Proceso de diseño
En marzo de 2012, las noticias afirmaron que un motor Raptor de etapa superior había comenzado el desarrollo, aunque los detalles no se dieron a conocer en ese momento.[34] En octubre de 2012, Elon Musk declaró públicamente un plan de alto nivel para construir un segundo sistema de cohetes reutilizables con capacidades sustancialmente más allá de los vehículos de lanzamiento Falcon 9/Falcon Heavy en los que SpaceX había gastado varios miles de millones de dólares.[35] Este nuevo vehículo iba a ser "una evolución del acelerador Falcon 9 de SpaceX... 'mucho más grande'". Pero Musk indicó que SpaceX no hablaría públicamente sobre el tema hasta 2013.[36].
En junio de 2013, Musk declaró que tenía la intención de aplazar cualquier posible oferta pública inicial de acciones de SpaceX en el mercado bursátil hasta después de que "Mars Colonial Transporter esté volando regularmente".[37][38].
En agosto de 2014, las fuentes de los medios especularon que la prueba de vuelo inicial del vehículo de lanzamiento superpesado conducido por Raptor podría ocurrir ya en 2020, con el fin de probar completamente los motores en condiciones de vuelos espaciales orbitales; sin embargo, se informó que cualquier esfuerzo de colonización fue "en lo profundo del futuro".[39].
A principios de 2015, Musk dijo que esperaba lanzar detalles a finales de 2015 de la "arquitectura completamente nueva" para el sistema que permitiría la colonización de Marte. Esos planes se retrasaron,[40][41][42][43][44] tras un fallo de lanzamiento en junio de 2015 hasta que SpaceX volvió a volar a fines de diciembre de 2015.[45].
En septiembre de 2016, en la 67.ª reunión anual del Congreso Astronáutico Internacional") (IAC), Elon Musk dio a conocer detalles sustanciales del diseño de los vehículos de transporte. En ese momento, la arquitectura del sistema se conocía como el "Sistema de Transporte Interplanetario" (STI). Los detalles anunciados en IAC incluían el tamaño muy grande (12 metros de diámetro del núcleo), material de construcción, cantidad y tipo de motores, empuje, capacidad de carga y pasajeros, reabastecimiento en tanque de propelente en órbita, tiempos de tránsito representativos y partes de la infraestructura del lado de Marte y de la Tierra que SpaceX pretende construir para soportar un conjunto de tres vehículos de vuelo. Los tres vehículos distintos que conformaron el vehículo de lanzamiento ITS en el diseño 2016 fueron los siguientes:.
• - Propulsor ITS, la primera etapa del vehículo de lanzamiento, la cual era la encargada de poner en órbita los cargueros cisterna y las naves tripuladas.
• - Nave espacial ITS, una nave espacial en el espacio de segunda y larga duración.
• - ITS cisterna, una segunda etapa alternativa diseñada para transportar más propelente para reabastecer de combustible a otros vehículos en órbita.
Además, Musk habló de una visión sistémica más amplia, con la esperanza de que otras partes interesadas (ya sean empresas, individuos o gobiernos) utilizaran la nueva infraestructura de transporte significativamente más económica de SpaceX a fin de ayudar a construir un desarrollo humano sostenible y una civilización en Marte, y así satisfacer la demanda "Demanda (economía)") que una empresa tan creciente podría ocasionar.[46][47].
En el plan de 2016, SpaceX intentó volar sus primeras misiones de investigación en naves espaciales a Marte utilizando su vehículo de lanzamiento Falcon Heavy y una nave espacial Dragon modificada, llamada Red Dragon "Dragón rojo (nave espacial)"), antes de la finalización y el primer lanzamiento de cualquier vehículo de lanzamiento ITS. Más tarde, las misiones de Marte que usaban ITS estaban programadas en ese momento para comenzar no antes de 2022.[48] Esos planes cambiaron más tarde, inicialmente con un anuncio de febrero de 2017 de que no ocurriría ninguna misión SpaceX Mars antes de 2020, dos años más tarde que la misión exploratoria Falcon Heavy 2018/Dragon2[49] antes mencionada y luego, en julio de 2017, abandonando el plan utilizar un módulo de aterrizaje suave Red Dragon por completo.[50].
En julio de 2017, Musk indicó que la arquitectura había "evolucionado bastante" desde la articulación de la arquitectura de Marte en 2016. Un impulsor clave de la arquitectura actualizada era hacer que el sistema fuera útil para los lanzamientos de órbita terrestre y cislunar sustanciales para que el sistema se amortizara, en parte, mediante actividades de vuelos espaciales económicos en la zona espacial cercana a la Tierra.[51].
En septiembre de 2017, en la 68.ª reunión anual del Congreso Astronáutico Internacional, SpaceX dio a conocer la arquitectura actualizada del vehículo. Musk dijo "estamos buscando el nombre correcto, pero el nombre en clave, al menos, es BFR". El diseño 2017 es una tecnología de 9 metros de diámetro, que utiliza tecnología de motor de cohete Raptor "Raptor (motor de cohete)") alimentado con metaloxina inicialmente en la órbita de la Tierra y en el entorno cislunar, más tarde, siendo utilizado para vuelos a Marte.[52].
La aerodinámica de la segunda etapa de BFR (Big Falcon Spaceship, o BFS) cambió con respecto al vehículo de lanzamiento de diseño 2016. El diseño de 2017 es cilíndrico con un pequeño ala delta en la parte trasera que incluye una aleta dividida") para controlar el cabeceo y el balanceo. El ala delta y las aletas divididas son necesarias para expandir la envolvente de vuelo y permitir que la nave aterrice en una variedad de densidades atmosféricas (no, delgadas o pesadas) con una amplia gama de cargas (pequeñas, pesadas o ninguna) en el morro de la nave.
Hay tres versiones de la nave: BFS Cargo, BFS Tanker y BFS Crew. La versión de carga se utilizará para lanzar satélites a la órbita baja de la Tierra, entregando "significativamente más satélites a la vez que cualquier cosa que se haya hecho antes", así como para el transporte de carga a la Luna y Marte. Después de reasentarse en una órbita terrestre de alta elíptica, la nave espacial está siendo diseñada para aterrizar en la Luna y regresar a la Tierra sin reabastecimiento de combustible.
Además, el sistema BFR tendría la capacidad de transportar pasajeros y/o carga en un rápido transporte Tierra-Tierra, entregando su carga útil en cualquier parte de la Tierra en 90 minutos.
A partir de septiembre de 2017, los motores Raptor se probaron para un total combinado de 1200 segundos de tiempo de disparo de prueba en 42 pruebas principales del motor. La prueba más larga fue de 100 segundos, que está limitada por el tamaño de los tanques de propelente en la instalación de prueba de suelo de SpaceX. El motor de prueba funciona a 20 MPa "Pascal (unidad)") (200 bar "Bar (unidad de presión)"), 2,900 psi) de presión. El motor de vuelo apunta a 25 MPa (250 bar; 3,600 psi), y SpaceX espera alcanzar 30 MPa (300 bar; 4,400 psi) en iteraciones posteriores. En noviembre de 2017, la presidenta y COO de SpaceX, Gwynne Shotwell, indicó que aproximadamente la mitad de todo el trabajo de desarrollo actual sobre BFR se centra en el motor Raptor.[53].
El objetivo es enviar las primeras dos misiones de carga a Marte en 2022, con el objetivo de "confirmar los recursos hídricos e identificar los peligros" y poner en marcha "infraestructura de energía, minería e infraestructura de soporte vital" para vuelos futuros, seguidos por cuatro naves en 2024, dos naves espaciales BFR tripuladas más dos naves de solo carga que traen equipo y suministros adicionales con el objetivo de establecer la planta de producción de propelente.
En un anuncio celebrado en la sede de SpaceX en Hawthorne en septiembre de 2018, Elon Musk mostró un rediseño del BFS con alas y aletas de canard adicionales. El nuevo concepto de BFR tiene siete motores Raptor del mismo tamaño en la segunda etapa. La segunda etapa también tiene dos pequeñas aletas de accionamiento cerca de la nariz de la nave, y tres aletas grandes en la base, dos de las cuales actúan, y las tres se doblan como patas de aterrizaje.[54].
A partir de 2018, una nueva instalación de producción para construir los vehículos está en construcción en el Puerto de Los Ángeles. La fabricación del primer nave estaba en marcha en marzo de 2018 con los primeros vuelos de prueba suborbitales planificados para 2019. La compañía declaró públicamente un objetivo ambicioso para los vuelos de carga BFR iniciales en Marte de lanzamiento de BFR ya en 2022, seguido por el primer vuelo tripulado a Marte un período sinódico más tarde, en 2024. Además, el BFR se utilizará para la misión de turismo lunar SpaceX, una misión privada propuesta para volar turistas espaciales alrededor de la Luna, tripulada por Yusaku Maezawa junto con algunos artistas de diferentes antecedentes artísticos.[55].
En enero de 2019, Elon Musk anunció que la nave espacial ya no se construiría con fibra de carbono y que, en su lugar, se usaría acero inoxidable. Musk citó varias razones, incluyendo el costo, la fuerza y la facilidad de producción para justificar el cambio.[56].
En mayo de 2019, el diseño de la nave espacial cambió a solo seis motores Raptor, con tres optimizados para el nivel del mar y tres optimizados para el vacío. A fines de mayo de 2019, el primer prototipo, Starhopper, se estaba preparando para pruebas de vuelo sin ataduras en el sur de Texas, mientras que dos prototipos orbitales estaban en construcción, uno en el sur de Texas comenzó en marzo y el otro en la costa espacial de Florida comenzó antes de mayo. Se prevé que la construcción de la primera etapa de refuerzo Super Heavy pueda comenzar en septiembre.[57] En ese momento, ninguno de los dos prototipos orbitales aún tenía superficies de control aerodinámicas ni patas de aterrizaje agregadas a las estructuras del tanque en construcción, y Musk indicó que el diseño para ambos estaría cambiando una vez más.[58] El 21 de septiembre de 2019, las "aletas móviles" visibles desde el exterior[59] comenzaron a agregarse al prototipo Mk1, dando una idea del rediseño prometido a mediados de 2019 de las superficies de control aerodinámico para los vehículos de prueba.[60][61].
En junio de 2019, SpaceX anunció públicamente que las conversaciones habían comenzado con tres compañías de telecomunicaciones para usar Starship, en lugar de Falcon 9, para lanzar satélites comerciales para clientes de pago en 2021. No se anunciaron compañías específicas o contratos de lanzamiento en ese momento.[62].
En julio de 2019, el Starhopper realizó su prueba de vuelo inicial, un "salto" de alrededor de 20 m de altitud,[63] y un segundo y último "salto" en agosto, alcanzando una altitud de alrededor de 150 m[64] y aterrizando a unos 100 m de la plataforma de lanzamiento.
SpaceX completó la mayor parte del prototipo de Boca Chica, el Starship Mk1, a tiempo para la próxima actualización pública de Musk en septiembre de 2019. Al observar la construcción en progreso antes del evento, los observadores en línea circularon fotos y especularon sobre el cambio más visible, un cambio a dos aletas de cola de las tres anteriores. Durante el evento, Musk agregó que el aterrizaje ahora se lograría en seis patas de aterrizaje dedicadas, luego de una reentrada protegida por baldosas térmicas de vidrio.[65] Se proporcionaron especificaciones actualizadas: cuando sea optimizado, se espera que Starship pueda acumular 120.000 kg vacío y pudiese transportar inicialmente una carga útil de 100.000 kg con el objetivo de aumentar eso a 150.000 kg a lo largo del tiempo. Musk sugirió que se podría lograr un vuelo orbital para el cuarto o quinto prototipo de prueba en 2020, utilizando un refuerzo superpesado en una configuración de vehículo de lanzamiento de dos etapas a órbita,[66][67] y se hizo hincapié en el posible futuro de misiones lunares.[68].
En septiembre de 2019, Elon Musk dio a conocer Starship Mk1.[69][70].
En noviembre de 2019, el prototipo de prueba Mk1 se deshizo en una prueba de presión del tanque, y SpaceX declaró que pasarían a trabajar en el prototipo Mk3. Unas semanas más tarde, el trabajo en los vehículos en Florida se desaceleró sustancialmente, con algunos ensamblajes que se habían construido en Florida para esos vehículos fueron transportados a la ubicación de ensamblaje de Texas y una reducción reportada del 80 por ciento en la fuerza laboral en la ubicación de ensamblaje de Florida al SpaceX pausar las actividades allí.[71].
Después de los accidentes de los prototipos Mk, SpaceX realizó un cambio de diseño. Los anillos de acero inoxidable pasaron a estar formados por una sola plancha más alta, la bahía de motores fue reforzada, se diseñó un nuevo tren de aterrizaje provisional para los prototipos suborbitales y todos los cables de los sistemas eléctricos pasaron a estar en la espalda del cohete. A partir de mediados de año, el cohete tuvo un rediseño de las alas, que pasaron a tener un diseño más cuadriculado y a estar controladas por motores eléctricos. Además, los tanques de aterrizaje de oxígeno y metano fueron rediseñados y recolocados para una mayor estabilidad durante el descenso de los prototipos suborbitales.
El lugar de ensamblaje de Boca Chica, Texas fue ganando edificios y hangares durante todo el año. El lugar de lanzamiento se amplió con un segundo soporte para prototipos y la plataforma de lanzamiento del Super Heavy se empezó a construir.
Como ya estaba previsto, los prototipos suborbitales irían cambiando con el tiempo. Después del accidente del Starship SN8 causado por la falta de alimentación de combustible en el momento del aterrizaje, SpaceX decidió añadir un gas para presurizar los tanques y solucionar este problema. Después del accidente del SN9, se decidió cambiar la maniobra de aterrizaje.
A pesar de no haber ningún anuncio en 2021, imágenes oficiales de la futura misión DearMoon mostraron un rediseño del ventanal, así como un nuevo tren de aterrizaje, una reducción en el número de cubiertas respecto al diseño de 2019 y un aumento en el porcentaje del fuselaje ocupado por el escudo térmico.
Con el ensamblaje del Starship S20 se pudo observar otro rediseño: tanto las aletas superiores como las inferiores habían reducido su tamaño y la estructura que soporta la falda cambió de forma.
En verano se anunció otro rediseño: las aletas frontales estarían situadas más hacia la parte al descubierto del fuselaje, a una distancia de 120° entre ellos, para mejorar la aerodinámica de la nave en el descenso atmosférico. Además, el sistema de válvulas para recargar tanto el propulsor como la nave serán cambiados a una forma más clásica para cargar el Super Heavy con un brazo retráctil y hacer un repostaje orbital con un nuevo método.