Falcon Heavy est un lanceur spatial lourd à super lourd partiellement réutilisable développé et opéré par la société américaine SpaceX avec une capacité de 63,8 tonnes en orbite basse (LEO) ou de 26,7 tonnes en orbite de transfert géostationnaire (GTO) en version consommable. Développé sur fond propre, il est le lanceur le plus puissant en service dans le monde de son entrée en service en 2018 jusqu'à celle du Space Launch System (SLS) en 2022, et a effectué une douzaine de lancements. Tout comme Falcon 9 dont il est issu, ses trois premiers étages sont capables de revenir se poser et d'être réutilisés au prix d'une diminution de la charge utile.
Falcon Heavy est imaginée dès 2005 comme l'évolution naturelle de Falcon 9 alors à l'étude, sur le modèle des lanceurs Delta IV et Delta IV Heavy de Boeing, afin de viser le marché des satellites en orbite géostationnaire (GEO). Le développement est officialisé en 2011 mais rencontre des difficultés importantes, les performances augmentent au gré de celles de la Falcon 9, puis en 2015 le transfert d'ergols entre les étages pendant le vol, qui constituait une innovation majeure, est abandonné. Falcon Heavy n'utilise qu'un seul pas de tir, le LC-39A du Centre spatial Kennedy en Floride, d'où le vol inaugural a finalement lieu avec cinq ans de retard en 2018.
Impressionnant succès technique, Falcon Heavy est cependant un échec commercial. Grâce à ses gains de performances Falcon 9 peut déjà satisfaire la plupart des lancements de satellites de télécommunications en GTO, un marché qui s'est contracté au profit des constellations d'internet par satellites. De plus la petite taille de la coiffe et les limites structurelles de l'adaptateur ne permettent pas d'utiliser ses performances théoriques en LEO. En revanche la NASA y a recours pour des missions profitant de ses performances en orbite héliocentrique (Psyche, Europa Clipper, Roman, DragonFly), quand l'armée américaine l'intègre à ses commandes (NSSL).
Haut de 70 mètres et large de 11,6 mètres, Falcon Heavy combine un premier étage central renforcé avec deux premiers étages de Falcon 9 comme propulseurs d'appoint, chacun de 3,7 mètres de diamètre et équipé de 9 moteurs Merlin 1D avec un deuxième étage équipé d'un seul, brûlant de l'oxygène liquide et du kérosène RP-1, avec au décollage une masse de 1 420 tonnes pour 2 320 tonnes de poussée. Les trois premiers étages peuvent revenir se poser à l'aide de panneaux cellulaires, la poussée vectorielle des moteurs, et des trains d'atterrissages extensibles. Les deux demi-coiffes amerrissent sous parachutes et sont également récupérées et réutilisées.
Premier lanceur spatial super-lourd mis au point par une entreprise privée, Falcon Heavy alimente les critiques contre le lanceur SLS de la NASA, plus puissant mais qui connaît retards et dérapages budgétaires. Le fondateur de SpaceX Elon Musk envisage un temps de l'utiliser pour ses projets martiens (Red Dragon) et des vols circumlunaires touristiques, mais l'écarte en 2017 au profit du Starship.
Au milieu des années 2000, la société SpaceX, qui développe son lanceur Falcon 9 (premier vol en 2010), annonce qu'elle réalisera une version lourde de cette fusée en accolant deux premiers étages supplémentaires, reprenant l'architecture de la Delta IV Heavy. Cette version a pour vocation de venir concurrencer les lanceurs lourds de l'époque sur le marché des satellites de télécommunications à placer en orbite géostationnaire. La Falcon Heavy doit être opérationnelle deux ans après le premier vol de la Falcon 9. En 2006, SpaceX annonce que le lanceur pourra placer 24,75 tonnes en orbite basse pour un coût de 78 millions de dollars. La charge utile est réévaluée en 2007 (28 tonnes) et 2010 où elle atteint 32 tonnes pour un coût de 95 millions de dollars. Le développement de la Falcon 9 V1.1 finalisé en 2011 et beaucoup plus puissante a des répercussions directes sur les dimensions et les performances de la version Heavy qui s'accroissent encore. En 2013, SpaceX annonce un premier vol en 2013 à partir de la base de lancement de Vandenberg en Californie. À la suite de la reprise par SpaceX du complexe de lancement 39A du centre spatial Kennedy (Floride), SpaceX annonce que son nouveau lanceur décollera depuis cette base. En 2015, les performances sont encore revues à la hausse avec une masse en orbite basse de 53 tonnes et en orbite géostationnaire de 21,2 tonnes. Ces performances sont encore revues en 2016 et en 2017: le constructeur affiche sur son site une masse en orbite basse de 63,8 tonnes, et en orbite géostationnaire de 26,7 tonnes.
La date du premier vol est reportée à plusieurs reprises, notamment à cause des difficultés techniques qui n'avaient pas été anticipées par les responsables du projet. Finalement, en 2016, un premier vol est annoncé courant 2017, puis repoussé fin 2017 à la suite de l'explosion de la Falcon 9 en septembre 2016. Les hypothèses de travail basées sur la fusée Falcon 9 ont sous-estimé les changements dans l'aérodynamique et les charges imposées à la structure. Le passage à Max Q ne s'effectue plus au même moment. La transition du subsonique au transsonique est modifiée de manière importante par la présence de 27 moteurs-fusées exerçant simultanément une poussée. Ceux-ci triplent les vibrations et les répercussions acoustiques. Pour traiter ces problèmes il a fallu renforcer de manière importante l'étage central. Le développement du système de séparation des étages d'appoint a été particulièrement difficile. Enfin, la mise à feu initiale des 27 moteurs-fusées a nécessité la mise au point d'une procédure d'allumage spécifique : les moteurs-fusées seront allumés deux par deux avec un petit intervalle de temps pour permettre l'arrêt des opérations de lancement en cas de détection d'un problème sur la propulsion.
Le 9 mai 2017, le premier étage central renforcé fait l'objet d'un tir statique sur le banc d'essai dont dispose SpaceX à McGregor au Texas. Il est transféré par la suite à Cape Canaveral où il est accouplé à deux étages Falcon 9 récupéré après un premier vol. L'un de ces deux étages a placé en orbite le satellite Thaicom 9 le 8 mai 2016 et a été testé en avril 2017 sur le banc d'essais après remise en condition opérationnelle. Bien que crucial, aucun test d'un premier étage complet ne peut être réalisé sur les bancs d'essais existants, du fait des dimensions particulières du nouveau lanceur. SpaceX a décidé de faire ces tests sur le pas de tir SLC-39A utilisé pour le premier vol.
En février 2021, la NASA annonce avoir retenu la Falcon Heavy pour lancer les deux premiers modules de la station spatiale lunaire (LOPG) dont le lancement est prévu pour 2024. En juillet 2021, la NASA attribue un contrat de 178 millions de dollars à SpaceX pour une mission vers Europe, l’une des lunes de Jupiter.
La date du premier vol est conditionnée par la fin des travaux de remise en état du pas de tir SLC-40 utilisé par SpaceX sur la base de lancement de Cape Canaveral rasé lors de l'explosion d'une Falcon 9 le 1er septembre 2016. Ces travaux, qui devaient s'achever fin août 2017 doivent permettre de redémarrer les lancements depuis ce pas de tir et de libérer l'ensemble de lancement SLC-39A pour la première campagne de tir de la Falcon Heavy. Après avoir été reporté plusieurs fois, le premier essai de mise à feu statique est planifié en janvier 2018, ce qui entraine le report du vol inaugural. La mise à feu statique consiste à allumer tous les moteurs pendant plusieurs secondes, en retenant le lanceur au sol, afin de vérifier que ce dernier se comporte de manière normale. Le 24 janvier 2018, la mise à feu statique a lieu avec succès. Pour ce vol inaugural, les deux propulseurs d'appoint utilisés sont deux anciens premiers étages de fusée Falcon 9 ayant chacun été utilisé et récupéré une fois.
Le décollage a lieu le 6 février 2018 à 15 h 46 heure locale (20 h 46 UTC). Les 27 moteurs-fusées Merlin sont mis à feu et exercent une poussée de 22 800 kN (2 326 tonnes) qui accélère progressivement la fusée de 1 420 tonnes. Comme prévu, les deux propulseurs d'appoint, après séparation du reste de la fusée à une altitude de 60 km et alors que leur vitesse a atteint 6 900 km/h, effectuent les manœuvres de freinage puis de réorientation pour revenir se poser sur leur plate-forme respective à Cape Canaveral 8 minutes et 20 secondes après leur décollage. Le premier étage central doit effectuer la même manœuvre mais celle-ci est entamée à une altitude 90 km et à une vitesse de 9 500 km/h ce qui la rend nettement plus difficile. Sa récupération doit se faire sur une barge autonome dans l'océan Atlantique à 350 kilomètres au large de la côte de Floride. La manœuvre échoue ; l'étage sombre dans l'Océan Atlantique à une centaine de mètres de la barge en percutant la surface de l'océan à une vitesse de 480 km/h. Deux des trois moteurs-fusées qui devaient fonctionner brièvement une dernière fois avant l'atterrissage pour annuler la vitesse restante n'ont pu être rallumés faute de disposer des produits hypergoliques (triéthylaluminium et triéthylborane) utilisés à cet effet. Ceux-ci avaient été complètement consommés au cours des allumages précédents.