Antes de decidirse por el diseño de Starship de 2018 , SpaceX presentó sucesivamente una serie de propuestas de vehículos de carga superpesados reutilizables. [1] [2] Estos diseños preliminares de naves espaciales fueron conocidos 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 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 . [3] Más tarde, en 2012, Elon Musk anunció públicamente por primera vez planes para desarrollar un cohete que supere las capacidades de su Falcon 9 existente . [5] SpaceX lo llamó Mars Colonial Transporter , ya que el cohete debía transportar humanos a Marte y regresar. [6] En 2016, el nombre se cambió a Sistema de Transporte Interplanetario , 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 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. [8] En 2017, el concepto pasó a denominarse temporalmente BFR. [9]
En diciembre de 2018, el material estructural se cambió de compuestos de carbono [10] [8] a acero inoxidable, [11] [12], lo que marca la transición desde 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 propulsor Super Heavy . [16] [17] [18] También anunciaron que Starship usaría placas de escudo térmico reutilizables similares a las del transbordador espacial . [19] [20] 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 . [21] [22] 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. [23] 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). [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 a largo plazo y de alta capacidad llamado BFR. El BFR podría lanzar 100 t (220.000 lb) a la órbita terrestre baja 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 refrigerado regenerativamente a escala comparable a los motores F-1 utilizados en el Saturn V. [3]
En julio de 2010, [25] después del lanzamiento final del Falcon 1 un año antes, [26] SpaceX presentó conceptos de vehículos de lanzamiento y remolcadores espaciales a Marte en una conferencia. Los conceptos de vehículos de lanzamiento se denominaron Falcon X, Falcon X Heavy y Falcon XX; el más grande de todos fue el Falcon XX con una capacidad de 140 t (310.000 lb) en órbita terrestre baja. Para entregar dicha carga útil, el cohete habría sido tan alto como el Saturn 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 totalmente 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 publico. Iba a poder transportar 100 personas o 100 toneladas (220.000 libras) 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 como "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 de entre 150 y 200 toneladas en 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 usar 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 para un total de al menos 27 motores propulsores. [31]
En 2016, el nombre del sistema Mars Colonial Transporter se cambió a Sistema de Transporte Interplanetario ( ITS ), debido a que el vehículo era capaz de viajar 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 funcionamiento 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 67º Congreso Astronáutico Internacional , un motor Raptor encendió por primera vez. [38] En el evento, Musk anunció que SpaceX estaba desarrollando un nuevo cohete utilizando motores Raptor llamado Sistema de Transporte Interplanetario. Tendría dos etapas, un propulsor reutilizable y una nave espacial. Los tanques de las etapas debían estar hechos de compuesto de carbono y almacenarían metano líquido y oxígeno líquido. A pesar de la capacidad de lanzamiento del cohete de 300 t (660.000 lb) a la órbita terrestre baja, se esperaba que tuviera un precio de lanzamiento bajo. La nave espacial presentaba tres variantes: tripulación, carga y camión cisterna; la variante cisterna se utiliza para transferir propulsor a naves espaciales en órbita. [39] El concepto, especialmente las hazañas tecnológicas necesarias para hacer posible un sistema de este tipo y los fondos necesarios, generó un gran escepticismo. [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 fibra de carbono preimpregnado y construido sin revestimiento de sellado, había funcionado bien en las pruebas de fluidos criogénicos. En noviembre de 2016 se completó una prueba de presión a aproximadamente 2/3 de la presión de estallido de diseño. [43] En julio de 2017, Musk indicó que el diseño de la arquitectura había evolucionado desde 2016 para soportar el transporte comercial a través de lanzamientos cislunares y en órbita terrestre. [44]
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El propulsor ITS iba a ser una primera etapa reutilizable de 12 m de diámetro (39 pies) y 77,5 m de alto (254 pies), propulsada por 42 motores, cada uno de los cuales produciría 3.024 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 Saturn V. [41] Pesaba 275 toneladas (606.000 lb) cuando estaba vacío y 6.700 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 tener un cardán para el control direccional, aunque cierto control direccional se lograría mediante empuje diferencial con los motores fijos. Cada motor sería capaz de acelerar entre el 20 y el 100 por ciento del empuje nominal. [42]
El objetivo del diseño era lograr una velocidad de separación de aproximadamente 8.650 km/h (5.370 mph) manteniendo 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 el propulsor durante el reingreso a la atmósfera . [42] Se esperaba que los vuelos de regreso del propulsor encontraran cargas más bajas que el Falcon 9, principalmente porque el ITS tendría una relación de masa más baja y una densidad más baja. [47] El propulsor debía diseñarse para cargas nominales de 20 g , y posiblemente hasta 30-40 g . [47]
A diferencia de la aproximación de aterrizaje utilizada en el Falcon 9 de SpaceX , ya sea una plataforma de concreto grande y plana o una plataforma de aterrizaje flotante de rango inferior , el propulsor ITS debía diseñarse para aterrizar en el propio soporte de lanzamiento, para reabastecimiento de combustible y relanzamiento inmediato. [42]
Se planeó que la segunda etapa del ITS se utilizara para vuelos espaciales de larga duración, en lugar de utilizarse únicamente para alcanzar la órbita. Las dos variantes propuestas pretendían ser reutilizables. [41] Su ancho máximo sería de 17 m (56 pies), con tres motores Raptor al nivel del mar y seis optimizados para disparo al vacío. El empuje total del motor en el vacío debía ser 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 llamándolo BFR , cambiando nuevamente el nombre, aunque afirmando que el nombre era temporal. [9] El acrónimo se indicó 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 peligros" mientras se despliega "infraestructura de energía, minería y soporte vital" para vuelos futuros. A esto le seguirían cuatro barcos en 2024, dos naves espaciales BFR tripuladas más dos barcos de carga que transportan equipos y suministros para una planta de propulsores. [9]
El diseño equilibró objetivos como la masa de carga útil, las capacidades de aterrizaje y la confiabilidad. El diseño inicial mostraba el barco con seis motores Raptor (dos a nivel del mar, 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 propulsor. El motor de prueba funcionó a 20 MPa (200 bar; 2900 psi). El motor de vuelo apuntaba a 25 MPa (250 bar; 3600 psi), en 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 en 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 del vehículo de lanzamiento: "Se han encargado las herramientas para los tanques principales, se están construyendo las instalaciones, comenzaremos la construcción del primer barco [en el segundo trimestre de 2018]". [9]
A principios de 2018, el primer prototipo de barco compuesto de carbono estaba en construcción y SpaceX había comenzado a construir una nueva instalación de producción en el puerto de Los Ángeles . [54]
En marzo, SpaceX anunció que fabricaría su vehículo de lanzamiento y su nave espacial en una nueva instalación en Seaside Drive en el puerto. [55] [56] [57] En mayo, alrededor de 40 empleados de SpaceX estaban trabajando en el BFR. [52] SpaceX planeaba transportar el vehículo de lanzamiento en barcaza , a través del Canal de Panamá , hasta Cabo Cañaveral para su lanzamiento. [52] Desde entonces, la empresa ha girado y 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 para mover hasta 150 t (330 000 lb) de carga a cualquier parte del mundo en menos de 30 minutos, por "menos que el costo de un C-5 ”. [58] [59]
El BFR fue diseñado para tener 106 metros (348 pies) de altura, 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 una pequeña ala delta en la parte trasera con flaps divididos para 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 (atmósfera de vacío, 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, cuatro de vacío y dos a nivel del mar. A fines de 2017, SpaceX agregó un tercer motor a nivel del mar (7 en total) para permitir mayores aterrizajes de carga útil Tierra-Tierra y aún garantizar la capacidad si uno de los motores falla. [61] [un]
Se describieron tres versiones de BFS: carga BFS, camión cisterna BFS y tripulación BFS. 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 repostar combustible en una órbita terrestre elíptica, BFS fue diseñado para poder aterrizar en la Luna y regresar a la Tierra sin otro repostaje. [50] [9] : 31:50 El BFR también pretendía 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], lo que marca la transición desde los primeros conceptos de diseño 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 permitiendo que el combustible o el agua se filtraran a través de los 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 utilizar placas de protección térmica reutilizables similares a las del transbordador espacial . [19] [20]
En 2019, SpaceX comenzó a referirse a todo el vehículo como Starship, denominándose la segunda etapa Starship y el propulsor Super Heavy . [16] [17] [62] [63] En septiembre de 2019, Musk celebró un evento sobre el desarrollo de Starship durante el cual detalló con más detalle el propulsor de la etapa inferior, el método de la etapa superior para controlar su descenso, el escudo térmico y el reabastecimiento de combustible orbital. capacidad y destinos potenciales además de Marte. [21] [22] [23]
A lo largo de los años de diseño, la proporción de motores a nivel del mar con respecto a motores de vacío en la segunda etapa varió drásticamente. Para 2019, el diseño de la segunda etapa se había decidido por seis motores Raptor: tres optimizados para el nivel del mar y tres optimizados para vacío . [21] [22] Para reducir el peso, los flaps de popa de 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), creciendo 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, declaró que los viajes punto a punto con pasajeros podrían llegar a ser competitivos en términos de 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 irreal", ya que la nave cambiaría entre ingravidez y 5 g de aceleración. [67] También comentó que "Musk llama a todo esto 'aspiracional', que es una buena palabra clave para más que probablemente no alcanzable". [67]
Starship es la nave espacial/etapa superior y Super Heavy es el propulsor del cohete necesario para escapar de la gravedad profunda de la Tierra (no es necesario para otros planetas o lunas)
El sistema Starship de SpaceX representa un sistema de transporte totalmente 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 el Starship (nave espacial)
(Discusión de SpaceX a las 30:15-31:40)
Tendremos cohetes y naves espaciales de próxima generación, 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 más o menos.
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 marciano y lo hacemos capaz de realizar actividades en la órbita terrestre además de en Marte, tal vez podamos pagarlo usándolo para actividades en la órbita terrestre. 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 éste tiene posibilidades 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.
Está en marcha la construcción del primer prototipo de nave espacial. "De hecho, estamos construyendo ese barco 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 próximo año".
SpaceX está considerando activamente ampliar sus instalaciones en San Pedro, California, para comenzar a fabricar su nave espacial interplanetaria. Esto permitiría a SpaceX trasladar fácilmente al personal desde la sede en Hawthorne.
[Musk] agregó que, desde la presentación del 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 boquillas al nivel del mar y cuatro con boquillas de vacío. Ese motor adicional ayuda a habilitar esa capacidad de apagado del motor... 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 nave espacial orbital reutilizable para llevar personas y toneladas de cosas a Marte. Entonces él está enfocado en eso
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