espera. Trinta e oito minutos depois, o motor do segundo estágio foi reacendido para circularizar a órbita. A carga útil foi então liberada com sucesso. Após o voo, Elon Musk, fundador e diretor-executivo da SpaceX, confirmou o sucesso a um repórter. "Acertamos a órbita com boa margem dentro dos parâmetros previstos... praticamente na mosca", afirmou.

Em 2024, o estágio superior do Falcon 1 ainda estava em órbita terrestre baixa.

Encerramento do programa

Após o quinto voo, os próximos lançamentos do Falcon 1 foram adiados e depois cancelados. O veículo foi retirado de serviço. A SpaceX afirmou que não conseguira tornar o Falcon 1 comercialmente viável. As cargas já contratadas foram transferidas para outros veículos ou realocadas como cargas compartilhadas em lançamentos do Falcon 9.

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