SpaceX ha financiado de forma privada el desarrollo de sistemas de lanzamiento orbital que pueden reutilizarse muchas veces, de forma similar a la reutilización de los aviones. SpaceX ha desarrollado tecnologías desde la década de 2010 para facilitar la reutilización completa y rápida de vehículos de lanzamiento espacial. Los objetivos a largo plazo del proyecto incluyen devolver la primera etapa de un vehículo de lanzamiento al lugar de lanzamiento en cuestión de minutos y devolver una segunda etapa a la plataforma de lanzamiento, tras la realineación orbital con el lugar de lanzamiento y la reentrada atmosférica en un máximo de 24 horas. El objetivo a largo plazo de SpaceX habría sido la reutilización de ambas etapas de su vehículo de lanzamiento orbital, y la primera etapa se diseñaría para permitir la reutilización unas horas después del retorno.Simberg, Rand ( 8/02/2012). "Elon Musk on SpaceX's Reusable Rocket Plans". Popular Mechanics. Archivado del original 6/10/2014. Consultado 7/10/2012. El desarrollo de segundas etapas reutilizables para el Falcon 9 se abandonó posteriormente en favor del desarrollo de Starship."SpaceX Not Planning to Upgrade Falcon 9 Second Stage". 17/11/ 2018. Archivado del original 23/08/2019. Consultado 23/08/2019. Sin embargo, SpaceX siguió desarrollando carenados de carga útil reutilizables para el Falcon 9.Henry, Caleb (30/03/2017). "SpaceX demonstrates reusability". SpaceNews. Archivado del original Mayo 19, 2019. Consultado 13, 2017.
El programa se anunció en 2011. SpaceX logró por primera vez un aterrizaje exitoso y la recuperación de una primera etapa en diciembre de 2015. El primer reflyight de una primera etapa aterrizada se produjo en marzo de 2017y el segundo en junio de 2017, ese solo cinco meses después del vuelo inaugural del propulsor.de Selding, Peter B. (Junio 26, 2017). "SpaceX cuts flight-to-reflight time for Falcon 9 first stage". Space Intel Report. Archivado del original 9/11/2019. Consultado Junio 27, 2017.El tercer intento se produjo en octubre de 2017 con la misión SES-11/EchoStar-105. A partir de entonces, los vuelos de reposición de primeras etapas renovadas se convirtieron en rutinarios. En mayo de 2021, el B1051 se convirtió en el primer cohete en lanzar diez misiones.Sesnic, Trevor; Fletcher, Colin; Kanayama, Lee (Mayo 8, 2021). "SpaceX flies historic 10th mission of a Falcon 9 as Starlink constellation expands". NASASpaceFlight.com. Archivado del original Mayo 16, 2021. Consultado Mayo 19, 2021.
La tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se desarrolló inicialmente para la primera etapa del Falcon 9.Foust, Jeff ( 25/10/ 2014). "Next Falcon 9 Launch Could See First-stage Platform Landing". SpaceNews. Archivado del original 25/10/2014. Consultado 25/10/2014. Tras la separación de la etapa, el propulsor da la vuelta (un quemado de retroceso opcional invierte su curso), un quemado de reentrada reduce la velocidad inducida por la gravedad para evitar el sobrecalentamiento de la etapa a medida que la nave espacial vuelve a entrar en la parte más densa de la atmósfera, y un quemado de aterrizaje logra la desaceleración final a baja altitud y el aterrizaje.
SpaceX planeó desde al menos 2014 desarrollar segundas etapas reutilizables, un problema de ingeniería más desafiante porque el vehículo viaja a velocidad orbital.Bergin, Chris (27/09/2016). "SpaceX reveals ITS Mars game changer via colonization plan". NASASpaceFlight.com. Archivado del original Julio 13, 2019. Consultado 16/10/2016.Belluscio, Alejandro G. (Marzo 7, 2014). "SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power". NASAspaceflight.com. Archivado del original 11/09/2015. Consultado Abril 3, 2014.La reutilización de la segunda etapa se considera vital para los planes de Elon Musk de asentarse en Marte. Los conceptos iniciales para una segunda etapa reutilizable del Falcon 9 se abandonaron en 2018.
A partir de 2023, SpaceX está desarrollando el sistema Starship para que sea un vehículo de lanzamiento de dos etapas totalmente reutilizable, destinado a sustituir a todos sus demás vehículos de lanzamiento y naves espaciales para el envío de satélites y el transporte de personas -Falcon 9, Falcon Heavy y Dragon- y, con el tiempo, apoyar los vuelos a la Luna y Marte. En teoría, podría utilizarse para el transporte de punto a punto en la Tierra.Musk, Elon (Marzo 1, 2018). "Making Life Multi-Planetary". New Space. 6 (1): 2–11. Bibcode:2018NewSp...6....2M. doi:10.1089/space.2018.29013.emu.
Historia SpaceX intentó aterrizar la primera etapa del Falcon 1 con paracaídas, pero la etapa no sobrevivió a la reentrada en la atmósfera. Siguieron experimentando sin éxito con paracaídas en los primeros vuelos del Falcon 9 después de 2010. Posteriormente, SpaceX pasó a desarrollar un sistema de aterrizaje motorizado.Graham, William (Marzo 30, 2017). "SpaceX conducts historic Falcon 9 re-flight with SES-10 – Lands booster again". NASASpaceFlight.com. Archivado del original Mayo 17, 2017. Consultado Mayo 27, 2017. 'The earliest Falcon 9 launches carried parachutes which were to have been used to recover the first stage. However, this was abandoned due to the stage disintegrating during reentry, before the parachutes could be deployed. Instead, SpaceX began to investigate using the stage's engines to make a powered descent and landing. Alongside this, an improved Falcon 9 vehicle, the Falcon 9 v1.1, was developed.' miniaturadeimagen|De izquierda a derecha, Falcon 1, Falcon 9 v1.0, tres versiones de Falcon 9 v1.1, tres versiones de Falcon 9 v1.2 (Full Thrust), tres versiones de Falcon 9 Block 5, Falcon Heavy, tres versiones de Falcon Heavy Block 5 y Starship Block 1. La tecnología de cohetes reutilizables de SpaceX se está desarrollando para Falcon 9 v1.2, Falcon Heavy y Starship. En septiembre de 2011 se esbozó una descripción del sistema de lanzamiento reutilizable. SpaceX dijo que intentaría desarrollar el descenso motorizado y la recuperación de las dos etapas del Falcon 9, un cohete de despegue y aterrizaje vertical (VTVL). La empresa produjo un vídeo animado de la primera etapa regresando con la cola por delante para un descenso propulsado y la segunda etapa con un escudo térmico, reentrando con la cabeza por delante antes de girar para un descenso propulsado.SpaceX Chief Details Reusable Rocket. Washington Post. 29/09/2011. Consultado Abril 9, 2016 – via Associated Press.Wall, Mike ( 30/09/2011). "SpaceX Unveils Plan for World's First Fully Reusable Rocket". Space.com. Archivado del original 10/10/2011. Consultado 11/10/2011."Falcon 9 Return to Launch Site". SpaceX.com. Archivado del original (video) 11/10/2011.Mark Hamrick, Elon Musk (29/09/2011). National Press Club: The Future of Human Spaceflight. NPC video repository (video). National Press Club. @18:15 "It is a very tough engineering problem—and it wasn't something that I thought, wasn't sure it could be solved for a while. But then, just relatively recently, in the last 12 months or so, I've come to the conclusion that it can be solved. And SpaceX is going to try to do it. Now, we could fail. I am not saying we are certain of success here, but we are going to try to do it. And we have a design that, on paper, doing the calculations, doing the simulations, it does work. Now we need to make sure that those simulations and reality agree, because generally when they don't, reality wins. So that's to be determined."En septiembre de 2012, SpaceX comenzó las pruebas de vuelo de un prototipo de primera etapa reutilizable con el cohete suborbital Grasshopper.Boyle, Alan (24/12/2012). "SpaceX launches its Grasshopper rocket on 12-story-high hop in Texas". NBC News / Cosmic Log. Archivado del original Marzo 3, 2016. Consultado 25/12/2012.Esas pruebas continuaron en 2014, incluidas las pruebas de un segundo vehículo prototipo más grande, el F9R Dev1.
La noticia del cohete de pruebas Grasshopper se había hecho pública unos días antes, cuando la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos publicó un borrador de Evaluación de Impacto Ambiental para el Centro de Pruebas de SpaceX en Texas, y los medios espaciales se habían hecho eco de ello."Draft Environmental Assessment for Issuing an Experimental Permit to SpaceX for Operation of the Grasshopper Vehicle at the McGregor Test Site, Texas" (PDF). Federal Aviation Administration. 22/09/2011. Archivado (PDF) del original 12/01/2013. Consultado 21/11/2013.Mohney, Doug ( 26/09/2011). "SpaceX Plans to Test Reusable Suborbital VTVL Rocket in Texas". Satellite Spotlight. Archivado del original 4/08/2016. Consultado 21/11/2013.En mayo de 2012, SpaceX obtuvo un conjunto de datos de pruebas atmosféricas para la recuperación de la primera etapa del Falcon 9 basados en 176 pruebas realizadas en las instalaciones de pruebas del túnel de viento del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. El trabajo fue contratado por SpaceX en virtud de un acuerdo reembolsable de la Ley Espacial con la NASA."NASA Finishes Wind-tunnel Testing of Falcon 9 1st Stage". Space News. Mayo 28, 2012. Consultado Junio 26, 2012.
En 2012, se proyectó que la separación de la primera etapa de un cohete Falcon 9 reutilizable se produciría a una velocidad de aproximadamente Mach 6 (4.600 mph; 2,0 km/s) en lugar de Mach 10 (7.600 mph; 3,4 km/s) para un Falcon 9 desechable, para proporcionar el combustible residual necesario para la maniobra de desaceleración y giro y el descenso y aterrizaje controlados.
En noviembre de 2012, el CEO Elon Musk anunció planes para construir un segundo sistema de cohetes reutilizables, mucho más grande, propulsado por LOX/metano en lugar del LOX/RP-1 utilizado en Falcon 9 y Falcon Heavy. El nuevo sistema iba a ser "una evolución del propulsor Falcon 9 de SpaceX", y SpaceX reiteró su compromiso de desarrollar un gran avance en la tecnología de aterrizaje vertical.Coppinger, Rod ( 23/11/2012). "Huge Mars Colony Eyed by SpaceX Founder Elon Musk". Space.com. Archivado del original 28/09/2013. Consultado 25/11/2012. much bigger [than Falcon 9], but I don't think we're quite ready to state the payload. We'll speak about that next year.A finales de 2012, el vehículo de pruebas de demostración, Grasshopper, había realizado tres vuelos de prueba VTVL, incluido un vuelo estacionario de 29 segundos a 40 metros de altura el 17 de diciembre de 2012.A principios de marzo de 2013, SpaceX probó con éxito Grasshopper por cuarta vez, cuando voló a una altitud de más de 80 metros.Foust, Jeff (Marzo 9, 2013). "More on Grasshopper's "Johnny Cash hover slam" test". NewSpace Journal. Archivado del original Mayo 15, 2013. Consultado Mayo 2, 2013.