Kinh phí

Trong khi SpaceX sử dụng tiền của chính công ty để phát triển loại tên lửa trước đó, Falcon 1, sự phát triển của Falcon 9 được đẩy mạnh bởi nguồn vốn từ một số quỹ phát triển và tiền từ các hợp đồng bay thử nghiệm của NASA. Dự án bắt đầu từ số tiền đặt cọc từ chương trình COTS vào năm 2006.[14][15] Các chi tiết chính xác của hợp đồng được rút ra từ Hiệp định Vũ trụ của Hoa Kỳ cho phép NASA làm việc và mua bán với bất cứ tổ chức và cá nhân nào có khả năng giúp NASA thực hiện nhiệm vụ không gian của mình là: "để phát triển và thực nghiệm dịch vụ vận chuyển quỹ đạo thương mại"[15] bao gồm việc mua trước ba lần bay thử[16]. Tổng số tiền của hợp đồng trao cho SpaceX là $278 triệu USD được sử dụng để giúp công ty phát triển tàu Dragon, Falcon 9, và đồng thời là kinh phí bay thử cho tàu Dragon trên tên lửa Falcon 9. Năm 2011, một số mục tiêu được đề ra thêm cho dự án, đưa tổng số tiền lên $396 triệu USD.[17]

NASA sau đó trở thành khách thuê quan trọng nhất cho tên lửa năm 2008,[18][19] khi tổ chức này mua cùng lúc 12 đợt phóng tiếp tế - các đợt phóng chỉ được phép thực hiện sau khi các nhiệm vụ bay thử COTS đầu tiên thành công và được cho là hoàn thành tốt - đến Trạm Không gian Quốc tế. Hợp đồng với giá $1,6 tỷ USD, là cho tối thiểu 12 nhiệm vụ để đưa hàng hóa và hàng tiếp tế đến và từ trạm.[20]

Musk đã nhiều lần nói rằng nếu không có số tiền từ NASA, thời gian phát triển của dự án sẽ lâu hơn rất nhiều. SpaceX tuyên bố về hợp đồng của NASA có nói:

SpaceX được đến ngày hôm nay là do xây dựng trên những thành tựu vĩ đại của NASA, được có NASA là khách hàng quan trọng nhất cho tên lửa, cũng như là nhận được những giúp đỡ về mặt kỹ thuật và học tập trong quá trình phát triển. SpaceX muốn trao lời cảm ơn đặc biệt đến văn phòng chương trình COTS vì sự hỗ trợ liên tục và đã dẫn dắt chúng tôi suốt quãng đường. Chương trình COTS đã cho thấy được sức mạnh của sự hợp tác giữa công và tư, chúng tôi rất nóng lòng muốn thấy thành quả tuyệt vời trong mà đội sẽ làm được tương lai.[18]

Năm 2011, SpaceX dự đoán tổng kinh phí phát triển Falcon 9 v1.0 nằm ở tầm $300 triệu USD.[21] NASA kiểm duyệt rằng nếu sử dụng phương pháp hợp đồng vốn cộng lời truyền thống thì số tiền ấy sẽ nằm ở mức $3,6 tỷ USD[22] cho đến $4 tỷ USD[23], trong khi việc hỗ trợ chương trình thương mại có thể hạ số tiền phải chi xuống còn $1,7 tỷ USD[23]. Năm 2014, SpaceX cho xuất bản tổng gộp kinh phí phát triển cho cả Falcon 9 và tàu vũ trụ Dragon. NASA hỗ trợ $396 triệu USD trong khi SpaceX tự sử dụng khoảng $450 triệu USD tiền của chính công ty để tiếp tục phát triển hai loại phương tiện.[24]

Năm 2017, phiên điều trần trước Quốc hội Hoa Kỳ của SpaceX cho thấy phương thức khác thường của NASA là chỉ đặt ra các yêu cầu về vận chuyển hàng hóa lên trạm vũ trụ trong khi để ngành công nghiệp tự quyết định chi tiết đã tạo thuận lợi cho SpaceX tự thiết kế và chế tạo tên lửa Falcon 9 với chi phí ít hơn đáng kể. Thông qua những thống kê của NASA được xác nhận độc lập, tổng số tiền bỏ ra cho hai chương trình phát triển tên lửa Falcon 1 và Falcon 9 là xấp xỉ $390 triệu USD.[23]

Phát triển

SpaceX ban đầu dự định sẽ bắt đầu thiết kế một tên lửa với trọng tải tầm trung sau tên lửa hạng nhẹ Falcon 1, tên là Falcon 5.[25] Năm 2005, SpaceX tuyên bố thay đổi mục tiêu và thay vào đó sẽ tiến hành phát triển mẫu mới là Falcon 9, "một phương tiện phóng có khả năng tái sử dụng hoàn toàn với khả năng mang trọng tải lớn", và trước hết đã ký hợp đồng với một khách hàng thuộc chính phủ. Falcon 9 được miêu tả có khả năng phóng trọng lượng 9.500 kg (21.000 lbs) đến quỹ đạo tầm thấp Trái Đất, và ước tính sẽ tiêu $27 triệu USD mỗi lần phóng với nón mũi cao 3,7 m (12 ft), và $35 triệu USD với nón mũi 5,2 m (17 ft). SpaceX đồng thời cho biết một phiên bản nặng hơn của Falcon 9 với trọng tải tối đa khoảng 25.000 kg (55.000 lbs)[26]. Falcon 9 được thiết kế với tầm bay đến LEO, GTO cũng như là cả hàng hóa và phi hành gia đến ISS.[25]

Thử nghiệm

Hợp đồng COTS ban đầu của NASA yêu cầu chuyến bay thử đầu tiên của Falcon phải diễn ra vào tháng 9 năm 2008, và hoàn thành tốt cả ba nhiệm vụ thử nghiệp vào tháng 9 năm 2009. Vào tháng 2 năm 2008, kế hoạch cho lần phóng thử nghiệm COTS đầu tiên của Falcon 9/Dragon bị chậm sáu tháng cho đến Quý I, 2009. Theo Elon Musk, sự phức tạp của công việc phát triển và các thủ tục hành chính cho lần phóng ở Mũi Canaveral là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự chậm trễ này.[27]

Thử nghiệm đa động cơ (với hai động cơ chính kết nối đến tầng 1 hoạt động cùng lúc) diễn ra thành công vào tháng 1 năm 2008[28], dẫn đến hàng loạt những cuộc thử nghiệm sau cho đến lúc tên lửa Falcon 9 hoàn thành xuất sắc thử nghiệm toàn bộ (9) động cơ hoạt động xuyên suốt thời gian nhiệm vụ (178 giây) ở tầng 1 vào ngày 22 tháng 11 năm 2008.[29] Tháng 10, 2008, tầng 1 hoàn chỉnh đầu tiên hoàn tất thử nghiệm toàn động cơ tại giá thử nghiệm động cơ của SpaceX tại McGregor, Texas. Tháng 11, 2008, SpaceX tiến hành thử nghiệm động cơ đầu tiên của tầng 2, kéo dài 40 giây, diễn ra hoàn hảo. Ngày 2 tháng 1 năm 2010, tầng 2 bắt đầu thực nghiệm giai đoạn tạo quỹ đạo, đốt động cơ toàn thời gian nhiệm vụ (329 giây) tại khu thử nghiệm McGregor.[30] Khối tên lửa được lắp ráp và đưa đến bãi phóng để bắt đầu tích hợp vào đầu tháng 2 năm 2010, SpaceX ban đầu ra kế hoạch phóng vào ngày 22 tháng 3 năm 2010, thế nhưng họ dự đoán thời gian tích hợp và thử nghiệm có thể kéo dài từ một đến ba tháng.[31]

Ngày 25 tháng 2 năm 2010, tên lửa đầu tiên của SpaceX được dựng lên trên Khu Phóng 40, Mũi Canaveral,[32] ngày 9 tháng 3, SpaceX tiến hành đốt động cơ trên bãi - thử nghiệm mà động cơ sẽ được đốt mà không bay. Thực nghiệm phải dừng lại lúc T-2 (2 giây trước khi thử) vì lỗi trong hệ thống thiết kế để bơm Helium áp suất cao từ bãi phóng vào các bơm turbine của tầng 1 để quay máy bơm chuẩn bị cho lúc phóng. Các báo cáo sau này cho thấy lỗi xảy ra khi một van điều khiển không nhận được lệnh để mở. Vấn đề nằm ở chính bãi phóng mà không phải tên lửa và đã không xảy ra ở khu thử nghiệm tại McGregor, do tại đó có thiết kế van dẫn hoàn toàn khác. Người ta còn thấy có lửa và khói ở gốc tên lửa, dẫn đến một số nghi hoặc cho rằng động cơ bị cháy. Tuy nhiên, lửa và khói là kết quả bình thường của việc đốt cháy phần dư còn lại của Oxi lỏng và hỗn hợp nhiên liệu có trong hệ thống trước lúc bay, và không hề có thiệt hại nào cho tên lửa và cả bãi phóng. Tất cả các hệ thống của tên lửa cho đến lúc xảy ra lỗi đều vận hành tốt. Thử nghiệm sau đó vào ngày 13 tháng 3 thành công, đốt tất cả chín động cơ tầng 1 trong vòng 3.5 giây.[33]

Chuyến bay đầu tiên bị hoãn từ tháng 3 năm 2010 đến tháng 6 do Không Quân kiểm duyệt hệ thống hoãn bay của Falcon 9. Lần bay đầu tiên ban đầu bắt đầu vào lúc 1:30 chiều giờ EDT, thứ 6, ngày 4 tháng 6 năm 2010 (1730 UTC). Chuyến bay sớm bị hủy giây lát sau khi đốt động cơ và tên lửa hoãn bay thành công. Nhân viên mặt đất phục hồi lại tên lửa và cuối cùng, lúc 2:45 chiều giờ EDT (1845 UTC) cùng ngày: Falcon 9 cất cánh lần đầu tiên. Chuyến bay thứ hai của Falcon 9, nhiệm vụ bay thử COTS đầu tiên, cất cánh ngày 8 tháng 12 năm 2010.

Chế tạo

Tháng 12, 2010, dây chuyền sản xuất của SpaceX chế tạo được một tên lửa Falcon 9 (và một tàu Dragon) mỗi 3 tháng, với kế hoạch sẽ tăng gấp đôi năng suất mỗi 6 tuần.[34] Đến tháng 9 năm 2013, tổng diện tích khu chế tạo của SpaceX đã gần 1.000.000 feet vuông (93.000 m2), nhà máy cũng được nâng cấp để đạt được năng suất tối đa là 40 lõi tên lửa mỗi năm.[35] Tháng 12 năm 2013 nhà máy đã có khả năng chế tạo được một tên lửa Falcon 9 mỗi tháng. Công ty còn lên kế hoạch tăng lên 18 tên lửa mỗi năm vào giữa 2014 và 24 tên lửa mỗi năm vào cuối 2014[36][37], và 40 lõi tên lửa mỗi năm vào cuối 2015[38].

Đến tháng 2 năm 2016, tốc độ sản xuất nêu trên vẫn chưa đạt được như đã dự tính; công ty tính rằng sản lượng lõi Falcon 9 chỉ vừa đạt đến 18 mỗi năm, và số lượng lõi tầng 1 mà họ có thể lắp ráp được gấp đôi từ ba đến sáu. Sản lượng được dự đoán sẽ tăng đến 30 lõi mỗi năm vào cuối 2016,[39] nhưng đến tháng 8 năm 2016, SpaceX lại hướng đến mục tiêu 40 lõi mỗi năm[40] - tiêu chuẩn đặt ra cho nhà máy vào năm 2013.[35][41]