Falcon Heavy

La famiglia Falcon nacque con l'intenzione dichiarata di crescere di scala. Già nel 2005 SpaceX gestiva internamente un concetto chiamato Falcon 9-S9 che prevedeva circa 24,75 t in orbita terrestre bassa mediante il raggruppamento di più nuclei. Nel 2008, con il Falcon 9 ancora senza volare e il suo primo lancio previsto per il 2009, Musk parlava di un "Falcon 9 Heavy" che sarebbe arrivato "entro un paio d'anni", e alla conferenza della Mars Society di quello stesso anno arrivò a indicare che uno stadio superiore a idrogeno sarebbe seguito due o tre anni dopo, verso il 2013. Nessuna delle due previsioni si avverò: lo stadio criogenico non venne mai costruito e il lanciatore a tre nuclei avrebbe impiegato un decennio per esistere davvero.

Il punto di svolta arrivò nell'aprile del 2011. A quel punto SpaceX aveva completato due missioni dimostrative del Falcon 9 in orbita bassa, una delle quali con la riaccensione del secondo stadio, e conosceva molto meglio il comportamento reale del veicolo. Il 5 aprile 2011, in una conferenza stampa al National Press Club di Washington D.C., Musk presentò il Falcon Heavy affermando che avrebbe portato più carico in orbita o a velocità di fuga di qualsiasi altro veicolo della storia, ad eccezione del Saturn V e dell'Energia sovietico. Quello stesso anno l'azienda annunciò piani per ampliare la propria capacità produttiva fino a realizzare un primo stadio di Falcon 9 o un booster laterale di Falcon Heavy a settimana e uno stadio superiore ogni due settimane.

Le cifre di capacità promesse cambiarono molto durante la fase di progettazione, e questa deriva è di per sé parte della storia del veicolo. Nell'aprile del 2011 si prevedevano fino a 53 t in orbita bassa e circa 12 t in orbita di trasferimento geostazionario; rapporti successivi dello stesso anno alzarono la previsione a 19 t verso l'orbita di trasferimento geostazionario, 16 t verso una traiettoria translunare e 14 t verso un'orbita di trasferimento marziano. Alla fine del 2013 il carico verso l'orbita di trasferimento geostazionario salì a 21,2 t. Nell'aprile del 2017, con il progetto ormai congelato, la capacità prevista in orbita bassa passò da 54,4 a 63,8 t, la cifra che resta il riferimento del veicolo nella configurazione totalmente non recuperabile.

Nel 2015 SpaceX annunciò una serie di modifiche al Falcon Heavy sviluppate in parallelo con il miglioramento del Falcon 9 v1.1, cosicché i due veicoli avanzarono di pari passo in struttura, motori e avionica. Nel dicembre del 2016 l'azienda pubblicò una fotografia dell'interstadio del Falcon Heavy nella sua sede di Hawthorne, in California: la prima prova pubblica che l'hardware esisteva davvero.

La complessità del veicolo rese necessaria la costruzione di infrastrutture specifiche. Già nel maggio del 2013 si stava realizzando, presso l'impianto di sviluppo e collaudo di SpaceX a McGregor, in Texas, un banco di prova parzialmente interrato progettato appositamente per sostenere i tre nuclei e i ventisette motori del Falcon Heavy. Nel maggio del 2017 vi si svolse la prima accensione statica del nucleo centrale in configurazione di volo, e nel settembre dello stesso anno i tre nuclei del primo stadio avevano già superato le rispettive prove statiche individuali.

Nel luglio del 2017 Musk espose pubblicamente il problema di fondo: una parte importante della progettazione di un lanciatore a tre nuclei è semplicemente impossibile da collaudare a terra e non può essere validata se non con un volo reale. I carichi aerodinamici sull'insieme, le vibrazioni accoppiate tra i nuclei, la separazione dei booster e il comportamento strutturale degli agganci si conoscono solo volando. Nella riunione di ricerca e sviluppo della Stazione Spaziale Internazionale tenutasi quel mese a Washington, Musk ridimensionò le aspettative fino al punto di dire che c'erano buone probabilità che il veicolo non raggiungesse l'orbita e che avrebbe considerato un successo il solo allontanarsi a sufficienza dalla piattaforma da non danneggiarla.

Il calendario rifletté questa difficoltà. Nell'aprile del 2011 il primo lancio era pianificato dalla base di Vandenberg, in California, per il 2013, e il debutto da Cape Canaveral era previsto per la fine del 2013 o nel 2014. Il fallimento della missione CRS-7 nel giugno del 2015 sconvolse l'intero programma: nel settembre di quell'anno il volo inaugurale fu riprogrammato per non prima dell'aprile 2016, per poi slittare via via a fine 2016, inizio 2017, estate 2017, fine 2017 e, infine, febbraio 2018. Il lancio fu inoltre trasferito al complesso 39A del Kennedy Space Center, ristrutturato da SpaceX.

Nel dicembre del 2017 Musk annunciò che il carico simulato del volo inaugurale sarebbe stata la sua Tesla Roadster personale, con tre telecamere a bordo per offrire, nelle sue parole, viste epiche, e che l'auto sarebbe stata inviata verso un'orbita solare che avrebbe raggiunto quella di Marte. Il 28 dicembre 2017 il veicolo fu trasferito sulla rampa per l'accensione statica dei ventisette motori, prevista per il 19 gennaio 2018; la chiusura parziale dell'amministrazione statunitense iniziata il 20 gennaio ritardò l'operazione, che alla fine si svolse il 24 gennaio. Musk confermò che il test era andato bene e il lancio fu fissato per il 6 febbraio.

Quel giorno, dopo più di due ore di ritardo per vento in quota, il Falcon Heavy decollò alle 20:45 UTC. I due booster laterali tornarono e atterrarono senza problemi nelle zone di atterraggio 1 e 2 pochi minuti dopo, in una delle immagini più riprodotte della storia recente dell'astronautica. Il nucleo centrale, invece, andò perso: dei tre motori che dovevano riaccendersi per la discesa se ne accese soltanto uno, e il booster impattò l'oceano a oltre 480 km/h. Musk annunciò inizialmente che la Roadster aveva superato l'orbita eliocentrica prevista e avrebbe raggiunto la fascia degli asteroidi; le osservazioni telescopiche successive corressero il dato e mostrarono che l'afelio dell'auto supera solo di poco l'orbita di Marte.

Al di là dello spettacolo, il volo assolse alla sua funzione: convalidò l'integrazione dei tre nuclei, la sequenza di separazione dei booster e il comportamento dello stadio superiore in una missione di lunga durata con più riaccensioni. Un anno dopo il volo dimostrativo SpaceX aveva firmato cinque contratti commerciali per un valore compreso tra 500 e 750 milioni di dollari, sufficiente a coprire il costo di sviluppo del razzo.

Il secondo volo, e primo commerciale, ebbe luogo l'11 aprile 2019 con il satellite per telecomunicazioni Arabsat-6A. Fu la prima volta che i tre booster atterrarono con successo: i due laterali a terra e il nucleo centrale sulla chiatta autonoma nell'Atlantico. Il terzo volo arrivò il 25 giugno 2019 con la missione STP-2 del programma di test spaziali del Dipartimento della Difesa statunitense, un carico composto da ventiquattro piccoli satelliti che richiese al secondo stadio diverse riaccensioni per rilasciarli su orbite differenti. Tra i carichi figuravano l'orologio atomico per lo spazio profondo, pensato per la navigazione autonoma, l'esperimento DSX da 500 kg dell'Air Force Research Laboratory, destinato a misurare l'effetto delle onde radio a frequenza molto bassa sulla radiazione spaziale, e il banco di prova orbitale britannico con diversi esperimenti commerciali e militari.

Nel frattempo, il mercato si mosse contro il veicolo. Le missioni operative verso l'orbita di trasferimento geostazionario di Intelsat e Inmarsat, previste per la fine del 2017 sul Falcon Heavy, furono trasferite al Falcon 9 Full Thrust quando questo risultò già sufficientemente potente per quei carichi in configurazione non recuperabile. Il risultato fu una cadenza di volo molto bassa per il lanciatore pesante e una ridefinizione implicita del suo ruolo: sarebbe rimasto riservato alle missioni che il Falcon 9 non poteva assorbire.

Quelle missioni arrivarono per via militare. Nel giugno del 2022 la Space Force statunitense certificò il Falcon Heavy per il lancio dei suoi satelliti più sensibili. La prima di queste missioni, USSF-44, volò il 1° novembre 2022, e la seconda, USSF-67, appena undici settimane dopo, nel gennaio 2023. A queste seguì USSF-52, che nel dicembre del 2023 portò il veicolo spaziale senza equipaggio X-37B alla sua settima missione orbitale. Tutte condividono un tratto tecnico: l'iniezione diretta in orbite alte o geostazionarie obbliga a sacrificare il nucleo centrale, che non porta propellente sufficiente per tornare, cosicché si recuperano solo i booster laterali.

Nell'aprile del 2023 il Falcon Heavy lanciò inoltre il satellite ViaSat-3 Americas, di classe terabit, in una configurazione totalmente non recuperabile: né i booster laterali né il nucleo montavano carrello di atterraggio o alette a griglia, perché tutta la capacità del veicolo fu dedicata al carico.

La prima missione scientifica della NASA lanciata su un Falcon Heavy fu Psyche, decollata il 13 ottobre 2023 verso l'asteroide metallico 16 Psyche. Il profilo di volo scelse di recuperare solo i due booster laterali e di sacrificare il nucleo centrale, una decisione presa per ampliare i margini della missione. Un anno dopo, nell'ottobre del 2024, il veicolo lanciò Europa Clipper verso il sistema di Giove in configurazione totalmente non recuperabile: la sonda, la più pesante mai inviata dalla NASA in una missione planetaria, richiedeva tutta l'energia disponibile del lanciatore per la sua traiettoria basata su fionde gravitazionali.

Il Falcon Heavy fu inoltre incaricato di trasportare la nave cargo Dragon XL verso la stazione lunare Gateway e selezionato per lanciare i primi due elementi del complesso, il modulo di potenza e propulsione e il modulo abitativo e logistico. Nel marzo del 2026 la NASA annunciò la sospensione dello sviluppo di Gateway e la riassegnazione dell'hardware, lasciando in sospeso quell'insieme di missioni. Nel dibattito sul programma Artemis il veicolo comparve ripetutamente come alternativa più economica allo Space Launch System, ma la NASA decise di riservare lo SLS esclusivamente al lancio della capsula Orion.

Tra il 2013 e il 2016 SpaceX sviluppò in parallelo l'architettura riutilizzabile del Falcon 9, applicata direttamente a buona parte del Falcon Heavy. In questo veicolo i due nuclei esterni si separano prima che in un profilo di volo del Falcon 9 e lo fanno a velocità minore, il che ne facilita il ritorno al punto di lancio. Il nucleo centrale, invece, si separa molto più tardi e a velocità maggiore, e il suo recupero è sempre stato il punto debole del sistema. SpaceX ha inoltre dimostrato il recupero di routine delle ogive, che sono state rivolate in un numero molto elevato di missioni della famiglia Falcon.

Il prezzo di questo riutilizzo si paga in capacità. Recuperando i tre nuclei, il carico verso l'orbita di trasferimento geostazionario scende a circa 8 t; recuperando solo i due laterali e sacrificando il centrale, si aggira sulle 16 t. In orbita bassa, il carico massimo di 63,8 t richiede un profilo totalmente non recuperabile; con il nucleo centrale sacrificato e i laterali recuperati la penalizzazione stimata è di circa il 10%, il che lascia comunque oltre 57 t, mentre riportare tutti e tre i nuclei al punto di lancio riduce la capacità a circa 30 t. Con questi numeri, il Falcon Heavy parzialmente riutilizzabile rientra nella fascia dei lanciatori pesanti, tra 20 e 50 t in orbita bassa secondo la classificazione di un comitato di revisione per il volo con equipaggio della NASA, mentre nella versione totalmente non recuperabile rientra nella categoria dei superpesanti.

Il prezzo di listino è stato uno dei suoi argomenti più forti: 97 milioni di dollari in configurazione riutilizzabile e 150 milioni in quella non recuperabile. Come riferimento, il Delta IV Heavy, che fino all'aprile del 2024 fu il razzo operativo più potente subito dopo di esso, forniva 14,2 t verso l'orbita di trasferimento geostazionario in configurazione totalmente non recuperabile e a un costo molto superiore.

Il progetto originale prevedeva un'alimentazione incrociata di propellente tra i nuclei: i motori del nucleo centrale si sarebbero alimentati con l'ossidante e il combustibile dei due booster laterali fino alla loro separazione. L'idea, proposta decenni prima da Vladimir Chelomei per il sistema UR-700, avrebbe permesso di far funzionare i ventisette motori a piena potenza fin dal decollo svuotando prima i laterali, separarli il prima possibile per ridurre la massa accelerata e conservare quasi intatto il propellente del nucleo centrale. La complessità delle condutture e delle interfacce portò SpaceX ad abbandonare il concetto e a sostituirlo con una soluzione più semplice: il nucleo centrale viene strozzato dopo il decollo per allungarne il tempo di combustione.

Non venne mai costruito nemmeno lo stadio superiore a idrogeno che Musk aveva anticipato nel 2008, né il veicolo arrivò a essere certificato per il volo con equipaggio, pur essendo stato progettato, secondo SpaceX, per soddisfare o superare i requisiti di qualificazione umana vigenti. Il Falcon Heavy rimase così quello che realmente è: un derivato diretto del Falcon 9 spinto fino al limite consentito dalla sua architettura, un lanciatore di nicchia con pochissimi voli all'anno e prestazioni che, per anni, nessun concorrente commerciale è riuscito a eguagliare.