Antes de decidirse por el diseño de Starship 2018 , SpaceX presentó sucesivamente una serie de propuestas de vehículos de elevación superpesados reutilizables. [1] [2] Estos diseños preliminares de naves espaciales se conocieron con varios nombres ( Mars Colonial Transporter , Interplanetary Transport System , BFR ).
En noviembre de 2005, [3] antes de que SpaceX lanzara su primer cohete, el Falcon 1 , [4] el director ejecutivo Elon Musk mencionó por primera vez un concepto de cohete de alta capacidad capaz de lanzar 100 t (220 000 lb) a la órbita baja de la Tierra , denominado BFR . [3] Más tarde, en 2012, Elon Musk anunció públicamente por primera vez sus planes de desarrollar un cohete que superara las capacidades del Falcon 9 existente . [5] SpaceX lo llamó Mars Colonial Transporter , ya que el cohete debía transportar humanos a Marte y de regreso. [6] En 2016, el nombre se cambió a Interplanetary Transport System , ya que se planeó que el cohete también viajara más allá de Marte. [7] El diseño requería una estructura de fibra de carbono , [8] una masa de más de 10 000 t (22 000 000 lb) cuando estaba completamente cargado de combustible, una carga útil de 300 t (660 000 lb) hasta la órbita baja de la Tierra y al mismo tiempo ser completamente reutilizable. [8] En 2017, el concepto fue rebautizado temporalmente como BFR. [9]
En diciembre de 2018, el material estructural se cambió de compuestos de carbono [10] [8] a acero inoxidable, [11] [12] marcando la transición de los primeros conceptos de diseño de Starship. [11] [13] [14] Musk citó numerosas razones para el cambio de diseño; bajo costo, facilidad de fabricación, mayor resistencia del acero inoxidable a temperaturas criogénicas y capacidad para soportar altas temperaturas. [15] [13] En 2019, SpaceX comenzó a referirse a todo el vehículo como Starship, y la segunda etapa se llamó Starship y el refuerzo Super Heavy . [16] [17] [18] También anunciaron que Starship usaría baldosas de protección térmica reutilizables similares a las del transbordador espacial . [19] [20] El diseño de la segunda etapa también se había asentado en seis motores Raptor en 2019; tres optimizados para el nivel del mar y tres optimizados para el vacío . [21] [22] En 2019, SpaceX anunció un cambio en el diseño de la segunda etapa, reduciendo el número de flaps traseros de tres a dos para reducir el peso. [23] En marzo de 2020, SpaceX publicó una Guía del usuario de Starship, en la que afirmaron que la carga útil de Starship a la órbita terrestre baja (LEO) superaría las 100 t (220 000 lb), con una carga útil a GTO de 21 t (46 000 lb). [24]
En noviembre de 2005, [3] antes de que SpaceX lanzara el Falcon 1 , su primer cohete, [4] el director ejecutivo Elon Musk hizo referencia por primera vez a un concepto de cohete de alta capacidad y largo plazo llamado BFR. El BFR podría lanzar 100 t (220.000 lb) a LEO y estaría equipado con motores Merlin 2. El Merlin 2 habría estado en linaje directo de los motores Merlin utilizados en el Falcon 9 , descrito como un motor enfriado regenerativamente a escala mejorada comparable a los motores F-1 utilizados en el Saturno V. [ 3]
En julio de 2010, [25] después del lanzamiento final del Falcon 1 un año antes, [26] SpaceX presentó conceptos de vehículo de lanzamiento y remolcador espacial de Marte en una conferencia. Los conceptos de vehículo de lanzamiento se llamaron Falcon X (más tarde llamado Falcon 9), Falcon X Heavy (más tarde llamado Falcon Heavy) y Falcon XX (más tarde llamado Starship); el más grande de todos fue el Falcon XX con una capacidad de 140 t (310.000 lb) a la órbita baja de la Tierra. Para entregar tal carga útil, el cohete habría sido tan alto como el Saturno V y habría utilizado seis potentes motores Merlin 2. [25]
En octubre de 2012, la compañía hizo la primera articulación pública de planes para desarrollar un sistema de cohetes completamente reutilizable con capacidades sustancialmente mayores que el Falcon 9 existente de SpaceX. [27] Más tarde en 2012, [28] la compañía mencionó por primera vez el concepto de cohete Mars Colonial Transporter en público. Iba a ser capaz de transportar 100 personas o 100 t (220.000 lb) de carga a Marte y estaría propulsado por motores Raptor alimentados con metano. [29] Musk se refirió a este nuevo vehículo de lanzamiento bajo el acrónimo no especificado "MCT", [27] que se reveló que significaba "Mars Colonial Transporter" en 2013, [30] que serviría a la arquitectura del sistema de Marte de la compañía . [31] La directora de operaciones de SpaceX, Gwynne Shotwell, dio un rango de carga útil potencial entre 150 y 200 toneladas a la órbita terrestre baja para el cohete planeado. [27] Para misiones a Marte, la nave espacial transportaría hasta 100 toneladas (220.000 libras) de pasajeros y carga. [32] Según el jefe de desarrollo de motores de SpaceX , Tom Mueller , SpaceX podría utilizar nueve motores Raptor en un solo propulsor o nave espacial MCT. [33] [34] El diseño preliminar tendría al menos 10 metros (33 pies) de diámetro y se esperaba que tuviera hasta tres núcleos con un total de al menos 27 motores de refuerzo. [31]
En 2016, el nombre del sistema Mars Colonial Transporter se cambió a Sistema de Transporte Interplanetario ( ITS ), debido a que el vehículo es capaz de llegar a otros destinos. [35] Además, Elon Musk proporcionó más detalles sobre la arquitectura de la misión espacial, el vehículo de lanzamiento, la nave espacial y los motores Raptor. La primera prueba de encendido de un motor Raptor en un banco de pruebas tuvo lugar en septiembre de 2016. [36] [37]
El 26 de septiembre de 2016, un día antes del 67.º Congreso Astronáutico Internacional , se encendió por primera vez un motor Raptor. [38] En el evento, Musk anunció que SpaceX estaba desarrollando un nuevo cohete con motores Raptor llamado Sistema de Transporte Interplanetario. Tendría dos etapas, un propulsor reutilizable y una nave espacial. Los tanques de las etapas se fabricarían con un compuesto de carbono , que almacenaría metano líquido y oxígeno líquido. A pesar de la capacidad de lanzamiento de 300 t (660 000 lb) del cohete a la órbita terrestre baja, se esperaba que tuviera un precio de lanzamiento bajo. La nave espacial presentaba tres variantes: tripulación, carga y cisterna; la variante cisterna se utiliza para transferir propulsor a la nave espacial en órbita. [39] El concepto, especialmente las hazañas tecnológicas requeridas para hacer posible un sistema de este tipo y los fondos necesarios, generó un escepticismo sustancial. [40] Ambas etapas utilizarían presurización autógena de los tanques de propulsor, eliminando el problemático sistema de presurización de helio de alta presión del Falcon 9. [41] [42] [36]
En octubre de 2016, Musk indicó que el artículo de prueba inicial del tanque, hecho de preimpregnado de fibra de carbono y construido sin revestimiento de sellado, había tenido un buen desempeño en las pruebas de fluido criogénico. En noviembre de 2016 se completó una prueba de presión a aproximadamente 2/3 de la presión de ruptura de diseño. [43] En julio de 2017, Musk indicó que el diseño de la arquitectura había evolucionado desde 2016 para respaldar el transporte comercial a través de lanzamientos en órbita terrestre y cislunares. [44]
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El propulsor ITS debía ser una primera etapa reutilizable de 12 m de diámetro (39 pies) y 77,5 m de altura (254 pies) propulsada por 42 motores, cada uno de los cuales produciría 3024 kilonewtons (680 000 lbf) de empuje . El empuje total del propulsor habría sido de 128 MN (29 000 000 lbf) en el despegue, aumentando a 138 MN (31 000 000 lbf) en el vacío, [45] varias veces el empuje de 36 MN (8 000 000 lbf) del Saturno V. [ 41] Pesaba 275 toneladas (606 000 lb) cuando estaba vacío y 6700 toneladas (14 800 000 lb) cuando estaba completamente lleno de propulsor. Habría utilizado aletas de rejilla para ayudar a guiar el propulsor a través de la atmósfera para un aterrizaje preciso. [45] La configuración del motor incluía 21 motores en un anillo exterior y 14 en un anillo interior. El grupo central de siete motores podría ser articulado para el control direccional, aunque parte del control direccional se lograría mediante empuje diferencial con los motores fijos. Cada motor sería capaz de regular entre el 20 y el 100 por ciento del empuje nominal. [42]
El objetivo del diseño era alcanzar una velocidad de separación de aproximadamente 8.650 km/h (5.370 mph) mientras se conservaba aproximadamente el 7% del propulsor inicial para lograr un aterrizaje vertical en la plataforma de lanzamiento. [42] [46] El diseño requería aletas de rejilla para guiar al propulsor durante la reentrada atmosférica . [42] Se esperaba que los vuelos de regreso del propulsor encontraran cargas menores que el Falcon 9, principalmente porque el ITS tendría una relación de masa menor y una densidad menor. [47] El propulsor debía diseñarse para cargas nominales de 20 g , y posiblemente hasta 30–40 g . [47]
A diferencia del enfoque de aterrizaje utilizado en el Falcon 9 de SpaceX (ya sea una plataforma de hormigón grande y plana o una plataforma de aterrizaje flotante) , el propulsor ITS debía diseñarse para aterrizar en el propio soporte de lanzamiento, para reabastecimiento de combustible y relanzamiento inmediato. [42]
La segunda etapa del ITS se planeó para ser utilizada en vuelos espaciales de larga duración, en lugar de utilizarse únicamente para alcanzar la órbita. Las dos variantes propuestas tenían como objetivo ser reutilizables. [41] Su ancho máximo sería de 17 m (56 pies), con tres motores Raptor a nivel del mar y seis optimizados para el encendido en vacío. El empuje total del motor en el vacío sería de aproximadamente 31 MN (7 000 000 lbf). [48]
En septiembre de 2017, en la 68.ª reunión anual del Congreso Astronáutico Internacional , Musk anunció un nuevo vehículo de lanzamiento al que llamó BFR , cambiando nuevamente el nombre, aunque afirmando que el nombre era temporal. [9] El acrónimo se declaró alternativamente como Big Falcon Rocket o Big Fucking Rocket , una referencia irónica al BFG de la serie de videojuegos Doom . [32] Musk previó las dos primeras misiones de carga a Marte ya en 2022, [50] con el objetivo de "confirmar los recursos hídricos e identificar los peligros" mientras se desplegaba "infraestructura de energía, minería y soporte vital" para futuros vuelos. A esto le seguirían cuatro naves en 2024, dos naves espaciales BFR tripuladas más dos naves solo de carga que transportaban equipos y suministros para una planta de propulsores. [9]
El diseño equilibró objetivos como la masa de la carga útil, las capacidades de aterrizaje y la fiabilidad. El diseño inicial preveía que el barco contara con seis motores Raptor (dos a nivel del mar y cuatro de vacío), en comparación con los nueve del diseño ITS anterior. [9]
En septiembre de 2017, los Raptors habían sido probados durante un total combinado de 20 minutos en 42 ciclos de prueba. La prueba más larga fue de 100 segundos, limitada por el tamaño de los tanques de combustible. El motor de prueba funcionó a 20 MPa (200 bar; 2900 psi). El motor de vuelo apuntaba a 25 MPa (250 bar; 3600 psi), camino a 30 MPa (300 bar; 4400 psi) en iteraciones posteriores. [9] En noviembre de 2017, Shotwell indicó que aproximadamente la mitad de todo el trabajo de desarrollo del BFR se centró en el motor. [51]
SpaceX buscó sitios de fabricación en California , Texas , Luisiana , [52] y Florida . [53] En septiembre de 2017, SpaceX había comenzado a construir componentes para vehículos de lanzamiento: "Se han ordenado las herramientas para los tanques principales, se está construyendo la instalación, comenzaremos la construcción de la primera nave [en el segundo trimestre de 2018]". [9]
A principios de 2018, el primer prototipo de barco fabricado con material compuesto de carbono estaba en construcción y SpaceX había comenzado a construir una nueva instalación de producción en el Puerto de Los Ángeles , California. [54]
En marzo, SpaceX anunció que fabricaría su vehículo de lanzamiento y nave espacial en una nueva instalación en Seaside Drive en el puerto. [55] [56] [57] Para mayo, alrededor de 40 empleados de SpaceX estaban trabajando en el BFR. [52] SpaceX planeó transportar el vehículo de lanzamiento en barcaza , a través del Canal de Panamá , hasta Cabo Cañaveral para su lanzamiento. [52] Desde entonces, la compañía ha rescindido los acuerdos para hacer esto.
En agosto de 2018, el jefe del Comando de Movilidad Aérea de la Fuerza Aérea de EE. UU. expresó interés en la capacidad del BFR de mover hasta 150 t (330.000 lb) de carga a cualquier parte del mundo en menos de 30 minutos, por "menos del costo de un C-5 ". [58] [59]
El BFR fue diseñado para tener 106 metros (348 pies) de alto, 9 metros (30 pies) de diámetro y estar hecho de compuestos de carbono . [50] [60] La etapa superior, conocida como Big Falcon Ship (BFS), incluía un pequeño ala delta en el extremo trasero con flaps divididos para el control de cabeceo y balanceo . Se decía que el ala delta y los flaps divididos expandían la envolvente de vuelo para permitir que la nave aterrizara en una variedad de densidades atmosféricas (vacío, atmósfera delgada o pesada) con una amplia gama de cargas útiles. [50] [9] : 18:05–19:25 El diseño del BFS originalmente tenía seis motores Raptor, con cuatro de vacío y dos a nivel del mar. A fines de 2017, SpaceX agregó un tercer motor a nivel del mar (totalizando 7) para permitir mayores aterrizajes de carga útil Tierra-Tierra y aún así garantizar la capacidad si uno de los motores falla. [61] [a]
Se describieron tres versiones del BFS: BFS de carga, BFS cisterna y BFS tripulado. La versión de carga se habría utilizado para alcanzar la órbita terrestre [50] , así como para transportar carga a la Luna o Marte. Después de reabastecerse de combustible en una órbita terrestre elíptica, el BFS fue diseñado para que eventualmente pudiera aterrizar en la Luna y regresar a la Tierra sin otro reabastecimiento de combustible. [50] [9] : 31:50 El BFR también tenía como objetivo transportar pasajeros/carga en transporte Tierra-Tierra, entregando su carga útil en cualquier lugar en 90 minutos. [50]
En diciembre de 2018, el material estructural se cambió de compuestos de carbono [42] [41] a acero inoxidable, [11] [12] marcando la transición de los conceptos de diseño iniciales de Starship. [11] [13] [14] 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. [15] [13] La alta temperatura a la que el acero de la serie 300 pasa a la deformación plástica eliminaría la necesidad de un escudo térmico en el lado de sotavento de Starship, mientras que el lado de barlovento mucho más caliente se enfriaría al permitir que el combustible o el agua se filtren a través de microporos en una piel de acero inoxidable de doble pared, eliminando el calor por evaporación . El lado de barlovento refrigerado por líquido se cambió en 2019 para usar baldosas de escudo térmico reutilizables similares a las del transbordador espacial . [19] [20]
En 2019, SpaceX comenzó a referirse a todo el vehículo como Starship, y la segunda etapa se llamó Starship y el refuerzo Super Heavy . [16] [17] [62] [63] En septiembre de 2019, Musk celebró un evento sobre el desarrollo de Starship durante el cual detalló aún más el refuerzo de la etapa inferior, el método de la etapa superior para controlar su descenso, el escudo térmico, la capacidad de reabastecimiento orbital y los posibles destinos además de Marte. [21] [22] [23]
A lo largo de los años de diseño, la proporción de motores a nivel del mar y motores de vacío en la segunda etapa varió drásticamente. Para 2019, el diseño de la segunda etapa se había asentado en seis motores Raptor: tres optimizados para el nivel del mar y tres optimizados para el vacío . [21] [22] Para disminuir el peso, los flaps traseros en la segunda etapa se redujeron de tres a dos. [23] Más tarde en 2019, Musk declaró que se esperaba que Starship tuviera una masa de 120.000 kg (260.000 lb) y pudiera transportar inicialmente una carga útil de 100.000 kg (220.000 lb), que aumentaría a 150.000 kg (330.000 lb) con el tiempo. Musk insinuó una variante prescindible que podría colocar 250 toneladas en órbita baja. [64]
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. [65] En 2017, la presidenta y directora de operaciones de SpaceX, Gwynne Shotwell, afirmó que los viajes punto a punto con pasajeros podrían llegar a ser competitivos en cuanto a costos con los vuelos convencionales en clase ejecutiva . [66] John Logsdon , un académico en política e historia espacial, dijo que la idea de transportar pasajeros de esta manera era "extremadamente irrealista", ya que la nave cambiaría entre la ingravidez y 5 g de aceleración. [67] También comentó que "Musk llama a todo esto 'aspiracional', que es una bonita palabra clave para algo más que probablemente no alcanzable". [67]
Starship es la nave espacial/etapa superior y Super Heavy es el cohete propulsor necesario para escapar del pozo de gravedad profundo de la Tierra (no es necesario para otros planetas o lunas).
El sistema Starship de SpaceX representa un sistema de transporte completamente reutilizable diseñado para satisfacer las necesidades de la órbita terrestre, así como las misiones a la Luna y Marte. Este vehículo de dos etapas, compuesto por el cohete Super Heavy (propulsor) y Starship (nave espacial)
(Discusión de SpaceX en 30:15-31:40)
Tendremos la próxima generación de cohetes y naves espaciales, más allá de las series Falcon y Dragon ... Espero describir esa arquitectura más adelante este año en el Congreso Astronáutico Internacional, que es el gran evento espacial internacional cada año. ... ¿primeros vuelos a Marte? Esperamos hacerlo alrededor de 2025 ... dentro de nueve años o por ahí.
la versión actualizada de la arquitectura de Marte: Porque ha evolucionado bastante desde esa última charla. ... La clave que descubrí es ¿cómo se paga? Si reducimos el tamaño del vehículo de Marte, lo hacemos capaz de realizar actividades en la órbita de la Tierra además de la actividad de Marte, tal vez podamos pagarlo usándolo para la actividad en la órbita de la Tierra. Ese es uno de los elementos clave de la nueva arquitectura. Es similar a lo que se mostró en el IAC, pero un poco más pequeño. Sigue siendo grande, pero este tiene una oportunidad de ser real en el frente económico.
Shotwell estimó que alrededor del 50 por ciento del trabajo en BFR se centra en los motores Raptor.
La construcción del primer prototipo de nave espacial está en marcha. "De hecho, estamos construyendo esa nave ahora mismo", dijo. "Creo que probablemente podremos hacer vuelos cortos, vuelos cortos de subida y bajada, probablemente en algún momento de la primera mitad del año que viene".
SpaceX está considerando activamente la posibilidad de ampliar sus instalaciones de San Pedro, California, para comenzar a fabricar su nave espacial interplanetaria. Esto le permitiría a SpaceX trasladar fácilmente al personal desde su sede en Hawthorne.
[Musk] agregó que, desde la presentación el mes pasado, SpaceX ha revisado el diseño de la nave espacial BFR para agregar un motor Raptor de "relación de área media" a su complemento original de dos motores con toberas a nivel del mar y cuatro con toberas de vacío. Ese motor adicional ayuda a habilitar esa capacidad de motor fuera de servicio... y "permitirá aterrizajes con mayor masa de carga útil para la función de transporte Tierra a Tierra".
Musk aborda primero los problemas de ingeniería más difíciles. Para Marte, habrá muchas cosas logísticas para que todo funcione, desde energía en la superficie hasta ganarse la vida y adaptarse a su clima extremo. Pero Musk cree que el paso inicial y más difícil es construir una Starship orbital reutilizable para llevar gente y toneladas de cosas a Marte. Así que está centrado en eso
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