Falcon Heavy
SpaceX超大型ロケット
1 概要
Falcon Heavyは、SpaceX社が開発した超大型打上げロケットであり、現役最強の運用ロケットである(1)。
基本情報: - 製造: SpaceX - 初打上げ: 2018年2月6日 - 状態: 運用中 - ペイロード能力（LEO）: 63,800 kg - ペイロード能力（GTO）: 26,700 kg - 構成: 三連コア（Falcon 9 × 3基）
技術的特徴: - 🚀 現役最強の運用ロケット（LEO 63,800kg、SLS・Starshipを除く） - 🔄 三連ブースター同時着陸（2基のサイドブースター + センターコア） - 🎯 100%成功率（11回打上げ、全て成功、2018-2024年） - 🛰️ 重量級商業・政府ミッション対応（通信衛星、NASA探査機、US宇宙軍） - 💰 コスト競争力（$97-150M/回、Delta IV Heavy $400M比で1/3以下）
市場ポジション: Vulcan Centaurを上回る最強の運用ロケット（SLS、Starshipを除く）
2 開発歴史
2.1 発表から初飛行まで（2011-2018）
2011年4月: SpaceX、Falcon Heavy計画を公式発表(2) - Elon Musk、Washington D.C.記者会見で発表 - 目標: 2013年初飛行 - コンセプト: Falcon 9を3基束ねた超大型ロケット
当初の楽観的見通し: - 「Falcon 9の3倍の開発は簡単」 - 「既存設計の組み合わせ」 - 「大幅な新規開発不要」
2.2 度重なる遅延（2013-2018）
遅延のタイムライン: - 2013年: 初飛行目標 → 未達成 - 2015年6月: CRS-7失敗（Falcon 9）により全リソース投入、Falcon Heavy開発停止 - 2015年9月: 2016年4月へ延期 - 2016年2月: 2016年末へ延期 - 2016年9月: AMOS-6爆発事故（Falcon 9）により再度停止 - 2016年8月: 2017年初頭へ延期 - 2017年: 夏 → 秋 → 2018年1月へ延期 - 2018年2月6日: ついに初飛行成功
遅延理由(3): 1. Falcon 9の失敗対応: CRS-7、AMOS-6事故調査に全資源投入 2. 予想外の技術的困難: 統合・構造的課題が想定を大幅に上回る 3. Falcon 9 Block 5開発優先: 再使用基盤技術の確立
2.3 技術的困難の克服
Elon Muskの証言（2017年7月）(3): > “It actually ended up being way harder to do Falcon Heavy than we thought. … We were pretty naive about that” > （Falcon Heavyは想定よりはるかに困難だった。我々はナイーブすぎた）
具体的な課題: 1. 負荷変化: 「全ての負荷が変わった」 - サイドブースター取付による構造応力 - センターコアへの集中荷重 2. 空力特性変化: 「空力が完全に変わった」 - 3本束ねによる気流干渉 - Max Q（最大動圧）時の挙動変化 3. 振動・音響: 「振動・音響が3倍」(3) - 27基エンジンの同時燃焼 - ハードウェア耐性限界超過 4. センターコア完全再設計: タンク壁厚増加、構造強化
3 基本仕様
3.1 寸法・質量
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| 全高 | 70 m（230 ft） |
| 直径（単一コア） | 3.66 m（12 ft） |
| 幅（ブースター間） | 12.2 m（40 ft） |
| 打上げ時質量 | 1,420,788 kg（3,125,000 lb）(4) |
| 推進剤質量 | 約1,400,000 kg |
3.2 構成
三連コア構成: Falcon 9 Block 5を3基束ねた設計
| コア | 詳細 |
|---|---|
| センターコア | 強化型Falcon 9（タンク壁厚増、構造補強） |
| サイドブースター | 標準Falcon 9（取付ポイント追加） × 2基 |
| 第2段 | 標準Falcon 9第2段（Merlin 1D Vacuum） |
3.3 ペイロード能力
| 軌道 | ペイロード質量（消耗） | ペイロード質量（再使用） |
|---|---|---|
| LEO | 63,800 kg | データなし |
| GTO | 26,700 kg | 8,000 kg（3コア回収） |
| 火星 | 16,800 kg | データなし |
| 冥王星 | 3,500 kg | - |
比較: Falcon 9（LEO 22,800kg）の約2.8倍
4 推進システム
4.1 第1段: Merlin 1D（27基クラスター）
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| 総エンジン数 | 27基（各コア9基 × 3）(4) |
| 推進剤 | LOX/RP-1（液体酸素/ケロシン） |
| 総海面推力 | 22,819 kN（5,130,000 lbf、510万ポンド） |
配置: - センターコア: Merlin 1D × 9基 - サイドブースター左: Merlin 1D × 9基 - サイドブースター右: Merlin 1D × 9基
4.2 Merlin 1D エンジン詳細
仕様(5):
| 項目 | Merlin 1D（海面型） | Merlin 1D Vacuum |
|---|---|---|
| 推力（海面） | 854 kN（192,000 lbf） | - |
| 推力（真空） | 914 kN（205,000 lbf） | 981 kN（220,500 lbf） |
| 比推力（海面） | 282秒 | - |
| 比推力（真空） | 311秒 | 348秒（米国HC系最高） |
| 燃焼室圧力 | 96 bar（1,407 psi） | 96 bar |
| 膨張比 | 16:1 | 165:1 |
技術的特徴: - ガスジェネレーター・サイクル - 推力重量比: 高効率 - 再使用対応設計（10-15回） - 推力ベクトル制御（TVC）
4.3 第2段: Merlin 1D Vacuum
仕様: Falcon 9第2段と同一 - エンジン: Merlin 1D Vacuum × 1基 - 推力: 981 kN（真空） - 比推力: 348秒（米国炭化水素系エンジン最高記録）
5 再使用技術
5.1 三連ブースター回収システム
Falcon Heavyは、3基のコア全てを回収可能(1)。
サイドブースター回収（高成功率）
回収方式: RTLS（Return to Launch Site）
シーケンス: 1. T+3分: サイドブースター分離（高度約50 km） 2. T+3分30秒: ブーストバック燃焼（3基エンジン、発射地点へ帰還） 3. T+6分: 大気圏再突入燃焼（3基エンジン） 4. T+8分: 着陸燃焼（1基または3基エンジン） 5. T+8分10秒: LZ-1、LZ-2へほぼ同時着陸
着陸地点: Landing Zone 1 & 2（Cape Canaveral Space Force Station）
成功率: ほぼ100%（全11回中、サイドブースター失敗はSTP-2のみ）
センターコア回収（高難度）
回収方式: ASDS（Autonomous Spaceport Drone Ship）(6)
困難性の理由: 1. 2倍の速度: センターコア分離時の速度は通常Falcon 9の約2倍 - サイドブースター分離後も加速継続 - 第2段分離時: より高速・高高度 2. 再突入加熱増大: 高速 → 摩擦加熱増大 - 熱防護シールド破損リスク - 推力偏向制御（TVC）システム損傷 3. 燃料余裕減少: 高速減速に多量燃料必要 - ペイロード vs 回収燃料のトレードオフ
センターコア回収実績（11回中）: | 飛行 | 日付 | 回収試行 | 結果 | |:—–|:—–|:———|:—–| | Demo | 2018/02/06 | あり | 失敗（TEA-TEB不足、1基のみ点火、100m外れ） | | Arabsat-6A | 2019/04/11 | あり | 着陸成功→荒海で喪失(7) | | STP-2 | 2019/06/25 | あり | 失敗（熱防護破損、TVC損傷、ASDS直近墜落） | | USSF-44以降 | 2022- | 試行せず | 消耗型運用（高エネルギーミッション） |
成功回数: 1回のみ（Arabsat-6A、ただし荒海で喪失）
三連同時着陸（ソニックブーム）
2018年2月6日: 初飛行でサイドブースター2基がほぼ同時着陸(8) - 音響効果: 2基のソニックブーム（LZ-1、LZ-2） - 視覚効果: 2基の垂直着陸を同時観測、世界に衝撃 - メディア反響: 「SF映画のような光景」
注: センターコアは初回着陸失敗（海上着水）
6 試験飛行: Starman
6.1 2018年2月6日 Demo Flight
目標(9): - Falcon Heavy初飛行実証 - 統合システム検証 - 「成功すれば最高、爆発してもスペクタクル」（Elon Musk）
ペイロード: Elon Muskの私物Tesla Roadster(10)
Starman: - SpaceX宇宙服を着たマネキン - 運転席に座る - ダッシュボード: “Don’t Panic!”（『銀河ヒッチハイク・ガイド』引用） - グローブボックス: 『銀河ヒッチハイク・ガイド』書籍 - データストレージ: Asimov『ファウンデーション』三部作（5D光ディスク、Arch Mission Foundation寄贈）
軌道: - 打上げ: 2018年2月6日 15:45 EST（20:45 UTC） - 地球周回: 6時間（Van Allen帯通過） - 第3燃焼: 太陽周回軌道投入 - 軌道要素: - 近日点: 0.99 AU（地球軌道付近） - 遠日点: ~1.7 AU（火星軌道手前） - 軌道周期: 1.53年
ライブストリーム: - カメラ: 車内・車外複数台 - ライブ中継: 打上げ後4時間（バッテリー切れまで）(8) - 背景: 地球→宇宙 - 視聴者: 数百万人同時視聴
結果: - 打上げ: 成功 - サイドブースター: 両方着陸成功（LZ-1、LZ-2） - センターコア: 着陸失敗（100m外れ、海上着水） - Tesla Roadster: 太陽周回軌道投入成功
7 運用実績
7.1 総合統計（2024年10月時点）
| 項目 | 数値 |
|---|---|
| 総打上げ回数 | 11回(11) |
| 完全成功 | 11回 |
| 成功率 | 100% |
| 年間打上げ | 2-3回 |
| 運用期間 | 2018年2月 - 現在 |
7.2 全飛行実績詳細
| # | 日付 | ミッション | ペイロード | 質量 | 結果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2018/02/06 | Demo | Tesla Roadster | - | 成功(9) |
| 2 | 2019/04/11 | Arabsat-6A | 通信衛星 | 6,000 kg | 成功(12) |
| 3 | 2019/06/25 | STP-2 | 25衛星 | - | 成功(13) |
| 4 | 2022/11/01 | USSF-44 | 機密 | - | 成功(14) |
| 5 | 2023/01/15 | USSF-67 | 機密 | - | 成功 |
| 6 | 2023/04/30 | ViaSat-3 Americas | 通信衛星 | - | 成功(15) |
| 7 | 2023/07/29 | Jupiter 3 | 通信衛星 | 9,200 kg | 成功(16) |
| 8 | 2023/10/13 | Psyche | 小惑星探査機 | 2,608 kg | 成功(17) |
| 9 | 2023/12/28 | USSF-52 (X-37B) | 宇宙往還機 | - | 成功(18) |
| 10 | 2024/06/25 | GOES-U | 気象衛星 | 5,600 kg | 成功(19) |
| 11 | 2024/10/14 | Europa Clipper | 木星探査機 | 6,000 kg | 成功(20) |
注目ミッション: - Jupiter 3: 史上最重量静止軌道衛星（9.2 ton） - Psyche: NASA初のFalcon Heavy惑星間ミッション - Europa Clipper: 当初SLS予定→Falcon Heavyへ変更（$2B節約）(21)
8 主要ミッション詳細
8.1 NASA Psyche（2023年10月13日）
ミッション概要[(17)](22): - 目標: 小惑星16 Psyche（金属小惑星） - 打上げ: 2023年10月13日 14:19 UTC - 飛行期間: 6年、22億マイル - 推進: 太陽電気推進（キセノン2,392 lbs）
Falcon Heavy史上初: - NASAの惑星間ミッション - 科学探査機打上げ
ブースター回収: - サイドブースター: 2基とも4回目飛行、着陸成功（後にEuropa Clipperで再使用） - センターコア: 消耗
8.2 X-37B OTV-7 / USSF-52（2023年12月28日）
ミッション概要[(18)](23): - ペイロード: Boeing X-37B宇宙往還機 - 打上げ: 2023年12月28日（29日 01:07 UTC） - 運用: USAF Rapid Capabilities Office、米国宇宙軍 - 軌道: 323 × 38,838 km HEO、59.1°傾斜
Falcon Heavy史上初: - X-37B打上げ（従来Atlas V） - 高楕円軌道（HEO）投入
ミッション内容（一部公開）: - 新軌道域運用試験 - 宇宙領域認識技術実験 - NASA提供材料の放射線影響調査
8.3 Europa Clipper（2024年10月14日）
ミッション概要[(20)](21): - 目標: 木星衛星Europa（氷地殻下海洋探査） - 打上げ: 2024年10月14日 - 質量: 約6,000 kg - 飛行期間: 5.5年
SLSからの切替: - 当初計画: SLS（議会義務付け） - 2021年7月: Falcon Heavyへ切替決定 - 節約額: 約$2B - 理由: 1. SLS SRB振動 → Europa Clipper再設計に$1B必要 2. SLS入手困難（Artemis専用） 3. Falcon Heavy信頼性実証済み - 契約額: $178M
ブースター運用: - サイドブースター: Psycheで使用した2基を再使用 - センターコア: 消耗 - 全3コア消耗（高エネルギーミッション）
9 コスト
9.1 打上げコスト
公表価格(24): | 構成 | 価格 | |:—–|:—–| | 完全消耗型 | $150 million | | 再使用型 | $97-115 million（2022年以降） |
9.2 競合比較
| ロケット | コスト/回 | LEOペイロード | コスト/kg |
|---|---|---|---|
| Falcon Heavy | $97-150 M | 63,800 kg | $1,520-2,351/kg |
| Delta IV Heavy（ULA） | $400 M(24) | 28,790 kg | $13,894/kg |
| Atlas V 551（ULA） | $110-160 M | 18,850 kg | $5,836-8,488/kg |
| Vulcan Centaur（ULA） | $110-200 M | 27,200 kg | $4,044-7,353/kg |
| SLS（NASA） | $4,100 M | 95,000 kg | $43,158/kg |
Falcon Heavyの価格優位性: - Delta IV Heavyの1/3以下 - SLSの1/27以下
10 構造的課題と克服
10.1 統合の困難
当初の楽観的見通し: 「Falcon 9を3本束ねるだけ」
現実(3): - 「全ての負荷が変わった」（Elon Musk） - 「空力が完全に変わった」 - 「振動・音響が3倍になった」
10.2 センターコア再設計
必要性: サイドブースターからの荷重入力
対策: - タンク壁厚増加 - 構造補強材追加 - 取付ポイント強化 - 質量増加（ペイロード能力への影響）
10.3 振動・音響対策
問題(3): - 27基エンジン同時燃焼 → 振動・音響3倍 - ハードウェア耐性限界超過
対策: - 耐振動試験・再認証 - 構造ダンパー追加 - 音響遮蔽強化
10.4 Max Q挙動
最大動圧時の課題: - 3本束ね → 気流干渉複雑化 - 予測困難な空力特性
対策: - CFD解析 - 風洞試験 - 飛行データフィードバック
11 運用射場
11.1 Kennedy LC-39A
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 所在地 | Kennedy Space Center、フロリダ州 |
| 射点 | LC-39A（元Apollo/Space Shuttle射点） |
| 着陸地点 | LZ-1、LZ-2（サイドブースター）、ドローン船（センターコア） |
| 年間打上げ | 2-3回（Falcon Heavyのみ、Falcon 9は別途） |
施設: - Horizontal Integration Facility（HIF） - Strong Back（起立装置） - Transporter-Erector（移動起立機）
詳細: Kennedy LC-39 記事参照
12 将来展望
12.1 打上げ頻度
現状: 年間2-3回（2022-2024年）
制約要因: - 重量級ペイロード需要限定的 - Falcon 9で対応可能なミッション多数 - Starship開発によるリソース配分
将来見通: - 2025年: 1回予定 - 2026年: 0回可能性（TalkOfTitusville報道） - 需要次第で継続
12.2 市場ニーズ
重量級ペイロード: 1. NASA深宇宙探査: Psyche、Europa Clipper級 2. 大型GEO通信衛星: Jupiter 3（9.2 ton）級 3. 国家安全保障: USSF、X-37B 4. 商業大型衛星: ViaSat-3級
需要減少要因: - GEO通信衛星の小型化トレンド - Falcon 9能力向上（Block 5） - LEO大型コンステレーション（Starlink）はFalcon 9で対応
12.3 Starshipとの役割分担
Starship開発状況（2024年時点）: - 試験飛行段階（IFT-6完了） - 完全運用: 2026年以降
Falcon Heavyの役割: - 中期的継続運用（2025-2030年頃） - 確立された信頼性（100%成功率） - 即座の利用可能性 - Starship運用確立までの「つなぎ」
長期的展望: - Starship運用確立後、段階的退役の可能性 - ニッチ需要（中型重量級）への特化可能性