Starship (произносится «Старшип», дословно — Звёздный корабль) — разрабатываемая компанией SpaceX, полностью многоразовая сверхтяжёлая ракета-носитель, предназначенная для экономичной доставки грузов и людей на околоземные орбиты, а также для межпланетных полётов на Луну и даже на Марс. Самая большая по размерам, массе, мощности и грузоподъёмности ракета в истории.
Starship состоит из двух ступеней: ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship. Обе ступени оснащены двигателями Raptor и используют в качестве компонентов топлива жидкий метан (горючее) и жидкий кислород (окислитель).
20 апреля 2023 года состоялся первый совместный полёт Starship и Super Heavy, окончившийся неудачей. Первый успешный суборбитальный полёт состоялся 14 марта 2024 года. Первой орбитальной миссией Starship и первым случаем вывода на орбиту штатной полезной нагрузки стал запуск 28 сентября 2026 года.
Строительство и испытания прототипов ракеты проходят на космодроме Starbase в Техасе.
Описание Starship состоит из двух ступеней, называемых ускорителем Super Heavy и космическим кораблём Starship. Обе ступени способны вернуться на стартовую площадку с использованием технологии , при этом обладая достаточной отказоустойчивостью, чтобы обеспечить посадку даже в случае выхода из строя нескольких двигателей.
Ускоритель Super Heavy
Super Heavy имеет высоту 71 м, диаметр 9 м и состоит из четырёх основных отсеков: двигательного отсека, метанового бака, кислородного бака и промежуточной ступени. Баки ракеты-носителя вмещают 3600 т топлива, включая 2800 т жидкого кислорода и 800 т жидкого метана.
На ускоритель установлено 33 двигателя Raptor, которые расположены тремя концентрическими кольцами. Внешнее кольцо из 20 двигателей имеет конфигурацию «Raptor Boost», в которой для экономии веса отсутствуют карданные приводы. На полной мощности все двигатели создают совокупную тягу 75,9 МН. Однако Raptor 3 может увеличить тягу до 90 МН на уровне моря.
Космический корабль Starship
Корабль Starship имеет длину 50 м, диаметр 9 м и состоит из четырёх основных отсеков: двигательный отсек, оснащённый 3 атмосферными и 3 вакуумными двигателями Raptor, кислородный бак, метановый бак и отсек с полезной нагрузкой. Топливо, предназначенное для посадки, хранится в малых изолированных баках, расположенных в носовой части корабля.
На корабль установлено четыре подвижных закрылка (два передних и два задних), необходимых для управления ориентацией во время полёта и рассеивания энергии при входе в атмосферу.
Теплозащитный экран корабля состоит из нескольких тысяч шестиугольных плиток, сделанных из диоксида кремния. Плитки выдерживают температуру в 1400 °C и предназначены для многоразового использования без технического обслуживания между полётами.
В отличие от предыдущих конструкций, космический корабль Starship объединяет в себе две функции — второй ступени, используемой для достижения орбитальной скорости при запуске с Земли, и многоразового космического аппарата, способного выполнять полёт в космическом пространстве и совершать управляемую посадку на Землю, Луну или Марс. Многоразовый ускоритель Super Heavy будет использоваться в качестве первой ступени только для взлёта с Земли.
Модификации Starship будет доступен минимум в четырёх модификациях: Космический корабль () — полностью многоразовая транспортная система, предназначенная для перевозки экипажа и грузов на околоземную орбиту, Луну, Марс и далее. Starship может садиться на любую плотную поверхность в Солнечной системе, с дозаправкой сможет доставлять многотонные грузы на любую планету солнечной системы. Космический корабль Starship будет содержать 1000 м3 герметичного объема, в котором возможно размещение до для экипажа, больших зон общего пользования, складов, кухни, а также убежища для защиты экипажа от солнечных вспышек. Лунный посадочный модуль () — разрабатываемая по заказу НАСА версия пилотируемого корабля, способного перевозить экипаж с низкой околоземной орбиты до лунной орбитальной станции Gateway и между станцией и поверхностью Луны. Вместо аэродинамических рулей будут использоваться тормозные двигатели, что исключает его посадку на планеты с плотным слоем атмосферы. Топливный танкер () для доставки топлива на орбиту, где предполагается разместить топливные депо для дозаправки, необходимые для длительных перелётов. Транспортный корабль () с отсеком для полезной нагрузки больше, чем любой обтекатель, который находится в эксплуатации или разработке, вплоть до очень больших аппаратов наподобие космического телескопа «Хаббл».
Starship HLS
30 апреля 2020 года NASA в рамках программы «Артемида» выбрала SpaceX в числе одного из трёх подрядчиков для разработки систем высадки людей на Луну . Программа предусматривает частичное спонсирование проекта с целью создания лунной версии корабля Starship, способного перевозить экипаж с низкой околоземной орбиты до лунной орбитальной станции Gateway и между станцией и поверхностью Луны.
16 апреля 2021 года NASA объявила о заключении контракта на сумму 2,89 млрд $, в рамках которого SpaceX разработает посадочный модуль HLS Starship, который должен будет безопасно доставить двух американских астронавтов на поверхность Луны, а через неделю доставить их обратно на окололунную орбиту.
Топливо Одним из ключевых элементов ракеты при её разработке являлся выбор топлива, в связи с необходимостью его производства используя ресурсы Марса. Это, в сумме с другими факторами (величина топливных баков, стоимость топлива, удобство его в хранении, влияние на повторное использование оборудования) определило выбор криогенной топливной пары жидкий метан (горючее) и жидкий кислород (окислитель) как для ускорителя, так и для корабля. Оба эти компонента можно добывать на Марсе из углекислого газа и воды с помощью реакции Сабатье. Кроме того, возможность использования газообразного метана для создания и поддержания высокого давления в топливных баках и для пневматических приводов различных систем ракеты позволит отказаться от использования сжатого гелия. Также, сжатый метан будет использован в системе ориентации в качестве рабочего газа для набора газовых сопел, что позволит отказаться от использования сжатого азота.
Для полёта на Марс и последующего возвращения на Землю система потребует организации производства топлива на поверхности Марса из местных ресурсов. Для полёта на Луну и возвращения на Землю дозаправки на поверхности Луны не потребуется, достаточно будет лишь топлива из заправочных депо на орбите Земли перед полётом на Луну.
Версии На презентации 4 апреля 2024 года были анонсированы вторая и третья версии Starship. В дальнейшем их характеристики были скорректированы, а также анонсирована четвёртая версия. + Характеристики версий V1 (2023/2024) V2 (2025) V3 (2026) V4Полезная нагрузка на , т ~15 ~35 100 200+Длина, м Корабль50,352,152,161 Ускоритель717172,381 Общая длина 121,3 123,1 124,4 142Масса топлива, т Корабль 1200 1500 1600 2300 Ускоритель 3250 3250 3650 4050Количество двигателей Вакуумные на корабле 3 3 3 6 Атмосферные на корабле 3 3 3 3 Атмосферные на ускорителе 33 33 35 35Тяга, Ускоритель 7500 8240 10000 Корабль 1250 1400 1600 2700
История разработки
Предыстория 6 мая 2002 года при основании компании SpaceX Илон Маск заявил её целью заселение других планет. Все успехи компании на текущий момент являются, по словам Маска, лишь промежуточными шагами в направлении колонизации Марса.
Уже в 2005 году Маск использовал обозначение «BFR» для большой ракеты, планируемой как часть транспортной инфраструктуры для колонизации Луны и Марса.
30 июля 2010 года на конференции были впервые представлены проекты ракет-носителей большой грузоподъёмности Falcon X и Falcon XX. Также было объявлено, что SpaceX работает над увеличенной версией двигателя Merlin — Merlin 2, который предназначался для первых ступеней этих ракет. Для верхних ступеней был запланирован двигатель под названием Raptor, в изначальной концепции использовавший топливную пару жидкий водород — жидкий кислород.
MCT В 2012 году Маск обнародовал пересмотренный проект двигателя Raptor для новой ракеты-носителя «MCT» грузоподъёмностью на низкую околоземную орбиту, что превышает возможности SLS NASA. Теперь Raptor должен был работать на жидком метане и использоваться как на первой, так и на второй ступени — Royal Aeronautical Society, поэтому был увеличен. Проект Merlin 2 был отменён.
В 2013 году SpaceX впервые объявила о работе над концепцией транспортной системы на Марс под названием «Mars Colonial Transporter».
Первые испытания компонентов двигателя Raptor начались в 2014 году.
ITS
27 сентября 2016 года на 67-м ежегодном Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Маск представил детали концепции «Межпланетной транспортной системы» (, ITS), обеспечивающей пилотируемый полёт на Марс. Транспорт ITS должен был иметь общую высоту 122 метра, диаметр 12 метров и грузоподъёмность до 550 тонн полезной нагрузки на околоземную орбиту в одноразовом варианте и 300 тонн в многоразовом. Планировалось, что система будет перевозить 100 человек на Марс в среднем за 115 дней. Первая пилотируемая миссия на Марс, по планам Маска, была назначена на 2024 год. Предварительным местом запуска была выбрана площадка LC-39 КЦ Кеннеди. Все первичные части планировалось выполнить из углепластика.
В проекте ITS состоит из двух ступеней. Космический корабль является второй ступенью, которая осуществляет выход на орбиту за счет собственного топлива после завершения работы первой ступени, называемой ускорителем.
Ускоритель внешне представляет собой существенно увеличенную версию первой ступени ракеты-носителя Falcon 9. Высота ускорителя — 77,5 м, диаметр — 12 м, сухая масса — 275 т. Масса вмещаемого топлива — 6700 т, около 7 % от общего количества планировалось использовать для возвращения и посадки непосредственно на место запуска. Использование трёх решётчатых рулей обеспечит максимальную точность приземления.
Ускоритель планировалось оборудовать 42 двигателями Raptor с суммарной тягой на уровне моря в кН, и кН в вакууме. Семь двигателей центральной секции отклоняются от центральной оси, обеспечивая контроль вектора тяги, остальные двигатели закреплены неподвижно. Корабль планировалось разделить на отдельные секции: в нижней части расположены двигатели и топливные баки, над ними — отсек для груза, в верхней части корабля размещаются пассажиры. На внешней поверхности в отдельных выступающих отсеках планировалось расположить механизмы выдвижения посадочных стоек, которые могли бы использоваться при посадке как на Земле, так и на других планетах.
Длина корабля должна была составлять 49,5 м, максимальный диаметр — 17 м, стартовая масса — 2100 тонн, из которых сухая масса — 150 тонн и 1950 тонн приходится на горючее (жидкий метан) и окислитель (жидкий кислород).
На корабле планировалось установить 9 двигателей Raptor (6 двигателей с увеличенным соплом, предназначенных для работы в вакууме, и 3 двигателя со стандартным соплом, использующихся при посадке).
Электроснабжение планировалось обеспечивать двумя раскладывающимися крыльями солнечных батарей, общей производительностью до 200 кВт.
Абляционное теплозащитное покрытие PICA третьего поколения позволяло бы выдерживать высокую температуру при входе в атмосферу Марса, а также в атмосферу Земли на обратном пути. Посадки на поверхность Земли и других небесных тел Солнечной системы корабль осуществляет вертикально путем торможения ракетными двигателями на финальной стадии полета. После заполнения баков произведённым на Марсе топливом, корабль может стартовать к Земле используя только собственные двигатели, без ракеты-носителя, из-за сравнительно низкой величины второй космической скорости для этой планеты.
В корабле предполагалось первоначально доставлять на низкую околоземную орбиту до 300 т полезного груза, а на отлетную траекторию к Марсу — до 450 т (при условии дозаправки и пополнения припасов на орбите). В перспективе корабль должен был быть способен вместить 100 и более пассажиров для полёта на Марс.