SpaceX星舰研发历史

SpaceX星舰是一种完全可重复使用的运载火箭和航天器，由SpaceX开发。 SpaceX在2012年左右开始开发火星殖民系统（MCT，即星舰前身），火箭使用的猛禽火箭发动机则在2016年开始测试。SpaceX在2018年3月开始制造星舰的首个火箭原型。- 截至2023年4月，星舰-24及助推器-7在首次轨道飞行测试中损毁；星舰-25～30，助推器-9～11原型机正陆续建造及测试中。- 火星殖民运输器（Mars Colonization Transport, MCT）2013年→行星际运输系统（Interplanetary Tranport System, ITS）2016年→大猎鹰火箭（Big Falcon Rocket, BFR）2017年→星舰（Starship）2018年

**背景**
早在2007年，伊隆·马斯克就表示他个人的目标就是最终能让人类得以探索并殖民火星
。关于登陆火星的计划架构在2011到2015年间被陆陆续续揭露开来，其中一份2014年的声明表示最初的殖民者到达火星的时间不会早于2025年
，时至2016年年中，此项计划仍然把这一日期定为不早于2025年。。
2011年，马斯克在一次采访中表示他希望在10~20年内把人类送上火星。 2012下半年，他表示他设想了一个人口达数万人的火星殖民地，而其中的殖民者到达火星的时间不早于2025年。
2012年10月，马斯克构思了一个高层面上的有关建造第二套运载能力远超猎鹰九号与猎鹰重型的可重复使用火箭系统的计划，而SpaceX已经在原先的系统上花费了数十亿美元。这款新运载火箭将会是对猎鹰九号火箭作出的的一次“演进”，而且将会大许多。但马斯克表示在2013年前SpaceX不会公开发表这项计划。
2013年6月，马斯克表示“在火星殖民运输器执行常规任务之前SpaceX不会进行IPO”。

**行星际运输系统**
2016年的"行星际运输系统"轨道飞行器概念图
2015年初，马斯克表示他希望在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，而SpaceX公司直到2015年十二月下旬才恢复发射

**设计**
2016年9月，马斯克公布了一项直径达12米（39英尺）的大型运载火箭设计概念，并取名作行星际运输系统（Interplanetary Transportation System，ITS）。该火箭将会专门用于行星际运输。同时马斯克还探讨了未来SpaceX火星运输任务的整体细节。这其中包括ITS火箭的部分数据（芯级助推器直径、火箭结构材料、发动机数量及型号、推力、有效载荷能力等）；在轨推进剂加注技术；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。马斯克也表示，为了完成火星运输任务，SpaceX需要建造一组共三架飞行器(芯级助推器、上面级轨道飞行器、在轨推进剂补充用油轮)。
构成2016 ITS运载火箭概念的三种不同的火箭是：

**助推器**
助推器的直径为12 m（39 ft），高77.5 m（254 ft）。助推器由42台猛禽火箭发动机提供动力，总推力约为130 MN（29,000,000 lbf），是土星五号的几倍。
助推器底部的外圈和内圈分别有21台和14台发动机，这35台发动机将不能调整方向。中心有七台可调整方向的发动机。助推器将调整方向中心的发动机及改变固定发动机的推力来改变方向。每台发动机的推力都能在额定推力的20％到100％之间变化。
助推器将在重新进入大气层使用栅格翼，以控制姿态并微调着陆位置。助推器将会降落在发射台上。

**飞船**
飞船是ITS系统的第二级，在与助推器分离后，飞船将点燃发动机进入预定轨道。飞船装备6具真空发动机和3具用于降落的海平面发动机。
飞船共有以下的版本：
ITS空间飞行器，一个用于长期居住/载货的飞行器，作为火箭的上面级。
ITS油轮，另一个第二级，载荷空间全部用于装载推进剂，为其他ITS飞行器在轨补充推进剂。

**重复使用**
ITS助推器返回发射台概念图
助推器和飞船均可完全并快速地重复使用，指在大幅降低发射成本。ITS系统将使用SpaceX以猎鹰九号开发的垂直降落技术。
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。

**大猎鹰火箭**
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。” ，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。
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）放置在飞船的鼻锥里。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” - 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。
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。
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）。
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。

**星舰和超级重型**
在2018年9月宣布的2023年月球环游任务计划中 - 名为#dearMoon  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。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”。 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“星舰”和第一级/助推级的“超级重型”，马斯克指出“建造超级重型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。）“

**新的设计思路**
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。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％。“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气层时不需要绝缘陶瓦，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，最终的星舰设计改为了六个猛禽引擎，其中三个设计在海平面发动，另外三个设计在真空发动。
马斯克还澄清说，第一批建造的Super Heavy助推器的发动机会少于全尺寸型的28台猛禽火箭发动机，这仅仅是因为早期试飞不需要那幺多发动机，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。
2021年7月，马斯克再度公布星舰的最新改型，包括真空发动机数量增加至6具；全面换装第二代猛禽发动机等。另外，舰体也会增长，其上部穹顶(Fwd. Dome)及通用穹顶(Common Dome)改为较扁平外型。而液态氧与液态甲烷降落用储罐(Header tank)，则会集中布置于鼻锥内(有别于旧型的分布在鼻锥内及通用穹顶)，以增加液氧及液态甲烷储罐的容积。其余改进特点包括: 
1. 鼻锥改用拉伸成型钢板组装，取代旧型的冲压钢板；不仅外型更加平滑简洁，也有利于加快称生产速度。
2. 前鸭翼尺寸将缩小，并更靠近舰体背风测，以优化再入大气层时的气动性能。

**星舰测试**

**星虫测试**
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，而初步的飞行测试最早会在2019年开始。到了2018年9月，第二级星舰的跳跃将在德克萨斯州布朗斯维尔附近的SpaceX南德克萨斯发射场进行。 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，向美国联邦航空局申请了一项试验性许可证，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。 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。
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。 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。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。

**建造/测试进度表**
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的缩写
"HTT"是 Header Test Tank的缩写
"Ship-XX" 是星舰自SN20开始改用的新代号


**建造/测试时间轴---亚轨道/轨道星舰原型机**

**TT1、TT2、LOX HTT及最大动压测试鼻锥**
 2020年1月，TT1、TT2及LOX HTT开始建造，均用作测试不锈钢结构与设计。- 2020年1月10日，TT1进行压力测试，最高达到7.1 bar的压力，最后因压力过大爆炸而彻底损坏。- 2020年1月24日，LOX HTT进行一次压力测试，并成功维持压力数小时，在此次测试后正式退役。- 2020年1月27日，TT2进行第一次环境压力测试，最终达到高7.5bar的压力，随后发生泄漏，但获得修复。- 2020年1月29日，TT2成功通过低温验证测试，同时进行极限压力测试，最终达到8.5bar后爆炸摧毁。- 2021年4月，最大动压测试鼻锥（下称鼻锥）完成建造。- 2021年4月22日，鼻锥移至测试区预备进行测试。- 2021年5月11日，鼻锥完成测试，并移至高仓拆解。