Falcon 9 Full Thrust

Falcon 9 Full Thrust
Voo 20 do Falcon 9, primeiro voo da versão Full Thrust, que colocou 11 satélites Orbcomm em órbita e realizou o primeiro pouso vertical do primeiro estágio de um foguete lançado em uma trajetória orbital
Função Veículo lançador de médio porte
Fabricante SpaceX
País de origem Estados Unidos
Preço por lançamento US$ 62 milhões sem recuperação do primeiro estágio, em 2016
US$ 50 milhões com reutilização, em 2018
Altura 70 m com a carenagem da carga útil
65,7 m com a Crew Dragon
63,7 m com a Dragon
Diâmetro 3,7 m
Massa 549.000 kg
Estágios 2
Capacidade de carga
Órbita terrestre baixa, inclinação de 28,5° 22.800 kg sem recuperação do primeiro estágio
18.500 kg com recuperação
Órbita de transferência geoestacionária, inclinação de 27° 8.300 kg sem recuperação do primeiro estágio
7.000 kg com recuperação
Trajetória de transferência para Marte 4.020 kg
Foguetes relacionados
Família Falcon 9
Antecessor Falcon 9 v1.1
Derivados Falcon 9 Block 5
Falcon Heavy
Veículos comparáveis Ariane 5, Atlas V, H-IIB, Longa Marcha 3B/E e Proton-M
Lançamentos até 6 de setembro de 2026
Situação Em atividade
Locais de lançamento SLC-40, Cabo Canaveral
LC-39A, Centro Espacial Kennedy
SLC-4E, Vandenberg
Lançamentos 665
Sucessos 664
Falhas em voo 1
Outras perdas 1, destruição antes do lançamento do Amos-6
Pousos bem-sucedidos 641 em 649 tentativas
Primeiro voo 22 de dezembro de 2015, Orbcomm-OG2-2
Cargas transportadas Dragon, Boeing X-37, Iridium NEXT, TESS, Zuma e Starlink
Primeiro estágio
Altura 42,6 m
Diâmetro 3,7 m
Motores 9 Merlin 1D
Empuxo 7.607 kN ao nível do mar
8.227 kN no vácuo
Tempo de queima 162 segundos
Propelentes Oxigênio líquido e RP-1
Segundo estágio
Altura 12,6 m
Diâmetro 3,7 m
Motor 1 Merlin 1D Vacuum
Empuxo 934 kN
Impulso específico 348 s
Tempo de queima 397 segundos
Propelentes Oxigênio líquido e RP-1

Falcon 9 Full Thrust, também chamado de Falcon 9 v1.2, é um veículo lançador de médio porte, com dois estágios e reutilização parcial, projetado e fabricado nos Estados Unidos pela SpaceX. É a terceira versão da família Falcon 9. Seu projeto começou em 2014, e o primeiro lançamento ocorreu em dezembro de 2015. A partir dele, foram desenvolvidas as versões Block 4 e Block 5. Até 6 de setembro de 2026, as versões do Falcon 9 Full Thrust, incluindo os Blocks 4 e 5, haviam realizado 665 lançamentos, com uma falha, na missão Starlink Group 9-3.

Em 22 de dezembro de 2015, o Full Thrust tornou-se o primeiro veículo lançado em uma trajetória orbital a realizar um pouso vertical bem-sucedido de seu primeiro estágio. O pouso foi precedido por um programa de desenvolvimento tecnológico realizado entre 2013 e 2015. Parte das tecnologias necessárias, como as pernas de pouso, já havia sido testada no Falcon 9 v1.1, que não conseguiu pousar intacto. Em 2017, a SpaceX começou a reutilizar primeiros estágios para colocar novas cargas em órbita. A reutilização logo se tornou rotineira. Em 2018 e em 2019, mais da metade dos voos do Falcon 9 usou estágios que já haviam voado. Em 2020, essa proporção chegou a 81%.

O Falcon 9 Full Thrust recebeu modificações em relação ao Falcon 9 v1.1, cujo último voo ocorreu em janeiro de 2016. Os motores dos dois estágios passaram a produzir mais empuxo, o tanque de propelentes do segundo estágio foi ampliado e os propelentes passaram a ser abastecidos com maior densidade. Essas mudanças permitiram transportar cargas mais pesadas em missões destinadas à órbita geoestacionária e reservar propelente para recuperar o primeiro estágio por meio de um pouso com os motores.

Projeto

Da esquerda para a direita, Falcon 9 v1.0, configurações do Falcon 9 v1.1, do Falcon 9 v1.2 Full Thrust e do Falcon 9 Block 5
Lançamento do Falcon 9 Full Thrust em 4 de março de 2016. O primeiro estágio, já separado, está no canto inferior direito. O segundo estágio está no canto superior esquerdo, junto às duas metades da carenagem descartada

Um dos objetivos do projeto era permitir a reutilização do primeiro estágio em mais tipos de missão, incluindo o lançamento de grandes satélites de comunicação destinados à órbita geossíncrona.

Como nas versões anteriores do Falcon 9 e nos foguetes Saturn do Programa Apollo, o uso de mais de um motor no primeiro estágio permite, em determinadas condições, concluir a missão mesmo que um deles falhe durante o voo.

Modificações em relação ao Falcon 9 v1.1

A terceira versão do Falcon 9 foi desenvolvida entre 2014 e 2015 e voou pela primeira vez em dezembro de 2015. O Full Thrust ampliou a capacidade do Falcon 9 v1.1 e permitiu recuperar o primeiro estágio em uma balsa-drone após missões para órbita de transferência geoestacionária. Seu projeto aproveitou sistemas e programas de computador desenvolvidos no programa de reutilização da SpaceX, uma iniciativa privada que buscava permitir a rápida reutilização do primeiro estágio e, a longo prazo, também do segundo. As tecnologias foram testadas no demonstrador Grasshopper e em voos do Falcon 9 v1.1, nos quais o primeiro estágio realizava descidas controladas após cumprir sua parte da missão.

Em 2015, a SpaceX modificou o Falcon 9 v1.1. Dentro da empresa, o novo foguete recebeu o nome Falcon 9 Full Thrust. Também foi chamado de Falcon 9 v1.2, Enhanced Falcon 9, Full-Performance Falcon 9 e Falcon 9 Upgrade.

Um dos objetivos dessas mudanças era ampliar o conjunto de missões que permitiam reutilizar o primeiro estágio, incluindo o transporte de grandes satélites de comunicação destinados à órbita geossíncrona.

As modificações incluíram:

O foguete ganhou 1,2 m de altura e passou a medir 70 m com a carenagem da carga útil. O aumento de desempenho divulgado foi de 33%. O aumento do empuxo dos motores do primeiro estágio também elevou sua relação entre empuxo e peso. Os valores de impulso específico de 282 s ao nível do mar e 311 s no vácuo, divulgados em 2013, correspondiam aos motores Merlin 1D do Falcon 9 v1.1.

Em novembro de 2015, Elon Musk afirmou que o primeiro estágio do Full Thrust poderia alcançar a órbita terrestre baixa sozinho, desde que não transportasse o segundo estágio e um satélite pesado.

Voos realizados em 2017 testaram um sistema de recuperação das metades da carenagem. Em 30 de março, na missão SES-10, a SpaceX recuperou uma carenagem pela primeira vez. Propulsores e um paraquedas direcionável permitiram que ela descesse de forma controlada até tocar a água.

No voo de 25 de junho de 2017, que transportou os satélites Iridium NEXT 11 a 20, as aletas de grade de alumínio foram substituídas por peças de titânio, para melhorar o controle e resistir melhor ao calor da reentrada atmosférica. Após as inspeções, Musk afirmou que as novas aletas provavelmente dispensariam manutenção entre os voos.

Sistema autônomo de segurança de voo

A SpaceX desenvolveu um sistema autônomo para substituir os sistemas de interrupção de voo comandados em terra, utilizados nos lançamentos dos Estados Unidos havia mais de seis décadas. O sistema foi empregado em testes suborbitais de decolagem e pouso verticais no Texas e voou em paralelo com o sistema convencional em lançamentos orbitais, até receber autorização para uso operacional.

Em fevereiro de 2017, a missão CRS-10 foi o primeiro lançamento operacional a usar o sistema autônomo de segurança de voo, chamado AFSS, nas áreas de lançamento da costa leste ou da costa oeste sob responsabilidade do Comando Espacial da Força Aérea dos Estados Unidos. O voo seguinte da SpaceX, que lançou o EchoStar 23 em março, foi o último da empresa a utilizar o sistema convencional de radares em terra, computadores de rastreamento e equipes em abrigos de controle. Esse sistema havia sido empregado em todos os lançamentos da área da costa leste por mais de sessenta anos. Nos voos seguintes da SpaceX, o AFSS passou a executar a bordo as funções de posicionamento, navegação, medição do tempo e decisão antes realizadas por equipamentos e pessoal em terra. A Força Aérea apontou como vantagens o aumento da segurança pública, a menor dependência da infraestrutura de apoio, a redução de custos, a maior previsibilidade e disponibilidade dos horários, além de mais flexibilidade nas operações e nas janelas de lançamento.

Block 4

Em 2017, a SpaceX começou a lançar foguetes Full Thrust com modificações graduais, sob a designação Block 4. Inicialmente, apenas o segundo estágio foi adaptado ao padrão Block 4. Ele voou sobre primeiros estágios Block 3 em três missões, NROL-76 e Inmarsat-5 F4, em maio de 2017, e Intelsat 35e, em julho. O Block 4 foi uma etapa de transição entre o Full Thrust v1.2 Block 3 e o Falcon 9 Block 5, com aumentos graduais do empuxo dos motores até os valores previstos para o Block 5. O primeiro voo com os dois estágios Block 4 ocorreu em 14 de agosto de 2017, na missão CRS-12 da NASA.

Block 5

A SpaceX anunciou em 2017 o desenvolvimento de novas melhorias para a versão Falcon 9 Block 5, sucessora do Block 4. As maiores mudanças em relação ao Block 3 foram o aumento do empuxo de todos os motores e o aperfeiçoamento das pernas de pouso. Pequenas alterações também foram feitas para simplificar a recuperação e a reutilização dos primeiros estágios, acelerar a fabricação e reduzir o trabalho necessário entre os voos. A meta anunciada pela SpaceX era realizar dez voos com cada primeiro estágio Block 5 apenas com inspeções entre eles e chegar a cem voos com reformas.

O segundo estágio do Block 5 pode receber equipamentos adicionais para prolongar a missão, incluindo baterias e alterações no controle térmico. Essas configurações permitem períodos mais longos em órbita e novas ignições do motor após horas de voo sem propulsão.

Especificações

As especificações do Falcon 9 Full Thrust são apresentadas a seguir. Os valores correspondem às configurações e aos dados técnicos publicados entre 2015 e 2019.

Característica Primeiro estágio Segundo estágio Carenagem da carga útil
Altura 42,6 m 12,6 m 13,2 m
Diâmetro 3,7 m 3,7 m 5,2 m
Massa seca 22.200 kg 4.000 kg 1.700 kg
Massa total 433.100 kg 111.500 kg Não se aplica
Tipo de estrutura Tanque de oxigênio líquido em monocoque
Tanque de combustível com revestimento e reforços longitudinais		 Tanque de oxigênio líquido em monocoque
Tanque de combustível com revestimento e reforços longitudinais		 Duas metades monocoque
Material da estrutura Revestimento em liga de alumínio e lítio, com cúpulas de alumínio Fibra de carbono
Motores 9 Merlin 1D 1 Merlin 1D Vacuum Não se aplica
Tipo de motor Propelentes líquidos, ciclo gerador de gás
Combustível Querosene RP-1
Oxidante Oxigênio líquido sub-resfriado Oxigênio líquido
Capacidade do tanque de oxigênio líquido 287.400 kg 75.200 kg
Capacidade do tanque de RP-1 123.500 kg 32.300 kg
Bocal do motor Orientável, razão de expansão de 16:1 Orientável, razão de expansão de 165:1
Empuxo total 9 × 845,2 kN, total de aproximadamente 7.607 kN 1 × 934 kN, total de 934 kN
Alimentação de propelentes Turbobomba
Faixa de regulagem do empuxo 481,7 a 845,2 kN por motor 360,3 a 934,1 kN por motor
Capacidade de reignição Sim, em três motores usados nas manobras de retorno, reentrada e pouso Sim, com dois sistemas redundantes de ignição pirofórica por trietilalumínio e trietilborano, TEA-TEB
Pressurização dos tanques Hélio aquecido
Controle de atitude na subida, arfagem e guinada Orientação dos motores Orientação do motor e propulsores de nitrogênio gasoso
Controle de atitude na subida, rolagem Orientação dos motores Propulsores de nitrogênio gasoso
Controle de atitude durante o voo sem propulsão e a descida Propulsores de nitrogênio gasoso e aletas de grade Propulsores de nitrogênio gasoso Propulsores de nitrogênio gasoso
Desligamento dos motores Por comando Não se aplica
Sistema de separação Pneumático Não se aplica Pneumático

A seção de ligação entre os estágios mede 4,5 m e é mais longa e resistente que a do Falcon 9 v1.1. Sua estrutura de material compósito tem um núcleo de alumínio em forma de colmeia, revestido por camadas de fibra de carbono. O foguete completo mede 70 m no lançamento e tem massa de 549.000 kg quando abastecido. A liga de alumínio e lítio utilizada é a 2195-T8.

O Full Thrust dispõe de sistemas para recuperar o primeiro estágio e levá-lo de volta ao local de lançamento após cumprir sua parte da missão. Suas quatro pernas de pouso ficam recolhidas e travadas contra o tanque do primeiro estágio durante a subida. Se necessário, o propelente reservado para a recuperação pode ser usado no lançamento da carga útil, de modo a manter a margem de desempenho necessária à missão. Nos dados publicados em 2017, a capacidade nominal para órbita de transferência geoestacionária era de 5.500 kg com recuperação do primeiro estágio, a um preço de US$ 62 milhões por lançamento, e de 8.300 kg sem recuperação.

Desenvolvimento

Falcon 9 Full Thrust com a nave Dragon da missão CRS-8 na plataforma de lançamento, em abril de 2016

Projeto e certificação

Em março de 2014, o Falcon 9 v1.1 já tinha uma margem de desempenho cerca de 30% superior à capacidade de carga oferecida comercialmente para voos sem recuperação do primeiro estágio. A SpaceX reservava essa margem para testar a reutilização e ainda transportar as cargas contratadas pelos clientes. O v1.1 já havia recebido alterações de engenharia para permitir a recuperação e a reutilização de seu primeiro estágio. A empresa afirmou que essa margem permitiria aumentar a carga útil do Full Thrust, reduzir o preço dos lançamentos ou combinar as duas medidas.

Em 2015, a SpaceX anunciou modificações no Falcon 9 v1.1. Por algum tempo, o novo foguete foi chamado internamente de Falcon 9 v1.1 Full Thrust. Também recebeu os nomes Falcon 9 v1.2, Enhanced Falcon 9, Full-Performance Falcon 9, Upgraded Falcon 9 e Falcon 9 Upgrade. Após o primeiro voo da versão Full Thrust, a SpaceX passou a chamá-la apenas de Falcon 9.

Em março de 2015, a presidente da SpaceX, Gwynne Shotwell, explicou que as mudanças simplificariam a produção e aumentariam o desempenho:

Então, temos os motores com maior empuxo, terminamos seu desenvolvimento e estamos nos testes de qualificação. Também estamos modificando um pouco a estrutura. Quero fabricar apenas duas versões, ou dois corpos de foguete, na minha fábrica. Mais do que isso não seria bom do ponto de vista do cliente. É um aumento de desempenho de cerca de 30%, talvez um pouco mais. Isso nos permite pousar o primeiro estágio na balsa-drone em missões para órbita de transferência geoestacionária.

Em março de 2015, a SpaceX afirmou que o Full Thrust provavelmente não precisaria passar por uma nova certificação para atender a contratos do governo dos Estados Unidos. Shotwell disse que a certificação envolvia um processo contínuo com as agências e que seria cada vez mais rápida para novas versões do foguete. Em janeiro de 2016, a Força Aérea dos Estados Unidos certificou a versão modificada para lançamentos militares. A decisão se baseou no único voo realizado até então, que havia sido bem-sucedido, e na capacidade demonstrada pela empresa de projetar, fabricar, qualificar e fornecer um novo sistema de lançamento, com o apoio necessário para colocar satélites de segurança nacional em órbita.

Testes

Os testes de aceitação do primeiro estágio modificado começaram em setembro de 2015, nas instalações da SpaceX em McGregor. O primeiro de dois testes de ignição estática ocorreu em 21 de setembro, com os propelentes sub-resfriados e os motores Merlin 1D aperfeiçoados. O foguete atingiu o empuxo máximo durante o teste. O lançamento estava previsto para ocorrer a partir de 17 de novembro de 2015.

Primeiro voo

Em fevereiro de 2015, a operadora de satélites SES S.A. anunciou que o SES-9 seria lançado no primeiro voo do Falcon 9 Full Thrust. A SpaceX decidiu transferi-lo para o segundo voo e lançar primeiro o segundo grupo de satélites Orbcomm OG2. A missão SES-9 exigia uma sequência mais elaborada de queimas, com uma reignição do motor do segundo estágio. O voo da Orbcomm permitiria testar esse estágio antes da missão mais exigente com o SES-9.

O primeiro voo do Falcon 9 Full Thrust ocorreu em 22 de dezembro de 2015. O foguete colocou 11 satélites Orbcomm em órbita e pousou o primeiro estágio intacto na Landing Zone 1 da SpaceX, em Cabo Canaveral. A segunda missão, que transportou o SES-9, ocorreu em 4 de março de 2016.

Lançamentos

Até 6 de setembro de 2026, o Falcon 9 Full Thrust havia realizado 665 missões, com uma taxa de sucesso de 99,8%. O primeiro estágio foi recuperado em 641 delas. Um foguete foi destruído durante testes anteriores ao lançamento e não entra na contagem dos voos. Em uma missão, a carga foi colocada em uma órbita mais baixa que a prevista, a única falha em voo do Full Thrust nesse período.

Em 1 de setembro de 2016, o foguete que transportava o satélite Amos-6, da Spacecom, explodiu na plataforma do complexo de lançamento 40 durante o abastecimento para um teste de ignição estática. O teste antecedia o 29.º lançamento do Falcon 9, previsto para 3 de setembro. A explosão destruiu o veículo e o satélite, avaliado em US$ 200 milhões. A investigação apontou a ignição de oxigênio líquido ou sólido que havia ficado retido sob pressão entre as camadas do revestimento de fibra de carbono dos tanques de hélio, imersos no tanque de oxigênio. Para evitar a repetição do problema, a SpaceX modificou os tanques e o procedimento de abastecimento.

Locais de lançamento e pouso

Locais de lançamento

O Falcon 9 Full Thrust começou a operar no complexo de lançamento 40, em Cabo Canaveral, e no complexo 4E, em Vandenberg, instalações também utilizadas pelo Falcon 9 v1.1. Após o acidente de 2016 no complexo 40, os lançamentos da costa leste foram transferidos para a plataforma LC-39A do Centro Espacial Kennedy, alugada da NASA e adaptada pela SpaceX.

Os projetos de arquitetura e engenharia para a adaptação da LC-39A começaram em 2013. O contrato de aluguel foi assinado em abril de 2014, e as obras começaram ainda naquele ano. Foi construído um grande hangar de integração horizontal para abrigar foguetes Falcon 9 e Falcon Heavy, seus equipamentos e cargas úteis durante a preparação para o lançamento. O primeiro lançamento ocorreu em 19 de fevereiro de 2017, na missão CRS-10. Ainda faltava concluir o braço de acesso da tripulação e a sala de acesso à cápsula para os voos tripulados da SpaceX Dragon 2, então previstos para 2019.

A empresa também planejou um espaçoporto privado para lançamentos exclusivamente comerciais em Starbase, perto de Brownsville, no Texas. A escolha ocorreu após a avaliação de locais na Flórida, na Geórgia e em Porto Rico, entre 2012 e meados de 2014. O projeto deixou de se concentrar nos lançamentos do Falcon 9 e do Falcon Heavy e passou a atender ao desenvolvimento da Starship, incluindo voos de decolagem e pouso verticais do demonstrador Starhopper.

Locais de pouso

Landing Zone 1, na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral

A SpaceX construiu em Cabo Canaveral a Landing Zone 1, ou LZ-1, com uma plataforma de aproximadamente 86 m de diâmetro. Ela foi usada pela primeira vez em 22 de dezembro de 2015, quando o primeiro estágio de um Falcon 9 Full Thrust pousou com sucesso. Foi o primeiro pouso bem-sucedido do Falcon 9 e sua terceira tentativa de pousar em uma superfície rígida. Até 4 de junho de 2020, apenas uma tentativa de pouso destinada à LZ-1 havia falhado. Nesse voo, o estágio pousou na água perto da costa. Nos dias seguintes, foi rebocado até o porto de Canaveral, retirado da água com dois guindastes e levado de volta a um hangar da SpaceX.

A LZ-2 foi construída ao lado da LZ-1 para permitir o pouso simultâneo dos propulsores laterais do Falcon Heavy e recebeu propulsores em voos posteriores. A SpaceX passou a preparar a substituição dessas áreas por instalações de pouso junto às plataformas LC-39A e SLC-40. A LZ-40, no SLC-40, recebeu seu primeiro pouso em 13 de fevereiro de 2026.

Montagem do lançamento da missão NG-24 no SLC-40 e do pouso do primeiro estágio na LZ-40, separados por oito minutos

A SpaceX também instalou uma área de pouso no antigo complexo SLC-4W, em Vandenberg. A estrutura de lançamento foi demolida em 2014 para permitir sua adaptação. Em 8 de outubro de 2018, um primeiro estágio do Falcon 9 pousou pela primeira vez nessa plataforma, chamada Landing Zone 4, ou LZ-4.

Balsas-drone

Em 2014, a SpaceX começou a encomendar balsas-drone autônomas, adaptadas de balsas de convés e equipadas com motores para manter a posição e uma ampla plataforma de pouso. Posicionadas a centenas de quilômetros do local de lançamento, na direção do voo, elas permitem recuperar primeiros estágios que atingem velocidades altas demais para retornar à costa.

Em 2024, a SpaceX operava três balsas-drone, Just Read the Instructions, Of Course I Still Love You e A Shortfall of Gravitas. A primeira versão da Just Read the Instructions já havia sido retirada de operação e substituída por outra com o mesmo nome. A A Shortfall of Gravitas e a segunda Just Read the Instructions operavam no Atlântico, a partir do porto de Canaveral, para atender aos lançamentos de Cabo Canaveral. A Of Course I Still Love You operava no Pacífico, a partir do porto de Long Beach, para os lançamentos de Vandenberg.

Ver também

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Notas e referências

Notas

  1. ↑ Na configuração sem recuperação do primeiro estágio, a capacidade teórica de carga do Falcon 9 corresponde à de um lançador de grande porte.
  2. ↑ Sem propelentes.
  3. ↑ Com propelentes.

Referências

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