Прежде чем остановиться на проекте Starship 2018 года , SpaceX последовательно представила ряд предложений по многоразовым сверхтяжелым транспортным средствам. [1] [2] Эти предварительные проекты космических аппаратов были известны под разными названиями ( Mars Colonial Transporter , Interplanetary Transport System , BFR ).
В ноябре 2005 года [3] до того, как SpaceX запустила свою первую ракету Falcon 1 [4] , генеральный директор Илон Маск впервые упомянул концепцию ракеты большой грузоподъемности, способной выводить 100 тонн (220 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту , получившую название BFR . [3] Позже в 2012 году Илон Маск впервые публично объявил о планах по разработке ракеты, превосходящей возможности существующей Falcon 9. [5] SpaceX назвала ее Mars Colonial Transporter , поскольку ракета должна была доставлять людей на Марс и обратно. [6] В 2016 году название было изменено на Interplanetary Transport System , поскольку планировалось, что ракета сможет путешествовать и за пределы Марса. [7] Проект предусматривал конструкцию из углеродного волокна , [8] массу более 10 000 тонн (22 000 000 фунтов) при полной заправке, полезную нагрузку 300 тонн (660 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту, при этом она была полностью многоразовой. [8] К 2017 году концепция была временно переименована в BFR. [9]
В декабре 2018 года конструкционный материал был изменен с углеродных композитов [10] [8] на нержавеющую сталь, [11] [12], что ознаменовало переход от ранних концепций дизайна Starship. [11] [13] [14] Маск привел многочисленные причины изменения конструкции: низкая стоимость, простота производства, повышенная прочность нержавеющей стали при криогенных температурах и способность выдерживать высокие температуры. [15] [13] В 2019 году SpaceX начала называть весь корабль Starship, при этом вторая ступень была названа Starship , а ускоритель — Super Heavy . [16] [17] [18] Они также объявили, что Starship будет использовать многоразовые теплозащитные плитки, аналогичные тем, что используются в Space Shuttle . [19] [20] К 2019 году конструкция второй ступени также остановилась на шести двигателях Raptor: три оптимизированы для работы на уровне моря и три оптимизированы для работы в вакууме . [21] [22] В 2019 году SpaceX объявила об изменении конструкции второй ступени, сократив количество кормовых закрылков с трех до двух для снижения веса. [23] В марте 2020 года SpaceX выпустила Руководство пользователя Starship, в котором заявила, что полезная нагрузка Starship на низкой околоземной орбите (НОО) будет превышать 100 тонн (220 000 фунтов), а полезная нагрузка на ГПО составит 21 тонну (46 000 фунтов). [24]
В ноябре 2005 года [3] до того, как SpaceX запустила Falcon 1 , свою первую ракету, [4] генеральный директор Илон Маск впервые упомянул о долгосрочной и высокопроизводительной концепции ракеты под названием BFR. BFR сможет выводить 100 тонн (220 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту и будет оснащен двигателями Merlin 2. Merlin 2 будет находиться в прямой родословной двигателей Merlin, используемых на Falcon 9 , и будет описан как увеличенный регенеративно охлаждаемый двигатель, сопоставимый с двигателями F-1, используемыми на Saturn V. [3 ]
В июле 2010 года [25] после последнего запуска Falcon 1 годом ранее [26] SpaceX представила на конференции концепции ракеты-носителя и космического буксира для Марса . Концепции ракеты-носителя назывались Falcon X (позже названной Falcon 9), Falcon X Heavy (позже названной Falcon Heavy) и Falcon XX (позже названной Starship); самой большой из всех была Falcon XX с грузоподъемностью 140 тонн (310 000 фунтов) на низкой околоземной орбите. Чтобы доставить такую полезную нагрузку, ракета должна была быть такой же высокой, как Saturn V, и использовать шесть мощных двигателей Merlin 2. [25]
В октябре 2012 года компания впервые публично озвучила планы по разработке полностью многоразовой ракетной системы с существенно большими возможностями, чем существующая Falcon 9 компании SpaceX. [27] Позже в 2012 году [28] компания впервые публично упомянула концепцию ракеты Mars Colonial Transporter. Она должна была перевозить 100 человек или 100 тонн (220 000 фунтов) груза на Марс и была бы оснащена двигателями Raptor, работающими на метане. [29] Маск ссылался на эту новую ракету-носитель под неуказанным акронимом «MCT», [27] как было раскрыто в 2013 году, [30] который будет обслуживать архитектуру марсианской системы компании . [31] Главный операционный директор SpaceX Гвинн Шотвелл дала потенциальный диапазон полезной нагрузки от 150 до 200 тонн на низкую околоземную орбиту для планируемой ракеты. [27] Для миссий на Марс космический корабль будет перевозить до 100 тонн (220 000 фунтов) пассажиров и грузов. [32] По словам руководителя разработки двигателей SpaceX Тома Мюллера , SpaceX может использовать девять двигателей Raptor на одном ускорителе MCT или космическом корабле. [33] [34] Предварительный проект будет иметь диаметр не менее 10 метров (33 фута) и, как ожидается, будет иметь до трех ядер, в общей сложности не менее 27 ускорительных двигателей. [31]
В 2016 году название системы Mars Colonial Transporter было изменено на Interplanetary Transport System ( ITS ), поскольку транспортное средство могло совершать полеты в другие пункты назначения. [35] Кроме того, Илон Маск предоставил более подробную информацию об архитектуре космической миссии, ракете-носителе, космическом корабле и двигателях Raptor. Первый испытательный запуск двигателя Raptor на испытательном стенде состоялся в сентябре 2016 года. [36] [37]
26 сентября 2016 года, за день до 67-го Международного астронавтического конгресса , двигатель Raptor заработал впервые. [38] На мероприятии Маск объявил, что SpaceX разрабатывает новую ракету с двигателями Raptor под названием Interplanetary Transport System. Она будет иметь две ступени, многоразовый ускоритель и космический корабль. Баки ступеней должны были быть изготовлены из углеродного композита , хранящего жидкий метан и жидкий кислород. Несмотря на то, что ракета способна выводить груз на низкую околоземную орбиту весом 300 тонн (660 000 фунтов), ожидалось, что ее стоимость запуска будет низкой. Космический корабль будет иметь три варианта: экипаж, груз и танкер; танкер используется для перекачки топлива в космический корабль на орбите. [39] Концепция, особенно технологические достижения, необходимые для создания такой системы, и необходимые средства, вызвали значительный скептицизм. [40] Обе ступени будут использовать автогенную систему наддува топливных баков, что исключит проблемную систему наддува гелия высокого давления, имеющуюся в Falcon 9. [41] [42] [36]
В октябре 2016 года Маск указал, что первоначальный образец для испытаний бака, изготовленный из препрега из углеродного волокна и построенный без герметизирующего вкладыша, хорошо показал себя в испытаниях криогенной жидкости. Испытание давлением примерно на 2/3 от проектного давления разрыва было завершено в ноябре 2016 года. [43] В июле 2017 года Маск указал, что проект архитектуры претерпел изменения с 2016 года в целях поддержки коммерческих перевозок посредством запусков на околоземной орбите и окололунных орбит. [44]
.jpg/1280px-Interplanetary_Transport_System_(29937260776).jpg){kind=spacer}
Ракета -носитель ITS должна была представлять собой многоразовую первую ступень диаметром 12 м (39 футов), высотой 77,5 м (254 фута), оснащенную 42 двигателями, каждый из которых производил бы 3024 килоньютона (680 000 фунтов силы) тяги . Общая тяга ракеты-носителя составляла бы 128 МН (29 000 000 фунтов силы) при старте, увеличиваясь до 138 МН (31 000 000 фунтов силы) в вакууме [45] , что в несколько раз превышает тягу ракеты Saturn V в 36 МН (8 000 000 фунтов силы) . [41] Она весила 275 тонн (606 000 фунтов) в пустом состоянии и 6700 тонн (14 800 000 фунтов) при полной заправке топливом. Он использовал бы решетчатые ребра, чтобы помочь направить ускоритель через атмосферу для точной посадки. [45] Конфигурация двигателя включала 21 двигатель во внешнем кольце и 14 во внутреннем кольце. Центральный кластер из семи двигателей мог бы иметь возможность карданного подвеса для управления направлением, хотя некоторое управление направлением могло бы достигаться за счет дифференциальной тяги с фиксированными двигателями. Каждый двигатель мог бы дросселировать от 20 до 100 процентов номинальной тяги. [42]
Целью проекта было достижение скорости разделения около 8650 км/ч (5370 миль/ч) при сохранении около 7% первоначального топлива для достижения вертикальной посадки на стартовой площадке. [42] [46] Проект предусматривал наличие решетчатых ребер для направления ускорителя во время входа в атмосферу . [42] Ожидалось, что обратные полеты ускорителя будут сталкиваться с нагрузками ниже, чем у Falcon 9, главным образом потому, что ITS будет иметь как меньшее отношение масс, так и меньшую плотность. [47] Ускоритель должен был быть рассчитан на номинальные нагрузки 20 г , а возможно, и до 30–40 г. [47]
В отличие от подхода к посадке, используемого на Falcon 9 компании SpaceX — либо на большую плоскую бетонную площадку, либо на плавающую посадочную платформу , — ускоритель ITS должен был быть спроектирован так, чтобы приземляться на саму стартовую установку для немедленной дозаправки и повторного запуска. [42]
Вторая ступень ITS планировалась для использования в длительных космических полетах, а не только для выхода на орбиту. Два предложенных варианта были рассчитаны на многократное использование. [41] Максимальная ширина составит 17 м (56 футов), с тремя двигателями Raptor на уровне моря и шестью, оптимизированными для запуска в вакууме. Общая тяга двигателей в вакууме должна была составить около 31 МН (7 000 000 фунтов силы). [48]
В сентябре 2017 года на 68-м ежегодном заседании Международного астронавтического конгресса Маск объявил о новой ракете-носителе, назвав ее BFR , снова изменив название, хотя и заявив, что это временное название. [9] Аббревиатура также была заявлена как расшифровывающаяся как Big Falcon Rocket или Big Fucking Rocket , ироничная отсылка к BFG из серии видеоигр Doom . [32] Маск предвидел первые две грузовые миссии на Марс уже в 2022 году, [50] с целью «подтвердить водные ресурсы и выявить опасности», одновременно развернув «энергетическую, горнодобывающую и жизнеобеспечивающую инфраструктуру» для будущих полетов. За этим последуют четыре корабля в 2024 году, два пилотируемых космических корабля BFR и два грузовых корабля, перевозящих оборудование и припасы для топливного завода. [9]
В проекте сбалансированы такие цели, как масса полезной нагрузки, возможности посадки и надежность. Первоначальный проект предполагал наличие у корабля шести двигателей Raptor (два на уровне моря, четыре в вакууме) вместо девяти в предыдущем проекте ITS. [9]
К сентябрю 2017 года Raptor были испытаны в общей сложности 20 минут в 42 испытательных циклах. Самый длинный тест составил 100 секунд, что было ограничено размером топливных баков. Испытательный двигатель работал при давлении 20 МПа (200 бар; 2900 фунтов на квадратный дюйм). Летный двигатель был нацелен на 25 МПа (250 бар; 3600 фунтов на квадратный дюйм), на пути к 30 МПа (300 бар; 4400 фунтов на квадратный дюйм) в более поздних итерациях. [9] В ноябре 2017 года Шотвелл указала, что около половины всех разработок BFR были сосредоточены на двигателе. [51]
SpaceX искала производственные площадки в Калифорнии , Техасе , Луизиане [52] и Флориде . [53] К сентябрю 2017 года SpaceX начала производство компонентов ракеты-носителя: «Заказана оснастка для основных баков, ведется строительство объекта, мы начнем строительство первого корабля [во втором квартале 2018 года]» [9]
К началу 2018 года первый прототип корабля из углеродного композита находился в стадии строительства, и SpaceX начала строительство нового производственного объекта в порту Лос-Анджелеса , Калифорния. [54]
В марте SpaceX объявила, что будет производить свою ракету-носитель и космический корабль на новом предприятии на Сисайд-Драйв в порту. [55] [56] [57] К маю около 40 сотрудников SpaceX работали над BFR. [52] SpaceX планировала перевезти ракету-носитель на барже через Панамский канал на мыс Канаверал для запуска. [52] С тех пор компания расторгла соглашения, чтобы сделать это.
В августе 2018 года глава Командования воздушной мобильности ВВС США выразил заинтересованность в способности BFR перемещать до 150 тонн (330 000 фунтов) груза в любую точку мира менее чем за 30 минут, «за меньшую стоимость, чем C-5 ». [58] [59]
BFR был спроектирован высотой 106 метров (348 футов), диаметром 9 метров (30 футов) и изготовлен из углеродных композитов . [50] [60] Верхняя ступень, известная как Big Falcon Ship (BFS), включала небольшое треугольное крыло на заднем конце с разрезными закрылками для управления тангажем и креном . Треугольное крыло и разрезные закрылки, как говорили, расширяли зону полета , позволяя кораблю приземляться в различных плотностях атмосферы (вакуум, разреженная или тяжелая атмосфера) с широким диапазоном полезных нагрузок. [50] [9] : 18:05–19:25 Первоначально конструкция BFS имела шесть двигателей Raptor, четыре из которых были вакуумными, а два — на уровне моря. К концу 2017 года SpaceX добавила третий двигатель на уровне моря (всего 7), чтобы обеспечить большее количество посадок полезной нагрузки с Земли на Землю и при этом обеспечить возможность посадки в случае отказа одного из двигателей. [61] [a]
Были описаны три версии BFS: грузовой BFS, танкер BFS и экипажный BFS. Грузовой вариант использовался для достижения околоземной орбиты [50], а также для перевозки грузов на Луну или Марс. После дозаправки на эллиптической околоземной орбите BFS был разработан так, чтобы в конечном итоге иметь возможность приземлиться на Луне и вернуться на Землю без дополнительной дозаправки. [50] [9] : 31:50 BFR также был нацелен на перевозку пассажиров/грузов в транспорте Земля-Земля, доставляя свой полезный груз в любое место в течение 90 минут. [50]
В декабре 2018 года конструкционный материал был изменен с углеродных композитов [42] [41] на нержавеющую сталь, [11] [12] ознаменовав переход от ранних концепций дизайна Starship. [11] [13] [14] Маск привел многочисленные причины изменения конструкции: низкая стоимость и простота производства, повышенная прочность нержавеющей стали при криогенных температурах , а также ее способность выдерживать высокую температуру. [15] [13] Высокая температура, при которой сталь серии 300 переходит в пластическую деформацию , исключит необходимость в тепловом экране на подветренной стороне Starship, в то время как гораздо более горячая наветренная сторона будет охлаждаться за счет того, что топливо или вода будут просачиваться через микропоры в двойной оболочке из нержавеющей стали, отводя тепло путем испарения . Наветренная сторона с жидкостным охлаждением была изменена в 2019 году для использования многоразовых теплозащитных плиток, аналогичных тем, что используются в космическом челноке . [19] [20]
В 2019 году SpaceX начала называть весь корабль Starship, при этом вторая ступень была названа Starship , а ускоритель Super Heavy . [16] [17] [62] [63] В сентябре 2019 года Маск провел мероприятие, посвященное разработке Starship, в ходе которого он более подробно рассказал о нижней ступени ускорителя, методе управления спуском верхней ступени, тепловом экране, орбитальной дозаправочной способности и потенциальных пунктах назначения помимо Марса. [21] [22] [23]
За годы проектирования соотношение двигателей, работающих на уровне моря, и вакуумных двигателей на второй ступени существенно различалось. К 2019 году конструкция второй ступени остановилась на шести двигателях Raptor — трех, оптимизированных для работы на уровне моря , и трех, оптимизированных для работы в вакууме . [21] [22] Чтобы уменьшить вес, количество задних закрылков на второй ступени было уменьшено с трех до двух. [23] Позже в 2019 году Маск заявил, что ожидается, что Starship будет иметь массу 120 000 кг (260 000 фунтов) и сможет изначально перевозить полезную нагрузку в 100 000 кг (220 000 фунтов), со временем увеличиваясь до 150 000 кг (330 000 фунтов). Маск намекнул на одноразовый вариант, который мог бы вывести 250 тонн на низкую орбиту. [64]
Одним из возможных вариантов будущего использования Starship, предложенных SpaceX, являются полеты из пункта в пункт (так называемые полеты «Земля-Земля» в SpaceX), которые позволяют добраться в любую точку Земли менее чем за час. [65] В 2017 году президент и главный операционный директор SpaceX Гвинн Шотвелл заявила, что полеты из пункта в пункт с пассажирами могут стать экономически конкурентоспособными по сравнению с обычными рейсами бизнес-класса . [66] Джон Логсдон , академик по космической политике и истории, сказал, что идея перевозки пассажиров таким образом «крайне нереалистична», поскольку корабль будет переключаться между невесомостью и ускорением в 5 g . [67] Он также прокомментировал, что «Маск называет все это «желаемым», что является хорошим кодовым словом для более чем вероятно недостижимого». [67]
— это космический корабль/верхняя ступень, а Super Heavy — это ракетный ускоритель, необходимый для выхода из глубокого гравитационного колодца Земли (не требуется для других планет или лун).
Система Starship компании SpaceX представляет собой полностью многоразовую транспортную систему, предназначенную для обслуживания потребностей околоземной орбиты, а также миссий на Луну и Марс. Этот двухступенчатый корабль — состоящий из сверхтяжелой ракеты (ускорителя) и Starship (космического корабля)
(обсуждение SpaceX в 30:15-31:40)
У нас будет следующее поколение ракет и космических кораблей, помимо серий Falcon и Dragon ... Я надеюсь описать эту архитектуру в этом году на Международном астронавтическом конгрессе. который является крупным международным космическим событием каждый год. ... первые полеты на Марс? мы надеемся сделать это примерно в 2025 году ... через девять лет или около того.
обновленная версия архитектуры Марса: потому что она довольно сильно изменилась с момента последнего выступления. ... Главное, что я понял, это как вы за это платите? Если мы уменьшим марсианский корабль, сделаем его способным выполнять деятельность на околоземной орбите, а также деятельность на Марсе, возможно, мы сможем заплатить за него, используя его для деятельности на околоземной орбите. Это один из ключевых элементов новой архитектуры. Он похож на тот, что был показан на IAC, но немного меньше. Все еще большой, но у этого есть шанс стать реальным на экономическом фронте.
подсчитала, что около 50 процентов работы над BFR сосредоточено на двигателях Raptor.
Строительство первого прототипа космического корабля находится в процессе. «Мы на самом деле строим этот корабль прямо сейчас», — сказал он. «Я думаю, что мы, вероятно, сможем совершать короткие полеты, короткие полеты вверх и вниз, вероятно, где-то в первой половине следующего года».
активно рассматривает возможность расширения своего завода в Сан-Педро, Калифорния, чтобы начать производство межпланетных космических кораблей. Это позволило бы SpaceX легко перевести персонал из штаб-квартиры в Хоторне.
[Маск] добавил, что с момента презентации в прошлом месяце SpaceX пересмотрела конструкцию космического корабля BFR, добавив двигатель Raptor со «средним отношением площади» к его первоначальному комплекту из двух двигателей с соплами на уровне моря и четырех с вакуумными соплами. Этот дополнительный двигатель помогает реализовать эту возможность отключения двигателя ... и «позволит совершать посадки с большей массой полезной нагрузки для транспортной функции Земля-Земля».
Сначала Маск решает самые сложные инженерные проблемы. Для Марса потребуется множество логистических вещей, чтобы все это работало, от питания на поверхности до выживания и адаптации к его экстремальному климату. Но Маск считает, что первым, самым сложным шагом является строительство многоразового орбитального звездолета, чтобы доставить людей и тонны вещей на Марс. Поэтому он сосредоточен на этом
.