El vehículo de lanzamiento Starship tiene dos etapas: el propulsor Super Heavy y la nave espacial Starship . Ambas etapas están equipadas con motores Raptor , que queman metano líquido y oxígeno líquido . Su estructura principal está fabricada en acero inoxidable . Después de impulsar la nave espacial, el propulsor Super Heavy utiliza sus motores para reducir la velocidad antes de ser atrapado por un par de brazos mecánicos conectados a la torre de lanzamiento. Una vez en órbita y completando la misión, la nave espacial Starship vuelve a entrar en la atmósfera y aterriza propulsivamente. Las variantes lunar y de depósito no necesitan volver a entrar en la atmósfera y, por tanto, no tienen un sistema de protección térmica . Después de una maniobra de "caída del vientre", donde la nave espacial gira de una orientación horizontal a una vertical, la nave espacial aterriza mediante potencia de empuje.
Cuando está apilado y lleno de combustible, Starship tiene una masa de aproximadamente 5.000 t (11.000.000 lb), [c] un diámetro de 9 m (30 pies) [5] y una altura de 121,3 m (398 pies). [6] El cohete ha sido diseñado con el objetivo de ser totalmente reutilizable para reducir los costos de lanzamiento; [7] consta del propulsor de primera etapa Super Heavy y la nave espacial Starship [8] que están propulsadas por motores Raptor y Raptor Vacuum . [9] Los cuerpos de ambas etapas del cohete están hechos de acero inoxidable [10] y se fabrican apilando y soldando cilindros de acero inoxidable. [11] Estos cilindros tienen un diámetro de 9 m (30 pies), una altura de 1,8 m (5 pies 11 pulgadas), un espesor de 4 mm (0,16 pulgadas) y una masa de 1.600 kg (4.000 libras) cada uno. [11] Las cúpulas dentro de la nave espacial separan los tanques de metano y oxígeno. [11] SpaceX ha declarado que Starship, en su "diseño reutilizable básico", tendrá una capacidad de carga útil de 100 a 150 t (220 000 a 331 000 lb) en órbita terrestre baja y 27 t (60 000 lb) en órbita de transferencia geoestacionaria . [12] [13]
Refuerzo súper pesado
El propulsor de la primera etapa, llamado Super Heavy, mide 71 m (233 pies) de alto y 9 m (30 pies) de ancho. [5] Contiene 33 motores Raptor dispuestos en tres anillos concéntricos. [14] El anillo más externo de 20 motores tiene la configuración "Raptor Boost", que carece de actuadores de cardán para ahorrar peso y costo. [15] A máxima potencia, todos los motores combinados producen 74.400 kN (16.700.000 lb f ) de empuje. [dieciséis]
Los tanques del propulsor pueden contener 3.400 t (7.500.000 lb) de propulsor, que consisten en 2.650 t (5.840.000 lb) de oxígeno líquido y 750 t (1.650.000 lb) de metano líquido. [d] [17] En 2021, Elon Musk dijo que el diseño final tendrá una masa seca de entre 160 t (350 000 lb) y 200 t (440 000 lb), y los tanques pesarán 80 t (180 000 lb) y la etapa intermedia 20 t. (44.000 libras). [2]
El propulsor utiliza cuatro aletas de rejilla accionadas eléctricamente para el control, cada una con una masa de 3 t (6600 lb). [2] El propulsor se levanta desde puntos duros que sobresalen , que se encuentran entre las aletas de la rejilla. [18] Por encima de las aletas de la rejilla se encuentra la etapa intermedia ventilada, que se utiliza para la puesta en escena en caliente ; [19] un tipo de puesta en marcha de cohetes en la que la etapa superior enciende sus motores antes de separarse de la primera etapa en lugar de después. [20]
Parte inferior del propulsor Super Heavy antes de la instalación del motor
Nave espacial
La nave espacial Starship mide 50,3 m (165 pies) de altura y 9 m (30 pies) de diámetro. Utiliza 6 motores Raptor , tres de los cuales están optimizados para su uso en vacío. [5] [21] Los motores producen 14.700 kN (3.300.000 lb f ) de empuje. [16] Está previsto que el compartimento de carga útil del vehículo mida 17 m (56 pies) de alto y 8 m (26 pies) de diámetro con un volumen interno de 1.000 m 3 (35.000 pies cúbicos); ligeramente más grande que el volumen presurizado de la ISS . [22] Starship tiene una capacidad total de propulsor de 1.200 t (2.600.000 lb) [4] en sus tanques principales y tanques colectores. [23] Según Elon Musk en 2019, los tanques de cabecera están mejor aislados debido a su posición y están reservados para su uso para voltear y aterrizar la nave espacial después de la reentrada . [24] Un conjunto de propulsores de control de reacción , que utilizan la presión en el tanque de combustible, controlan la actitud mientras se está en el espacio. [25]
Diagrama de la estructura interna de Starship. En este diagrama no se muestran los flaps: los flaps de popa se colocan en la parte inferior (o a la izquierda en esta orientación) y los flaps delanteros se colocan en la parte superior (aquí, derecha) de la nave espacial.
La nave espacial tiene cuatro aletas de cuerpo para controlar la orientación de la nave espacial y ayudar a disipar la energía durante la entrada atmosférica , compuestas por dos aletas delanteras y dos aletas traseras. [26] Según SpaceX, los flaps reemplazan la necesidad de alas o plano de cola y reducen el combustible necesario para el aterrizaje. [27] : 1 Debajo de los flaps delanteros, se utilizan puntos de anclaje para levantar y sujetar la nave espacial mediante brazos mecánicos. [18] Las bisagras de la aleta están selladas en cubiertas aerodinámicas porque, de lo contrario, se dañarían fácilmente durante el reingreso. [2]
El escudo térmico de la nave estelar bajo inspección
El escudo térmico de Starship está compuesto por dieciocho mil [28] [29] baldosas negras hexagonales que pueden soportar temperaturas de 1.400 °C (2.600 °F). [30] [31] Está diseñado para proteger el vehículo durante la entrada a la atmósfera y para ser utilizado varias veces con un mantenimiento mínimo entre vuelos. [7] Las losetas a base de sílice [32] están unidas a Starship con pasadores [31] y tienen pequeños espacios entre ellas para permitir la expansión del calor . [2]
Starship Human Landing System (HLS) es una variante planificada de módulo de aterrizaje lunar tripulado del vehículo Starship que se modificaría para aterrizar, operar y despegar desde la superficie lunar. [34] Una representación CGI de SpaceX filtrada de 2021 presentaba patas de aterrizaje modificadas, un panel solar montado en el cuerpo , [35] un conjunto de propulsores montados en la mitad del cuerpo para ayudar con el aterrizaje y el despegue finales, [35] dos esclusas de aire , [34] y un ascensor para bajar a la tripulación y la carga a la superficie lunar. [36]
Está previsto que Starship pueda repostarse acoplándose con una nave espacial cisterna con propulsor Starship lanzada por separado en órbita. Hacerlo podría permitirle alcanzar objetivos de mayor energía, [e] como la órbita geosincrónica , la Luna y Marte. [37] Un depósito de propulsor podría almacenar metano y oxígeno en órbita, y Starship HLS podría utilizarlo para reponer sus tanques de combustible. [38] Cuando está completamente lleno de combustible, Starship HLS está diseñado para aterrizar 100 t (220.000 lb) de carga útil en la Luna. [39] [40] [41]
Musk dijo en 2021 que se necesitarían entre "cuatro y ocho" lanzamientos. [42] El mismo año, la Oficina de Responsabilidad Gubernamental dijo que SpaceX "requeriría 16 lanzamientos en total", [42] y en 2023, un funcionario de la NASA estimó que el número de lanzamientos de Starship necesarios para un aterrizaje lunar sería "alrededor de la adolescencia". ". [42] En 2024, el vicepresidente de operaciones de clientes de SpaceX estimó que el número de lanzamientos sería "alrededor de 10", aunque este número está sujeto a cambios. [43] Según se informa, estos lanzamientos tendrán que realizarse en una "sucesión rápida" para poder gestionar las limitaciones del cronograma y la ebullición del combustible criogénico. [42]
motor raptor
Motor Raptor 1 optimizado para el nivel del mar, mayo de 2020
Raptor es una familia de motores de cohetes desarrollados por SpaceX para su uso en vehículos Starship y Super Heavy . Quema oxígeno líquido y metano en un eficiente y complejo ciclo de energía de combustión por etapas de flujo completo . El motor Raptor utiliza metano como combustible en lugar de queroseno porque el metano proporciona un mayor rendimiento y evita la acumulación de depósitos de coquización en el motor . [44] [45] El metano también se puede producir a partir de dióxido de carbono y agua mediante la reacción de Sabatier . [46] Los motores están diseñados para ser reutilizados muchas veces con poco mantenimiento. [47]
Raptor opera con una relación de mezcla de oxígeno a metano de aproximadamente 3,6:1 , inferior a la relación de mezcla estequiométrica de 4:1 necesaria para una combustión completa, ya que operar a temperaturas más altas derretiría el motor. [2] Los propulsores abandonan los prequemadores y se inyectan en la cámara de combustión principal como gases calientes en lugar de gotas de líquido, lo que permite una mayor densidad de potencia a medida que los propulsores se mezclan rápidamente mediante difusión . [44] El metano y el oxígeno se encuentran a temperaturas y presiones suficientemente altas como para encenderse al contacto , eliminando la necesidad de encendedores en la cámara de combustión principal. [48] La estructura del motor en sí es principalmente de aluminio, cobre y acero; Las turbobombas y colectores del lado del oxidante sujetos a llamas corrosivas ricas en oxígeno están hechos de una superaleación SX500 similar a Inconel . [48] Algunos componentes están impresos en 3D . [49]
Al nivel del mar , el motor Raptor estándar produce 2,3 MN (520.000 lbf) con un impulso específico de 327 segundos (3,21 km/s) al nivel del mar y 350 segundos (3,4 km/s) en el vacío. [48] Raptor Vacuum , utilizado en la etapa superior de Starship, está modificado con una extensión de boquilla enfriada regenerativamente hecha de tubos de acero soldados, aumentando su relación de expansión a aproximadamente 90 y su impulso específico en el vacío a 380 segundos (3,7 km/s). [2] La cámara de combustión principal funciona a una presión de 350 bar (5100 psi), superior a la de cualquier motor de cohete operativo anterior. [44] El rango de cardan del Raptor es de 15°, más alto que los 12,5° del RS-25 y los 5° del Merlin (aunque la mayoría de los Raptor en Starship son incapaces de cardar). SpaceX ha declarado que su objetivo es lograr un costo de producción por unidad de 250.000 dólares estadounidenses al comenzar la producción en masa. [48]
Perfil de lanzamiento y aterrizaje planificado
Animación de la integración de Super Heavy al soporte de lanzamiento, mediante brazos mecánicos.
Está previsto que las cargas útiles se integren en Starship en una instalación separada y luego se desplieguen en el sitio de lanzamiento . [17] Super Heavy y Starship luego se apilarán en su soporte de lanzamiento y se cargarán con combustible a través del brazo de desconexión rápida de Starship (SQD) y del propulsor de desconexión rápida (BQD). [18] El SQD luego se retraería, los treinta y tres motores del Super Heavy se encenderían y el cohete despegaría. [18]
Una breve animación del aterrizaje de Super Heavy con brazos mecánicos. La velocidad de aterrizaje real es varias veces más lenta.
Aproximadamente 159 segundos después del lanzamiento [50] a una altitud de aproximadamente 64 km (40 millas), Super Heavy apaga todos menos tres de sus motores de cohetes cardán centrales. [51] : 58 Starship luego enciende sus motores mientras aún está conectado al propulsor y se separa. [20] Durante la puesta en marcha en caliente, el propulsor acelera sus motores. [20] Luego, el propulsor gira antes de encender diez motores adicionales para el encendido del propulsor. [52] Una vez que se completa el encendido del impulso, los motores del propulsor se apagan con Super Heavy en una trayectoria para un descenso controlado al sitio de lanzamiento usando sus aletas de rejilla para correcciones menores de rumbo. Después de seis minutos, poco antes del aterrizaje, [53] enciende sus motores para reducir la velocidad lo suficiente como para ser atrapado por dos brazos mecánicos unidos a la torre. [54]
Mientras tanto, la nave espacial Starship continúa acelerando a velocidad orbital con sus seis motores raptor. [55] Una vez en órbita, se planea que la nave espacial pueda ser reabastecida de combustible con otra variante del buque cisterna Starship. [56] Musk ha estimado que se necesitarían 8 lanzamientos para repostar completamente una nave espacial en órbita terrestre baja. [57] La NASA ha estimado que se necesitarían 16 lanzamientos en corta sucesión (debido a la ebullición criogénica del propulsor) para repostar parcialmente la Starship para un aterrizaje lunar. [42] Para aterrizar en cuerpos sin atmósfera, como la Luna, Starship encenderá sus motores para reducir la velocidad. [58] Para aterrizar en cuerpos con atmósfera como la Tierra y Marte, Starship primero desacelera ingresando a la atmósfera a través de un escudo térmico . [7] La nave espacial luego realizaría una maniobra de "caída del vientre" sumergiéndose nuevamente a través del cuerpo de la atmósfera en un ángulo de 60° con respecto al suelo, [59] controlando su caída usando cuatro aletas en los lados delantero y trasero de la nave espacial. [25] Poco antes del aterrizaje, los motores Raptor se encienden, [25] usando combustible de los tanques de cabecera, [24] y la nave espacial retoma la orientación vertical, con el cardán de los motores Raptor ayudando a maniobrar la nave. [25]
Si la segunda etapa de Starship aterriza en una plataforma, un elevador hidráulico móvil la trasladará a un vehículo transportador. Si aterriza en una plataforma flotante , será transportado en una barcaza hasta un puerto y luego transportado por carretera. El Starship recuperado se colocará en el soporte de lanzamiento para otro lanzamiento o se restaurará en una instalación de SpaceX . [17] : 22
Historia
Conceptos de diseño iniciales (2012-2019)
En noviembre de 2005, [60] antes de que SpaceX lanzara su primer cohete, el Falcon 1 , [61] el CEO Elon Musk mencionó por primera vez un concepto de cohete de alta capacidad capaz de lanzar 100 t (220 000 lb) a la órbita terrestre baja , denominado BFR . [60] Más tarde, en 2012, Elon Musk anunció públicamente por primera vez sus planes para desarrollar un cohete que supere las capacidades de su Falcon 9 existente . [62] SpaceX lo llamó Mars Colonial Transporter , ya que el cohete debía transportar humanos a Marte y regresar. [63] En 2016, el nombre se cambió a Sistema de Transporte Interplanetario , ya que se planeó que el cohete también viajara más allá de Marte. [64] El diseño requería una estructura de fibra de carbono , [65] una masa superior a 10.000 t (22.000.000 lb) cuando estaba completamente lleno de combustible, una carga útil de 300 t (660.000 lb) en la órbita terrestre baja y al mismo tiempo era completamente reutilizable. [65] En 2017, el concepto pasó a denominarse temporalmente BFR . [66]
En diciembre de 2018, el material estructural se cambió de compuestos de carbono [67] [65] a acero inoxidable, [68] [69], lo que marca la transición desde los primeros conceptos de diseño de Starship. [68] [59] [70] Musk citó numerosas razones para el cambio de diseño; bajo costo y facilidad de fabricación, mayor resistencia del acero inoxidable a temperaturas criogénicas , así como su capacidad para soportar altas temperaturas. [71] [59] En 2019, SpaceX comenzó a referirse a todo el vehículo como Starship, y la segunda etapa se llamó Starship y el propulsor Super Heavy . [72] [73] [74] También anunciaron que Starship usaría placas de escudo térmico reutilizables similares a las del transbordador espacial . [75] [76] El diseño de la segunda etapa también se había decidido por seis motores Raptor para 2019; tres optimizados para el nivel del mar y tres optimizados para vacío . [77] [78] En 2019, SpaceX anunció un cambio en el diseño de la segunda etapa, reduciendo el número de flaps de popa de tres a dos para reducir el peso. [79] En marzo de 2020, SpaceX publicó una Guía del usuario de Starship, en la que afirmaban que la carga útil de Starship a LEO excedería las 100 t (220 000 lb), con una carga útil a GTO de 21 t (46 000 lb). [12]
Pruebas de vuelo a baja altitud (2019-2021)
Saltamontes a SN6
Las primeras pruebas comenzaron con la construcción del primer prototipo en 2018, Starhopper , que realizó varios disparos estáticos y dos vuelos exitosos a baja altitud en 2019. [80] SpaceX comenzó a construir los primeros prototipos de etapa superior Starship Mk1 y Mk2 de tamaño completo. antes de 2019, en las instalaciones de SpaceX en Boca Chica , Texas , y Cocoa, Florida , respectivamente. [81] Ninguno de los prototipos voló: Mk1 fue destruido en noviembre de 2019 durante una prueba de presión y las instalaciones de Mk2 en Florida fueron deconstruidas a lo largo de 2020. [82] [32]
Después de los prototipos Mk, SpaceX comenzó a nombrar sus nuevos prototipos de etapa superior Starship con el prefijo "SN", abreviatura de " número de serie ". [83] Ningún prototipo entre SN1 y SN4 voló tampoco: SN1 y SN3 colapsaron durante las pruebas de estrés de presión, y SN4 explotó después de que se encendiera su quinto motor. [84]
En junio de 2020, SpaceX comenzó a construir una plataforma de lanzamiento para vuelos orbitales de Starship. [18] El primer prototipo con capacidad de vuelo, SN5 , era cilíndrico ya que no tenía flaps ni cono de morro: solo un motor Raptor, tanques de combustible y un simulador de masa . [85] El 5 de agosto de 2020, SN5 realizó un vuelo de 150 m (500 pies) de altura y aterrizó con éxito en una plataforma cercana. [86] El 3 de septiembre de 2020, el Starship SN6 de aspecto similar repitió el salto; [87] Más tarde ese mes, un motor Raptor Vacuum experimentó su primer encendido de duración completa en McGregor, Texas . [88]
SN8 a SN15
SN8 poco después del despegue, diciembre de 2020Animación por computadora que muestra una prueba de vuelo exitosa a gran altitud.
Starship SN8 fue el primer prototipo de etapa superior de tamaño completo, aunque carecía de escudo térmico. [89] Se sometió a cuatro pruebas preliminares de fuego estático entre octubre y noviembre de 2020. [84] El 9 de diciembre de 2020, SN8 voló, apagando lentamente sus tres motores uno por uno, y alcanzó una altitud de 12,5 km (7,8 millas). Después de que el SN8 volviera al suelo, sus motores se vieron obstaculizados por la baja presión del tanque de metano durante el intento de aterrizaje, lo que provocó un fuerte impacto con la plataforma de aterrizaje y la posterior explosión del vehículo. [25]
Debido a que SpaceX había violado su licencia de lanzamiento e ignorado las advertencias de un empeoramiento de los daños por ondas de choque , la Administración Federal de Aviación investigó el incidente durante dos meses. [90] Durante el lanzamiento del SN8, SpaceX ignoró las advertencias de la FAA de que el perfil de vuelo presentaba un riesgo de explosión. [90] [91] [92] El jefe de la división espacial de la FAA, Wayne Monteith, dijo que la violación de SpaceX era "inconsistente con una fuerte cultura de seguridad" y criticó a la compañía por proceder con el lanzamiento "basado en 'impresiones' y 'suposiciones', en lugar de controles procesales y afirmaciones positivas". [90]
El 2 de febrero de 2021, Starship SN9 se lanzó a 10 km (6,2 millas) en una trayectoria de vuelo similar a la del SN8. El prototipo se estrelló al aterrizar porque un motor no encendió correctamente. [93] Un mes después, el 3 de marzo, Starship SN10 se lanzó en la misma ruta de vuelo que SN9. [94] El vehículo aterrizó con fuerza y aplastó sus patas de aterrizaje, inclinándose hacia un lado. [95] Se vio un incendio en la base del vehículo y explotó menos de diez minutos después, [96] potencialmente debido a una ruptura del tanque de propulsor. [95] El 30 de marzo, Starship SN11 voló en una espesa niebla a lo largo de la misma trayectoria de vuelo. [97] El vehículo explotó durante el descenso, [97] posiblemente debido al exceso de propulsor en la turbobomba de metano de un Raptor. [98]
En marzo de 2021, la empresa hizo público un plan de construcción de dos plataformas de lanzamiento suborbitales , dos plataformas de lanzamiento orbitales, dos plataformas de aterrizaje, dos bancos de pruebas y un gran parque de tanques de propulsor. [99] La empresa pronto propuso convertir los alrededores de Boca Chica Village, Texas , en una ciudad empresarial llamada Starbase . [99] Los lugareños expresaron su preocupación por la autoridad, el poder y la posible amenaza de desalojo de SpaceX mediante expropiación . [100]
A principios de abril, los tanques de almacenamiento de combustible de la plataforma de lanzamiento orbital comenzaron a montarse. [18] Los prototipos de Starship SN12, SN13 y SN14 fueron descartados antes de su finalización; En su lugar, se seleccionó el SN15 para volar. [101] SN15 tenía mejor aviónica , estructura y motores mejorados. [96] El 5 de mayo de 2021, se lanzó el SN15, completó las mismas maniobras que los prototipos más antiguos y aterrizó de forma segura. [101] El SN15 tuvo un incendio en el área del motor después del aterrizaje, pero fue extinguido. [96] Según un informe posterior de SpaceX, SN15 experimentó varios problemas durante el aterrizaje, incluida la pérdida de presión del tanque y de un motor. [27] : 2
En julio de 2021, Super Heavy BN3 realizó su primer disparo estático de duración completa y encendió tres motores. [102] Por esta época, SpaceX cambió su esquema de nombres de "SN" a "Ship" para las naves Starship, [103] y de "BN" a "Booster" para los propulsores Super Heavy . [104] Un mes después, utilizando grúas , el Barco 20 se apiló encima del Booster 4 para formar el vehículo de lanzamiento completo por primera vez; El barco 20 también fue la primera nave en tener un escudo térmico de altura. [29] En octubre de 2021, se instalaron los brazos mecánicos de captura, también conocidos como "palillos chinos", en la torre de integración y se completó la construcción del primer parque de tanques. [18]
A principios de 2022, se vio por primera vez el motor Raptor 2 . [105] En junio de 2022, la Administración Federal de Aviación determinó que Starbase no necesitaba una evaluación de impacto ambiental completa , pero que SpaceX debe abordar más de 75 problemas identificados en la evaluación ambiental preliminar. [106] En julio, Booster 7 probó las turbobombas de oxígeno líquido en los treinta y tres motores Raptor, lo que provocó una explosión en la base del vehículo, que destruyó una tubería de presión y causó daños menores a la plataforma de lanzamiento. [107] A finales de noviembre, el Barco 24 había realizado fuegos de prueba estáticos con 2 y 6 motores completos, [108] : 20, mientras que el Booster 7 había realizado fuegos estáticos con 1, 3, 7, 14, 11 motores [109] [108] : 20 y finalmente el 9 de febrero de 2023, un incendio estático con 31 motores al 50% de aceleración. [110] En enero de 2023, toda la pila de Starship se sometió a un ensayo general completamente mojado . [111]
Después de un intento de lanzamiento cancelado el 17 de abril de 2023, [112] Booster 7 y Ship 24 despegaron el 20 de abril a las 13:33 UTC en la primera prueba de vuelo orbital. [113] Tres motores quedaron inutilizados durante la secuencia de lanzamiento y varios más fallaron durante el vuelo. [114] La nave espacial también perdió el control de vectorización de empuje de los motores Raptor más adelante en el vuelo, lo que provocó que el cohete girara fuera de control. [114] El vehículo alcanzó una altitud máxima de 24 millas (39 km). [115] Aproximadamente 3 minutos después del despegue, se activó el sistema autónomo de terminación de vuelo del cohete. El sistema no logró destruir el vehículo, que cayó durante otros 40 segundos antes de desintegrarse. [116] [117] [118] La primera prueba de vuelo lanzó grandes cantidades de arena y tierra al aire, alcanzando comunidades dentro de un radio de 10 km (6 millas). [119] [120] También se produjo un incendio forestal en un parque estatal cercano, que quemó 3,5 acres de parque estatal. [121]
Después del primer vuelo de prueba, SpaceX comenzó a trabajar en el soporte de lanzamiento para reparar el daño que sufrió durante la prueba y evitar problemas futuros. Se reforzaron los cimientos de la torre de lanzamiento y se construyó un deflector de llamas de acero bajo el soporte de lanzamiento. [122] El barco 25 fue trasladado al sitio de lanzamiento suborbital en mayo y se sometió a pruebas de encendido estático y de giro cebado antes del vuelo. [123] Luego, el Booster 9 fue llevado al sitio de lanzamiento para someterse a pruebas de prueba criogénica, cebados de giro y disparos estáticos de su conjunto de motores. [124]
En agosto, SpaceX presentó a la FAA las 63 acciones correctivas que debían tomar antes de que pudiera realizarse otro lanzamiento. [125] Tras el informe final de SpaceX, la FAA cerró la investigación el 8 de septiembre de 2023. [126] [127] Para el 31 de octubre de 2023, la FAA había concluido la parte de revisión de seguridad de la licencia de lanzamiento. [128]
El 18 de noviembre de 2023, el Booster 9 y el Ship 25 despegaron de la plataforma. [129] Los 33 motores continuaron funcionando hasta la puesta en escena, donde la segunda etapa se separó alejándose de la primera etapa utilizando una técnica de puesta en escena en caliente . [52] Después de la separación, el propulsor Super Heavy completó su maniobra de giro e inició la combustión de refuerzo antes de explotar después de múltiples fallas sucesivas del motor. [52] [130] [131] Tres minutos y medio de vuelo a una altitud de ~90 km sobre el Golfo de México, el bloqueo en un filtro de oxígeno líquido provocó que uno de los motores fallara de una manera que resultó en el destrucción del refuerzo. [132]
La segunda etapa continuó hasta alcanzar una altitud de ~149 kilómetros (93 millas), después de más de ocho minutos de vuelo; Antes de apagar el motor, la telemetría se perdió en la segunda etapa. [52] SpaceX dijo que un comando seguro basado en datos de rendimiento del vuelo activó el Sistema de Terminación de Vuelo y destruyó la segunda etapa, [52] antes de alcanzar su órbita planificada o intentar el reingreso. [133] Pareció volver a entrar a unos cientos de millas al norte de las Islas Vírgenes , según datos del radar meteorológico de la NOAA . [134]
SpaceX planeó su próximo lanzamiento de Starship, la prueba de vuelo integrada 3 de Starship, para el 14 de marzo de 2024, coincidiendo con el 22º aniversario de su fundación. [136] [137] IFT-3 se lanzó desde las instalaciones de SpaceX Starbase a lo largo de la costa del sur de Texas alrededor de las 8:25 CDT. Al igual que el IFT-2, los 33 motores del propulsor se encendieron y la separación de etapas fue exitosa. [138] B10 realizó una combustión de refuerzo , sin embargo, el aterrizaje planeado en el Golfo de México no tuvo éxito, ya que explotó a 462 metros sobre la superficie. [139]
La propia nave espacial Starship, después de alcanzar la velocidad espacial y orbital, realizó varias pruebas después de apagar el motor, incluido el inicio de una demostración de transferencia de propulsor y una prueba de dispensador de carga útil. [140] [141] Intentó volver a entrar en la atmósfera , [139] [142] y a una altitud de alrededor de 65 km, toda la telemetría del Barco 28 se detuvo, lo que indica una pérdida del vehículo. [143] Esta prueba de vuelo demostró una transferencia de propulsor criogénico, una tecnología necesaria para que Starship HLS salga de la órbita terrestre baja (LEO). El resultado de esta prueba está pendiente del análisis de datos. [144] [145]
Cuarta prueba de vuelo integrada
La cuarta prueba de vuelo integrada de la configuración completa de Starship está actualmente programada para mayo de 2024. [146] Los objetivos del vuelo son que el propulsor Super Heavy aterrice en una 'torre virtual' en el océano, posiblemente con un aterrizaje en torre real. que ocurra en IFT-5 en función del éxito y para que la nave sobreviva al reingreso atmosférico. [147]
Costo y financiación
SpaceX desarrolla el Starship principalmente con financiación privada . [148] [74] [1] El director financiero de SpaceX, Bret Johnsen, reveló ante el tribunal que SpaceX ha invertido más de $ 3 mil millones en las instalaciones Starbase y los sistemas Starship desde julio de 2014 hasta mayo de 2023. [1] Elon Musk declaró en abril de 2023 que Se espera que SpaceX gaste alrededor de 2 mil millones de dólares en el desarrollo de Starship en 2023. [149] [150]
Musk ha teorizado que el lanzamiento orbital de Starship podría eventualmente costarle a SpaceX solo $ 1 millón. [151] El director de investigación de Eurospace , Pierre Lionnet, declaró en 2022 que el precio de lanzamiento de Starship para los clientes probablemente sería más alto debido al costo de desarrollo del cohete. [37]
En 2022, la NASA otorgó a SpaceX un contrato de precio fijo por 1.150 millones de dólares para un segundo módulo de aterrizaje lunar para Artemis 4 . [153] El mismo año, SpaceX recibió un contrato de cinco años por 102 millones de dólares para desarrollar el programa Rocket Cargo para la Fuerza Espacial de los Estados Unidos . [158]
Usos potenciales
Misiones particulares
SpaceX planea utilizar Starship para lanzar la segunda generación de satélites Starlink de SpaceX , que actualmente ofrece Internet de alta velocidad a más de 70 países. [159] Un analista de la empresa de servicios financieros Morgan Stanley afirmó que el desarrollo de Starship y Starlink están entrelazados: la capacidad de lanzamiento planificada de Starship permite lanzamientos de Starlink más baratos y las ganancias de Starlink financian los costos de desarrollo de Starship. [160] En déficit desde su inicio hasta finales de 2022, [161] Se informó por primera vez que Starlink tenía un flujo de caja positivo en el primer trimestre de 2023, [162] [163] aunque Elon Musk dijo que Starlink solo había alcanzado el "quiebre". -flujo de caja uniforme" en 2023. [164] En diciembre de 2023, la FCC emitió una denegación final de un subsidio de Starlink de 885 millones de dólares debido a la "continua incapacidad de Starlink para lanzar con éxito el cohete Starship". [165]
Starship HLS fue elegido inicialmente por la NASA como el único sistema de aterrizaje humano lunar para las misiones tripuladas Artemis 3 y Artemis 4 planificadas , como parte del programa Artemis . [34] [166] Starship HLS se lanzará a una órbita terrestre baja y se reabastecerá de combustible mediante varias naves espaciales cisterna Starship. [38] : 4, 5 Una vez alimentado, realizaría una combustión de inyección translunar y entraría en una órbita de halo casi rectilínea [167] alrededor de la Luna, con un periluno de 1500 km sobre el polo norte y un apoluno de 70.000 km. ocurriendo sobre el polo sur. [167] [38] : 4, 5 La nave espacial Orion luego se acoplaría con Starship HLS y dos de sus cuatro tripulantes se transferirían a Starship HLS. [168] [38] : 4, 5 Starship HLS luego usaría sus motores para realizar un descenso motorizado y aterrizar cerca del polo sur lunar . [38] : 4, 5 Después de que la tripulación realiza la parte de superficie de su misión, el HLS ascendería con la tripulación. [38] : 4, 5 La tripulación luego se trasladaría a la nave espacial Orión y regresaría a la Tierra. [38] : 4, 5
Una carga útil futura es el satélite de comunicaciones Superbird-9 , que fue el primer contrato de Starship para satélites comerciales fabricados externamente. [169] Otra carga útil planificada es la estación espacial Starlab , que Starship lanzará en una sola pieza. [170]
En el futuro, la versión tripulada de la nave podría utilizarse para el turismo espacial , por ejemplo para el proyecto DearMoon [171] o el tercer vuelo del programa Polaris . [172] Musk declaró que SpaceX completaría cientos de vuelos de carga antes del lanzamiento con pasajeros humanos. [173]
Casos de uso generales
Las opiniones difieren sobre cómo el bajo costo de lanzamiento planificado de Starship podría afectar el costo de la ciencia espacial. Según Waleed Abdalati , ex científico jefe de la NASA , el bajo costo de lanzamiento planeado podría reducir el costo de reemplazo de satélites y permitir misiones más ambiciosas para programas con presupuesto limitado debido al mayor porcentaje del presupuesto total que se destina a los costos de lanzamiento para misiones de menor presupuesto. . [174] Según Lionnet, el bajo coste de lanzamiento podría no reducir significativamente el coste total de una misión científica: del coste de la misión de la sonda espacial Rosetta y del módulo de aterrizaje Philae de 1.700 millones de dólares, sólo el coste del lanzamiento (por el prescindible Ariane 5 ) representaba el diez por ciento. [174] De manera similar, la misión Juno tenía un presupuesto total de $ 1,13 mil millones, [175] con un costo de lanzamiento de $ 190 millones [176] que representa solo el diecisiete por ciento del presupuesto.
Los astrónomos han pedido que se considere la mayor masa en órbita de Starship y su bahía de carga más amplia para los telescopios espaciales propuestos como LUVOIR , y que se desarrollen telescopios más grandes para aprovechar estas capacidades. [177] [178] El ancho del carenado de 9 metros de Starship podría contener un gran espejo de telescopio espacial de 8 metros de ancho en una sola pieza, [177] aliviando la necesidad de un despliegue complejo como el del espejo de 6,5 m del JWST , que agregaba costos. y retrasos. [178] El bajo costo de lanzamiento también podría permitir que las sondas utilicen materiales más pesados, más comunes y más baratos, como vidrio en lugar de berilio para espejos de telescopios grandes. [178] [37] Con un espejo de 5 t (11,000 lb) construido usando métodos similares al espejo del Telescopio Espacial Hubble , el JWST representaría solo el 10% de la masa entregable por una nave estelar (recargada de combustible) al Sol-Tierra. punto L2 y, por lo tanto, minimizar el peso del telescopio no habría sido una consideración de diseño dominante. [178]
Una Starship completamente repostada podría lanzar observatorios de 100 t (220.000 lb) a la Luna y al punto Lagrange L2 Sol-Tierra. [178] Una Starship completamente reabastecida de combustible también podría ser capaz de lanzar sondas a Neptuno , la luna Io de Júpiter o grandes misiones de devolución de muestras . [56] Los astrofísicos han observado que Starship podría desplegar múltiples antenas de hasta 30 metros de longitud, abriendo la radioastronomía a frecuencias inferiores a 30 MHz y longitudes de onda superiores a 10 m. [178] Esto daría la capacidad de estudiar la Edad Oscura del Universo , inviable en la Tierra debido a la atmósfera y el fondo de radio humano. [178]
Un posible uso futuro de Starship que SpaceX ha propuesto son los vuelos punto a punto (llamados vuelos "Tierra a Tierra" por SpaceX), viajando a cualquier lugar de la Tierra en menos de una hora. [179] En enero de 2022, SpaceX recibió un contrato de cinco años por 102 millones de dólares para desarrollar el programa Rocket Cargo para la Fuerza Espacial de los Estados Unidos . [158] El contrato de cinco años tiene como objetivo "determinar exactamente qué puede lograr un cohete cuando se utiliza para el transporte de carga", [180] y permitirá que el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea recopile datos durante los lanzamientos comerciales de Starship. [180] El contrato incluye una eventual misión de demostración con el lanzamiento y aterrizaje de una Starship cargada en un vuelo de punto a punto. [180]
Colonización espacial
Según SpaceX, Starship está destinado a poder aterrizar tripulaciones en Marte, [181] : 120 aunque SpaceX no ha publicado planes o diseños técnicos sobre los sistemas de soporte vital , protección radiológica , sistema de acoplamiento o sistema de reabastecimiento de combustible en órbita de Starship para Marte. . [182] [183] La nave espacial se lanzaría a la órbita terrestre baja y se repostaría en órbita antes de dirigirse a Marte. [184] Después de aterrizar en Marte, la reacción de Sabatier podría usarse para sintetizar metano líquido y oxígeno líquido, el combustible de Starship, en una planta de conversión de energía a gas . [185] Las materias primas de la planta serían agua marciana y dióxido de carbono marciano . [46] En la Tierra, se podrían utilizar tecnologías similares para fabricar propulsor neutro en carbono para el cohete. [186] Hasta la fecha, ha habido un experimento de prueba de concepto ( MOXIE ) que demuestra la extracción de oxígeno del dióxido de carbono marciano, y George Dvorsky escribió para Gizmodo comentando que no estamos "ni remotamente cerca" de convertir esto "en algo práctico". . [35]
SpaceX y Musk han declarado su objetivo de colonizar Marte para garantizar la supervivencia a largo plazo de la humanidad , [37] [187] con la ambición de haber enviado un millón de personas a Marte para 2050. [188] En marzo de 2022, estimó que el primer aterrizaje tripulado en Marte podría ocurrir en 2029. [189] Esta línea de tiempo ha sido criticada como poco realista por Kevin Olsen, un físico de la Universidad de Oxford, quien ha dicho que "la colonia necesita convertirse en una fábrica" para producir aire, combustible y agua. ya que es "fundamentalmente imposible crear un entorno completamente cerrado en el espacio", y que la tecnología para hacerlo está "muy, muy por detrás de la tecnología de los vuelos espaciales y la construcción de viviendas". [190] Serkan Saydam, profesor de ingeniería minera de la Universidad de Nueva Gales del Sur, afirmó que actualmente carecemos de la tecnología para establecer una colonia marciana, y probablemente careceremos de la capacidad para establecer una ciudad marciana con un millón de habitantes para 2050. [190 ]
Los motores Raptor se prueban en las instalaciones de Rocket Development en McGregor, Texas. La instalación cuenta con dos bancos de pruebas principales: un banco horizontal para ambos tipos de motores y un banco vertical para motores de cohetes optimizados para el nivel del mar. [194] Otros bancos de pruebas se utilizan para comprobar los propulsores de control de reacción de Starship y los motores Merlin de Falcon . [194] Las instalaciones de McGregor albergaron anteriormente vuelos de prueba de primeras etapas aterrizables: Grasshopper y F9R Dev1 . [195] [194] En el futuro, una fábrica cercana, que en septiembre de 2021 [actualizar]estaba en construcción, fabricará la nueva generación de Raptors al nivel del mar, mientras que la sede de SpaceX en California continuará construyendo el Raptor Vacuum y probará nuevos diseños. [194]
En Florida, una instalación en Cocoa purifica sílice para las losas protectoras térmicas de Starship, produciendo una suspensión que luego se envía a una instalación en Cabo Cañaveral. En el pasado, los trabajadores construyeron el prototipo Starship Mk2 en competencia con las tripulaciones de Starbase. [32] Está previsto que el Centro Espacial Kennedy , también en Florida, albergue otras instalaciones de Starship, como los sitios de lanzamiento de Starship en el Complejo de Lanzamiento 39A , el Complejo de Lanzamiento 49 planificado y una instalación de producción en Roberts Road. Esta instalación de producción se está ampliando desde el "Hangar X", la instalación de almacenamiento y mantenimiento de los propulsores de cohetes Falcon. Incluirá un edificio de 30.000 m 2 (320.000 pies cuadrados), un muelle de carga y un lugar para construir secciones de la torre de integración. [196]
Sitios de lanzamiento
Base estelar
El soporte de lanzamiento orbital en construcción en Starbase, agosto de 2021
Está previsto que Starbase albergue dos sitios de lanzamiento, denominados Pad A y Pad B. [17] : 34 Un sitio de lanzamiento en Starbase tiene grandes instalaciones, como un parque de tanques , un soporte de lanzamiento orbital y una torre de integración. [17] En el lugar de lanzamiento hay instalaciones más pequeñas: tanques que rodean la zona y que contienen metano, oxígeno, nitrógeno, helio, fluido hidráulico , etc.; [17] : 161 subenfriadores cerca del parque de tanques enfrían el propulsor utilizando nitrógeno líquido; y se instalan diversas tuberías en grandes instalaciones. [18] Cada parque de tanques consta de ocho tanques, suficientes para soportar un lanzamiento orbital. [18] El soporte de lanzamiento actual en la plataforma A tiene un sistema de diluvio de agua, veinte abrazaderas que sujetan el propulsor y un soporte de desconexión rápida que proporciona combustible líquido y electricidad al propulsor Super Heavy antes de que despegue. [18]
La torre de integración o torre de lanzamiento consta de tramos de celosía de acero , un pararrayos en la parte superior [197] y un par de brazos mecánicos que pueden levantar, atrapar y recuperar el propulsor. [18] La decisión de atrapar el propulsor con los brazos en lugar de aterrizar con las patas de aterrizaje se tomó para permitir los vuelos y reducir la masa y el número de piezas del cohete. [27] : 2 Los brazos mecánicos están unidos a un carro y controlados por una polea en la parte superior de la torre. [18] La polea está unida a un cabrestante y un carrete en la base de la torre mediante un cable. [18] Utilizando el cabrestante y el carro, los brazos mecánicos pueden moverse verticalmente, con el apoyo de cojinetes colocados a los lados del carro. [18] Un actuador hidráulico lineal mueve los brazos horizontalmente. Las orugas están montadas encima de los brazos, que se utilizan para posicionar el propulsor o la nave espacial. [18] La torre está montada con un brazo de desconexión rápida que se extiende y se contrae desde la nave espacial Starship; sus funciones son similares al soporte de desconexión rápida que alimenta el amplificador. [18]
Florida
Desde 2021, [198] la compañía está construyendo una segunda plataforma de lanzamiento Starship en Cabo Cañaveral, Florida , en el Complejo de Lanzamiento 39A del Centro Espacial Kennedy, [196] que actualmente se utiliza para lanzar cápsulas Crew Dragon a la Estación Espacial Internacional. [198] SpaceX planea hacer una plataforma separada al norte de 39A, llamada Launch Complex 49. [196] Debido a los lanzamientos Crew Dragon del Launch Complex 39A, la compañía está estudiando cómo fortalecer la plataforma contra la posibilidad de una explosión de Starship y propuso En su lugar, modernizar el Complejo de Lanzamiento Espacial 40 de Cabo Cañaveral . [198] Las torres y los brazos mecánicos en los sitios de lanzamiento de Florida deberían ser similares a los de Starbase, con mejoras obtenidas de la experiencia en Boca Chica. [196]
Phobos y Deimos eran los nombres de dos plataformas de lanzamiento costa afuera de Starship. [201] Las dos plataformas petroleras casi idénticas , Valaris 8501 y Valaris 8500, se compraron a Valaris Limited en junio de 2020. [202] Un análisis más detallado de SpaceX consideró que las plataformas marinas no eran adecuadas para los lanzamientos de Starship, [203] y ambas se vendieron a principios de 2023. [203]
Respuestas al desarrollo de Starship
La Oficina del Inspector General de la NASA señaló que la filosofía de SpaceX implica probar exhaustivamente y volar sus vehículos lo antes posible (lo que es posible gracias a las rápidas capacidades de fabricación internas que proporcionan un flujo constante de hardware) para reducir agresivamente los riesgos y adquirir datos de vuelo. [38] : 14
Para competir con SpaceX y cerrar su brecha tecnológica con la compañía, China Aerospace Science and Tech Corp y otros actores aeroespaciales en China han estado trabajando en su propio equivalente de Starship: el cohete de elevación súper pesado Long March 9 , [ 204] que también está diseñado para eventualmente ser completamente reutilizable. [205] En 2021, la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento (CALT) mostró un video renderizado de un cohete que se destaca por ser "sorprendentemente" similar a Starship en apariencia y función. [206] En un evento de 2022 organizado por la Federación Astronáutica Internacional y la Sociedad China de Astronáutica , el CALT comunicó realizar una investigación en un vehículo de lanzamiento tripulado propulsado por propulsor LOX-metano, con una segunda etapa muy similar a la de Starship. [207]
SpaceNews señaló que la nueva empresa china Space Epoch y el fabricante de motores Jiuzhou Yunjian estaban desarrollando un cohete más pequeño similar a un Starship con un motor de metano-LOX similar al Raptor, tanques de acero inoxidable y un diseño iterativo. [208] La reutilización de Starship y la construcción de acero inoxidable también podrían haber inspirado el Proyecto Jarvis , una etapa superior reutilizable para el vehículo de lanzamiento súper pesado New Glenn de Blue Origin destinado a reemplazar la etapa superior prescindible de New Glenn en el futuro. [209]
En 2021, los miembros del Congreso expresaron su preocupación por la respuesta de la FAA a las violaciones de la licencia de lanzamiento de SpaceX tras la explosión del SN8, y pidieron a la FAA que "resistira cualquier posible influencia indebida en la toma de decisiones sobre seguridad del lanzamiento". [92] En 2023, tras el segundo vuelo de prueba orbital fallido de Starship, la oficina de responsabilidad gubernamental (GAO) hizo recomendaciones a la FAA para "mejorar su proceso de investigación de percances", descubriendo que históricamente siempre han permitido que el operador de lanzamiento lleve a cabo sus propia investigación con la supervisión de la FAA. [210] Propusieron, y la FAA estuvo de acuerdo, realizar una revisión independiente de la efectividad de las investigaciones dirigidas por el operador y establecer criterios específicos que determinen cuándo la FAA gestionaría directamente la investigación en lugar del operador. [210]
En 2023, antes del segundo vuelo de prueba orbital de Starship , el vicepresidente de SpaceX y ex ingeniero de la NASA, Bill Gerstenmaier, hizo declaraciones en el Senado de Estados Unidos sobre la importancia de la innovación a la luz de la "competencia estratégica de actores estatales como China". [211] [212] [213] Dijo que SpaceX tenía un contrato con la NASA para usar Starship para llevar astronautas estadounidenses a la luna antes de que lo haga China, [214] [211] y que la campaña de vuelos de prueba de Starship estaba siendo retrasada por "vientos regulatorios en contra y burocracia innecesaria" no relacionados con la seguridad pública. [212] [215] El senador estadounidense Ted Cruz ha dicho que el segundo lanzamiento de Starship fue "después de meses de retrasos derivados de la burocracia burocrática de AST, Pesca y Vida Silvestre y otras agencias que se involucraron en el proceso", lo que resultó en "retrasos estúpidos". . El administrador asociado de la FAA, Kelvin Coleman, dijo que las revisiones ambientales a las que se refirió el senador Cruz eran necesarias para "garantizar el cumplimiento de la NEPA y las leyes ambientales relacionadas" y se estaban llevando a cabo de acuerdo con la ley de los Estados Unidos. [216] Varios grupos ambientalistas no están de acuerdo, con demandas contra la FAA y SpaceX afirmando que las revisiones ambientales fueron omitidas debido a la influencia política y financiera de Musk. [217]
Versiones
En la presentación de 2024 de Elon Musk el 4 de abril se anunciaron dos nuevas versiones de Starship, Starship V2 y Starship V3. [218] Starship V2 reemplazará completamente a V1, y V3 está planeado para misiones a Marte. [218]
Notas
^ Si bien la etapa superior se quemó durante el reingreso, IFT-3 fue un lanzamiento suborbital exitoso
^ La masa bruta es el total de la masa del propulsor (1200 toneladas ) y la masa vacía aproximada (100 toneladas).
^ Masa seca súper pesada : 200 t (440.000 lb); Masa seca de la nave espacial: 100 t (220.000 lb); Masa de propulsor súper pesado: 3.400 t (7.500.000 lb); [2] Masa del propulsor de la nave espacial: 1.200 t (2.600.000 lb). [4] El total de estas masas es de aproximadamente 5.000 t (11.000.000 lb).
^ El 78% de 3.400 t (7.500.000 lb) [2] son 2.650 t (5.840.000 lb) de oxígeno líquido.
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enlaces externos
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