SpaceX星艦

SpaceX在2012年便开始开发ITS。同年3月份，新闻报道声称猛禽火箭发动机上面级已经开始研发，但当时SpaceX没有公布任何细节。[28] 2012年10月，马斯克公开表示他制定了第二个可重复使用火箭系统的计划，该系统的运载能力将远远超过猎鹰9号运载火箭与猎鹰重型运载火箭，届时SpaceX将花费数十亿美元进行新火箭的开发。[29]但他表示，SpaceX在2013年之前不会公开谈论有关它的信息。[30][31]

2013年6月，马斯克表示他打算在“火星殖民运输器”定期飞行之前推迟对SpaceX的首次公开募股。[32][33]

2014年8月，有媒体消息人士推测，SpaceX超重型运载火箭的最早试飞最早可能会在2020年进行，以便在太空轨道飞行条件下对发动机进行全面测试。[34][35]

2015年初，马斯克表示他希望在2015年底发布有关火星殖民运输系统“全新架构”的细节。马斯克的这些计划最终因为一次SpaceX的发射意外被推迟，[36][37][38][39][40]而SpaceX公司直到2015年十二月下旬才恢复发射[41]

2016年9月，马斯克公布了一项SpaceX的设计概念，该概念为一款直径12米（39英尺）的大型运输火箭：ITS运载火箭。ITS运载火箭将会专门用于行星际运输。[42][43]同时马斯克还讨论了SpaceX火星运输任务的整体细节。这其中包括ITS运载火箭的一部分数据（核心直径，火箭结构材料，发动机的数量和类型，推力，货物和乘客有效载荷能力），在轨推进剂 - 油轮补充装置，运输所需的大概时间和火星侧与地球侧基础设施的一部分。为了完成火星运输任务，SpaceX需要建造一组共三架飞行器。

构成2016 ITS运载火箭概念的三种不同的火箭是：[44][45]

ITS助推器，运载火箭的第一级

ITS宇宙飞船，一个用于长期居住/载货的太空飞船，作为火箭的第二级

ITS油轮，另一个第二级，设计用于携带更多推进剂，为太空中的其他ITS火箭加油

该演讲也提出了更大的愿景，希望其他感兴趣的各方（无论是公司，个人还是政府）能够利用SpaceX所希望建立的，新的，成本低得多的运输基础设施，以便在火星上实现可持续的人类文明。[46][47][48]

2017年7月，马斯克表示ITS的设计已经“改进了很多”。改进后的设计使该系统对大量的地球轨道和顺式发射更为有利，这样系统可以通过近地空间区域的航天经济活动来收回成本。[49]

2017年9月，在国际宇航大会第68届大会上，SpaceX公布了最新的火箭设计。马斯克在大会上说：“我们正在寻找正式的名称，但目前代称是BFR。” [50]，采用甲烷分级燃烧火箭发动机技术，最初会用于地球轨道和地月飞行环境，将来也可用于飞往火星的任务。[51][52]

SpaceX于2017年修订的设计是一种直径为9米（30英尺）的碳复合材料技术火箭，它的后端包括一个小三角翼，其中一个是用于控制俯仰和滚转的分瓣。其三角翼和分裂襟翼能够扩大飞行包线，以使飞船能够在各种大气密度（无，薄或重的大气层）中降落，并可供各种有效载荷（小型，重型或无载荷）放置在飞船的鼻锥裏。[53][54]该火箭的第二级有三种版本：BFS货运，BFS油轮和BFS载人。货物版本将用于发射卫星到低地球轨道 - 提供“比以前更为量大的撒土豆行为”[53] - 还能运输货物到达月球和火星。在高椭圆形地球轨道上重新加油后，宇宙飞船的设计将使其能够一次性登陆月球并返回地球而无需再次加油。[55][54]

此外，BFR系统在理论上被证明能够以快速地对地的方式运载乘客或货物，并在90分钟内将其有效载荷运送到地球上的任何地方。[53]

截至2017年9月，猛禽火箭发动机已经过42次主发动机测试，共计有1200秒的测试点火时间。测试发动机在 20MPa（200bar; 2,900psi）压力下运行，而飞行发动机的室压目标则是25 MPa（250 bar; 3,600 psi），SpaceX预计在后续迭代中让发动机达到30 MPa的室压（300 bar; 4,400 psi）。[54]

2017年11月，SpaceX总裁兼首席运营官Gwynne Shotwell表示，大约一半的BFR开发工作都集中在猛禽火箭发动机上。[56]

2017年SpaceX的目标是在2022年将前两个货运载荷送到火星，[57]这两个货运载荷的目标是“确认水资源并识别危险”，同时为未来的航班安装“电力，采矿和生命支持基础设施”。其次是2024年的四艘船，包括两艘载有人员的BFR太空船与两艘装有货物的船，两艘货运飞船将带去额外的设备和用品，其目的是在火星建立推进剂生产厂。[54]

到2018年初，SpaceX已在洛杉矶港开始建造一座新的永久性生产设施，用于制造其直径9米的碳纤维复合材料箭体。2018年3月，第一艘船的制造工作正在港口的一个临时设施中进行，[58]而第一次亚轨道试飞计划将不早于2019年。[58][59]该公司继续公开表明其最初的理想目标是在2022年就能执行BFR去往火星的载货任务，随后是2024年飞往火星的首次载人任务，[58][60]这符合2017年末提到的时间表。

早在2015年，SpaceX就一直在寻找制造设施的地点，以供建造大型火箭，并在加利福尼亚州，德克萨斯州，路易斯安那州，[61]和佛罗里达州进行实地调查。[62]截至2017年9月，SpaceX已经开始制造运载火箭的部件。“我们已经订购了用来制作储料罐的工具，该设施正在建设中，我们将在2018年第二季度开始建造第一个原型。”[54]

在2018年3月，SpaceX宣布将在2018 - 2019年在洛杉矶港海滨大道建造的新工厂生产下一代9米直径（30英尺）的运载火箭和太空船。SpaceX租用了18英亩的土地10年，可以进行多次更新，并将利用该场地来制造箭体，在海上着陆后复查箭体，以及对助推器和宇宙飞船进行翻新。[63][64][65]新工厂分别在2018年4月和5月份由海港事务委员会[39]与洛杉矶市议会通过最终监管批准。[66]那时，大约已有40名SpaceX员工正在设计和建造BFR。[67]随着时间的推移，该项目预计将有700个技术职位。[68]洛杉矶的临时设施是一个203500平方英尺（18910平方米）的建筑物，大约有105英尺（32米）高。 [69]完全组装的运载火箭预计将通过驳船运输，通过巴拿马运河，运往佛罗里达州的卡纳维拉尔角进行发射。 [70]

2018年8月，美国军方首次公开讨论了使用BFR的兴趣。美国空军空中机动司令部负责人，对BFR在30分钟内点对点地将150吨载荷投放到世界上任何一个地方的能力十分感兴趣。他们预计这类大型运输能力“可能在未来五到十年内拥有”。[71][72]

在2018年9月宣布的2023年月球环游任务计划中 - 一架名为#dearMoon [73] 私人环游任务的星舰展示了第二级和星舰的新设计概念，其中有三个后鳍和两个前鸭鳍，用于大气进入，取代了在一年前显示的三角翼和分裂襟翼设计。修订后的BFR设计在第二级使用了七个相同尺寸的猛禽发动机; 与第一级使用的发动机型号相同。第二级设计在船头附近有两个小的驱动式鸭鳍，在底部有三个大鳍，其中两个将启动，所有三个都用作着陆腿。[74]此外，SpaceX还在本月下半月表示他们“不再计划为Falcon 9升级可重复使用的第二级”。[75] BFR运载火箭的两个主要部分在11月份被赋予描述性名称：第二级/上面级的Starship和第一级/助推级的“Super Heavy”，马斯克指出“建造Super Heavy是为了远离地球的深重力井”（在其他行星或卫星可以不用第一级。）“[76]

2018年12月，在开始建造第一个碳复合材料测试部件九个月后，马斯克宣布将采取“违反直觉的新设计思路”：SpaceX主要用于制造火箭结构和推进剂罐的材料将是“相当重的......但非常坚固”的金属。[77][78][79]这随后被证明是不锈钢。

继马斯克个人去到博卡奇卡的SpaceX南得克萨斯州发射场后，马斯克便透露，第一个星舰试验品“星斗”已经建造了几个星期。正如先前所想，星斗将由300系列不锈钢而非碳复合材料制成。根据马斯克的说法，使用不锈钢的原因是“不锈钢明显便宜，而且建造起来很快。它并不是最轻的，但它实际上是最轻的。如果你看一下高品质的属性不锈钢，不明显的是，在低温下，不锈钢的强度提高了50％。“[80]300系列不锈钢的高熔点仍然意味着星舰的背风侧在重返大氣層时不需要绝缘陶瓦，而更热的迎风面将可以使用更少的绝缘陶瓦以隔绝热量。

星斗将用于火箭原型测试与开发着陆/低空/低速控制算法。测试火箭只会安装三台猛禽火箭发动机，飞行高度不超过5公里，预计最初飞行时间不会早于2019年上半年。[81][82]

到2019年3月，SpaceX已经取消了他们从Ascent Aerospace购买的数百万美元的碳复合材料生产工具，放弃了所有在洛杉矶港的生产计划，并关闭了复合材料制造厂。[83]

Super Heavy原型建造原本计划在2019年第二季度之前开始。第一批建造的Super Heavy助推器的发动机會少于全尺寸型的28台猛禽火箭发动机，这仅仅是因为早期试飞不需要那么多发动机，而且此举会减少在早期试飞中发生助推器故障时SpaceX的损失。[84]

Super Heavy（超级重型）[96] 是SpaceX下一代运载火箭的第一级助推器，长70米（230英尺），直径9米（30英尺），预计总升空质量为3,530,000千克（ 7,780,000磅）[97]它由不锈钢罐和支撑结构构成，使用 过冷液态甲烷和液氧（CH 4 / LOX）推进剂，由28个Raptor火箭发动机[98]提供动力，总共提供72 MN（16,000,000 lbf）起飞推力。[99]

它将拥有4个着陆腿和4个栅格翼。[100]

助推器预计会返回到陆地回收平台。[101][102][103][104]

藝術家對BFR上級推進器分離時的想像圖

星舰 [105][106]是一种可重复使用的航天器，也可作为运载火箭第二级，具有集成的有效载荷部分。星艦至少会有以下变种： [107]

• 宇宙飞船：这是一种大型的，可供人员长时间驻留的航天器，能够在地球上的点对点目的地、近地軌道或行星际目的地之间往返运送乘客[107]与其附带的少量货物。
• 油轮：这种油轮的全部空间都将用于携带燃料，以便为轨道上的宇宙飞船进行在轨加注。

• 卫星运载航天器：具有大型可打开式整流罩的航天器，可在太空中开放，以便于将航天器放入轨道，或回收航天器和太空碎片。

• 人类着陆系统：2020年4月30日，NASA选择了SpaceX参与其阿尔忒弥斯计划，SpaceX将会为NASA建造一款可重复使用的月球着陆器。计划中的着陆器将会是星艦的简化版，仅用于在月球表面和LOP-G之间往返运送宇航员和货物。[108]此版本的星舰因为只需往返月球轨道与月面，因此不需要安装大气重返大氣層所需的襟翼和隔热盾。为了不扬起月尘，着陆发动机将安装在星舰的上半部分，此版本的星舰将使用较小的发动机降落。

星舰的主要特征包括：[101][102][103][104]

• 设计使得该船可以垂直起落，使之能从地球轨道重返大氣層返回到发射台附近，亦可进行地对地、点对点的亚轨道飞行页面存档备份，存于
• SpaceX预计着陆可靠性最终能够达到“航空公司的级别”
• 交会和对接操作将自动化
• 油轮与各种星舰变种之间的在轨推进剂转移
• 一艘星艦在在轨装载后能够将它的有效载荷运输到月球或火星
• 不锈钢结构和罐体结构。它的强度 - 质量比与早期的SpaceX设计替代碳纤维 复合材料相当或更好，在预期的温度范围内，可以承受从低温推进剂的低温到大气重返大氣層的高温[109]
• 该航天器的大部分结构将采用不锈钢合金制造，该合金“已经过一种深冷处理，其金属是......冷成型 /加工生产低温处理钢......比传统的热轧钢更轻，更耐磨。“ [109]
• 针对大气折返的恶劣条件，热盾系统将使用黑色六角形隔热瓷砖以覆盖星舰的迎风面。[110][111][112]
• 依据2017年的发布会所言，星艦将具有约1000m³（35,000立方英尺）的加压空间。这些空间可以分配为多达40个舱室，包括一个公共区域，中央存储器，厨房，和一个太阳能火星任务的耀斑避难所。[113]在2018年的改进设计中，星舰可以有12个未加压的货物集装箱总共88m³（3100立方英尺），但那些货物集装箱的设计空间也可能最终用于安排猛禽发动机的插槽。截至2019年，设计仍然在不断变化。
• 灵活的设计选择：能够修改星艦的引擎数量，或是去掉星艦的整流罩，鸭翼，后翅片，隔热罩和着陆腿 - 以优化质量比。[112]

星虫

从2017年10月开始，BFR概念揭幕后的一个月，就有爱好者猜测火箭的飞行试验将从星舰的亚轨道跳跃开始，[119]而初步的飞行测试最早会在2019年开始。[120]到了2018年9月，第二级星舰的跳跃将在德克萨斯州布朗斯維爾附近的SpaceX南德克萨斯发射场进行。[121] SpaceX 于2018年11月向美国联邦通信委员会申请了一项实验无线电通信许可证[122]，向美国联邦航空局申请了一项试验性许可证[123]，以支持试飞计划，从许可上看，所有试飞都将保持在海拔5公里（16,000英尺）以下。[124] 测试载具星舰和测试地点德克萨斯发射场都将在2018年底开始建造。[125]

用于第一次试飞的星虫的主要结构，即是用于低空测试的星舰的缩减版本，它于2019 年1月10日建造完成。[126] 1月的晚些时候，星虫遭遇了大风，大风损坏了鼻锥结构，而水塔结构和火箭支腿则保持了完整。[127][128][129]随后SpaceX表示他们不会再做一个鼻锥，因为低速飞行测试不会用到鼻锥。[130]

星舰不会是一次定型的火箭，SpaceX计划用一系列的原型测试来逐步改进星舰，最终到达设计目标，这一源于互联网开发思维的做法，被称为“快速迭代”。

因此，用于测试的“测试机”将会多达几十多个，它们中的大多数将在各种各样的测试中损毁，这在火箭开发上是史无前例的。

下表是星舰原型机的测试记录

在下表中：

"Mk"是 Mark （号）的缩写

"SN"是 Serial Number（序列号）的缩写

"TT"是 Test Tank（测试储箱）的縮寫

"HTT"是 Header Test Tank（头锥测试储箱）的縮寫

TT1、TT2及LOX HTT均用作測試不鏽鋼結構與設計，而且都在2020年1月開始建造。2020年1月10日，TT1進行壓力測試，最高達到7.1 bar的壓力，最後因壓力過大爆炸而徹底損壞。2020年1月24日，LOX HTT進行一次壓力測試，并成功維持壓力數小時，在此次測試後正式退役。2020年1月27日，TT2進行第一次環境壓力測試，最終達到高7.5bar的壓力，隨後發生泄漏，但獲得修復。2020年1月29日，TT2成功通過低溫驗證測試，同時進行極限壓力測試，最終達到8.5bar後爆炸摧毀。

MK1和MK2於2018年12月開始建造，最初計劃會用於高空和高速測試。它們的高度約為50 m，直徑均為9 m，具有更厚的外殼以及曲線般的鼻錐截面。與先前的設計不同，後翅片的數量由三個改為兩個，並改為使用六個較小的降落腳。[132]2019年11月，MK1被拆除鼻錐並轉移到測試台。

2019年11月20日，在最大壓力儲罐測試期間，Mk1被部分摧毀，當時液氧儲罐的焊接線破裂，將艙壁向上推了幾米。上艙壁飛出並降落在離飛船一定距離的地方。沒有有關在事故中發生人員受傷的報導。在關於測試事故的聲明中，SpaceX表示他們將退役Mk1和Mk2原型機，並將重點放在更接近飛行規格的Mk3和Mk4設計上。

2019年12月，馬斯克宣布將Mk3重新命名為“SN1”，並計畫建造原型至少到SN20。馬斯克還表示，他們將會改變星艦的生產方式。新的生產方式可確保接頭更牢固，質量減少20％。[133]

SN1於2020年2月建造完成並轉移到測試台，但於2020年2月29日測試時發生爆炸，儲罐被爆炸所產生的推力向上推進了幾十米高，處於上面的儲罐落地後引發了二次爆炸，儲罐被徹底摧毀並報廢。馬斯克表示，火箭底部出現設計錯誤，導致爆炸。因此，SpaceX團隊重新設計了火箭底部。[134]

SN1爆炸事件後，SpaceX團隊調整了他們對SN2的測試計劃。[135]SN2於2020年2月開始建造並於2020年3月建造完成。SN2是一個較短的儲罐，用於測試新設計的火箭底部。2020年3月8日，SN2在加壓測試後退役。[136]

2020年3月，馬斯克表示SN3被計劃用於靜態點火測試和短暫試飛，而SN4被計劃用於更長的試飛。[137]SN3於2020年3月5日開始建造並於2020年3月25日建造完成。但在2020年4月3日，SN3储罐部分在压力测试中被摧毁，正在加压中的甲烷储罐将下方空载的液氧储罐压垮了，马斯克称这是由于测试配置失误导致的[138]。其中SN3的引擎部分損毁較小，已重複用於SN4。

SN4於2020年3月25日開始建造並於2020年4月23日轉移到測試台。SN4共通過了五次的靜態點火測試和兩次低溫加壓測試。[139][140]。在2020年5月29日，SN4進行了第五次靜態點火測試後發生爆炸，储罐被彻底摧毁并报废。[141]

SN5於2020年6月25日转移到测试台並於7月30日進行了首次靜態點火測試。2020年8月4日，SN5的150m试飞成功。[142]SN6於2020年8月13日转移到测试台並於2020年9月3日，進行了150m短距跳躍試飛。[143]

SN7和SN7.1是用來測試304L不銹鋼強度的測試儲罐，跟SN2相似。SN7.2是使用全新3mm不鏽鋼製造的測試儲罐。2020年6月24日，SN7在進行第二次低溫加压測試中被摧毁。2020年9月23日，SN7.1在進行低溫加压測試中被計畫性摧毁。2021年1月，SN7.2被發現開始組裝，2021年1月20日，SN7.2被移動到測试台A預備進行測試。2021年1月26日，SN7.2成功完成加壓測試，並安全釋放内部液態氮。

SN8和SN9是計劃用於高空和高速測試的原型機，它們擁有完整的鼻錐和襟翼。[144]2020年12月10日，在進行四次靜態點火測試後，SN8進行了12.5km飛行測試。三台猛禽發動機（SN30，36，42）按計劃地逐一關閉。在達到了計劃的高度後，SN8順利地運用襟翼控制下降。在降落過程中，燃料箱的壓力過低，令降落速度太快導致爆炸，SN8徹底損毀。[145]儘管降落失敗，SpaceX表示已經獲得所需數據。[146] SN9於2020年8月15日開始建造。2020年12月11日，支撐SN9的脚架在高艙中倒塌，導致SN9一面襟翼損毀，隨後使用SN10已安裝的襟翼作替換。2020年12月22日，SN9轉移到測試台。2021年1月13日，SN9於一天內進行了三次靜態點火測試。翌日，馬斯克指出有兩台猛禽發動機出現輕微損毀，需要進行替換（SN44,另外一台未被確定）。同日，SN9原定計劃將會進行12.5km飛行測試，隨後降低原定計劃飛行高度至10km。2021年1月25日，SpaceX再度更改飛行高度至12.5km。2021年1月27日，SpaceX最終確定飛行高度為10km。2021年2月3日，SN9進行了10km飛行測試。三台猛禽發動機按計劃地逐一關閉。在達到了計劃的高度後，SN9順利地運用襟翼控制下降。在降落過程中，其中一台引擎燃點失敗，導致SN9失控墜毀，SN9徹底損壞。SN10於2021年1月14日完成建造。2021年1月29日，SN10轉移至測試台A，此时SN9正在测试台B上等待发射，这亦是首次星艦原型同時被放置在測試台A和B。2021年2月8日，SN10完成低溫加壓測試。2021年2月15日，SN11完成組裝。

SN12於2021年1月23日開始拆解，而SN13及SN14則暫停相關建造工作，並將工作重心轉移至SN15及其後的型號。SN15-SN19正在建造中。它們計劃用於更高的試飛和軌道試驗。

在下表中：

"BN"是 Booster Number（助推器序号）的缩写

全箭的测试始于子系统级，与大多数运载火箭一样，采用火箭发动机部件测试，然后在地面测试设施中测试完整的火箭发动机。猛禽发动机的部件级测试于2014年5月开始[147]，2016年9月首次进行全发动机测试。[148]截至2017年9月，开发中的猛禽发动机在42个主要地面试验台上进行了共计1200秒的发动机点火测试，最长的测试为100秒。[54]

2020年8月18日，猛禽发动机在测试中达到了330巴（Bar）的室压[149]，这是世界上现有最高的燃烧室压力。

在2023年載前澤友作和多位藝術家進行繞月之旅[154]

在計畫中擔任月球載人登陸艇[155]