A redução do custo de acesso ao espaço e o surgimento da humanidade, a possibilidade da colonização de Marte foram declarados por Elon Musk como o objetivo da existência do SpaceX desde a fundação da empresa em maio de 2002. No entanto, esses planos ambiciosos não puderam ser realizados com o investimento inicial de Mask, que totalizou cerca de US $ 100 milhões, então a SpaceX começou seu trabalho com o desenvolvimento de um veículo de lançamento bastante modesto "Falcon 1", capaz de colocar apenas 420 kg em órbita terrestre baixa.
No entanto, já em
novembro de 2005 , antes do lançamento de seu primeiro foguete, quando toda a empresa tinha apenas 160 funcionários, ele anunciou planos de criar um foguete extra-pesado para voar para Marte, capaz de entregar 100 toneladas de carga útil em órbita. O projeto foi chamado de "BFR", que mais tarde foi oficialmente descriptografado como Big Falcon Rocket, e o nome não oficial original foi traduzido como "maldito big rocket". Em seu primeiro estágio, deveria haver uma versão ampliada do motor de oxigênio-querosene Merlin 2, na qual eles planejavam substituir o resfriamento por ablação da câmara de combustão pelo resfriamento regenerativo (no primeiro caso, é usado material especial nas paredes da câmara para resfriar a câmara, que gradualmente evapora, e no segundo caso, é usado para bombear combustível ou um agente oxidante através de muitos canais fresados). Por seu impulso, este mecanismo deveria ter cedido apenas ao RD-170, e o mecanismo de oxigênio-hidrogênio Raptor deveria ter ficado na 2ª etapa.
Mas os três primeiros lançamentos malsucedidos do Falcon 1 até o final de 2008 colocaram a empresa à beira da ruína; portanto, os planos estratégicos tiveram que ser temporariamente deixados de lado em favor da busca de fundos para a implementação de projetos em andamento. No entanto, já
em 30 de julho de 2010, Tom Markusic apresentou na apresentação de Propulsão Conjunta da AIAA os detalhes técnicos do projeto.
Naquela época, o míssil era um Falcon 9 ampliado, com três versões: Falcon X / Falcon X Heavy com um diâmetro de 6 me Falcon XX com um diâmetro de 10 M. Um par de motores era fornecido para eles: a primeira etapa era a de motores a querosene. Merlin 2 com um impulso de forças de 770 toneladas e um impulso específico de 285 segundos ao nível do mar e 870 toneladas e 321 segundos no vácuo, com uma pressão na câmara de combustão de 138 atmosferas nos dois casos. O segundo estágio deveria instalar um motor Raptor de hidrogênio-oxigênio com um impulso de 68 toneladas e um impulso de 470 segundos, a uma pressão de 117 atmosferas. Os veículos lançadores lançariam 38, 125 e 140 toneladas de carga útil em baixa órbita terrestre, respectivamente.
Comparação dos tamanhos da nova linha de mísseis com o Falcon 9 e Saturn-5 (à esquerda).No entanto, quase imediatamente ocorreu que, obviamente, não seria possível criar um sistema com dois tipos de combustível, um dos quais também é hidrogênio. E como uma das principais abordagens no trabalho da SpaceX, Elon Musk anunciou a rejeição de soluções caras, decidiu-se abandonar essa opção quase que imediatamente. Em
novembro de 2012, Musk anunciou publicamente que motores de metano-oxigênio seriam instalados em seu novo foguete. Um pouco depois, ele anunciou sua misteriosa abreviatura "MCT", que acabou sendo uma abreviação do nome "Mars Colonial Transport", que deveria transportar 100 pessoas para Marte de cada vez.
No segundo trimestre de 2013, Musk
anunciou que a SpaceX não realizaria uma oferta pública inicial de ações até que vôos regulares da MCT para Marte começassem. Ele chamou a razão para isso: os investidores em bolsa não estão interessados em projetos que são tão longos em implementação que, como resultado, podem levar a conflitos na gestão da empresa.
Também neste momento foi anunciado que o impulso do Raptor será aumentado para 300 toneladas. E em 19 de fevereiro de 2014, em uma conferência em Santa Barbara, Califórnia, o vice-presidente de fabricação de motores da SpaceX, Thomas Muller, anunciou que o Raptor terá um esquema completo de gaseificação para componentes de combustível. Naquela época, havia apenas dois desses motores no mundo - o soviético RD-270 de 640 toneladas e o IPD americano de 112 toneladas - os testes de ambos por várias razões nunca foram concluídos.
Devido ao fato de que os desenvolvimentos de DPI foram realizados sob os auspícios da NASA e, portanto, pertenceram a todos os cidadãos dos EUA de uma só vez, a SpaceX se aproveitou deles, também ganhou acesso
ao equipamento e até atraiu alguns dos especialistas que trabalhavam nele, uma vez que este projeto não continuou. Os testes do gerador de gás Raptor começaram em maio de 2014 e,
em 21 de abril, no Stennis Space Center (Mississippi), foi concluída uma bancada de testes para testar todos os subsistemas de motores. Logo depois, começaram os testes em uma versão menor do motor, com um impulso de cerca de 100 toneladas.
Em 28 de setembro de 2016, no Congresso Internacional de Astronáutica, Ilon Mask apresentou pessoalmente o projeto de transporte marciano, que deveria ter características verdadeiramente insanas. Com 12 metros de diâmetro e 122 metros de altura, este foguete auxiliar de ITS de dois estágios (sigla para Sistema de Transporte Interplanetário) deveria ter uma massa total de 10,5 mil toneladas, desenvolver um impulso de motor de 13 mil toneladas e colocar em órbita 300 e 550 toneladas de carga em versões reutilizáveis / descartáveis. Em termos desses indicadores, o ITS deveria ter excedido pelo menos 3,5 vezes todos os veículos de lançamento anteriores que já foram criados.
O motor Raptor naquela época deveria desenvolver 310 toneladas de soleira com um impulso específico de 334 segundos na versão atmosférica e no vácuo - 357 toneladas de força e 382 segundos de impulso. A pressão na câmara de combustão do motor também precisava exceder todos os análogos existentes naquele momento, atingindo 300 atmosferas.
O primeiro estágio deveria ter uma massa seca de apenas 275 toneladas, com uma massa total do estágio de 6975 toneladas e um 42 Raptor atmosférico. O navio e o navio-tanque deveriam ter um peso seco de 150/90 toneladas, uma carga útil de 300/380 toneladas e um peso total de 1950/2500 toneladas, respectivamente. Eles deveriam ter sido instalados em 3 versões atmosféricas e 6 de vácuo do motor, e seu comprimento seria de 49,5 metros. Ao mesmo tempo, planejava-se alcançar um custo de lançamento de apenas US $ 43 milhões para o navio e US $ 8 milhões para o navio-tanque, que, considerando o envio de 100 passageiros por vez, deram ao bilhete apenas US $ 140 mil por pessoa.
Para entender o quão loucos os indicadores foram colocados nesse sistema, basta analisar sua perfeição de massa (a proporção entre a massa dos estágios de foguetes vazios e a massa total dos reabastecidos): para o primeiro estágio, deve ser 0,039 e, para o navio-tanque, 0,036. Para comparação, o foguete russo-ucraniano Zenit-3MS, esse valor
é de apenas 0,079 para a 1ª etapa e 0,094 para a 2ª e, para o veículo de lançamento do Falcon 9 Bloco 5, esses valores são 0,065 e 0,04, respectivamente. A SpaceX planejava alcançar tudo isso devido ao amplo uso da fibra de carbono como material estrutural.
Não é de surpreender nesta situação que o projeto tenha enfrentado sérios problemas técnicos. No próximo Congresso Internacional de Astronáutica,
em 29 de setembro de 2017, Elon Musk apresentou novamente um projeto que sofreu grandes mudanças para baixo. O peso total do sistema foi reduzido para 4400 toneladas, com 5400 toneladas de tração e 31 motores na 1ª etapa. As dimensões do sistema também diminuíram: o diâmetro começou a ser de 9 metros e a altura total - 106 metros. Restavam 3 motores atmosféricos e 4 a vácuo, com uma massa total da estrutura de 1335 toneladas e um comprimento de 48 metros. As características dos Raptors também diminuíram: para uma pressão de 250 atmosferas, 173 toneladas de forças de tração com um impulso específico de 330/356 segundos na atmosfera / vácuo para a versão atmosférica e 194 toneladas de forças de tração com um impulso de 375 segundos para a versão a vácuo.
No entanto, havia boas notícias: nesse momento, a versão de ≈100 toneladas do Raptor já havia passado em 42 testes, com uma duração total de mais de 20 minutos. Ao mesmo tempo, a pressão na câmara de combustão foi elevada para 200 atmosferas.
Em 2018, a
apresentação de mudanças no sistema foi combinada com a apresentação do primeiro passageiro do navio - o bilionário Yusaku Maedzawa -, de modo que a parte técnica acabou sendo muito escassa. Talvez as principais mudanças anunciadas por Musk nesta apresentação em 17 de setembro de 2018 tenham sido um aumento no comprimento do navio para 55 metros e a instalação de 7 motores Raptor nele apenas na versão atmosférica. O motivo de tais mudanças foi o desejo de mudar rapidamente para a operação comercial do sistema.
Em outubro de 2018, Musk decidiu transferir o sistema reutilizável para o aço como material estrutural, que mais tarde chamou de
melhor solução de design para esse sistema, uma vez que o aço custa apenas 2% do custo da fibra de carbono (US $ 3 versus quase US $ 200 por 1 kg) e também possui grande resistência a altas temperaturas criogênicas.
No início de dezembro de 2018, no cosmódromo particular da SpaceX em Boca Chica (Texas), começou a montagem de um dispositivo incomum, que finalmente tomou forma em 10 de janeiro. Esse dispositivo acabou sendo o Starhopper - uma versão reduzida de 39 metros da nave, projetada para os primeiros testes de vôo do motor, tecnologias de fabricação de tanques criogênicos e seu reabastecimento.
Para testar o Starhopper
, tanques com um volume de 432 m
3 para oxigênio líquido e 364 m
3 para metano líquido foram
instalados em Boca Chica, que foram reabastecidos previamente com transportadores de gás. O trabalho no interior e na superfície do Starhopper continuou por vários meses e, para facilitar o acesso ao interior, seu arco não estava firmemente fixo, devido ao qual um vento de tempestade se rompeu e danificou a carenagem em 23 de janeiro a uma velocidade de 80 km / h. Eles decidiram não restaurá-lo, mas cobrir o Starhopper com uma tampa hemisférica.
No entanto, boas notícias sobre o projeto apareceram novamente
na manhã de 3 de fevereiro : no local do teste em McGregor (Texas), começaram os primeiros testes do Raptor de tamanho normal, que imediatamente começaram a correr em um ritmo muito agressivo.
Em 7 de fevereiro, o Raptor havia desenvolvido
172 toneladas de empuxo a uma pressão na câmara de combustão de 257 atmosferas com combustível "quente", que era superior ao limite exigido de 170 toneladas de força para usá-lo em um veículo de lançamento e navio. Em 10 de fevereiro, foi atingida uma pressão de
268,9 atmosferas , o que correspondeu a aproximadamente 180 toneladas de empuxo. E em 21 de fevereiro, o mecanismo número 1 foi planejado para ser
danificado em um teste para desenvolver a pressão mais alta possível.
O Starhopper é transportado para o local de lançamento em 8 de março de 2019 em Boca Chica, Texas.Em 3 de abril, o Starhopper completou a primeira queimadura com o mecanismo nº 2, seguido de um pequeno salto na trela em 5 de abril, a uma altura de cerca de 1 metro.
Em maio, o Starship Mk1 foi lançado em Boca Chica e, ao mesmo tempo, o lançamento paralelo do Starship Mk2 começou em Coco, na Flórida! As equipes que construíram os protótipos usaram diferentes métodos de construção, competindo entre si, pelo qual receberam o nome: Mk1 em Boca Chica foi construído pela equipe
"vermelha" , e a equipe que construiu a Mk2 em Coco tornou-se "azul". Isso valeu a pena, já que a equipe azul do Cocoa conseguiu, desde o início, avançar muito mais rapidamente na construção, apesar de começarem a construção um pouco mais tarde. Mas, para concluir a construção do Mk1 no momento da apresentação, parte de sua equipe foi temporariamente transferida para Boca Chica.
Ao mesmo tempo, os testes de Starhopper continuaram: em 22 de julho, ele realizou um vôo de pleno direito com duração de 22 segundos e uma altura de 18 metros.
No entanto, os testes do motor não foram bem-sucedidos: os motores 3 e 4 foram perdidos na luta contra problemas técnicos, e o 5, devido a falhas de projeto,
deslocou o estator da turbina de oxigênio, e foi por isso que eles também decidiram desmontá-la para peças de reposição.
Tudo isso, junto com os problemas de vibrações perigosas a uma frequência de 600 Hz,
foi capaz de derrotar o Raptor No. 6. E embora ele ainda tivesse o risco de danos com um impulso de
cerca de 40% , isso não interferiu nos longos testes do Starhopper, já que, ao mesmo tempo, o impulso não deve cair abaixo de 50%.
Em 27 de agosto, o vôo final do Starhopper ocorreu com o motor nº 6, a uma altura de 150 metros, que durou cerca de 57 segundos. Depois disso, foi decidido usá-lo apenas para queimaduras de teste de motores.
Vale a pena notar que um gasto tão grande de motores no processo de teste é bastante comum: por exemplo,
22 peças foram usadas nos testes RD-270, enquanto para a conclusão completa dos testes eles exigiram até 200 peças.
No entanto, problemas com a aceleração do motor levaram, em 28 de junho, a Ilona Mask à idéia de criar uma versão simplificada do mecanismo para um impulso constante de
250 toneladas . Também em junho, soube-se que o sucesso dos testes da Starship convenceu
três empresas de telecomunicações a escolher essa operadora como um meio de colocar seus satélites em órbita em 2021.
De acordo com dados atuais, o protótipo Starship Mk1 pesa
200 toneladas a uma altura de
50 metros , mas no 4º ou 5º navio está planejado reduzir a massa para 120 toneladas. A massa do navio terá que chegar a 1400 toneladas e a massa total do sistema - até 5.000 toneladas.
No momento, a SpaceX já
enviou uma solicitação à FAA para um voo de teste Starship Mk1, que, segundo Gary Henry, diretor do contrato de segurança nacional da SpaceX, deve ocorrer em cerca de 2 meses. E de acordo com Mask, a Starship pode entrar em órbita pela primeira vez já em 2020, o que implica a montagem neste ponto também da 1ª etapa - Super Pesada.
Raptor
Recentemente, Musk também forneceu alguns detalhes sobre o design do motor. Sua câmara de combustão e o bico
têm uma camisa de resfriamento dos canais de cobre fresados, cujas cargas são transferidas para o invólucro do inconel. E para uma mistura eficiente de componentes de combustível, muitos
bicos centrífugos coaxiais
são usados . Também é digno de nota que a capacidade das turbinas em um Raptor é de até
74 megawatts .
Musk também disse que, até o final do ano, está prevista uma velocidade de produção de
500 Raptor por ano. Segundo suas estimativas, a produção em massa reduzirá seu custo em mais de 10 vezes. Nas versões futuras, planeja-se atingir uma massa Raptor de
1,5 toneladas com uma taxa de empuxo de mais de 170. Além disso, de acordo com
a análise ambiental , as características do bico Raptor ficaram conhecidas:
Tabela de comparação das características de todas as versões do Starship (
existe uma versão ampliada):
