從「獵鷹5」到「獵鷹 V1.0」
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不為人知的「獵鷹5」
「獵鷹1」 和「獵鷹9」的命名源自一級火箭「梅林」發動機的數量。前者芯一級裝備有1台「梅林-1A」發動機，經歷幾次發射失敗後升級為「梅林-1C」； 「獵鷹9 V1.0」 則裝備9台 「梅林-1C」 發動機。然而，在它們之間還有一型不為人知的 「獵鷹5」。
2003年12月3日，在華盛頓特區舉行的Falcon「protokhhicle」揭幕儀式上，馬斯克宣布SpaceX計劃繼 「獵鷹1」 後將開發一種更強大的3.7米直徑運載火箭—「獵鷹5」。設計低地球軌道（LEO）運載能力為4.2噸，地球同步轉移軌道（GTO）運載能力為1.25噸。 發射定價為1200萬美元！
「獵鷹5」高47米，起飛重量130噸。一級安裝五台梅林發動機，起飛總推力162.13噸，真空推力192噸。 二級火箭由兩台升級的Kestrel發動機推動，總推力近6.8噸。 像「獵鷹1」一樣，「獵鷹5」 將採用「壓力輔助穩定」的單體摩擦式攪拌焊接鋁設計，在箭尾煤油儲箱和液氧儲箱之間有一個儲箱隔板。不同的是，「獵鷹5」 的兩級火箭都採用氦氣加壓，以傘降方式在海上回收。馬斯克希望回收後的火箭可以重複使用。
隨後，馬斯克還宣布了裝備有更強大梅林發動機的「獵鷹5」，二級火箭裝有一個或多個RL10發動機（氫氧燃料）。LEO運載能力提升到9噸，GTO運力升至4.5噸，運載能力是原始版本的 「獵鷹5」 的兩倍多。信心滿滿的馬斯克預計在2010年前從卡納維拉爾角，范登堡空軍基地，Omelek 島和誇賈林環礁發射6枚 「獵鷹1」 和4-5枚 「獵鷹5」。然而他的估計過於樂觀了：2004年「梅林」發動機開發遇到巨大的困難：鑄造鋁歧管在測試中破裂，需要用更重的鉻鎳鐵合金歧管；發動機效率明顯不如預期，需要增加推力以抵消較低的比沖。 最後「梅林」不得不重新設計和測試，這個過程延續了整整一年。
相比與宇宙神，德爾塔等幾億甚至十幾億的發射報價，SpaceX的「獵鷹」系列火箭可謂是白菜價了，上圖是不同型號的「獵鷹」火箭運載能力和發射報價，這個圖表作於十六年前，但馬斯克的太空雄心已昭然若揭。
2004年年底，SpaceX列出了一個發射時間表，其中就包括用 「獵鷹5」 發射畢格羅航天公司載荷。 發射將採用加強版的 「獵鷹5號」 ，LEO運載能力達到6噸。一級火箭的5台「梅林1B」發動機將提供近193噸的發射推力。二級發動機的設計借鑒了德爾塔II類運載火箭，改用噴嘴延伸部更大的「梅林」發動機，使得真空比沖高達340s。此後，儘管「獵鷹5」 下馬，「梅林1B」 也成為一個過渡型發動機，但是「真空版梅林」的設計理念卻應用到之後的「獵鷹9」上。
火箭噴管是拉瓦爾噴管。喉部的流量不能超過1馬赫（連續方程、質量守恆）。氣體流經喉部後，壓力下降，速度增加。噴口面積膨脹越大，壓力下降越快，速度增加越大。流出的流體攜帶的動量是相反方向的推力。所以工程師的設計目標是使噴出氣體動量最大化。大氣層內，出口壓力等於背壓時，推力是最大的，所以設定一個膨脹率（出口到喉部的面積比），通過適當的面積比使噴口壓力與背壓相差不大。真空中背壓為0，所以理想的真空膨脹率實際上是無限的，但你不能這樣做，只能儘可能地增大膨脹率
鏡花水月「獵鷹9」
2005年，SpaceX開始了Falcon 5的開發。原計劃年內完成12台 「梅林1B」 發動機，但在2005年9月，計劃改變了。 SpaceX宣布將直接開發由9台 「梅林1B」 作為一級發動機的「獵鷹9」，以滿足未命名政府客戶的需求。「獵鷹9」將能夠以2,700萬美元的發射報價向LEO提供9噸以上或超過3噸的地球同步轉移軌道（GTO）。
SpaceX還表示，未來還將推出更強大的助推版 「獵鷹」 ： 獵鷹9S5將使用兩個 「獵鷹5」 作為助推，「獵鷹9S9」 將使用兩個「獵鷹9」 火箭作為助推。此後的「獵鷹9」又經歷了一些變化，但是「獵鷹1」的發射慘敗（見SpaceX的艱難起步，馬斯克的人生低谷）打亂了一切。使得計劃中的「獵鷹9」 火箭成為鏡花水月，可望不可即。
龍飛船，NASA的商業發射合同以及「梅林-1C」
2013年，工作在國際空間站上的34名宇航員見證了SpaceX貨龍（貨運龍飛船）在被機器臂捕捉後與空間站對接並向國際空間站提供補給的全過程。在飛船開發上，日本1997年開始研製的HTV貨運飛船花費了680億日元/8.5億美元，歐洲自1995年以來ATV貨運飛船研製花費了19億美元，從零開始的龍式飛船從繪圖板到首次發射用了4年時間，研發費用約3億美元。這些對比無不顯示出SpaceX公司在成本控制上的成功。
繼貨龍之後，SpaceX又開發了載人龍，並在其官方網站上公布了載人龍內部。儘管發射計劃一再延期，但人們對載人龍的期待卻與日俱增。太空梭退役之後山姆大叔不得不通過俄羅斯的聯盟飛船將航天員送往國際空間站。載人龍的發射成功將使美國擺脫買毛子「船票」的尷尬處境。
2006年9月，SpaceX獲得了兩項NASA商業軌道運輸服務合同。 這個價值2.78億美元的合同是用「獵鷹9」運載火箭將7噸的 「龍」 飛船發射入軌，向國際空間站（ISS）運送3.1噸貨物並將空間站貨物運回地球。計劃在2008年底開始，合同將由三次發射完成，平均每次發射預計花費9千萬。對馬斯克而言，有了這筆錢「獵鷹」系列火箭的研發進度將大大加快，現如今火箭開發沒有技術障礙，只有融資的困難。對於NASA來說，這是一筆很划算的生意，同時也是對太空梭退役後美國航天的中長期布局。之後（2008年）NASA又和SpaceX簽訂了固定價格合同，授予SpaceX公司16億美元的合同，購買12次貨運發射。相比而言，美國當時壟斷大中型載荷發射市場的聯合發射聯盟(ULA)，4次發射報價17.4億美元，平均每次發射4.35億美元。歐洲的阿里安公司和美俄聯合的國際發射服務公司的報價也不低，而且他們在海射公司申請破產保護都不約而同的提高了發射費用。
2006年期間，遭遇挫敗的馬斯克更換了「獵鷹」發動機，新一代的「獵鷹」採用再生冷卻推力室的「梅林-1C」發動機。2007年2月初，SpaceX公司更新了網站，修改了「梅林」和「獵鷹」的設計信息。 「獵鷹 9」 使用了9台「梅林-1C」發動機，與之前宣布的「梅林-1B」發動機相比，推力增加了約20％。
在2007年5月發布修改後的「有效載荷用戶指南」時，「獵鷹 5」完全從公司的目錄中消失。 「獵鷹9」 和「獵鷹9S9」（現稱為獵鷹9重型）的有效載荷比以前的規格增長了10％以上。此時正值第二枚「獵鷹1」失敗，在公司努力從小獵鷹身上學到更多經驗的同時，也開始進行「獵鷹9」的開發和製造，馬斯克的魄力和勇氣令人嘆服。
卡角，你好
2007年4月，SpaceX租用了卡納維拉爾角40號太空發射綜合體（SLC-40），為Falcon 9發射五年。
40號發射複合體(SLC-40)是美國建於佛羅里達州梅里特島的一個發射場。在1965年至2005年間，美國空軍使用它發射大力神3號和4號火箭。該發射場首次使用是大力神3C的首飛(1965年6月18日)，搭載和兩個變軌級上面級以測試火箭性能。此後SLC-40發射場承擔了兩次星際探測器發射。2007年末至2008年初SpaceX租用後，逐步拆除發射塔，2008年4月27日，移動服務體(MSS)也通過爆破拆除。
2008年4月27日，曾經被稱為世界上最大的移動物體的巨型「大力神IV」火箭移動式服務塔被爆破，並被拆除。發射塔主要用來為發射台上的火箭通過臍帶進行燃料加註的補充，提供和地面的有線通信介面，以及進行物理約束。同時也提供人員登上的路徑，以便在發射台上為火箭做最後的檢測或者送上航天員。
大力神4運載火箭採用了美國人常用的火箭發射方式：在一個垂直裝配大樓里預先將火箭裝配成豎起的形式，然後通過火車軌道或者專用的運輸車垂直運輸到發射台上（或者乾脆讓垂直裝配大樓變成移動式的）。如此一來，發射架只需要提供最基礎的服務就可以了。對於美國來說，火箭發射架具有這些功能就足夠了。因此可以設計得很簡單。有的時候簡單得只是一根杆子。
火箭發射平台地基和導流槽都是專門設計和加固的，完全能夠承受「獵鷹9」的推力，該部分得以沿用。避雷塔更無拆除必要。所以40號發射複合體改造過程是「刪繁就簡」。
「獵鷹9」採用了類似毛子的「水平裝配+起豎」發射方式。採用這種方式的好處是成本比使用垂直裝配大樓要低很多，而且節省時間，甚至可以同時在一個廠房裡裝配兩隻火箭（蘇聯時期，發射聯盟飛船時經常會同時裝配兩隻火箭在兩個發射台上。一隻作為正樣另一隻作為備份。若是正樣發射時出現事故，備份只要2、3天的準備就可以再次發射）。若需要高頻率發射火箭的話，水平裝配無論時間成本還是經濟成本都會低很多。所以獵鷹火箭從設計到發射都貫徹了省錢、省時的理念。
2007年10月，SpaceX從埃爾塞貢多搬到了位於加利福尼亞州霍索恩市的一座面積達51000平方米的大型工廠內。這個工廠曾被用來生產波音747的機身。此時的SpaceX計劃在現場已經僱用達500人。
點火試車
芯一級的「梅林 1C」發動機正在進行點火測試，
2007年11月12日，SpaceX宣布完成了「梅林 1C」發動機的開發，在得克薩斯州麥克格雷戈進行了170秒的點火測試。 發動機測試程序包括總共3000秒的125次點火試車。 第一台「梅林 1C」在海平面能夠產生43噸的推力，在真空中能產生49噸的推力。SpaceX於2007年中期向麥克格雷戈交付了用於測試的「獵鷹9」 一級火箭。 8月份，一級火箭豎立在巨大的試驗台上。 2007年11月，首次使用一台「梅林 1C」發動機進行了第一次「獵鷹 9」 點火試驗。 接下來是2008年1月的兩台發動機測試和2008年3月初的三台發動機測試。2008年5月下旬進行了5台發動機測試。2008年6月31日進行了9台發動機測試， 總推力385.5噸。
2008年1月28日在麥克格雷戈進行的雙發「梅林 1C」點火測試。雙發點火標誌著安裝9台發動機的「獵鷹9」火箭的研發有了突破性進展。這讓馬斯克信心滿滿：「這是我們首次在同一個平台上同時點火測試兩台發動機。 從去年11月份的單發測試來看，沒有出現明顯的問題，這意味著我們將能夠迅速升級到全部9個梅林發動機同時點火 」。
9台發動機的聯合測試相當順利，「獵鷹9」從成形到服役速度之快令人咋舌，這得益於一馬平川的發動機測試過程。
2008年11月23日，SpaceX在麥格雷戈進行了9台「梅林 1C」發動機首次全時段測試。發動機群產生了共約387.8噸的推力，點火178秒燃燒近227噸推進劑。在160秒後九台梅林發動機中的兩台按計劃關閉，用以模擬飛行中發動機關機。也就是這一年，「獵鷹1」首次發射成功。這一年還有件大事，12月23日，SpaceX公司贏得了16億美元的商業服務（CRS）合同，將NASA的貨物運往國際空間站。 該合同涵蓋了計劃在2010年至2016年期間的12個飛行任務。SpaceX將使用其龍飛船執行貨運補給任務。
一級火箭的結構測試也在有條不紊地快速展開。上圖為正在德克薩斯進行結構測試的一級火箭和級間段。左邊就是08年11月進行9台發動機測試的平台。
二級火箭安裝的「梅林」發動機在2009年設計並完成測試，被稱為「真空版梅林」。它是「梅林 1C」的改進版（與一級火箭上的「梅林 1C」能夠實現零部件通用），以使在背壓為零的真空環境中達到最佳推進效率。
2008年末時，SpaceX第一枚獵鷹9火箭運往40號發射複合體，與此同時，運至的發射架和火箭起豎用的液壓設備也進行了組裝。推進段（2008年11月23日進行的全時段動力點火測試）也運達發射場，並與獵鷹9的一級火箭對接。對接後的獵鷹9火箭將在2009年進行簡體結構及模擬發射測試
SpaceX並沒有就二級火箭設計專門的發動機（如氫氧機），儘管設計新的二級火箭發動機能獲得更大比沖和推力，但是卻更耗時更燒錢。
2009年11月，二級火箭在麥格雷戈一個較小的測試台中完成40秒的測試。 2010年1月2日進行了全時段點火測試，真空版梅林發動機產生了41.96噸的推力，持續329秒。2010年1月29日二級火箭運抵卡角，在改造後的SLC 40發射複合體上與一級火箭對接。
2009年和2010年初，第一枚「獵鷹 9」火箭在麥格雷戈進行了驗收測試。兩級火箭的結構驗收測試於2009年10月5日完成。一級火箭在10月12日開始進行了10秒的點火試驗，10月16日進行了30秒的點火試驗。 2009年11月，一級火箭被運往卡納維拉爾角。
獵鷹 9的第一級發動機集群在點火時產生近400噸的推力。 梅林發動機是美國在過去幾十年中唯一設計的液體火箭發動機之一，更是迄今為止性能最好的燃氣發生器循環液氧煤油發動機之一，超過了波音的「德爾塔2」和洛克希德·馬丁公司的「宇宙神2」火箭主發動機，並與土星5 F-1發動機相媲美。這是2009年10月SpaceX，功地進行獵鷹9一級火箭兩次靜態點火測試。
2010年2月，卡角40號發射複合體，SpaceX組裝了第一枚「獵鷹9」。火箭在2月20日進行了綜合系統測試，然後進行了整體系統測試。星箭測試，火箭與地面服務系統聯合測試陸續完成後，2月26日，火箭加註了推進劑。
加註推進劑後的「獵鷹」進行了地面全功率點火試驗，9台發動機達到了最大推力。此次演練發現並排出了發射序列器的問題。經過近十年的磨礪，SpaceX駕馭火箭故障的能力已經很成熟了。
2010年6月4日獵鷹9號1.0型終於亮相首次發射，成功將自家的「龍」驗證飛船帶入軌道，雖然箭體在發射時發生了旋轉，所幸並未影響發射過程。獵鷹9號首次發射便取得成功讓SpaceX信心大增，也使得可回收版獵鷹9號的上馬速度加快了。
圖為獵鷹1，攜帶載人飛船和貨運飛船的「獵鷹9 V1.0」以及升級版的「獵鷹9V1.1」。
下期，將介紹獵鷹9 V1.1的回收之路
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