Starship (fusée)

Le  (propulsé par le premier étage «  »), anciennement appelé  ou BFR, est un lanceur spatial super-lourd en cours de développement par SpaceX, visant une capacité à placer une charge utile de plus de  (150 tonnes ultérieurement selon Elon Musk) en orbite basse. Ce nouveau lanceur aura la particularité d'être entièrement réutilisable et pourrait jouer un rôle central dans les ambitions de la compagnie pour la colonisation de Mars. Il vise également à lancer des satellites vers l'orbite basse ou géostationnaire, et pourrait à terme remplacer les fusées  et  pour devenir le lanceur principal de SpaceX. Les deux étages sont propulsés par des moteurs Raptor et brûlent un mélange de dioxygène liquide et méthane liquide.

Le vaisseau  est sélectionné par la NASA le  pour constituer l'atterrisseur lunaire du programme américain Artemis, qui doit permettre un retour de l'Homme sur la Lune à l'horizon 2025. Par ailleurs, l'usage du lanceur comme moyen de transport intercontinental est également envisagé.

Le  est annoncé en  à l'occasion du Congrès international d'astronautique. Un premier prototype de vol, le , est construit en 2019, et le premier vol d'essai à haute altitude est effectué par le prototype SN8 en . Elon Musk, le PDG de l'entreprise, espère pouvoir effectuer un premier lancement orbital en 2023, suivi d'un atterrissage inhabité sur Mars.

Le Starship a pour particularité d'être construit essentiellement à ciel ouvert, ce qui permet au public de suivre le développement du projet en détail, par exemple par l'intermédiaire d'observateurs enthousiastes qui filment et retransmettent en direct la construction et les tests des prototypes.

Historique

Contexte 
Lors de la fondation de SpaceX en 2002, Elon Musk, son fondateur, avait l'ambition d'envoyer des hommes sur Mars. SpaceX commença progressivement à développer des lanceurs, tel que Falcon 1, première fusée de SpaceX, puis Falcon 9, beaucoup plus puissante, introduisant aussi la réutilisation partielle des lanceurs spatiaux. Ces étapes de développement étaient nécessaires, pour que SpaceX puisse acquérir les connaissances nécessaires pour la réalisation d'un lanceur pour la destination de Mars. Les premières idées de fusées super lourdes basées sur la flotte de lanceurs Falcon ont été discutées pour la première fois par SpaceX en 2010, mais lorsque le développement a sérieusement commencé en 2012, le véhicule avait une architecture déjà éloignée de ceux de la famille Falcon, mais gardait néanmoins leurs technologies, comme la réutilisation mise au point par le Falcon 9 booster B1021.

Premiers projets de lanceurs super-lourds

Falcon X et XX (2010) 
Lors de la conférence AIAA Joint Propulsion de 2010, SpaceX a présenté des concepts de lanceurs lourds et super-lourd, qui n'étaient pas des configurations confirmées de futurs lanceurs et ne représentaient que des idées conceptuelles.

Le Falcon X est un lanceur à deux étages de  de haut, environ six mètres de diamètre, propulsé par trois moteurs Merlin 2, des évolutions des moteurs Merlin, créant ainsi une poussée au décollage de . Moins de spécifications ont été données pour le second étage, cependant, SpaceX travaillait à l'époque sur une version LOx/LH2 du moteur Raptor d'une poussée de 677 kN pour une utilisation sur les étages supérieurs, ce qui en fait un candidat probable. Falcon X pourra envoyer en orbite basse terrestre une charge utile de . Comme pour le Falcon 9, le Falcon X existe sous une version Heavy, qui aura deux premiers étages sur les côtés du corps central. Ainsi, le Falcon X Heavy pourra envoyer en orbite basse terrestre une charge utile de .

Le Falcon XX est un lanceur à deux étages, de dix mètres de diamètre et d'une hauteur estimée à . Le premier étage utilise six moteurs Merlin 2, créant une poussée au décollage de  (). Comme pour le Falcon X, aucune spécification technique n'a été donnée sur le second étage, mais il est probable qu'il soit propulsé par des moteurs Raptor. Une version  du Falcon XX à trois cœurs n'a pas été présentée par SpaceX, mais serait une option pour augmenter la capacité de charge utile du véhicule à plus de .

Mars Colonial Transporter (2012) 
Le Mars Colonial Transporter fut évoqué en 2012 lors d'une discussion publique à propos d'un programme conceptuel de colonisation de Mars. Ce lanceur réutilisable devait être capable de placer entre  en orbite basse. Il devait être propulsé par des Raptor et brûler du dioxygène liquide et du méthane liquide.

(2016) 

L'Interplanetary Transport System fut annoncé au grand public lors du Congrès international d'astronautique de septembre 2016, qui s'est tenu au Mexique, durant lequel Elon Musk a déclaré qu'un investissement de  de dollars serait nécessaire pour mettre l'ITS en service, appelant le secteur privé et le gouvernement à créer un énorme partenariat public-privé dans cette entreprise.

Caractéristiques techniques

constitue l'étage supérieur de la fusée . Il mesure  de haut et  de diamètre pour une masse de  au décollage, et est entièrement construit en acier inoxydable 304L de  et . Il est propulsé par six moteurs-fusées   brûlant un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide. Il est de plus conçu pour retourner sur Terre après sa mission, en contrôlant sa trajectoire à l'aide de 4 volets de stabilisation avant d'atterrir verticalement à l'aide de ses moteurs, rendant le véhicule réutilisable.

Starship a la particularité de posséder quatre réservoirs de carburant, deux réservoirs principaux et deux réservoirs auxiliaires appelés . Les réservoirs principaux ont pour but d'alimenter les moteurs lors de la mise en orbite et lors des manœuvres. Les deux réservoirs auxiliaires, beaucoup plus petits, contiennent le carburant nécessaire à l'atterrissage propulsif lors du retour sur Terre ou pour un atterrissage sur Mars.  pouvant être amené à effectuer de longs séjours dans l'espace, la petite taille des  permet de faciliter le maintien sous pression du carburant, de minimiser son évaporation et d'éviter le ballottement du carburant qui peut induire la formation de bulles et perturber le fonctionnement des moteurs lors de l'atterrissage.

 est prévu pour être décliné en six versions.

Protection thermique 

Le Starship est équipé d'un bouclier thermique, qui le protège de la chaleur lors de sa rentrée atmosphérique. Celui-ci est composé de tuiles thermiques de forme hexagonale, qui n'offrent pas de chemin droit dans les lacunes duquel le gaz chaud risquerait de s'insérer. Lors d'un test, les tuiles thermiques ont résisté à des températures de , a déclaré Elon Musk. Si des tuiles thermiques subissent une dégradation, des systèmes de refroidissement supplémentaires seront rajoutés pour protéger l'engin spatial. Son corps est principalement composé d'acier, métal bien plus résistant à la chaleur que les alliages d'aluminium utilisés sur les autres véhicules spatiaux tels la navette spatiale américaine, en raison de la différence de masse volumique entre les deux.

est le premier étage qui propulse le . Il prend la forme d'un cylindre de  de haut et de  de diamètre pour une masse au décollage de . Il est construit en acier inoxydable 304L de  d'épaisseur et est propulsé par des moteurs  alimentés par un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide. Il possède 29 Raptor lors des premiers essais et passe ensuite à 33 moteurs pour développer au total une poussée de . Tout comme ,  est entièrement réutilisable. Son plan de vol devrait être très similaire à celui d'un premier étage de , dont il reprend d'ailleurs la silhouette, en particulier les panneaux cellulaires () servant à contrôler la redescente avant un atterrissage propulsif sur le pas de tir, où il sera rattrapé par les bras de récupération : selon Elon Musk, cette technique permettrait « d’économiser la masse et le coût des pieds d'atterrissage et de repositionner immédiatement le booster sur le support de lancement — prêt à être ravitaillé en moins d’une heure ». Mais si cette technique insolite ne fonctionne pas, il faudra revenir aux pieds d'atterrissage ()  qui fonctionneraient quand même selon Musk.

Versions

La version , qui est la première version développée, est principalement destinée au lancement de satellites en orbite terrestre. Elle est capable d'envoyer une charge utile de 100 à 150 tonnes en orbite terrestre basse et jusqu'à  en orbite de transfert géostationnaire. Elle est équipée d'une coiffe en clapet pouvant se refermer avant le retour sur Terre, haute de  pour un volume total de , et équipée pour les lancements multiples. SpaceX prévoit d'utiliser cette version pour lancer un grand nombre de satellites d'une constellation (en particulier les satellites de la constellation Starlink, appartenant à SpaceX) en un seul vol, pour effectuer des lancements triples en orbite de transfert géostationnaire, ou pour transporter des charges utiles très volumineuses ou très massives.

Starship Surface Cargo 
La version Starship Surface Cargo est une déclinaison du Starship Cargo, avec une capacité d'emport de  ( totalement optimisé), et est spécialisé dans le transport de matériel à la surface d'autres corps célestes. C'est notamment cette version qui sera utilisée par la NASA dans le cadre du programme CLPS (Commercial Lunar Payload Services), qui emmènera des instruments scientifiques et des équipements à la surface lunaire, mais il pourra également envoyer des rovers et du ravitaillement. Il agira en tandem avec le Starship Crew pour les missions pour la Lune et Mars.

La version , destinée au vol habité, doit être développée dans un second temps une fois que la version cargo aura effectué suffisamment de vols pour prouver sa fiabilité. SpaceX ambitionne à terme d'utiliser cette version pour transporter jusqu'à  vers l'orbite terrestre, la Lune ou Mars. Le  sera rempli de moins d'ergols que les autres versions afin d'avoir un rapport poids/poussée supérieur pour pouvoir s'éloigner du premier étage en cas d'anomalie.

La version  est conçue dans le but de transférer  de carburant vers d'autres vaisseaux . La possibilité d'effectuer des ravitaillements en orbite devrait fortement augmenter la capacité d'emport du  vers la Lune ou Mars, et est nécessaire aux vols cargos ou habités vers ces destinations.

Le  est une variante du  spécialisé dans le transport de fret et d'équipage vers le sol lunaire. En , il est sélectionné par la NASA pour être l’un des trois systèmes étudiés dans le cadre du projet d’atterrisseur lunaire HLS () du programme , avec le Dynetics-HLS de Dynetics et l' (ILV) de la  constituée de Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman et Draper. Le , il est sélectionné par la NASA comme l'unique atterrisseur lunaire du programme . SpaceX se voit ainsi attribuer un budget de  de dollars pour construire, tester et faire atterrir sur la Lune un prototype de . Si les résultats sont concluants, le  emmènera les astronautes du programme  depuis la station Lunar Gateway en orbite lunaire jusqu'à la surface de la Lune à partir de 2024 lors de la mission .

Le  est également envisagé comme transport de marchandises vers le sol lunaire dans le cadre du programme CLPS. Contrairement aux autres versions du , il n'est pas destiné à retourner sur Terre, et n'est donc équipé ni de système de protection thermique, ni de surfaces de contrôle aérodynamiques.

Starship Deep Space 
Cette version du Starship, sans aileron, bouclier thermique et réservoir auxiliaires pour un atterrissage propulsé, n'est pas destinée à retourner sur Terre : après avoir été ravitaillé en orbite basse, il pourra transporter du matériel (tel que des satellites de la constellation Starlink, de SpaceX) vers l'orbite martienne, jovienne ou saturnienne, voire au-delà.

Prototypes 
Les premiers essais ont commencé avec la construction d'un réservoir en fibre de carbone. En 2018, SpaceX a radicalement changé la conception du vaisseau et a opté pour une construction en acier inoxydable cryorésistant (dont la résistance augmente à basse température) et pour l'utilisation d'un bouclier thermique constitué de tuiles thermiques hexagonales en céramique.

Le premier prototype, appelé , permet d'effectuer les premiers tests d'atterrissage du  et de tester en vol une partie de ses sous-systèmes. La construction du prototype est réalisée en plein air sur le site de SpaceX South Texas Launch Site, à Boca Chica Village, au Texas à partir de  et est complétée en . Le véhicule, construit en acier inoxydable, a un diamètre de  et une hauteur de . Il est prévu pour n'utiliser qu'un seul moteur .

Le , le premier moteur  est livré sur le site et le prototype est transféré sur l'aire de vol. Deux vols captifs ont lieu en , puis le moteur est retiré le temps de régler divers problèmes sur celui-ci. Le , SpaceX tente de faire décoller son prototype  pour un vol test à une altitude de . À cause d'une pression trop forte dans les réservoirs, l'essai est annulé à  après l'allumage du moteur. Le lendemain, le  effectue son premier vol libre à  de hauteur, réalisant un vol stationnaire de quelques secondes avant de se poser en toute sécurité.

Le , un vol d'une altitude de  est annulé à cause d'un dysfonctionnement du système d'allumage du moteur. Le lendemain,  réalise ce vol et se pose automatiquement  plus loin.

Mk1, Mk2 et Mk4 
En  débute la construction d'un prototype complet du vaisseau, appelé  Mk1, suivi du  Mk2 en . Les deux prototypes sont construits simultanément, l'un à Boca Chica Village au Texas, l'autre à  en Floride, mettant en compétition les deux équipes de SpaceX. Ce sont les premiers prototypes à taille réelle du , mesurant  de diamètre et  de haut pour une masse à vide de , et équipés d'un nez et de volets aérodynamiques.

Le  Mk1 est achevé en  et sert de maquette pour la présentation des nouveautés du Starship par Elon Musk le . Elon Musk annonce lors de cette présentation qu'il prévoit d'effectuer un vol à  d'altitude avant la fin de l'année. Le prototype est ensuite désassemblé et amené sur le site de lancement le , afin de commencer sa phase de test en vue de son vol à haute altitude. Il est toutefois détruit le , lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide. Ce sont les soudures du dôme supérieur qui ont lâché, provoquant ainsi la rupture du réservoir.

Fin , la construction d'un nouveau prototype, le  Mk4, est entamée. La construction des prototypes Mk2 et Mk4 est arrêtée à la suite de l'échec du Mk1, et le Mk2 est démantelé en . Malgré leur échec, ces trois exemplaires ont permis à SpaceX d'améliorer ses techniques de construction, notamment concernant les anneaux d'acier inoxydable constituant le corps de la fusée et les soudures.

SN1, SN3 et SN4 
La construction du  Mk3, avant d'être renommé par la suite  SN1 (le préfixe « SN » signifie ), débute en  à Boca Chica Village. Le , le prototype est détruit lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide. Les soudures du dôme de poussée ()  ont lâché, faisant « décoller » le véhicule de quelques mètres avant que celui-ci ne retombe et n'explose totalement.

Début  commence la construction d'un nouveau prototype,  SN3, suivi de son jumeau,  SN4, fin .  SN3 est détruit le  lors du test de pressurisation à l'azote liquide des réservoirs, en raison d'une erreur de configuration. En effet, le réservoir inférieur (oxygène) est dépressurisé et vide tandis que celui du dessus (méthane) était plein d'azote. De ce fait, le véhicule s'est effondré sur lui-même, ne pouvant supporter cette masse supplémentaire. La jupe du SN3 étant intacte, elle est réutilisée sur SN4.

Une fois les débris du SN3 nettoyés, le SN4 est transporté sur le pas de tir afin d'être testé à son tour. Le SN4 est le premier prototype de taille réelle à réussir le test de pressurisation avec de l'azote liquide. Il est également le premier à réussir un remplissage des réservoirs avec les ergols réels (dioxygène liquide et méthane liquide) et une mise sous pression, l'allumage des pré-brûleurs des moteurs et finalement, une mise à feu statique. Au total, il réalise avec succès deux tests de pressurisation à l'azote liquide, à deux pressions différentes et cinq tirs statiques avec deux moteurs différents. Le , lors d'un test des systèmes de déconnexion rapide après la cinquième mise à feu statique, une fuite de méthane s'enflamme au contact de la tuyère chaude du moteur et cause la violente destruction du véhicule ainsi que de sévères dommages aux infrastructures de lancement.

Test Tank SN2, SN7, SN7.1 et SN7.2 

En , la construction d'un réservoir à échelle réduite dénommé SN2 débute. Il a pour but de tester les procédés de soudure du dôme de poussée à la suite de l'échec du  SN1. Le , il subit un test de pressurisation à l'azote liquide qu'il réussit. Pendant ce test, des vérins simulent l'action de trois moteurs sur le dôme de poussée.

La construction d'un deuxième réservoir de test à échelle réduite nommé SN7 commence en . Son but est de tester la résistance d'un nouvel alliage d'acier inoxydable, l'. Le , lors d'un premier test de pressurisation à l'azote liquide, le réservoir commence à fuir à une pression de . Après réparations, le réservoir est testé jusqu'à destruction le .

Au mois de , la construction d'un nouveau réservoir de test à échelle réduite en , le SN7.1, est entamée. Il est construit dans le but de tester la résistance de l' en simulant la poussée de trois moteurs  en parallèle. Le , le réservoir est testé jusqu'à destruction lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide.

En  débute la construction d'un nouveau réservoir de test à échelle réduite, le SN7.2, toujours en  mais dont les parois ont une épaisseur de , contre  pour les anciens prototypes. Cette modification permettrait d'alléger la masse à vide du , ce qui augmenterait la charge utile des futures versions destinées à atteindre l'orbite basse.

SN5 et SN6 

La construction d'un nouveau prototype de , dénommé SN5, débute en , suivi d'un second nommé SN6 en . Ce prototype mesure environ  de haut et  de diamètre. Le  SN5 est transporté sur le support de test dans le but de faire un saut à  d'altitude. Il est soumis avec succès à un test de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis à une mise à feu statique de son moteur  SN27 unique. Après deux tentatives avortées, le , SN5 décolle jusqu'à  avant de redescendre et de se poser en douceur sur la zone d'atterrissage après un vol de . Il s'agit du premier vol d'un prototype à taille réelle. Par la suite, SN5 est transporté vers le site de construction pour inspection.

Pendant ce temps, SN6, un prototype identique à SN5, fait le trajet inverse dans l'objectif de réaliser lui aussi un vol à la même altitude. Il subit avec succès le test de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis une mise à feu statique de son unique moteur  le . Le , il effectue avec succès un saut à  d'altitude d'une durée de . SN6 est alors lui aussi transporté au site de construction pour inspection. Il est démantelé en .

SN8, SN9, SN10 et SN11 

Le Starship SN8 est le premier prototype équipé de volets de corps (), d'un cône aérodynamique et de trois moteurs. Il réussit les tests de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis à la mi- la mise à feu statique () de ses trois moteurs. Son cône est assemblé aux réservoirs avant qu'une seconde mise à feu statique ne soit effectuée avec succès début . Quelques jours plus tard, une mise à feu supplémentaire endommage l'un des moteurs qui doit être remplacé avant une quatrième mise à feu statique, qui est un succès. Le , une première tentative de vol à  est abandonnée  avant le décollage, à la suite d'une interruption automatique de la séquence d'allumage des moteurs. Le lendemain, une deuxième tentative a lieu. SN8 décolle de manière nominale et atteint l'altitude attendue de  avant d'effectuer une manœuvre de basculement à l'horizontale, une chute libre contrôlée jusqu'au site d'atterrissage en position horizontale (dite ) et pour finir une manœuvre de rallumage des moteurs et de passage de la position horizontale à verticale. Cependant, un manque de pression dans un des réservoirs de carburant cause un manque de puissance lors de la phase d'atterrissage, une vitesse trop élevée et la destruction du prototype. Ce vol, globalement réussi, permet d'effectuer certaines des manœuvres qui seront nécessaires au  pour revenir sur Terre après un vol orbital, et ainsi d'être réutilisable.

Le Starship SN9 est un prototype qui partage les mêmes caractéristiques que SN8. Le , la structure de support installée sous SN9 s'est effondrée, provoquant le basculement du véhicule et une collision avec les murs à l'intérieur de la . SN9 est sécurisé le , révélant des dommages à l'un de ses ailerons avant, qui est par la suite remplacé. Puis, le , SN9 est transporté sur le pas de tir B. Après des tests de pressurisation de ses réservoirs, il effectue sa première mise-à-feu statique le . Le , il effectue trois nouvelles mises-à-feu statiques, suivies d'une dernière le . Le vol d’essai à  d’altitude se tient le . Comme pour SN8, le décollage, l'ascension, le retournement à l'apogée et la chute libre en position horizontale se déroulent comme prévu. Cependant, et contrairement à SN8, la manœuvre de retournement finale juste avant l'atterrissage échoue et SN9 s'écrase de biais sur la zone d'atterrissage dans une violente explosion. Lors de cette manœuvre de retournement, deux moteurs Raptor sont censés se rallumer afin de faire pivoter le Starship en position verticale et de le ralentir jusqu'à l'arrêt complet. Dans le cas de SN9, un des deux moteurs ne se rallume pas, alors que le moteur restant est insuffisant pour effectuer la manœuvre seul. Ce Raptor n'a pas pu se rallumer car il était en dessous du seuil de puissance minimale nécessaire à l'allumage.

Le Starship SN10 est le troisième prototype, similaire à SN8 et SN9, entièrement assemblé avec un cône aérodynamique et des volets. Il est installé sur le pas de tir à côté de SN9 le , et n'est pas endommagé par l'explosion de SN9 ayant eu lieu une centaine de mètres plus loin. Pour son vol, la procédure de rallumage des moteurs est modifiée, avec le rallumage de trois moteurs, puis l'extinction des deux moteurs dont les données sont les moins bonnes, afin d'augmenter la redondance. SN10 vole le  après deux mises-à-feu statiques. Comme pour SN8 et SN9, le vol se déroule de manière normale jusqu'à la manœuvre de retournement finale. Comme prévu, les trois moteurs sont rallumés à la fin de la chute contrôlée, puis deux se sont éteints l'un après l'autre, et la manœuvre d'atterrissage s'est terminée avec un moteur. L'atterrissage est brutal (la vitesse au moment du contact avec le sol est estimée à ), les jambes d'atterrissage sont écrasées et le SN10 rebondit légèrement. Malgré tout, SN10 est le premier prototype de Starship à réussir un atterrissage vertical après une manœuvre de retournement. Cependant, des flammes ont pu être observées à la base de la jupe après l'atterrissage, et le prototype a fini par exploser un peu plus de huit minutes après son atterrissage. Par la suite, Elon Musk a donné des explications sur l'origine de l'atterrissage brutal. Il semblerait que la poussée de l'unique moteur fonctionnant lors des dernières secondes de l'atterrissage ait été plus faible que prévue. Cela serait dû à l'ingestion de bulles d'hélium par le moteur. En effet, pour résoudre les problèmes de basses pressions rencontré par SN8, le méthane gazeux utilisé pour pressuriser le  selon la méthode de la pressurisation autogène (une petite partie du carburant est réchauffée au contact de la chambre de combustion et est réinjectée sous pression dans le réservoir) a été remplacé par de l'hélium gazeux sous pression. Un autre dysfonctionnement ayant eu lieu lors de l'atterrissage du SN10 est le mauvais déploiement de certains pieds d'atterrissage. La violence de l'atterrissage semble avoir été à l'origine d'une fuite et d'un incendie, qui ont fini par conduire à l'explosion du véhicule.

Le Starship SN11 est le onzième prototype de Starship, et le quatrième de la série d'architecture similaire à celle du SN8. Après avoir subi les tests usuels dont plusieurs tirs statiques et un échange de moteur, SN11 décolle le  dans un épais brouillard. Le SN11 atteint son apogée de  quatre minutes après le décollage, les trois moteurs Raptor sont stoppés pour commencer la chute libre. Après  et  de vol, à l'instant où le Starship rallume ses moteurs, le contact avec le véhicule est perdu et l'appareil explose avant de toucher le sol. Selon Elon Musk, une surpression de carburant consécutive à une fuite de méthane serait la cause d'.

SN12, SN13 et SN14 
Les  SN12, SN13 et SN14 sont trois prototypes dont la construction débute en  pour SN12, et respectivement en novembre et en  pour SN13 et SN14, avant d'être abandonnée début . Seul SN12 atteint un stade avancé de construction, avant d'être démantelé à partir du . Les trois prototypes sont identiques dans leur conception aux SN8, SN9, SN10 et SN11. Cependant, devant le succès global (hormis le crash à l'atterrissage) du vol du SN8 le , il est décidé peu après d'abandonner la construction des prototypes SN12, SN13 et SN14 pour laisser plus rapidement place au SN15, ce dernier apportant des .

BN1, BN2 et B3 
Le SuperHeavy BN1 (Booster Number 1) est le premier prototype de . Le , l'assemblage des deux sections de BN1, à savoir les réservoirs de méthane liquide et d'oxygène liquide, a lieu dans la . Ce premier prototype de  sert de test de production afin d'acquérir de l'expérience dans la construction d'un tel composant. Il n'est destiné ni à voler ni même à effectuer des tests au sol. Il est désormais démantelé.

Aperçues pendant plusieurs mois, les sections de BN2 ont été longtemps stockées sur le site de production de Boca Chica Village. Néanmoins, une bonne partie de ces sections ont été recyclées pour d'autres prototypes. BN2 est finalement un réservoir d'essai qui a permis de tester les soudures et l'architecture générale du SuperHeavy

L'assemblage du SuperHeavy B3 (le préfixe « B » signifie ) commence le  dans la HighBay. Initialement prévu pour être le booster du premier vol orbital, il ne servira finalement que pour des tests au sol. Après avoir été transporté sur l'aire () suborbital A, le  et après avoir subi un test de remplissage cryogénique, trois Raptor sont installés sur B3 afin d'effectuer une mise à feu statique le . Il est ensuite démantelé après avoir effectué tous ses tests.

SN15 et SN16 

Le Starship SN15 prend la suite des Starships SN8 à SN14 en étant le cinquième vol à haute altitude de cette série de prototypes. Par rapport à ces derniers, il apporte des centaines d'améliorations. Parmi celles-ci, on retrouve notamment l'ajout d'une antenne Starlink pour permettre au prototype d'accéder au réseau Internet haut débit, ainsi que plusieurs centaines de tuiles de protection thermiques qui améliorent le bouclier thermique. Assemblé dans la HighBay, il est transporté sur l'aire de lancement A le . Les 26 et , SN15 réalise plusieurs mises à feu statiques avec succès. Il est d'ailleurs annoncé que les moteurs Raptor améliorés du prototype SN15 n'ont pas rencontré de problèmes lors des mises à feu statiques, contrairement aux moteurs Raptor des autres prototypes, qui avaient même conduit à un changement. Le SN15 réalise son vol d'essai le . Toutes les étapes du vol sont réussies et il devient le premier prototype de Starship à réussir son atterrissage. Comme pour SN10, un incendie se déclare au niveau des moteurs juste après l'atterrissage, mais il est finalement éteint environ huit minutes plus tard grâce aux lances à incendie télécommandées installées aux abords de l'aire d'atterrissage. Après plusieurs jours d'inspection, SN15 est transporté sur l'aire de lancement suborbital B. Il semblerait que SpaceX veuille a minima conduire certains tests sur le premier prototype à avoir survécu à un vol de  d'altitude, et pourrait même tenter de réaliser un deuxième vol avec le prototype. Le , le prototype SN15 est finalement retiré de l'aire B pour être transporté sur le site de production.

Le Starship SN16 est le deuxième prototype similaire à SN15. Après avoir été entièrement construit, il a été déplacé fin juin à côté de SN15 sur le site de production en attente d'instruction supplémentaire, même si Elon Musk a émis la possibilité, qui a par la suite été abandonné, d'utiliser SN16 pour un vol d'essai hypersonique.

Starship SN17, SN18 et SN19 
Ces trois prototypes ont subi le même sort que les Starship SN12, SN13 et SN14 avant eux et ont été abandonnés. En effet, ils sont rendus obsolètes par le Starship S20 qui apporte des centaines d'améliorations par rapport à ces derniers. Aucun des trois véhicules n'a jamais atteint un stade d'assemblage avancé et les quelques éléments ont depuis été mis au rebut.

SuperHeavy B4, B5 et B7 

Le B4 est le premier SuperHeavy équipé de 29 moteurs Raptor disposés en un cercle extérieur de  fixes, un cercle intérieur de 8 moteurs orientables et enfin 1 moteur central orientable. Il demeure aujourd'hui à un site de stockage après avoir subi de nombreux tests au sol, notamment de remplissage de ses réservoirs.

Le SuperHeavy B5 est un prototype très similaire à B4, cependant plusieurs modifications sont faites comme l'ajout d'au moins un réservoir d'atterrissage. Il a néanmoins été démantelé, étant obsolète face au B7.

Le B7 possède de nombreuses améliorations par rapport aux anciens SuperHeavy, la plus notable étant l'utilisation de la deuxième version du moteur Raptor, capable de générer environ 25% de poussée en plus que la précédente. Le nombre de moteurs a également été modifié, passant à , le cercle intérieur possède maintenant  et trois moteurs centraux sont présents. Le B7 est également doté de nouvelles structures aérodynamiques sur ses côtés. Il est devenu le premier prototype à réaliser un allumage d'un de ses moteurs sur le pas de tir orbital de Boca Chica le , puis deux jours plus tard, c'est un allumage d'une durée de 20 secondes qui est effectué afin de tester la pressurisation autogène du système.

Starship S20, S21, S22 et S23 

Le Starship S20 a été le premier prototype assemblé sur un SuperHeavy. Il était prévu initialement qu'il soit le premier prototype à réaliser un vol orbital, mais les retards successifs pour obtenir l'autorisation du vol par la  (FAA) ont conduit SpaceX à choisir le S24 pour le vol orbital. De ce fait, les prototypes suivants ont également été abandonnés. Le S21 a été partiellement construit puis démantelé, le S22 a été entièrement construit puis démantelé et le S23 n'a même pas été assemblé.

Prototypes construits 
À l'exception des prototypes Mk2 et Mk4, qui ont été construits à Cocoa Beach en Floride, tous les articles de tests furent construit sur le site de Boca Chica Village, au Texas.

Vols d'essai

Tests suborbitaux (2019–2021)

Tests orbitaux (depuis 2023)

Missions 
Le lanceur  a pour ambition de remplacer tous les véhicules spatiaux actuels de SpaceX. En effet, d'après Elon Musk, le coût d'un lancement du  sera à terme inférieur à celui d'une , voire d'une . Ce coût serait atteint grâce à la réutilisation de tous les étages de , à l'atterrissage du lanceur sur son pas de tir pour un nouveau départ rapide et à sa construction en acier inoxydable.

Les missions suivantes sont prévues :
 lancement de satellites (principalement de la constellation de satellites Starlink de SpaceX) ;
 ravitaillement de la Station spatiale internationale (ISS) ;
 transport de personnel à destination de l'ISS ;
 transport de charges utiles sur la Lune ;
 desserte de la Lune pour des missions habitées.

Starship prévoit de lancer la deuxième génération de satellites Starlink, qui fournissent un Internet mondial à haut débit. Un analyste spatial de la banque Morgan Stanley a déclaré que les développements du Starship et de Starlink sont étroitement liés, la capacité de lancement du Starship permettant des lancements de Starlink moins chers et les bénéfices de Starlink finançant les coûts de développement du Starship.

Depuis le 19 août 2022, le satellite de communication  est le premier contrat connu du Starship pour des satellites commerciaux extérieurs à l'écosystème SpaceX/Starlink. Le satellite pèse trois tonnes de masse sèche et doit être lancé vers 2024 sur une orbite géostationnaire. À l'avenir, la version habitée du Starship pourrait être utilisée pour le tourisme spatial . Un autre exemple est le troisième vol du programme Polaris annoncé par Jared Isaacman.

Vols orbitaux prévus

Programme Polaris 

Annoncé en février 2022, le programme Polaris associe SpaceX et Jared Isaacman et doit comprendre trois premières missions dont la dernière doit être le premier vol habité du .

Projet  

En , SpaceX a annoncé la signature d'un contrat pour faire voler un groupe de passagers privés autour de la Lune à bord du . En plus des pilotes, ce survol lunaire sera animé par Yūsaku Maezawa, qui invitera six à huit artistes à le suivre autour de la Lune en 2023. Le temps de voyage prévu est de six jours environ.

Programme  

Le , la NASA annonce avoir choisi le  dans le cadre du programme  pour l'atterrisseur lunaire HLS (Human Landing System) qui doit ramener l'Homme sur la Lune d'ici 2024. Trois candidats étaient en lice : la , constituée de , Lockheed Martin, Northrop Grumman et Draper, Dynetics et enfin SpaceX. Le rôle du  dans le programme  sera de faire la liaison entre l'orbite et la surface lunaire. L'atterrisseur Starship HLS est accompagné de Starship ravitailleurs et d'un dépôt de propergols qui décollent tous de la Terre. Les ravitailleurs transfèrent le carburant sur le dépôt jusqu'à son remplissage total, puis le dépôt alimente le Starship HLS. L'atterrisseur lunaire est ainsi doté d'une poussée suffisante pour atteindre une orbite lunaire. Ensuite, les astronautes décolleront de la Terre à bord du vaisseau Orion lancé par le SLS avant de rejoindre l'orbite lunaire où ils embarqueront à bord du vaisseau de SpaceX pour aller sur la Lune. Par la suite, le transfert d'un vaisseau à l'autre pourra se faire en passant par la station spatiale en orbite lunaire Lunar Gateway. Après l'atterrissage et le redécollage depuis la Lune, les équipages retournent sur Orion et retournent sur Terre.

Usages potentiels 

Dans toutes les applications spatiales, le Starship pourrait étendre considérablement les possibilités, simplement en supprimant les contraintes de taille et de masse. Alors que la conception d'engins spatiaux dépend actuellement de ces ceux paramètres, soit la capacité d'emport du lanceur et la taille de la coiffe, les limites de Starship sont beaucoup plus élevées :  de diamètre pour plus de  de charge utile ; cette dernière est encore étendue par la possibilité de ravitaillement en orbite, soit la possibilité d'envoyer ces  de charge utile hors de l'orbite basse, quasiment n'importe où dans le système solaire.

La réutilisabilité du Starship devrait réduire les coûts de lancement et ainsi élargir l'accès à l'espace à davantage de charges utiles et d'entités. Musk a prédit qu'un lancement orbital de Starship coûterait finalement un million de dollars. Le directeur de la recherche d', Pierre Lionnet, a toutefois déclaré que le prix de lancement du Starship serait probablement plus élevé en raison de son coût de développement.

Ainsi, l'ensemble des paramètres sur lesquels le Starship agit, la réduction du coût de lancement associée à l'augmentation radicale de la capacité d'emport, en masse comme en volume, devraient donc opérer un changement de paradigme dans le secteur spatial. La conception actuelle, qui est contrainte par les anciens paramètres, peut être modifiée. En particulier, la miniaturisation des composants, qui participe à l'augmentation des coûts des charges utiles, ne serait plus cruciale. Un prototypage et un test en orbite avant renvoi sur Terre deviennent également envisageables. De même, les ordinateurs très coûteux comme les RAD750 (processeur très fiable, radiorésistant et capable de supporter des températures allant de  à ) pourraient être remplacés par des ordinateurs grand public, beaucoup plus puissants et moins chers, certes beaucoup plus fragiles mais protégés par des équipements lourds (enceinte pressurisée, blindage contre les radiations).

Certaines entreprises commencent à réfléchir au changement de paradigme créé par la disponibilité d'un tel lanceur. K2 Space envisage ainsi des plates-formes satellites lourdes (plusieurs tonnes) utilisant des composants non miniaturisés donc moins onéreux ; Gravitics,  et ThinkOrbital imaginent d'énormes stations spatiales modulaires (de huit mètres de diamètre et plus).

Outre les missions prévues, d'autres usages sont envisagés :
 vols suborbitaux intercontinentaux commerciaux de transport de passagers : deux villes éloignées pourraient être reliées en moins d'une heure ;
 exploration habitée de Mars ;
 exploration robotisée du Système solaire (lunes de Jupiter et de Saturne, dont Titan), essentiellement imaginée par des planétologues voulant tirer parti de la capacité du vaisseau ;
 évacuation des débris orbitaux. Elon Musk a émis l'idée de se servir de ces vaisseaux vides après mission comme éboueurs de l'espace soit en désorbitant les débris, soit en les ramenant sur Terre. En effet, lors de son retour sur Terre, le vaisseau permettrait de ramener au sol au moins  de charge utile ;
 construction d'un nouveau télescope qui pourrait remplacer Hubble et atteindre une résolution dix fois supérieure. Cette proposition n'est qu'une idée émise lors d'une discussion entre Elon Musk et l'astrophysicien américain Saul Perlmutter. La capacité d'emport du vaisseau en masse comme en taille permet d'imaginer un télescope bien plus grand qu’Hubble (dont le miroir monolithique fait  de diamètre) voire un télescope semblable à James Webb (miroir segmenté pliant de ) mais beaucoup plus grand. L'idée est soutenue par la communauté des astronomes américains.

En , la  annonce considérer le  pour le transport de matériel militaire dans l'espace. Outre les opérations de fret, elle envisage le positionnement d'équipements en orbite, qui seraient alors prêts à être largués sur Terre.

Le Starship pourrait également servir de station spatiale, selon une réflexion de la NASA. Cette idée rappelle la station Skylab, elle aussi aménagée dans un étage de fusée, et les laboratoires Spacehab et Spacelab, modules prenant place dans la navette spatiale américaine, renvoyés sur Terre après chaque vol. Une station spatiale employant le concept d'atelier humide est également envisageable : elle permettrait d'utiliser l'ensemble du volume du Starship, réservoirs d'ergols inclus.

Plus loin dans le futur, Starship pourrait effectuer des vols suborbitaux intercontinentaux, voyageant n'importe où sur Terre en moins d'une heure (un tour de la planète étant bouclé en  à vitesse orbitale). La COO de SpaceX, Gwynne Shotwell, a déclaré que de tels voyages pourraient devenir compétitifs par rapport aux vols conventionnels en classe affaires. Cependant, , un universitaire spécialisé dans la politique et l'histoire de l'espace, a déclaré que le voyage suborbital intercontinental n'est pas réaliste, car l'appareil passerait de l'apesanteur à  d'accélération, le réservant donc à une infime partie de la population entrainée pour supporter ces g (dont font partie les astronautes actuels). En , SpaceX a obtenu un contrat de 102 millions de dollars sur cinq ans pour développer le programme  pour la United States Space Force. Ce programme, plus réaliste à court terme, prévoit de transférer seulement du fret.

Exploration spatiale 

La capacité de Starship pourrait permettre le lancement de grands télescopes spatiaux tels que le Large UV/Optical/Infrared Surveyor, qui doit pouvoir détecter les exoplanètes semblables à la Terre. Le Starship pourrait également lancer des sondes en orbite autour de Neptune ou d'Io, ou de grandes missions de retour d'échantillons (plusieurs tonnes) à l'aide de machines lourdes (il serait préférable d'adapter aux conditions de l'espace ou extraterrestres des machines lourdes comme celles de Caterpillar plutôt que d'en faire concevoir de nouvelles, ultralégères, par les centres de recherches et laboratoires de la NASA), donnant potentiellement un aperçu du volcanisme passé sur la Lune et d'une éventuelle vie extraterrestre. Le faible coût de lancement pourrait également permettre aux sondes d'utiliser des matériaux plus courants et moins chers, tels que le verre, au lieu du béryllium pour les grands miroirs de télescope.

Les opinions divergent sur la manière dont le faible coût de lancement du Starship affectera le coût de la science spatiale. Selon , ancien scientifique en chef de la NASA, le faible coût de lancement réduira le coût du remplacement des satellites et permettra des missions plus ambitieuses pour des programmes à budget limité. Selon Lionnet, un faible coût de lancement pourrait ne pas réduire de manière significative le coût global d'une mission scientifique : sur le coût de la mission de la sonde spatiale Rosetta et de l'atterrisseur Philae de 1,4 milliard d'euros, le coût de lancement (par la fusée non récupérable Ariane 5) ne représentait que 10%. Ce dernier avis ne tient cependant pas compte du volume et de la capacité d'emport du Starship.

Colonisation de l'espace 

Le Starship est destiné à débarquer des équipages sur Mars. Il est lancé en orbite terrestre basse et est ensuite ravitaillé par environ cinq Starship ravitailleurs avant de se diriger vers Mars. Après l'atterrissage sur Mars, la réaction de Sabatier est utilisée pour synthétiser du méthane liquide et de l'oxygène liquide, les ergols du Starship, dans une unité de conversion d'électricité en gaz (méthanation). Les ressources brutes de l'usine sont l'eau martienne et le dioxyde de carbone martien, composant majoritaire de l'atmosphère de Mars. Sur Terre, la même technologie pourrait être utilisée pour fabriquer un ergol neutre en carbone pour la fusée.

SpaceX et Musk ont déclaré leur objectif de coloniser Mars pour assurer la survie à long terme de l'humanité, avec l'ambition d'envoyer un millier de Starship sur Mars lors d'une fenêtre de lancement vers Mars dans un avenir très lointain. Musk nourrit un intérêt pour la colonisation de Mars depuis 2001, lorsqu'il a rejoint la  et a fait des recherches sur les expériences spatiales liées à Mars avant de fonder SpaceX en 2002. Musk a fait des estimations provisoires de l'atterrissage du Starship sur Mars ; en , il a annoncé la date de 2029 pour le premier atterrissage habité sur la planète. SpaceX n'a pas publié de plans techniques sur les systèmes de survie de Starship, la radioprotection (réalisable par des blindages lourds dont l'envoi est désormais possible), ou le ravitaillement en orbite.

Comparaison avec les autres lanceurs super lourds

Galerie

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes 
 Astronautique
 SpaceX
 Falcon 9
 Falcon Heavy
 Raptor (moteur-fusée)
 New Glenn
 Space Launch System
 Saturn V
 N-1
 Ares I, lanceur abandonné en cours de développement
 Ares IV, lanceur abandonné en cours de développement
 Ares V, lanceur abandonné en cours de développement

Liens externes 
 « Starship : crash test réussi », La Science, CQFD, France Culture, 24 avril 2023.
  Page du constructeur dédiée au projet Starship/SuperHeavy

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