Processo de projeto
Em março de 2012, notícias afirmaram que um motor Raptor de estágio superior havia começado o desenvolvimento, embora os detalhes não tenham sido divulgados na época. Em outubro de 2012, Elon Musk declarou publicamente um plano de alto nível para construir um segundo sistema de foguetes reutilizável com capacidades substancialmente além dos veículos de lançamento Falcon 9/Falcon Heavy, nos quais a SpaceX gastou vários bilhões de dólares. Este novo veículo seria “uma evolução”. do acelerador Falcon 9 da SpaceX... 'muito maior'". Mas Musk indicou que a SpaceX não falaria publicamente sobre o assunto até 2013.[36].
Em junho de 2013, Musk afirmou que pretendia adiar qualquer potencial oferta pública inicial de ações da SpaceX no mercado de ações até depois que "o Mars Colonial Transporter esteja voando regularmente".
Em agosto de 2014, fontes da mídia especularam que o teste de voo inicial do veículo de lançamento superpesado movido pelo Raptor poderia ocorrer já em 2020, a fim de testar completamente os motores em condições de voo espacial orbital; No entanto, foi relatado que quaisquer esforços de colonização estavam "no futuro".[39]
No início de 2015, Musk disse que esperava divulgar detalhes no final de 2015 da “arquitetura totalmente nova” do sistema que permitiria a colonização de Marte. Esses planos foram adiados,[40][41][42][43][44] após uma falha no lançamento em junho de 2015, até que a SpaceX voltasse a voar no final de dezembro de 2015.[45].
Em setembro de 2016, na 67ª reunião anual do Congresso Astronáutico Internacional (IAC), Elon Musk divulgou detalhes substanciais do design do veículo de transporte. Na época, a arquitetura do sistema era conhecida como "Sistema de Transporte Interplanetário" (ITS). Os detalhes anunciados no IAC incluíram o tamanho muito grande (diâmetro do núcleo de 12 metros), material de construção, número e tipo de motores, empuxo, capacidade de carga e passageiros, reabastecimento do tanque de propelente em órbita, tempos de trânsito representativos e partes da infraestrutura do lado de Marte e da Terra que a SpaceX pretende construir para apoiar um conjunto de três veículos de voo. Os três veículos distintos que compunham o veículo lançador ITS no projeto de 2016 foram os seguintes:.
• - ITS booster, primeiro estágio do veículo lançador, responsável por colocar em órbita os cargueiros-tanque e navios tripulados.
• - Nave espacial ITS, uma segunda nave espacial de longa duração no espaço.
• - ITS petroleiro, um segundo estágio alternativo projetado para transportar mais propelente para reabastecer outros veículos em órbita.
Além disso, Musk falou de uma visão sistêmica mais ampla, esperando que outras partes interessadas (sejam empresas, indivíduos ou governos) usassem a nova infraestrutura de transporte significativamente mais barata da SpaceX para ajudar a construir o desenvolvimento humano sustentável e a civilização em Marte, atendendo assim à demanda "demanda (economia)") que uma empresa em crescimento poderia trazer.[46][47].
No plano de 2016, a SpaceX tentou realizar suas primeiras missões de pesquisa espacial para Marte usando seu veículo de lançamento Falcon Heavy e uma espaçonave Dragon modificada, chamada Red Dragon, antes da conclusão e primeiro lançamento de qualquer veículo de lançamento ITS. Mais tarde, as missões a Marte usando ITS estavam programadas para começar não antes de 2022.[48] Esses planos mudaram mais tarde, inicialmente com um anúncio em fevereiro de 2017 de que nenhuma missão da SpaceX a Marte ocorreria antes de 2020, dois anos depois da já mencionada missão exploratória 2018/Dragon2 Falcon Heavy[49] e então, em julho de 2017, abandonando totalmente o plano de usar um módulo de pouso suave Red Dragon.[50].
Em julho de 2017, Musk indicou que a arquitetura havia "evoluído bastante" desde a articulação da arquitetura de Marte em 2016. Um dos principais impulsionadores da arquitetura atualizada foi tornar o sistema útil para lançamentos substanciais na órbita da Terra e cislunares, para que o sistema se pagasse, em parte, por meio de atividades econômicas de voos espaciais na zona espacial próxima à Terra.
Em setembro de 2017, na 68ª reunião anual do Congresso Astronáutico Internacional, a SpaceX revelou a arquitetura atualizada do veículo. Musk disse “estamos procurando o nome certo, mas o codinome, pelo menos, é BFR”. O projeto de 2017 é uma tecnologia de 9 metros de diâmetro, usando tecnologia de motor de foguete Raptor movido a metaloxina inicialmente na órbita da Terra e no ambiente cislunar, sendo posteriormente usada para voos para Marte.
A aerodinâmica do segundo estágio do BFR (Big Falcon Spaceship, ou BFS) mudou em relação ao veículo de lançamento de design de 2016. O design de 2017 é cilíndrico com uma pequena asa delta na parte traseira que inclui uma aleta dividida "para controlar a inclinação e a rotação. A asa delta e as aletas divididas são necessárias para expandir o envelope de voo e permitir que a nave pouse em uma variedade de densidades atmosféricas (não, finas ou pesadas) com uma ampla gama de cargas (pequenas, pesadas ou nenhuma) na proa do navio.
Existem três versões do navio: BFS Cargo, BFS Tanker e BFS Crew. A versão de carga será usada para lançar satélites na órbita baixa da Terra, entregando “significativamente mais satélites de uma vez do que qualquer coisa já feita antes”, bem como para transportar carga para a Lua e Marte. Depois de se estabelecer em uma órbita terrestre altamente elíptica, a espaçonave está sendo projetada para pousar na Lua e retornar à Terra sem reabastecer.
Além disso, o sistema BFR teria a capacidade de transportar passageiros e/ou carga em rápido transporte terra-terra, entregando sua carga útil em qualquer lugar da Terra em 90 minutos.
Em setembro de 2017, os motores Raptor foram testados para um total combinado de 1.200 segundos de tempo de disparo de teste em 42 testes de motores principais. O teste mais longo durou 100 segundos, o que é limitado pelo tamanho dos tanques de propelente nas instalações de testes terrestres da SpaceX. O motor de teste opera a 20 MPa "Pascal (unidade)") (200 bar "Bar (unidade de pressão)"), pressão de 2.900 psi. O motor de vôo tem como alvo 25 MPa (250 bar; 3.600 psi), e a SpaceX espera atingir 30 MPa (300 bar; 4.400 psi) em iterações posteriores. Em novembro de 2017, o presidente e COO da SpaceX, Gwynne Shotwell, indicou que aproximadamente metade de todo o trabalho de desenvolvimento atual do BFR está focado no motor Raptor.[53].
O objetivo é enviar as duas primeiras missões de carga a Marte em 2022, com o objetivo de “confirmar os recursos hídricos e identificar perigos” e lançar “infraestrutura de energia, mineração e suporte à vida” para voos futuros, seguida por quatro espaçonaves em 2024, duas espaçonaves BFR tripuladas e duas espaçonaves somente de carga trazendo equipamentos e suprimentos adicionais com o objetivo de estabelecer a planta de produção de propulsores.
Num anúncio realizado na sede da SpaceX em Hawthorne, em setembro de 2018, Elon Musk exibiu um redesenho do BFS com asas e barbatanas canard adicionais. O novo conceito BFR conta com sete motores Raptor do mesmo tamanho no segundo estágio. O segundo estágio também tem duas pequenas aletas de propulsão perto do nariz da nave e três grandes aletas na base, duas das quais atuam, e todas as três funcionam como pernas de pouso.
A partir de 2018, uma nova unidade de produção para construir os veículos está em construção no Porto de Los Angeles. A fabricação da primeira espaçonave estava em andamento em março de 2018, com os primeiros voos de teste suborbitais planejados para 2019. A empresa declarou publicamente uma meta ambiciosa para voos iniciais de carga BFR em Marte, lançando BFR já em 2022, seguido pelo primeiro voo tripulado para Marte, um período sinódico no final de 2024. Além disso, o BFR será usado para a missão de turismo lunar SpaceX, uma missão privada proposta para transportar turistas espaciais ao redor da Lua, tripulada por Yusaku Maezawa junto com alguns artistas de diferentes formações artísticas.[55].
Em janeiro de 2019, Elon Musk anunciou que a espaçonave não seria mais construída em fibra de carbono e passaria a usar aço inoxidável. Musk citou vários motivos, incluindo custo, resistência e facilidade de produção, para justificar a mudança.[56].
Em maio de 2019, o projeto da espaçonave mudou para apenas seis motores Raptor, sendo três otimizados para o nível do mar e três otimizados para o vácuo. No final de maio de 2019, o primeiro protótipo, Starhopper, estava sendo preparado para testes de voo sem amarras no sul do Texas, enquanto dois protótipos orbitais estavam em construção, um no sul do Texas começando em março e outro na Costa Espacial da Flórida começando antes de maio. Prevê-se que a construção do primeiro estágio de reforço Super Pesado possa começar em setembro. Naquela época, nenhum dos dois protótipos orbitais ainda tinha superfícies de controle aerodinâmico ou pernas de pouso adicionadas às estruturas do tanque em construção, e Musk indicou que o design de ambos mudaria mais uma vez. Mk1, dando uma ideia do redesenho prometido em meados de 2019 das superfícies de controle aerodinâmico para os veículos de teste.[60][61].
Em junho de 2019, a SpaceX anunciou publicamente que haviam começado negociações com três empresas de telecomunicações para usar a Starship, em vez do Falcon 9, para lançar satélites comerciais para clientes pagantes em 2021. Nenhuma empresa específica ou contratos de lançamento foram anunciados na época.[62].
Em julho de 2019, o Starhopper realizou seu teste de voo inicial, um "salto" de cerca de 20 m de altitude, e um segundo e último "salto" em agosto, atingindo uma altitude de cerca de 150 m e pousando a cerca de 100 m da plataforma de lançamento.
A SpaceX concluiu a maior parte do protótipo Boca Chica, a Starship Mk1, a tempo para a próxima atualização pública de Musk em setembro de 2019. Observando a construção em andamento antes do evento, observadores online circularam fotos e especularam sobre a mudança mais visível, uma mudança para duas nadadeiras traseiras em relação às três anteriores. Durante o evento, Musk acrescentou que o pouso seria agora realizado em seis pernas de pouso dedicadas, após a reentrada protegida por placas térmicas de vidro. Foram fornecidas especificações atualizadas: quando otimizada, espera-se que a Starship seja capaz de acumular 120.000 kg vazia e possa inicialmente transportar uma carga útil de 100.000 kg com o objetivo de aumentar para 150.000 kg ao longo do tempo. Musk sugeriu que o voo orbital poderia ser alcançado para o quarto ou quinto protótipo de teste em 2020, usando um propulsor superpesado em uma configuração de veículo de lançamento de dois estágios para orbitar,[66][67] e a ênfase foi colocada no possível futuro das missões lunares.[68].
Em setembro de 2019, Elon Musk revelou a Starship Mk1.[69][70].
Em novembro de 2019, o protótipo de teste Mk1 quebrou em um teste de pressão do tanque, e a SpaceX afirmou que iria trabalhar no protótipo Mk3. Algumas semanas depois, o trabalho nos veículos na Flórida desacelerou substancialmente, com algumas montagens que haviam sido construídas na Flórida para esses veículos sendo transportadas para o local de montagem no Texas e uma redução relatada de 80% na força de trabalho no local de montagem na Flórida, quando a SpaceX interrompeu as atividades lá.[71].
Após os acidentes do protótipo Mk, a SpaceX fez uma mudança no design. Os anéis de aço inoxidável foram constituídos por uma única placa superior, o compartimento do motor foi reforçado, um novo trem de pouso provisório foi projetado para os protótipos suborbitais e todos os cabos dos sistemas elétricos foram colocados na parte traseira do foguete. A partir de meados do ano, o foguete teve uma reformulação das asas, que passaram a ter um desenho mais quadrado e eram controladas por motores elétricos. Além disso, os tanques de pouso de oxigênio e metano foram redesenhados e realocados para maior estabilidade durante a descida dos protótipos suborbitais.
O local de montagem de Boca Chica, Texas, foi ganhando edifícios e hangares ao longo do ano. O local de lançamento foi ampliado com um segundo estande de protótipo e a plataforma de lançamento Super Heavy começou a ser construída.
Conforme já planejado, os protótipos suborbitais mudariam com o tempo. Após o acidente da Starship SN8 causado pela falta de abastecimento de combustível no momento do pouso, a SpaceX decidiu adicionar um gás para pressurizar os tanques e resolver esse problema. Após o acidente do SN9, optou-se pela alteração da manobra de pouso.
Apesar de não ter havido anúncio em 2021, imagens oficiais da futura missão DearMoon mostraram um redesenho da janela, bem como um novo trem de pouso, redução no número de tampas em relação ao design de 2019 e aumento no percentual da fuselagem ocupada pelo escudo térmico.
Com a montagem da Starship S20 outra reformulação pôde ser observada: tanto as barbatanas superiores quanto as inferiores tiveram seu tamanho reduzido e a estrutura que sustenta a saia mudou de formato.
Outra reformulação foi anunciada no verão: as aletas frontais ficariam localizadas mais voltadas para a parte exposta da fuselagem, a uma distância de 120° entre elas, para melhorar a aerodinâmica do navio na descida atmosférica. Além disso, o sistema de válvulas para recarga tanto do booster quanto da nave será alterado para uma forma mais clássica de carregar o Super Heavy com braço retrátil e fazer reabastecimento orbital com um novo método.