Pengurangan biaya akses ke ruang angkasa dan kemunculan umat manusia kemungkinan penjajahan Mars dinyatakan oleh Elon Musk sebagai tujuan dari keberadaan SpaceX sejak berdirinya perusahaan pada Mei 2002. Namun, rencana ambisius tersebut tidak dapat direalisasikan dengan investasi awal Mask, yang berjumlah sekitar $ 100 juta, sehingga SpaceX memulai pekerjaan mereka dengan pengembangan kendaraan peluncuran yang agak sederhana "Falcon 1", yang mampu menempatkan hanya 420 kg ke dalam orbit Bumi yang rendah.
Namun, sudah pada
November 2005 , sebelum peluncuran roket pertamanya, ketika seluruh perusahaan hanya memiliki sekitar 160 karyawan, ia mengumumkan rencana untuk membuat roket ekstra berat untuk terbang ke Mars yang mampu mengirimkan 100 ton muatan ke orbit. Proyek itu disebut "BFR", yang kemudian secara resmi didekripsi sebagai Big Falcon Rocket, dan nama tidak resmi aslinya diterjemahkan sebagai "roket besar." Pada tahap pertama, seharusnya ada versi yang diperbesar dari mesin oksigen-minyak tanah Merlin 2, di mana mereka berencana untuk mengganti pendinginan ablasi dari ruang bakar dengan pendingin regeneratif (dalam kasus pertama, bahan khusus digunakan pada dinding ruang untuk mendinginkan ruang, yang secara bertahap menguap, dan dalam kasus kedua, bahan bakar pompa atau bahan pengoksidasi melalui banyak saluran yang digiling digunakan untuk ini). Dengan dorongannya, mesin ini seharusnya menghasilkan hanya untuk RD-170, dan mesin oksigen-hidrogen Raptor seharusnya berdiri pada tahap ke-2.
Tetapi 3 peluncuran pertama Falcon yang gagal pada akhir 2008 menempatkan perusahaan di ambang kehancuran, sehingga rencana strategis harus disisihkan sementara untuk mencari dana untuk implementasi proyek yang sedang berjalan. Namun demikian, sudah
pada tanggal 30 Juli 2010, Tom Markusic mempresentasikan pada AIAA Joint Propulsion mempresentasikan rincian teknis proyek.
Pada waktu itu, rudal itu adalah Falcon 9 yang diperbesar, memiliki 3 versi: Falcon X / Falcon X Heavy dengan diameter 6 m dan Falcon XX dengan diameter 10 m. Sepasang mesin disediakan untuk mereka: tahap pertama dikendarai oleh mesin minyak tanah Merlin 2 dengan daya dorong 770 ton-kekuatan dan impuls spesifik 285 detik di permukaan laut dan 870 ton dalam vakum, dengan tekanan di ruang bakar 138 atmosfer dalam kedua kasus. Tahap kedua seharusnya memasang mesin hidrogen-oksigen Raptor dengan daya dorong 68 ton dan impuls 470 detik, pada tekanan 117 atmosfer. Kendaraan peluncuran akan meluncurkan 38, 125 dan 140 ton muatan ke orbit Bumi rendah, masing-masing.
Perbandingan ukuran garis rudal baru dengan Falcon 9 dan Saturn-5 (kiri).Namun, hampir segera ternyata jelas tidak mungkin membuat sistem yang memiliki 2 jenis bahan bakar, salah satunya juga hidrogen. Dan karena salah satu pendekatan kunci dalam karya SpaceX, Elon Musk mengumumkan penolakan solusi mahal, diputuskan untuk segera meninggalkan opsi ini. Pada
November 2012, Musk mengumumkan kepada publik bahwa mesin metana-oksigen akan dipasang pada roket baru mereka. Beberapa saat kemudian ia mengumumkan singkatan misteriusnya "MCT", yang ternyata merupakan singkatan untuk nama "Mars Colonial Transport", yang seharusnya mengangkut 100 orang ke Mars sekaligus.
Pada kuartal kedua 2013, Musk
mengumumkan bahwa SpaceX tidak akan melakukan IPO (penawaran umum saham) sampai penerbangan MCT reguler ke Mars dimulai. Dia menyebut alasan untuk ini bahwa investor pertukaran tidak tertarik pada proyek yang begitu lama dalam implementasi yang, sebagai akibatnya, dapat menyebabkan konflik dalam manajemen perusahaan.
Juga pada saat ini diumumkan bahwa daya dorong Raptor akan ditingkatkan menjadi 300 ton. Dan pada 19 Februari 2014, pada sebuah konferensi di Santa Barbara, California, wakil presiden SpaceX untuk manufaktur mesin Thomas Muller mengumumkan bahwa Raptor akan memiliki skema gasifikasi lengkap untuk komponen bahan bakar. Pada saat itu, hanya ada dua mesin seperti itu di dunia - Soviet 640-ton RD-270 dan Amerika 112-ton IPD - tes keduanya karena berbagai alasan tidak pernah selesai.
Karena fakta bahwa pengembangan IPD dilakukan di bawah naungan NASA, dan dengan demikian menjadi milik semua warga AS sekaligus, SpaceX mengambil keuntungan dari mereka, serta memperoleh akses
ke peralatan dan bahkan memikat beberapa spesialis yang mengerjakannya, karena proyek ini tidak memiliki kelanjutan. Pengujian generator gas Raptor dimulai pada Mei 2014, dan
pada 21 April di Stennis Space Center (Mississippi), bangku tes untuk menguji semua subsistem mesin telah selesai. Tak lama kemudian, tes dimulai pada versi mesin yang lebih kecil, dengan daya dorong sekitar 100 ton.
Pada 28 September 2016, di Kongres Internasional Astronautika, Ilon Mask pertama kali secara pribadi mempresentasikan proyek transportasi Mars, yang seharusnya memiliki karakteristik yang benar-benar gila. Memiliki diameter 12 meter dan tinggi 122 meter, kendaraan peluncuran 2-tahap "ITS" ini (singkatan dari "Sistem Transportasi Antarplanet") seharusnya memiliki massa total 10,5 ribu ton, mengembangkan daya dorong mesin 13 ribu ton dan dimasukkan ke dalam orbit 300 dan 550 ton kargo dalam versi yang dapat digunakan kembali / sekali pakai. Dalam hal indikator-indikator ini, ITS harusnya telah melampaui setidaknya 3,5 kali semua kendaraan peluncuran sebelumnya yang pernah dibuat.
Mesin Raptor pada waktu itu seharusnya mengembangkan daya dorong 310 ton dengan dorongan spesifik 334 detik dalam versi atmosfer, dan dalam ruang hampa - 357 ton-kekuatan dan 382 detik impuls. Tekanan di ruang bakar mesin juga harus melebihi semua analog yang ada pada saat itu, mencapai 300 atmosfer.
Tahap pertama seharusnya memiliki massa kering hanya 275 ton, dengan total massa tahap 6975 ton, dan memiliki 42 Raptor atmosfer. Kapal dan kapal tanker itu memiliki berat kering 150/90 ton, muatan 300/380 ton dan berat total masing-masing 1950/2500 ton. Mereka seharusnya dipasang pada 3 versi atmosfer dan 6 versi vakum mesin, dan panjangnya 49,5 meter. Pada saat yang sama, direncanakan untuk mencapai biaya peluncuran hanya $ 43 juta untuk kapal dan $ 8 juta untuk kapal tanker, yang, dengan memperhitungkan pengiriman 100 penumpang sekaligus, memberikan harga tiket hanya $ 140 ribu per orang.
Untuk memahami betapa gilanya indikator yang dimasukkan ke dalam sistem ini, cukup untuk melihat kesempurnaan massanya (rasio massa tahap roket kosong dengan total massa bahan bakar): jadi untuk tahap pertama harus 0,039, dan untuk kapal tanker seharusnya 0,036. Sebagai perbandingan, roket Rusia-Ukraina Zenit-3MS, angka
ini hanya 0,079 untuk tahap pertama dan 0,094 untuk putaran kedua, dan untuk kendaraan peluncuran Blok 5 Falcon 9, nilainya masing-masing 0,065 dan 0,04. SpaceX berencana untuk mencapai semua ini karena meluasnya penggunaan serat karbon sebagai bahan struktural.
Sama sekali tidak mengejutkan dalam situasi ini bahwa proyek dihadapkan dengan masalah teknis yang serius. Pada Kongres Astronautika Internasional berikutnya
pada 29 September 2017, Elon Musk kembali mempresentasikan proyek yang telah mengalami perubahan besar ke bawah. Berat total sistem dikurangi menjadi 4400 ton, dengan 5400 ton traksi dan 31 mesin pada tahap 1. Dimensi sistem juga menurun: diameter mulai 9 meter, dan tinggi total - 106 meter. Ada 3 mesin vakum atmosfer dan 4 yang tersisa di kapal, dengan massa total struktur 1.335 ton dan panjang 48 meter. Karakteristik Raptors juga menurun: pada tekanan 250 atmosfer, 173 ton gaya traksi dengan impuls spesifik 330/356 detik di atmosfer / vakum untuk versi atmosfer, dan 194 ton gaya traksi dengan impuls 375 detik untuk versi vakum.
Namun, ada kabar baik: pada saat ini, versi Raptor ≈100 ton telah melewati 42 tes, dengan total durasi lebih dari 20 menit. Pada saat yang sama, tekanan di ruang bakar dinaikkan menjadi 200 atmosfer.
Pada tahun 2018,
presentasi perubahan sistem dikombinasikan dengan presentasi penumpang pertama kapal - miliarder Yusaku Maedzawa - sehingga bagian teknis ternyata agak sedikit. Mungkin perubahan utama yang diumumkan Musk dalam presentasi ini pada 17 September 2018, adalah peningkatan panjang kapal menjadi 55 meter dan pemasangan 7 mesin Raptor di atasnya hanya dalam versi atmosfer. Alasan untuk perubahan tersebut adalah keinginan untuk dengan cepat beralih ke operasi komersial sistem.
Pada Oktober 2018, Musk memutuskan untuk mentransfer sistem yang dapat digunakan kembali ke baja sebagai bahan struktural, yang kemudian disebutnya sebagai solusi desain
terbaik untuk sistem ini, karena baja hanya berharga 2% dari biaya serat karbon ($ 3 melawan hampir $ 200 per 1 kg), dan juga memiliki kekuatan besar pada suhu cryogenic dan tinggi.
Pada awal Desember 2018, di cosmodrome SpaceX pribadi di Boca Chica (Texas), perakitan perangkat yang tidak biasa dimulai, yang akhirnya terbentuk pada 10 Januari. Perangkat ini ternyata adalah Starhopper - versi pengurangan Starship 39 meter, dirancang untuk uji terbang pertama mesin, teknologi manufaktur untuk tangki cryogenic dan pengisian bahan bakarnya.
Untuk menguji Starhopper
, tangki dengan volume 432 m
3 untuk oksigen cair dan 364 m
3 untuk metana cair
dipasang di Boca Chica, yang diisi bahan bakar dengan pembawa gas terlebih dahulu. Pekerjaan di dalam dan di permukaan Starhopper berlanjut selama beberapa bulan, dan untuk kemudahan akses di dalam, hidungnya tidak terpasang dengan kuat, karena itu, pada 23 Januari, angin kencang dengan kecepatan 80 km / jam merobek dan merusak fairing. Mereka memutuskan untuk tidak mengembalikannya, tetapi untuk menutupi Starhopper dengan penutup hemispherical.
Namun, kabar baik tentang proyek itu muncul lagi
pada pagi hari tanggal 3 Februari : di lokasi pengujian di McGregor (Texas), tes pertama Raptor berukuran penuh dimulai, yang segera mulai berjalan dengan kecepatan yang sangat agresif.
Pada 7 Februari, Raptor telah mengembangkan
172 ton daya dorong pada tekanan di ruang bakar 257 atmosfer pada bahan bakar "hangat", yang lebih tinggi dari ambang batas yang diperlukan sebesar 170 ton-kekuatan untuk menggunakannya pada kendaraan peluncuran dan kapal. Pada 10 Februari, tekanan
268,9 atmosfer tercapai, yang setara dengan sekitar 180 ton dorong. Dan pada 21 Februari, mesin No. 1 direncanakan akan
rusak dalam pengujian untuk mengembangkan tekanan setinggi mungkin.
Starhopper diangkut ke lokasi peluncuran pada 8 Maret 2019 di Boca Chica, Texas.Pada 3 April, Starhopper menyelesaikan pembakaran pertama dengan mesin # 2, diikuti dengan lompatan kecil pada tali pada 5 April, hingga ketinggian sekitar 1 meter.
Pada bulan Mei, Starship Mk1 diletakkan di Boca Chica, dan pada saat yang sama, peletakan paralel Mk2 Starship dimulai di Coco, Florida! Tim yang membangun prototipe menggunakan metode konstruksi yang berbeda, sehingga bersaing di antara mereka sendiri, yang untuknya mereka diberi nama: Mk1 di Boca Chica dibangun oleh tim
"merah" , dan tim yang membuat Mk2 di Coco menjadi "biru". Ini terbayar, karena tim biru dari Cocoa dari awal berhasil maju dalam konstruksi jauh lebih cepat, walaupun mereka memulai konstruksi sedikit kemudian. Tetapi untuk menyelesaikan pembangunan Mk1 pada saat presentasi, bagian dari tim mereka sementara dipindahkan ke Boca Chica.
Pada saat yang sama, tes Starhopper berlanjut: pada 22 Juli, ia melakukan penerbangan penuh yang berlangsung 22 detik dan ketinggian 18 meter.
Namun, pengujian mesin tidak berjalan dengan lancar: mesin No. 3 dan 4 hilang dalam perang melawan masalah teknis, dan No. 5, karena cacat desain,
memindahkan stator turbin oksigen, yang mengapa mereka juga memutuskan untuk membongkarnya untuk bagian-bagian.
Semua ini, bersama dengan masalah getaran berbahaya pada frekuensi 600 Hz,
mampu mengalahkan Raptor No. 6. Dan meskipun ia masih memiliki risiko kerusakan dengan daya dorong
sekitar 40% , namun ini tidak mengganggu tes panjang Starhopper, karena pada saat yang sama dorongan tidak boleh jatuh di bawah 50%.
Pada 27 Agustus, penerbangan terakhir Starhopper berlangsung dengan mesin No. 6 di ketinggian 150 meter, yang berlangsung sekitar 57 detik. Setelah itu, diputuskan untuk menggunakannya hanya untuk uji bakar mesin.
Perlu dicatat bahwa pengeluaran mesin yang begitu besar dalam proses pengujian cukup lumrah: misalnya,
22 buah digunakan dalam uji RD-270, sedangkan untuk penyelesaian lengkap pengujian yang mereka butuhkan sebanyak 200 buah.
Namun demikian, masalah dengan pelambatan mesin mengarah pada 28 Juni, Ilona Mask dengan ide menciptakan versi mesin yang disederhanakan untuk daya dorong konstan
250 ton . Juga pada bulan Juni, diketahui bahwa keberhasilan uji coba Starship meyakinkan
3 perusahaan telekomunikasi untuk memilih operator ini sebagai sarana untuk mengirimkan satelit mereka ke orbit pada tahun 2021.
Menurut data saat ini, prototipe Starship Mk1 memiliki berat
≈200 ton pada ketinggian
50 meter , tetapi pada kapal ke-4 atau ke-5 rencananya untuk mengurangi massa hingga 120 ton. Massa kapal harus mencapai 1.400 ton, dan total massa sistem - sebanyak 5.000 ton.
Saat ini, SpaceX telah
mengajukan aplikasi ke FAA untuk penerbangan uji Starship Mk1, yang menurut Direktur Kontrak Keamanan Nasional SpaceX Gary Henry, akan berlangsung dalam waktu sekitar 2 bulan. Dan menurut Mask, Starship dapat memasuki orbit untuk pertama kalinya pada tahun 2020, yang menyiratkan perakitan pada titik ini juga dari tahap 1 - Super Heavy.
Raptor
Baru-baru ini, Musk juga memberikan beberapa detail tentang desain mesin. Ruang pembakaran dan noselnya
memiliki jaket pendingin dari saluran tembaga giling, beban yang ditransfer ke selubung dari inconel. Dan untuk pencampuran komponen bahan bakar yang efisien, banyak
nozel sentrifugal koaksial
yang digunakan . Juga patut dicatat bahwa kapasitas turbin dalam satu Raptor adalah sebanyak
74 megawatt .
Musk juga mengatakan bahwa pada akhir tahun ini direncanakan untuk mencapai kecepatan produksi
500 Raptor per tahun. Menurut perkiraannya, produksi massal akan mengurangi biayanya lebih dari 10 kali lipat. Dalam versi mendatang direncanakan mencapai massa Raptor
1,5 ton dengan rasio dorong-berat lebih dari 170. Juga, menurut
analisis lingkungan , karakteristik nosel Raptor dikenal:
Tabel perbandingan karakteristik semua versi Starship (
ada versi yang diperbesar):
