La Starship un progetto di un veicolo spaziale completamente riutilizzabile, in fase di sviluppo e finanziato dall'azienda statunitense SpaceX, il cui obiettivo è sia per il trasporto umano verso Marte che per altre destinazioni all'interno del Sistema Solare ed il conseguente ritorno sulla Terra.
La SpaceX ha iniziato lo sviluppo del motore a razzo Raptor per la Starship prima del 2014. Il CEO di SpaceX, Elon Musk ha svelato i dettagli del progetto il 27 settembre 2016 all'International Astronautical Congress, esponendo i piani della compagnia che prevedevano il primo volo verso Marte senza equipaggio nel 2022, seguito nel 2024 dal primo volo con equipaggio.
Prototipi di Starship Prototipo SN1 Nel gennaio 2020, SpaceX ha eseguito test di pressurizzazione su due serbatoi di prova a Boca Chica. Uno di questi test ha avuto luogo il 10 gennaio 2020, quando un serbatoio di prova è stato intenzionalmente distrutto per pressione eccessiva; il serbatoio ha raggiunto una pressione di 7,1 bar prima che si distruggesse. Successivamente, un altro serbatoio di prova è stato sottoposto ad almeno due prove di pressurizzazione; nel primo esperimento, lunedì 27 gennaio 2020, il serbatoio di prova ha resistito a una pressione di 7,5 bar prima di far scattare una perdita. Nei giorni successivi, la perdita è stata saldata e il serbatoio è stato sottoposto nuovamente ad un test di pressione criogenica il 28 febbraio 2020, quando il serbatoio è stato intenzionalmente pressurizzato fino alla rottura e alla distruzione alla pressione di 8,5 bar, rivelando così un errore di progettazione nella struttura di spinta del serbatoio inferiore. Il test è stato comunque considerato un successo nonostante la distruzione del serbatoio, poiché la pressione ha raggiunto, 8,5 bar, il serbatoio ha dimostrato un fattore di sicurezza di 1,4 (1,4 volte la pressione di esercizio).
Prototipi SN2 e SN3
SN2 L'SN2 consisteva in un piccolo serbatoio con lo scopo di testare il disco di spinta, simulando la pressione del motore con un martinetto idraulico. Completati e superati i test criogenici su SN2 (8 marzo 2020), il team a Boca Chica costruì e testò il terzo prototipo completo (SN3).
SN3 Il prototipo SN3 si distrusse durante i test del 3 aprile 2020. La causa dell'errore fu nella configurazione di prova. I serbatoi di ossigeno liquido alloggiati nella parte inferiore del prototipo sono stati pressurizzati con azoto liquido al fine di mantenerli pressurizzati e strutturalmente in grado di sopportare il peso dei serbatoi di metano pieni sottoposti a test. Inavvertitamente venne comandata l'apertura di una valvola, che fece ridurre la pressione all'interno del serbatoio con conseguente guasto strutturale che fece sbriciolare la struttura del prototipo sotto il peso dei pesanti serbatoi di metano.
Prototipo SN4 Il prototipo SN4 è il primo a passare i test a pressione criogenici, con un test di Wet Dress Rehearsal (WDR) e due test di accensione statica effettuati con successo il 5 e il 6 maggio 2020. Ulteriori test criogenici ad alta pressione (7.5 bar) sono stati superati il 10 maggio, e un'ulteriore accensione statica è stata effettuata il 19 maggio con un diverso Raptor rispetto al test precedente. Dopo circa 90 secondi dalla terza accensione statica avvenuta con successo il 29 maggio, le vibrazioni generate dal motore fecero allentare le tubazioni del metano dello stesso provocando una perdita che si incendiò e si prorogò fino al serbatoio facendolo esplodere. L'incendio ha causato danni significativi alla base del prototipo e ha distrutto il cablaggio di controllo, lasciando SpaceX incapace di comandare la depressurizzazione dei serbatoi di carburante per due giorni.
Prototipo SN5 e SN6
SN5 Nel mese di aprile 2020 iniziò la costruzione di SN5 all'interno del VAB. Il 24 giugno il prototipo fu spostato dal VAB al PAD, il giorno successivo fu sollevata e fissata sul cavalletto di sostegno. Il 1º luglio iniziarono i test di pressurizzazione a temperature criogeniche. Il 3 luglio arrivò al PAD il Raptor RSN 25 che venne successivamente montato sul prototipo, successivamente il 9 luglio venne installata la massa che simulò la presenza del NoseCone. Il 30 luglio fu effettuato con successo lo Static Fire del Raptor RSN 25 installato sul prototipo, il giorno successivo effettuò un ulteriore Static Fire con successo in seguito ai test criogenici. Il 5 agosto SN5 effettuò un volo di 150 metri, decollando e atterrando perfettamente su una piattaforma poco distante, divenendo così il primo prototipo ad effettuare con successo un volo di 150 metri. In un tweet pubblicato dopo il lancio, Elon Musk riferì che le gambe di atterraggio nella versione 1.1 saranno più lunghe del 60% di quelle utilizzate nel primo volo, mentre quelle nella versione 2.0 saranno ancora più lunghe e ampie, in maniera simile a quelle del Falcon 9, ma capaci di atterrare su superfici dissestate.
SN6 Il 14 giugno 2020 iniziò l'assemblaggio di SN6 all'interno del VAB. L'11 agosto SN6 fu trasportato dal VAB al PAD e installato sul cavalletto il giorno successivo, Il 16 agosto, SN6, effettuò un test di pressurizzazione a temperature criogeniche e il successivo 18 agosto fu trasportato al pad il motore Raptor RSN 29 che fu installato nei giorni successivi. Il 23 agosto fu eseguito il primo Static Fire con il Raptor RSN 29, e il giorno successivo ne fu eseguito un altro. Il 24 agosto in cima ad SN6 fu installato il Simulatore di massa che simulò la presenza del NoseCone. Il 3 settembre SN6 fu il secondo prototipo ad effettuare con successo un volo di 150 metri. Il 6 gennaio 2021 iniziò lo smantellamento di SN6, chiaramente destinato a essere riciclato.
Prototipi SN7 - SN7.1 - SN7.2
SN7 Contemporaneamente ai test effettuati su veicoli completi, SpaceX avviò anche la sperimentazione su prototipi di serbatoio. L'SN7 fu il primo serbatoio sperimentale realizzato per passare all'acciaio inossidabile di tipo 304L dall'acciaio inossidabile di tipo 301 utilizzato per i prototipi precedenti. Il 12 Giugno 2020 il serbatoio fu portato alla zona di test, e il 15 giugno fu eseguito un test di resistenza criogenica distruttivo, il serbatoio raggiunse una pressione di 7,6 bar prima che incominciasse a perdere. La perdita causò solo un danno limitato, relativo a uno scoppio, e fu riparata nei giorni successivi. In un tweet pubblicato poco dopo le prove, Musk affermò che SpaceX stava sviluppando una nuova lega ancora più efficiente. Il 23 giugno 2020 il serbatoio venne sottoposto ad ulteriori test distruttivi, testandolo fino alla sua distruzione.
SN7.1 L'SN7.1 fu un ulteriore prototipo di serbatoio simile all'SN7, costruito in acciaio AISI 304L a partire da agosto 2020 e testato fino alla distruzione avvenuta il 23 settembre 2020. Questo prototipo fu posto sopra il pad di test e messo sotto pressione dal “Thrust Simulator”, un sistema di cilindri che simula la spinta dei motori, per testare la tenuta del vano motore costruito col nuovo acciaio AISI 304L. Per testare la resistenza del serbatoio, fu chiusa la valvola di sfogo dell’azoto liquido, e la pressione del gas criogenico all’interno del serbatoio fu fatta salire fino al cedimento strutturale. Al contrario del predecessore questa versione ebbe una vita più lunga superando molti più test.
SN7.2 L'SN7.2 è un ulteriore prototipo di serbatoio simile all'SN7.1, anch'esso costruito interamente in acciaio AISI 304L ma con uno spessore di 3 mm contro i 4 mm del prototipo precedente. Il 20 gennaio 2021 l'SN7.2 fu trasportato nella zona di test e installato su uno stand apposito per essere testato. Lo scopo di tale prototipo era quello di dimostrare la bontà delle saldature e la resistenza del nuovo serbatoio costruito con un acciaio più sottile di 1mm rispetto al predecessore. Il 26 gennaio furono condotti i primi test di pressurizzazione a temperature criogeniche, SN7.2 superò la prova senza problemi, sbuffando per quasi due ore senza mostrare segni di cedimento.
Il 15 Marzo 2021 il prototipo fu trasferito dal sito di test al sito di costruzione per motivi sconosciuti.
Prototipo SN8 A partire da luglio 2020, prese il via la costruzione di SN8, un prototipo a essere costruito parzialmente in acciaio inossidabile 304L. Si tratta del primo prototipo a essere completo di ogiva, superfici di controllo aerodinamiche e tre motori Raptor. Le operazioni di collaudo iniziarono il 6 ottobre successivo, con tre test riguardanti la pressurizzazione dei serbatoi a temperature criogeniche compiuti anche nei giorni successivi. Il 13 ottobre, dopo i test criogenici, vengono installati i tre motori Raptor (RSN 30, RSN 32, RSN 39). L'accensione simultanea di tutti e 3 motori Raptor fu testata per gradi, arrivando così al primo static fire, il 20 ottobre 2020. A seguito del test il motore Raptor RSN 39 fu sostituito con l'RSN 36. Il primo test di accensione statica con il prototipo completamente assemblato, fu effettuato l'11 novembre con un solo motore Raptor. Il test si è ripetuto il giorno successivo con un malfunzionamento al motore (RSN 32) che ha generato il rischio d'esplosione del veicolo.
Nella notte tra giovedì 12 e venerdì 13 novembre, SpaceX ha effettuato il terzo test di accensione statica, utilizzando solamente due dei tre Raptor. Durante il test, tuttavia, come spiegato successivamente in un tweet da Elon Musk, la martyte (una resina epossidica a base ceramica utilizzata per proteggere il pad dalle alte temperature) si ruppe e alcuni dei frammenti scagliati in aria recisero i cavi dell’avionica danneggiandolo il Raptor RSN 32, con il conseguente rischio di esplosione dellheader tank, evitato grazie all'entrata in funzione del disco di rottura, un disco di metallo progettato per rompersi ad un determinato livello di pressione, permettendo lo sfiato del serbatoio e facendo rientrare il problema. Il 14 novembre il Raptor RSN 32 fu sostituito con l'RSN 42.
Nella notte del 25 novembre fu svolto un ulteriore test di accensione statica, utilizzando tutti e 3 i motori Raptor. Questo nuovo static fire servì per confermare la risoluzione dei problemi presentatosi tra il 12 e il 13 novembre, che impedirono il volo programmato per la settimana successiva, inoltre fu testato anche il corretto funzionamento dellheader tank (il serbatoio supplementare dell’ossigeno posto cima al razzo).
Superati con successo tutti i test, la quota di volo del prototipo, fu portata da 15 Km a 12,5 km, e per evitare conseguenze impreviste fu installato a bordo del prototipo il Flight Termination System, due piccole cariche esplosive per distruggere il razzo.
L'obiettivo del test di volo, inizialmente previsto per l'8 dicembre, era quello di verificare la capacità dei motori Raptor, testare i movimenti delle ali e la manovra di capovolgimento denominata “Belly-Flop", con il relativo trasferimento di alimentazione dei motori dai serbatoi principali agli header tank (sim1, sim2). La probabilità di completo successo del test erano, secondo Elon Musk del 30%.
Decollo e Atterraggio Il 9 dicembre 2020 alle 23:45 (ora Italiana) il prototipo SN8 decollò senza problemi dal PAD A, durante l'ascesa i 3 motori Raptor (RSN 30, RSN 36 e RSN 42) vennero spenti in sequenza per rallentare l'ascesa stessa. Raggiunta la quota di 12.5 Km fu spento l'ultimo motore Raptor, Starship ha eseguito la manovra chiamata Belly Flop con l'ausilio del utilizzando il Reaction Control System e i flap, posizionandosi parallelamente al terreno iniziando una caduta libera, e i computer di bordo condussero la Starship verso il pad di atterraggio utilizzando solamente le ali.
Il test dimostrò con successo la capacità di decollo, salita, trasferimento di alimentazione, l'esecuzione della manovra di capovolgimento e il preciso controllo delle quattro ali per l'atterraggio. Tuttavia il prototipo esplose a contatto con il suolo.
Causa dell'esplosione