SpaceX星艦研發歷史

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。[18][19]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：[20][21]

助推器的直徑為12 m（39 ft），高77.5 m（254 ft）。助推器由42台猛禽火箭發動機提供動力，總推力約為130 MN（29,000,000 lbf），是土星五號的幾倍。[22]

助推器底部的外圈和內圈分別有21台和14台發動機，這35台發動機將不能調整方向。中心有七台可調整方向的發動機。助推器將調整方向中心的發動機及改變固定發動機的推力來改變方向。每台發動機的推力都能在額定推力的20％到100％之間變化。[23]

助推器將在重新進入大氣層使用柵格翼，以控制姿態並微調著陸位置。助推器將會降落在發射台上。[24]

飛船是ITS系統的第二級，在與助推器分離後，飛船將會啟動發動機以進入軌道。飛船的底部有六台真空版本的發動機和三台用於降落的發動機。

飛船共有以下的版本：

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

ITS助推器返回發射台概念圖

助推器和飛船均可完全並快速地重複使用，這樣能夠大幅降低目前發射的巨大成本。ITS系統將使用SpaceX以獵鷹九號開發的垂直降落技術。

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。[25]

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。[37][38][39]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％。“[40]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。

在2019年5月，最終的星艦設計改為了六個猛禽引擎，其中三個設計在海平面發動，另外三個設計在真空發動。[41] 马斯克還澄清說，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。[42]

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，[48]而初步的飞行测试最早会在2019年开始。[49]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。[50] 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[51]，向美国联邦航空局申请了一项试验性许可证[52]，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。[53] 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。[54]

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。[55] 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。[56][57][58]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。[59]

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的縮寫

"HTT"是 Header Test Tank的縮寫

制造

2020年3月起，SpaceX将快速地建造与测试星舰的系列原型，而筒段的焊接会交由奥地利公司Fronuis进行。

SpaceX計畫建造原型至少到SN20。

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。[61]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％。[62]

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。[63]

SN1爆炸事件後，SpaceX團隊調整了他們對SN2的測試計劃。[64]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。[65]

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。[66]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[67]。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。[68][69]。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。[70]

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。[71]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。[72]

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被移動到測試台A預備進行測試。2021年1月26日，SN7.2成功完成加壓測試，並安全釋放內部液態氮。

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。[73]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。[74]儘管降落失敗，SpaceX表示已經獲得所需數據。[75]

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。

SN10於2021年1月14日完成建造。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。SN11、SN15-SN18正在建造中。它們計劃用於更高的試飛和軌道試驗。2021年1月29日，SN10轉移至測試台A，亦是首次星艦原型同時被放置在測試台A和B。

MK1（已损毁）与MK2（已废弃）

• 2018年12月，MK1与MK2的建造已经开始，建造地点分别在德克萨斯州的博卡奇卡和佛罗里达州的可可海岸，计划中它们会用于高空和高速测试。这两个原型比Starhopper更高，它们的高度约为50 m，直径均为9 m，具有更厚的外壳以及曲线般的鼻锥截面。

• 2019年11月20日，在最大压力储罐测试期间，Mk1被部分摧毁，当时液氧储罐的焊接线破裂，将舱壁向上推了几米。上舱壁飞出并降落在离飞船一定距离的地方。没有有关在事故中发生人员受伤的报道。在关于测试事故的声明中，SpaceX表示他们将在事件发生后退役Mk1和Mk2原型机，并将重点放在更接近飞行规格的Mk3和Mk4设计上。

SN1（已损毁）

• 2019年10月中旬，开始建造。

• 2020年2月29日，SN1在进行液氮注入时发生爆炸，储罐被爆炸所产生的推力向上推进了几十米高，处于上面的储罐落地后引发了二次爆炸，储罐被彻底摧毁并报废。[76]

SN2（已退役）

• 2020年2月26日，开始整合储罐。[77]

• 2020年3月8日，SN2在加压测试后退役。

SN3（已损毁）

• 2020年3月5日，开始建造。

• 2020年3月25日，接近完成。

• 2020年4月3日，SN3储罐部分在压力测试中被摧毁。从影片来看，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[78]。其中SN3的引擎部分損毁較小，已重複用於SN4。

SN4（已损毁）

• 2020年3月25日，开始建造。

• 2020年4月18日，储罐整合完毕。

• 2020年4月23日，转移到测试台。

• 2020年4月27日，通過了环境压力测试[79]及低溫加压測試[80]。

• 2020年5月5日，進行了首次靜態點火測試。

• 2020年5月7日，進行了第二次靜態點火測試，長達4秒。

• 2020年5月10日，通過了第二次低溫加压測試。

• 2020年5月19日，進行了第三次靜態點火測試，而SN4的150米跳躍的準備工程也即將完成。

• 2020年5月28日，進行了第四次靜態點火測試。[81]

• 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。[82]

SN5（現役）

• 2020年4月12日，所有三个穹顶已经接近完成。

• 2020年5月13日，储罐部分建造完毕。

• 2020年6月25日，转移到测试台。

• 2020年7月1日，通過了环境压力测试及低溫加压測試。

• 2020年7月30日，進行了首次靜態點火測試。

• 2020年8月4日，首次150m试飞成功。[83]

SN6（現役）

• 2020年4月24日，有证据[84]表明SN6已经开始建造。

• 2020年5月25日，开始整合储罐。

• 2020年6月16日，储罐部分建造完毕。

• 2020年8月13日，转移到测试台。

• 2020年8月24日，進行了首次靜態點火測試。

• 2020年9月3日，進行了首次150m短距跳躍試飛成功。

• 2021年1月6日，開始拆除。

• 2021年1月11日，完成拆除。

SN7（已损毁）

• 2020年5月27日，开始建造。

• 2020年6月11日，储罐整合完毕。SN7是用來測試304L不銹鋼強度的測試儲罐。

• 2020年6月17日，進行了低溫加压測試。

• 2020年6月24日，SN7在進行第二次低溫加压測試中被摧毁。

SN7.1（已损毁）

• 2020年7月3日，开始建造。

• 2020年8月30日，建造完毕。

• 2020年9月7日，转移到测试台。

• 2020年9月23日，SN7.1在進行低溫加压測試中被計畫性摧毁。

SN7.2（測試中）

• 2021年1月20日，转移到测试台

• 2021年1月26日，進行了低溫加压測試。

SN8（已損毀）

• 2020年7月10日，有证据表明SN8已经开始建造。

• 2020年8月5日，开始整合储罐。

• 2020年8月27日，储罐部分整合完毕。

• 2020年9月23日，储罐部分裝上後翅片。

• 2020年9月26日，转移到测试台。

• 2020年10月6日，進行了低溫加压測試。

• 2020年10月7日，進行了第二次低溫加壓測試。

• 2020年10月13日，鼻錐部分裝上鴨翼。

• 2020年10月19日，鼻錐部分整合完毕。

• 2020年10月20日，進行了首次靜態點火測試。

• 2020年10月22日，鼻錐部分與储罐部分結合，SN8建造完毕。

• 2020年11月11日，進行了第二次靜態點火測試。

• 2020年11月13日，進行了第三次靜態點火測試,但這次測試導致引擎損壞。

• 2020年11月24日，進行了第四次靜態點火測試。

• 2020年12月10日，在12.5km飛行測試中損毀，降落速度太快導致失敗。

SN9（報廢）

• 2020年8月15日，开始建造。

• 2020年9月14日，开始整合储罐。

• 2020年10月3日，储罐部分整合完毕。

• 2020年11月1日，储罐部分裝上後翅片。

• 2020年11月20日，鼻錐部分裝上鴨翼。

• 2020年11月22日，鼻錐部分整合完毕。

• 2020年11月26日，鼻錐部分與储罐部分結合。

• 2020年12月22日，转移到测试台。

• 2020年12月29日，進行了低溫加压測試。

• 2021年1月6日，進行了首次靜態點火測試。

• 2021年1月13日，一天內進行了三次靜態點火測試。

• 2021年1月21日，進行了第五次靜態點火測試。

• 2021年1月22日，進行了第六次靜態點火測試。
• 2020年2月3日，在10km飛行測試中爆炸

SN10（現役）

• 2020年9月2日，开始建造。

• 2020年10月14日，开始整合储罐。

• 2020年11月4日，储罐部分整合完毕。

• 2020年12月19日，鼻錐部分整合完毕。

• 2021年1月2日，鼻錐部分與储罐部分結合。

• 2021年1月29日，转移到测试台。

SN11（建造中）

• 2020年9月9日，开始建造。

• 2020年11月5日，开始整合储罐。

• 2020年12月28日，储罐部分整合完毕。

• 2021年1月29日，鼻錐部分整合完毕。

SN12（報廢）

• 2020年10月2日，开始建造。

• 2020年1月，停止建造並報廢。

SN13（停止建造）

• 2020年10月11日，由於SN14已經开始建造，所以推定SN13已經开始建造。

• 2020年11月22日，確認建造中。

• 2020年1月，停止建造並報廢。

SN14（停止建造）

• 2020年10月11日，开始建造。

• 2020年1月，停止建造並報廢。

SN15（建造中）

• 2020年11月18日，开始建造。

• 2021年1月1日，开始整合储罐。

SN16（建造中）

• 2020年12月4日，开始建造。

SN17（建造中）

• 2020年12月18日，开始建造。

SN18（建造中）

• 2021年1月19日，开始建造。

在下表中：

"BN"是 Booster Number（助推器序号）的缩写

BN1（建造中）

• 2020年8月31日，馬斯克表示超級重型BN1將會在這個星期開始建造。

• 2020年11月8日，開始整合儲罐。

BN2（建造中）

• 2021年1月19日，開始建造。

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[85]，2016年9月首次进行全发动机测试。[86]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。[30]

2020年8月18日，猛禽发动机在测试中达到了330巴（Bar）的室压[87]，这是世界上现有最高的燃烧室压力。