Falcon Heavy

Die Falcon-Familie wurde von Anfang an mit der erklärten Absicht entworfen, skalierbar zu sein. Bereits 2005 verfolgte SpaceX intern ein Konzept namens Falcon 9-S9, das durch die Bündelung mehrerer Kerne rund 24,75 t in eine niedrige Erdumlaufbahn bringen sollte. 2008, als die Falcon 9 noch nicht geflogen war und ihr erster Start für 2009 vorgesehen war, sprach Musk von einer „Falcon 9 Heavy", die „in ein paar Jahren" kommen werde, und auf der Mars-Society-Konferenz desselben Jahres deutete er sogar an, dass zwei oder drei Jahre später, um 2013, eine Wasserstoff-Oberstufe folgen würde. Keine dieser beiden Prognosen erfüllte sich: Die kryogene Stufe wurde nie gebaut, und der dreifache Träger sollte noch ein Jahrzehnt auf sich warten lassen.

Der Wendepunkt kam im April 2011. Zu diesem Zeitpunkt hatte SpaceX bereits zwei Demonstrationsmissionen der Falcon 9 in der niedrigen Erdumlaufbahn abgeschlossen, eine davon mit einer Wiederzündung der zweiten Stufe, und kannte das tatsächliche Verhalten des Fahrzeugs schon deutlich besser. Am 5. April 2011 stellte Musk auf einer Pressekonferenz im National Press Club in Washington, D. C., die Falcon Heavy vor und erklärte, sie werde mehr Nutzlast in die Umlaufbahn oder auf Fluchtgeschwindigkeit bringen als jedes Fahrzeug der Geschichte außer der Saturn V und der sowjetischen Energija. Im selben Jahr kündigte das Unternehmen Pläne an, seine Fertigungskapazität so zu erweitern, dass pro Woche eine erste Stufe der Falcon 9 oder ein seitlicher Booster der Falcon Heavy und alle zwei Wochen eine Oberstufe produziert werden könnten.

Die versprochenen Kapazitätszahlen schwankten während der Entwurfsphase stark, und diese Verschiebung ist selbst ein Teil der Geschichte des Fahrzeugs. Im April 2011 wurden bis zu 53 t in die niedrige Erdumlaufbahn und rund 12 t in die geostationäre Transferbahn projiziert; spätere Berichte desselben Jahres hoben die Prognose auf 19 t in die geostationäre Transferbahn, 16 t auf eine translunare Bahn und 14 t auf eine marsnahe Bahn an. Ende 2013 stieg die Nutzlast zur geostationären Transferbahn auf 21,2 t. Im April 2017, als der Entwurf bereits eingefroren war, wechselte die projizierte Kapazität in die niedrige Erdumlaufbahn von 54,4 auf 63,8 t – der Wert, der bis heute als Referenz des Fahrzeugs in vollständig verbrauchbarer Konfiguration gilt.

2015 kündigte SpaceX eine Reihe von Änderungen an der Falcon Heavy an, die parallel zur Weiterentwicklung der Falcon 9 v1.1 erarbeitet wurden, sodass sich beide Fahrzeuge bei Struktur, Triebwerken und Avionik gemeinsam weiterentwickelten. Im Dezember 2016 veröffentlichte das Unternehmen ein Foto der Interstage der Falcon Heavy in seinem Hauptsitz in Hawthorne, Kalifornien – der erste öffentliche Beleg dafür, dass die Hardware existierte.

Die Komplexität des Fahrzeugs machte den Bau spezieller Infrastruktur nötig. Bereits im Mai 2013 entstand auf dem SpaceX-Entwicklungs- und Testgelände in McGregor, Texas, ein teilweise unterirdischer Prüfstand, der eigens dafür ausgelegt war, den drei Kernen und den siebenundzwanzig Triebwerken der Falcon Heavy standzuhalten. Im Mai 2017 fand dort die erste statische Zündung des Zentralkerns in Flugkonfiguration statt, und im September desselben Jahres hatten alle drei Kerne der ersten Stufe ihre individuellen statischen Tests bereits bestanden.

Im Juli 2017 legte Musk öffentlich das grundlegende Problem dar: Ein wesentlicher Teil des Entwurfs eines Trägers mit drei Kernen lässt sich am Boden schlicht nicht erproben und kann nur durch einen echten Flug validiert werden. Die aerodynamischen Lasten auf den Gesamtverbund, die gekoppelten Schwingungen zwischen den Kernen, die Trennung der Booster und das strukturelle Verhalten der Verbindungsstellen lassen sich nur im Flug wirklich erkennen. Auf dem Forschungs- und Entwicklungstreffen zur Internationalen Raumstation, das in jenem Monat in Washington stattfand, dämpfte Musk die Erwartungen so weit, dass er sagte, es bestehe eine gute Chance, dass das Fahrzeug die Umlaufbahn nicht erreiche, und dass er es bereits als Erfolg werten würde, wenn es sich weit genug von der Startplattform entfernte, um sie nicht zu beschädigen.

Der Zeitplan spiegelte diese Schwierigkeit wider. Im April 2011 war der erste Start von der Vandenberg-Basis in Kalifornien für 2013 geplant, und die Premiere von Cape Canaveral aus wurde für Ende 2013 oder 2014 angesetzt. Der Fehlschlag der Mission CRS-7 im Juni 2015 brachte das gesamte Programm durcheinander: Im September jenes Jahres wurde der Erstflug auf frühestens April 2016 verschoben und rutschte danach weiter auf Ende 2016, Anfang 2017, Sommer 2017, Ende 2017 und schließlich Februar 2018. Der Start wurde zudem an den von SpaceX instand gesetzten Komplex 39A des Kennedy Space Center verlegt.

Im Dezember 2017 kündigte Musk an, dass die simulierte Nutzlast des Jungfernflugs sein persönlicher Tesla Roadster sein werde, mit drei Kameras an Bord, um, in seinen Worten, epische Ausblicke zu liefern, und dass der Wagen auf eine Sonnenumlaufbahn geschickt werde, die bis zur Marsbahn reiche. Am 28. Dezember 2017 wurde das Fahrzeug zur Startrampe gebracht für die statische Zündung aller siebenundzwanzig Triebwerke, die für den 19. Januar 2018 geplant war; der am 20. Januar begonnene teilweise Stillstand der US-Regierung (Government Shutdown) verzögerte die Operation, die schließlich am 24. Januar durchgeführt wurde. Musk bestätigte, dass der Test gut verlaufen sei, und der Start wurde auf den 6. Februar festgelegt.

An jenem Tag, nach mehr als zwei Stunden Verzögerung wegen Höhenwinden, hob die Falcon Heavy um 20:45 UTC ab. Die beiden seitlichen Booster kehrten zurück und landeten wenige Minuten später sauber auf den Landezonen 1 und 2 – eines der meistverbreiteten Bilder der jüngeren Raumfahrtgeschichte. Der Zentralkern hingegen ging verloren: Von den drei Triebwerken, die für den Abstieg wiedergezündet werden sollten, zündete nur eines, und der Booster schlug mit mehr als 480 km/h im Ozean auf. Musk verkündete zunächst, der Roadster habe seine geplante heliozentrische Bahn übertroffen und werde den Asteroidengürtel erreichen; spätere teleskopische Beobachtungen korrigierten diese Angabe und zeigten, dass das Aphel des Wagens die Marsbahn nur knapp überschreitet.

Jenseits des Spektakels erfüllte der Flug seinen Zweck: Er validierte die Integration der drei Kerne, die Trennsequenz der Booster und das Verhalten der Oberstufe bei einer langen Mission mit mehreren Wiederzündungen. Ein Jahr nach dem Demonstrationsflug hatte SpaceX fünf kommerzielle Verträge im Wert von 500 bis 750 Millionen US-Dollar unterzeichnet – genug, um die Entwicklungskosten der Rakete zu decken.

Der zweite Flug, zugleich der erste kommerzielle, fand am 11. April 2019 mit dem Kommunikationssatelliten Arabsat-6A statt. Es war das erste Mal, dass alle drei Booster erfolgreich landeten: die beiden seitlichen an Land, der Zentralkern auf der autonomen Landeplattform im Atlantik. Der dritte Flug folgte am 25. Juni 2019 mit der Mission STP-2 des Weltraumtestprogramms des US-Verteidigungsministeriums, einer Nutzlast aus vierundzwanzig Kleinsatelliten, die von der zweiten Stufe mehrere Wiederzündungen verlangte, um sie in unterschiedlichen Umlaufbahnen abzusetzen. Zu den Nutzlasten zählten die Deep-Space-Atomuhr für die autonome Navigation, das 500 kg schwere DSX-Experiment des Air Force Research Laboratory zur Messung der Wirkung von Radiowellen sehr niedriger Frequenz auf die Weltraumstrahlung, sowie die britische Orbital-Testplattform mit mehreren kommerziellen und militärischen Experimenten.

Unterdessen entwickelte sich der Markt gegen das Fahrzeug. Die für Ende 2017 auf der Falcon Heavy vorgesehenen operativen Missionen von Intelsat und Inmarsat zur geostationären Transferbahn wurden auf die Falcon 9 Full Thrust verlegt, als sich diese in verbrauchbarer Konfiguration bereits als leistungsstark genug für solche Nutzlasten erwies. Das Ergebnis war eine sehr niedrige Flugkadenz für den Schwerlastträger und eine stillschweigende Neudefinition seiner Rolle: Er würde für jene Missionen reserviert bleiben, die die Falcon 9 nicht bewältigen konnte.

Diese Missionen kamen auf militärischem Weg. Im Juni 2022 zertifizierte die US Space Force die Falcon Heavy für den Start ihrer sensibelsten Satelliten. Die erste dieser Missionen, USSF-44, flog am 1. November 2022, die zweite, USSF-67, kaum elf Wochen später im Januar 2023. Es folgte USSF-52, die im Dezember 2023 das unbemannte Raumfahrzeug X-37B zu seiner siebten Orbitalmission brachte. Alle teilen ein technisches Merkmal: Die direkte Injektion in hohe oder geostationäre Umlaufbahnen zwingt zum Verbrauch des Zentralkerns, der nicht genug Treibstoff für die Rückkehr mitführt, sodass nur die seitlichen Booster geborgen werden.

Im April 2023 startete die Falcon Heavy außerdem den Terabit-Satelliten ViaSat-3 Americas in vollständig verbrauchbarer Konfiguration: Weder die seitlichen Booster noch der Kern trugen Landebeine oder Gitterflossen, da die gesamte Kapazität des Fahrzeugs der Nutzlast gewidmet wurde.

Die erste wissenschaftliche NASA-Mission, die auf einer Falcon Heavy gestartet wurde, war Psyche, die am 13. Oktober 2023 zum metallischen Asteroiden 16 Psyche abhob. Das Flugprofil sah vor, nur die beiden seitlichen Booster zu bergen und den Zentralkern zu verbrauchen – eine Entscheidung, die getroffen wurde, um die Sicherheitsmargen der Mission zu vergrößern. Ein Jahr später, im Oktober 2024, startete das Fahrzeug Europa Clipper in vollständig verbrauchbarer Konfiguration zum Jupitersystem: Die Sonde, die schwerste, die die NASA je zu einer planetaren Mission geschickt hat, benötigte die gesamte verfügbare Energie des Trägers für ihre Flugbahn mit mehreren Schwerkraftassistenzmanövern.

Die Falcon Heavy wurde außerdem unter Vertrag genommen, um das Frachtraumschiff Dragon XL zur Mondstation Gateway zu bringen, und für den Start der ersten beiden Elemente des Komplexes ausgewählt, des Power and Propulsion Element und des Habitation and Logistics Outpost. Im März 2026 gab die NASA bekannt, die Entwicklung von Gateway zu pausieren und die Hardware neu zuzuweisen, wodurch dieses Missionspaket in der Schwebe blieb. In der Debatte um das Artemis-Programm tauchte das Fahrzeug wiederholt als günstigere Alternative zum Space Launch System auf, doch die NASA entschied, das SLS ausschließlich für den Start der Orion-Kapsel zu reservieren.

Zwischen 2013 und 2016 entwickelte SpaceX parallel die wiederverwendbare Architektur der Falcon 9, die sich direkt auf einen Großteil der Falcon Heavy übertragen lässt. Bei diesem Fahrzeug trennen sich die beiden äußeren Kerne früher als bei einem Falcon-9-Flugprofil und tun dies mit geringerer Geschwindigkeit, was ihre Rückkehr zum Startort erleichtert. Der Zentralkern hingegen trennt sich deutlich später und schneller, und seine Bergung war stets der fragile Teil des Systems. SpaceX hat zudem die routinemäßige Bergung der Nutzlastverkleidungen nachgewiesen, die bei einer sehr hohen Zahl von Missionen der Falcon-Familie erneut geflogen wurden.

Der Preis dieser Wiederverwendbarkeit wird in Form von Kapazität bezahlt. Werden alle drei Kerne geborgen, sinkt die Nutzlast zur geostationären Transferbahn auf rund 8 t; werden nur die beiden seitlichen Booster geborgen und der Zentralkern verbraucht, liegt sie bei etwa 16 t. In der niedrigen Erdumlaufbahn erfordert die maximale Nutzlast von 63,8 t ein vollständig verbrauchbares Profil; bei verbrauchtem Zentralkern und geborgenen seitlichen Boostern liegt die geschätzte Einbuße bei rund 10 %, was immer noch mehr als 57 t übrig lässt, während die Rückführung aller drei Kerne zum Startort die Kapazität auf etwa 30 t reduziert. Mit diesen Zahlen fällt die teilweise wiederverwendbare Falcon Heavy nach der Klassifizierung eines NASA-Gremiums zur Überprüfung bemannter Flüge in den Bereich der Schwerlastträger, zwischen 20 und 50 t in die niedrige Erdumlaufbahn, während sie in vollständig verbrauchbarer Version in die Kategorie superschwer fällt.

Der veröffentlichte Preis war eines ihrer schlagkräftigsten Argumente: 97 Millionen US-Dollar in wiederverwendbarer Konfiguration und 150 Millionen in der verbrauchbaren. Zum Vergleich: Die Delta IV Heavy, bis April 2024 die nächstleistungsfähigste im Dienst stehende Rakete, lieferte 14,2 t in die geostationäre Transferbahn in vollständig verbrauchbarer Konfiguration und zu deutlich höheren Kosten.

Der ursprüngliche Entwurf sah eine Treibstoff-Querspeisung (Cross-Feed) zwischen den Kernen vor: Die Triebwerke des Zentralkerns sollten bis zur Trennung der beiden seitlichen Booster deren Oxidator und Treibstoff beziehen. Die Idee, Jahrzehnte zuvor von Wladimir Tschelomei für das UR-700-System vorgeschlagen, hätte erlaubt, alle siebenundzwanzig Triebwerke von Anfang an mit voller Leistung zu betreiben, dabei zuerst die seitlichen Tanks zu leeren, diese möglichst früh abzutrennen, um die beschleunigte Masse zu verringern, und den Treibstoff des Zentralkerns nahezu vollständig zu erhalten. Die Komplexität der Leitungen und Schnittstellen veranlasste SpaceX, das Konzept aufzugeben und durch eine einfachere Lösung zu ersetzen: Der Zentralkern wird nach dem Abheben gedrosselt, um seine Brenndauer zu verlängern.

Auch die Wasserstoff-Oberstufe, die Musk 2008 angekündigt hatte, wurde nie gebaut, und das Fahrzeug wurde nie für bemannte Flüge zertifiziert, obwohl es laut SpaceX so ausgelegt war, dass es die geltenden Anforderungen an die Human-Rating-Qualifikation erfüllt oder übertrifft. Die Falcon Heavy blieb somit das, was sie wirklich ist: ein direkter Abkömmling der Falcon 9, ausgereizt bis an die Grenze dessen, was ihre Architektur zulässt, ein Nischenträger mit sehr wenigen Flügen pro Jahr und einer Leistung, die über Jahre hinweg kein kommerzieller Wettbewerber erreichen konnte.