F-104 סטארפייטר

תהליך הפיתוח

תחילתו של תהליך הפיתוח בביקור שערך קלארנס ג'ונסון ("קלי"), מהנדס ראשי ב"סדנת הבואשים" של לוקהיד, בקוריאה הדרומית בדצמבר 1951, עת שבה הייתה ארצות הברית מעורבת במלחמת קוריאה. ג'ונסון נפגש בקוריאה עם טייסי קרב, ושוחח עמם על מאפייניו של מטוס הקרב שהיו רוצים להטיס. מטוס הקרב העיקרי של חיל האוויר האמריקאי באותו זמן היה F-86 סייבר, ויריבו הסילוני העיקרי היה המיג-15 הסובייטי. ג'ונסון התרשם במיוחד מתלונותיהם של הטייסים על־כך שעליהם להטיס מטוס גדול ומורכב יותר משל יריביהם, ובקשתם הייתה למטוס קרב קטן ועתיר ביצועים.
עם שובו לארצות־הברית, במרץ 1952, ריכז ג'ונסון צוות, שייעודו לעצב מטוס המתאים למשאלתם של הטייסים. אנשי הצוות אימצו גישה מינימליסטית: שלדה נקיה ויעילה ככל האפשר מבחינה אווירודינמית, שעוצבה סביב מנוע חזק, כשהדגש המרכזי בעיצוב הוא על משקל קל והקטנת הגרר האווירודינמי. בשלב העיצוב הראשוני נבחנו מספר דגמים, שמשקלם נע בין 3.5 טונות ל-25 טונות. הדגם שנבחר, L-246, שקל 6.35 טונות. מדגם זה התפתח, ללא שינויים מהותיים, דגם L-083 שהוצע לבסוף.
בנובמבר 1952 הוגש העיצוב לחיל האוויר האמריקאי, ועורר סקרנות. מקבלי ההחלטות אישרו מכרז חדש והזמנה לכמה חברות שישתתפו בו. העיצובים המתחרים היו: ריפבליק AP-55, שהיה גרסה משופרת של האבטיפוס XF-91 ת'נדרספטור; NA-212 של נורת' אמריקן, שהפך אחר־כך ל-F-107; N-102 של נורת'רופ, שהיה עיצוב חדש סביב מנוע J-79. העיצוב של לוקהיד נהנה מיתרון ברור בעיני המתכננים וזכה במכרז לפיתוח (מרץ 1953).

ניסויי הפיתוח המוקדמים

בזמן פיתוח האבטיפוס, שהפך לבסוף ל-F-104, הוקדשה תשומת לב רבה לניסויים שונים בכנפיים.
במהלך הניסויים שוגרו רקטות שעליהן הותקנו דגמים מוקטנים של הכנפיים ושל הגאי הכיוון והגובה. ניסויים אלה סייעו לא רק בקביעת עיצובם הסופי של הכנפיים והזנב, אלא גם בהחלטה על אופן ייצורם והתקנתם.

לאחר חתימת החוזה

בחוזה הראשוני לפיתוח המטוס, ממרץ 1953, התחייבה לוקהיד לייצר שני מטוסים לניסויים ולהדגמה. בתוך שנה אחת הוכן דגם בגודל מלא, ששימש לייצור שני המטוסים, והמטוס ביצע את טיסת הבכורה שלו. זמן הפיתוח הקצר היה מפתיע, במיוחד לאור החידושים המשמעותיים במבנה המטוס ובשל כך שכל המערכות - כולל כני הנסע שהתקפלו לתוך גוף המטוס בצורה מורכבת יחסית - עברו ניסויים מקיפים יותר משהיה מקובל באותה תקופה.
במועד זה לא היה מנוע J-79 מוכן עדיין, ושני מטוסי הניסוי הראשונים טסו עם מנוע Wright J-65. לאחר טיסת הבכורה התברר שמנוע Wright J-65 אינו מתאים למטוס, ולא יוכל להביאו למהירות המרבית שהשלדה בנויה לשאת.

רב-משימתיות

למרות חדשנותו, ולמרות התאמתו לציפיותיהם ולרצונם של טייסים, לא התלהבו בכירי חיל האוויר האמריקני מהמטוס. לתפישתם, העתיד בתחום קרבות האוויר לא היה טמון בקלות משקל ובפשטות טכנולוגית, אלא דווקא ביכולת טכנולוגית מתקדמת יותר. לכן, הועדפו על המטוס דגמים כבדים יותר ומתקדמים יותר מבחינה תעופתית.
כדי להציל את המטוס, החלה לוקהיד להעמיס על סטארפייטר יכולות נוספות, שלא היו חלק מעיצובו המקורי, כמו למשל יכולת לתדלוק אווירי (טכנולוגיה חדשנית באותו זמן). המטוס היה בנוי לבצע יותר משימות ולהטיל חימוש מגוון יותר מאשר מתחריו הגדולים ועתירי ציוד האוויוני המתקדם, אך כל זה לא הצליח לשכנע את חיל האוויר האמריקני לקנות את המטוס במספרים מתאימים, ולוקהיד פנתה למכור את המטוס במדינות אחרות. החברה המשיכה בפיתוח המטוס, בהתאם לדרישת המזמינות, ובסך הכל פותחו יותר מ-20 דגמים של המטוס, כשכל דגם מותאם לדרישות הייחודיות של הקונה.

כנפיים ומשטחי זנב

עיצוב הכנף של F-104 היה שונה מהותית בהשוואה למטוסי קרב בני זמנו, שהתאפיינו בתצורת כנף משוכה או בתצורת כנף דלתא. תצורות הכנפיים הנפוצות, איזנו אמנם היטב עילוי, ביצועים אווירודינמיים, קיבולת דלק ומכשור, אך ניסוייה של לוקהיד הצביעו על־כך שתצורת הכנף המיטבית לטיסה במהירות גבוהה מאוד היא של כנף קטנה מאוד, ישרה ובעלת צורת טרפז.
כנף המטוס הייתה דקה מאוד, עם מנת ממדים של 3.36 בלבד ועם מנת עובי  של 2.45. למעשה, הכנף הייתה כה דקה וחדה (40 מילימטר), עד שצוותי הקרקע שטיפלו בה היו עלולים להיחתך ונדרשו להשתמש באמצעי מיגון מיוחדים. 
דקיקותן של הכנפיים חייבה לשלב את כני הנסע והדלק בתוך גוף המטוס, והצילינדרים ההידראוליים שהניעו את המאזנות היו צריכים להיות ברוחב של כ-25 מילימטר, כדי שיתאימו לכנף. אל תוך הכנף נבנו גם מדפי שפת התקפה ומדפי שפת זרימה לשיפור העילוי.
אלמנט ייחודי וחדשני נוסף בעיצוב הכנף היה מיקומה במרכז גוף המטוס. ברוב המטוסים המערביים שכנו הכנפיים בגחון המטוס או על גבו - זאת כדי לבנות את הכנפיים כיחידה אחת, בלי שיהיה צורך לחצות את גוף המטוס כולו במוטות ראשיים. כנפי F-104, לעומת זאת, לא נבנו כמקשה אחת ולא חוברו זו לזו עם מוטות רוחב: כל כנף הייתה מחוברת לגוף המטוס באמצעות ברגים וכוסו על ידי פנלים ייחודיים כדי לשמור על צורה אווירודינמית.
מייצב הגובה (המוכר גם בשם הגה גובה) נבנה גבוה על מייצב הכיוון, כדי להפחית את הצימוד האינרציאלי. מייצב הכיוון ניחן באורך דומה ובאיכות אווירודינמית דומה לשל הכנפיים, ולכן יכול היה לשמש מעין כנף על הסנפיר. הבעיה כאן הייתה שכל תזוזה של הגה הכיוון או בזמן החלקה המטוס היה מגלגל (תופעה הידועה בשם גלגול הולנדי ). כדי למנוע זאת נבנו הכנפיים בהטייה של 10 מעלות כלפי מטה.

גוף המטוס

גוף המטוס היה ארוך מאוד, צר ובעל חרטום חד ושטח פנים מצומצם. בגוף הדחוס שכנו המכ"ם, תא הטייס, התותח, מכלי הדלק, כני הנסע והמנוע. בגלל הגודל הקומפקטי של גוף המטוס, היה מקדם הגרר של המטוס קטן במיוחד, למעט בזוויות התקפה גבוהות, בהן הגרר המושרה הפך גבוה מאוד. מבנה זה הביא לכך שלמטוס היו נתוני תאוצת טיפוס ונתוני מהירות מרבית מצוינים, אך ביצועי הפנייה המתמשכת שלו היו ירודים.

מערכת בקרת טיסה

למטוס היה הגבר הידראולי, ולכן לא הורגשו לחצים על משטחי ההיגוי. כדי לפצות על־כך הותקנו מגוון קפיצים ומשקולות, שנועדו ליצור באופן מלאכותי את ה'רגש' בהיגוי על ידי מתן משוב לטיס באמצעות סטיק ההיגוי.
עומס הכנף הגבוה, שנבע מקוטנן של הכנפיים, הביא לכך שמהירות הנחיתה של ה-F-104 הייתה גבוהה מאוד. כדי להקטינה, שולבה במטוס מערכת בקרת מעטפת גבולית (באנגלית: Boundry Layer Control System, בר"ת: BLCS), שהעבירה חלק מהאוויר החם מהמנוע אל מדפי שפת הזרימה, כדי להגביר את העילוי בזמן הנחיתה. מערכת זו הייתה קשה לתחזוקה, אך היה לה תפקיד חיוני בנחיתות: נחיתה בלי שימוש במערכת סיכנה את המטוס.
במטוס הותקנה מערכת טייס אוטומטי בסיסית, שאפשרה שמירת עלרוד, שמירת כיוון (סבסוב) ושמירת מהירות אויר. הטייס היה יכול להשתמש בבורר על לוח הטייס האוטומטי כדי לבצע תיקונים קלים בכיוון הטיסה.
מערכת הגברת היציבות (באנגלית: Stability Augmentation System או, ר"ת: SAS) ששולבה במטוס ייצבה את המטוס במהלך הטיסה באמצעות שיכוך רעידות ותיקון שגיאות רגעיות (לדוגמה, כתוצאה ממכת רוח). למערכת הייתה חשיבות רבה, ותקלה בה חייבה הגבלת מהירות הטיסה ל-300 קשר (555 קמ"ש), שכן במהירות גבוהה מזו לא ניתן היה לשלוט כראוי במטוס. מערכת זו, בשונה משאר המערכות, לא נתנה משוב לסטיק (לטייס), ולכן תיקוניה כלל לא הורגשו.
תופעה בעייתית נוספת במטוס הייתה הזדקרות החרטום כלפי מעלה בזויות תקיפה גבוהות. תופעה זו גרמה לאיבוד כוח עילוי ולכניסה לסחרור קטלני. כדי למנוע את התופעה, הוטמעה במטוס מערכת בקרת עלרוד (באנגלית: Auto Pitch Control, בר"ת: APC). בזוויות התקפה מסוכנות הייתה המערכת מתערבת ומורידה את החרטום כלפי מטה, ובמקביל מורידה את הסטיק (כמשוב לטייס). עוד הותקן במערכת רכיב שהרעיד את הסטיק, כדי להזהיר את הטייס שהוא מתקרב לזוויות התקפה מסוכנות. משוב זה התבטל כאשר הטייס הוריד מדפים כלפי מטה, להגברת כושר התימרון בעת קרב, וזאת כדי לא להפריע לטייס בתימרון.

משטחי ניהוג ייחודיים

הגה גובה אופקי הותקן גבוה על גבי הסנפיר ושלט על ציר העלרוד. הגה הגובה היה מיוחד בכך שנבנה כמקשה אחת (רוב המטוסים בני זמנו השתמשו בשני הגאי גובה שהותקנו בשני צידי הגוף בזנב המטוס). הגה הגובה הופעל בצורה יוצאת דופן, כאשר חובר אליו, בדומה למפעיל ט"א, מפעיל APC שנתן פקודה כאשר המערכת "שאפה" להוריד אף.
במודיפיקציה מתקדמת של דגמי ה-F-104 A/B יכלו לשים את מדפי שפת הזרימה ומדפי שפת ההתקפה לתצורת נחיתה במהירויות של עד מאך 550/1.8 קשר, מה ששיפר את זריזות המטוס בצורה ניכרת.

כני נסע

שתי התצורות הנפוצות של כני הנסע במטוסי סילון בני דורו של ה-F-104 היו: עיגון כני הנסע בגוף המטוס, כאשר לאחר המראה הם התקפלו לתוך הכנפיים, או עיגון כני הנסע במרכז הכנפיים וסגירתם אל תוך גוף המטוס - תצורה שלא התאפשרה ב-F-104 כיוון שהכנפיים הותקנו במרכז הגוף (ולא בגחון הגוף, כמרבית מטוסי הקרב בזמנו).
במטוסי המיג בני הדור הראשון גם הותקנו הכנפיים במרכז הגוף, אך כנפיהם היו גדולות ומסיביות מספיק ויכולות לתמוך בכני הנסע שנסגרו לתוכן (ולא לתוך הגוף כמו ברוב המטוסים), בשונה מה-F-104 שכנפיו היו קטנות ועדינות מכדי לעשות זאת.
במקום זאת כני הנסע בסטארפייטר עוגנו בגוף והתקפלו לתוכו (בדומה לכני הנסע של ה-F-16).

מנוע, כונסים ומערכות דלק

המטוס עוצב כדי לשאת את המנוע J-79 של חברת ג'נרל אלקטריק, אשר הוזן באוויר על ידי שני כונסי חרוט חצי מעוגלים בשני צדי הגוף, המיטביים לטיסה על קולית. 
יחס דחף-משקל של המטוס היה מצוין, ואפשר טיסה במהירות גבוהה בהרבה מ-2 מאך, אך הגבלות החום על שלדת האלומיניום והמדחס הגבילו את המהירות ל-2.2 מאך. גרסאות מאוחרות של ה-F-104 השתמשו בגרסה משופרת של ה-J-79 מה ששיפר משמעותית את נתוני הדחף וצריכת הדלק.
הכונסים הם חצי מעגליים עם חרוט כניסה ובגאומטריה קבועה, ומתוכננים לספיקה מיטבית במהירויות על-קוליות. להבדיל ממטוסים אחרים בני התקופה, שהיו מצוידים בכונסים עם גאומטריה משתנה, כדי לווסת את כניסת האוויר למדחס ולמנוע מצב של הזדקרות מדחס , בסטארפייטר הותקנו מדפי מעקף, שאפשרו לאוויר העודף לעקוף את המדחס, כך שהמנוע קיבל בדיוק את כמות האוויר הדרושה.
בנוסף, הייתה מערכת להבי מדחס סטטיים בעלי זווית פסיעה משתנה אשר גם היו אחראים על זרימת אוויר למנוע בתנאי טיסה טמפרטורה שונים (פונקציה שנקראת T2-RESET). מערכת זאת התבררה כבעייתית וגרמה למקרים של הזדקרויות מדחס בהמראה, וכתוצאה מכך לאיבוד המטוס. המערכת תוכננה להגיב, בין השאר, לשינוי בטמפרטורה. כשמטוס שעמד זמן ממושך בשמש עבר למצב טיסה (כלומר המריא) בדגמים המוקדמים היו מקרים שהמערכת הגיבה לשינוי באופן שגוי וסנקה את כניסת האוויר למנוע, מה שהביא לכיבוי המנוע ואבדן המטוס. לרוע המזל, ריבוי המקרים של אבדן מנוע בהמראה הצטרף להחלטה תכנונית נוספת, עם תוצאות פטליות: הדגמים הראשונים של המטוס צוידו בכסא מפלט המפליט כלפי מטה, מה שהפחית מאד את סיכויי הטייס לשרוד במקרה של תקלה במהלך ההמראה. כיסאות אלו הוחלפו מאוחר יותר בכיסאות מפלט קונבנציונליים יותר המפליטים כלפי מעלה.
מערכת זאת הוחלפה ביחידת בקרת דלק, אשר תפקידה היה לחשב את כמות הדלק שצריך להזריק למנוע בכל רגע. יחידה זאת עושה "קיזוז" של נתון סל"ד סרק של המטוס כדי למנוע מהמנוע להזדקר בגבהים ומהירויות שונות אם הטייס מוריד את המצערת לסרק (פונקציה שנקראת גם T2-RESET בגלל עקרון החישוב הדומה). מערכת זאת גם "מקזזת מצב" יבש מלא כדי לשמור על זרימת אויר תקינה בתנאים של גובה רב ומהירות נמוכה (פונקציה שנקראת T2-CUTBACK).
כדי להניע את המטוס על הקרקע, הותקן מתנע אוויר. המתנע הוא מעין טורבינה קטנה שיושבת על הציר הראשי של המנוע. כשמזרימים אוויר דרך המתנע, הוא מסתובב ומסובב את הציר הראשי. עם הציר הראשי מתחיל להסתובב המדחס. לחץ אויר בא מתחנה חיצונית המחוברת למטוס לפני ההתנעה, ולאחר ההתנעה הטכנאי מנתק את צינור האוויר. כאשר לחץ האוויר במדחס מגיע לגובה מתאים המצת מצית את הדלק בתא הבעירה, שמניע את המדחס. בצורה זאת המטוס יכול להניע בלי מתח, חיצוני או פנימי.
בשל חוסר יכולת לשאת דלק בתוך הכנפיים, כמו בשאר מטוסי הסילון, כל הדלק נישא בתוך גוף המטוס. כל תא חופשי מנוצל לטובת נשיאת דלק אפילו השטח הקטן סביב לכונסים היה מלא בדלק.

כיסא מפלט

דגמים מוקדמים של המטוס עשו שימוש בכיסא מפלט שהפליט כלפי מטה במקום כלפי מעלה, כמו שהיה נהוג במפציצים מגביהי טוס. הסיבה לכך הייתה החשש שכיסא שיפליט כלפי מעלה לא יעלה מספיק מהר כדי למנוע את פגיעתו בזנב הגבוה. סיבה נוספת היא, שהפלטה כלפי מטה אפשרה יצירת תא טייס פשוט. אולם, תצורת הפלטה זו סיכנה כל טייס שחווה מצב חרום בגובה נמוך, ו-21 טייסי חיל האוויר האמריקאי נהרגו בגללה. תוך זמן קצר, הוחלף הכיסא בדגם בעל צורת הפליטה קלאסית המרטין בייקר אפס-אפס, שיכל להפליט טייס בבטיחות, גם בגובה אפס.

אוויוניקה

ה-F-104 האמריקאיים היו מצוידים במכ"ם AN/ASG-14T, ברדיו AN/ARC-34 UHF ובמערכת TACAN. הדגם המאוחר יותר, שנמכר לחו"ל, כלל מכ"ם ה-Autonetics NASARR, כוונת תת-אדום בסיסית, ומערכת ניווט אינרציאלית מדגם Litton LN-3.
ב-1960 פיתחה לוקהיד דגם משופר, לטובת חיל האוויר האיטלקי- ה-F-104S, שיכל בעזרת מכ"ם מדגם NASARR R21-G לשגר טילים בעלי עקיבת מכ"ם חצי אקטיבית, כגון AIM-7 ספארו ו-Selenia Aspide. האוויוניקה הנוספת שהייתה על המטוס חייבה הורדת התותח מהדגם. בשלהי שנות ה-80, עברו המטוסים השבחה, במסגרתה הותקנו בהם מכ"מים משופרים וקומפקטיים מדגם Fiat R21G/M1.

חימוש

F-104 היה המטוס הראשון שעשה שימוש בתותח M61 וולקן. התותח היה בעל קליבר 20 מילימטר ובעל קצב אש של 6,000 פגזים בדקה. התותח הותקן בחלקו השמאלי של חרטום המטוס, ואליו חובר תוף בעל קיבולת של 725 פגזים, שהותקן מאחורי תא הטייס. התותח היה חסר בכל הדגמים הדו מושביים של המטוס ובחלק מהדגמים האחרים, כאשר בדרך כלל את מקום התוף מילא תא דלק נוסף.
המטוס יכול לשאת שני טילי AIM-9 סיידווינדר בשתי נקודות בקצות הכנפיים. הדגם האיטלקי (דגם S) יכל לשאת שני טילי AIM-7 ספארו נוספים בשתי נקודות מתחת לכנפיים.
החל מדגם C והלאה, בכל מטוס הותקנו שלושה פיילונים, אחד בגחון המטוס ושניים מתחת לכנפיים, שהיו מיועדים לטילים, לפצצות קונבנציונליות ולרקטות. בדגם S, הותקנו עוד שני פיילונים מתחת לכונסים ושניים נוספים מתחת לכנפיים, בסה"כ 9 פיילונים.
המטוס יכול לשאת חימוש מגוון ביותר. 
לבקשת פיקוד ההגנה האווירית (Air Defence Command), נערכו במהלך 1958 ניסויים לשיגורו של טיל אוויר-אוויר גרעיני AIR-2 ג'יני מגחונו של ה-F-104 באמצעות התקן דמוי טרפז שנועד להרחיק את הטיל גדול הממדיים מגחון המטוס, באופן דומה לזרועות ששימשו להרחקת הפצצות מגחונם של מפציצי הצלילה מימי מלחמת העולם ה-II, על מנת לאפשר שיגור בטוח. הניסויים צלחו, והסטארפייטר אושר כפלטפורמת שיגור לטיל הג'יני, אולם ההתקן לא נכנס בסופו של דבר לשימוש מבצעי. לאחר שירות קצר, שנמשך פחות משנה, וויתר פיקוד ההגנה האווירית על מטוסי הסטארפייטר שלו, בעיקר בשל טווח הטיסה וכושר נשיאת החימוש המוגבלים של המטוס, והמטוסים שהיו ברשותו הועברו למשמר האוויר הלאומי (Air National Guard).

אחזקה

הסטארפייטר נודע בקרב צוותי הקרקע כמטוס ידידותי לאחזקה. דלתות מיוחדות הותקנו בו במקומות אסטרטגיים ונתנו גישה נוחה לציוד ולמערכות קריטיות. לדוגמה, הותקנה דלת גישה לבית המנוע, שאפשרה גישה נוחה גם לרוב המערכות ההידראוליות. המערכות האלקטרוניות תוכננו במיוחד כדי שיהיו קלות לפירוק ולהרכבה. כיסא המפלט שהפליט כלפי מטה, היה הרבה יותר פשוט לאחזקה מהדגמים הנפוצים. הטכנאים נהגו פשוט לשלוף אותו, רק כדי לקבל מקום עמידה נח בתוך התא. החלפת מערכת המכ"ם יכלה להתבצע תוך 20 דקות, והחלפת המנוע תוך שעתיים. צוותי הקרקע יכלו להגיע לזמני סבבים (הזמן שבין קבלת המטוס, תדלוק, חימוש והוצאתו לטיסה) של 15 דקות.

יכולות נוספות

תדלוק באוויר

ה-F-104 היה בין חלוצי התדלוק האווירי, שפותח למטוס עקב הביקורת הקשה על הטווח המוגבל שלו. למטוס הותקן 'זכר', שיכל להתחבר לעוגן 'נקבה' של מטוס תדלוק.
המראה בשיגור

עקב דרישות הלופטוואפה למטוס יירוט שישוגר לאוויר כדי לאפשר לשמור על יכולת יירוט במקום בו אין שדות תעופה, פותחה מודיפיקציה מיוחדת של ה-F-104G ששוגר עם מאיץ רקטי שמתנתק לאחר ההמראה.

השירות בחיל האוויר האמריקאי

פיקוד ההגנה האווירית של חיל האוויר האמריקאי

המטוס נכנס לשירות בפיקוד ההגנה האווירית (ADC ) כמטוס יירוט במסגרת פתרון ביניים, עד להגעתם של מטוסי ה-F-106 דלתא דארט, זאת למרות שטווח הטיסה וכושר נשיאת החימוש שלו לא התאימו לצרכים המבצעיים של משימות ההגנה האווירית. לאחר שלושה חודשים בלבד הודממה הטייסת היחידה שהפעילה את המטוסים עקב סדרת תאונות אוויריות הקשורות במנוע המטוס. לאחר שבמטוס הותקן מנוע J-79B, הזמין הפיקוד שלוש טייסות נוספות של מטוסי F-104. חיל האוויר האמריקאי צמצם את ההזמנה של המטוס מ-722 ל-155 יחידות, ולאחר שנה אחת בלבד של שרות הועברו המטוסים לטייסות המשמר הלאומי של ה-ADC (טייסות מילואים).
פיקוד האוויר הטקטי של חיל האוויר האמריקאי

F-104C נכנס לשירות של פיקוד האוויר הטקטי  כמטוס קרב רב משימתי, ומטוס קרב/הפצצה בספטמבר 1958. המטוס ביצע שירות בווייטנאם. ובשנת 1970 המטוסים עברו לשירות המשמר הלאומי של ארצות הברית.
מלחמת ווייטנאם

במבצע רעם מתגלגל הF-104 השתתף בפעילות כמטוס לעליונות אווירית, וכמטוס לחיפוי אווירי. אף על פי שהמטוס השתתף במעט קרבות אוויר ולא נרשמו לזכותו הפלות, הוא הצליח להרתיע את מיירטי האויב. טייסות ה-F-104 השתתפו בשתי פריסות מבצעיות בווייטנאם. הראשונה מאפריל ועד נובמבר 1965, בה המטוסים יצאו ל-2,937 גיחות. בפריסה זאת אבדו שני מטוסים מאש נ"מ, שני מטוסים אבדו בהתנגשות באמצע קרב אוויר, ואחד הופל על ידי מיג-19 סיני. הפריסה השנייה הייתה בין יוני 1966 ליולי 1967 שבה יצאו המטוסים ל-5,206 גיחות. בפריסה זו אבדו תשעה מטוסים: שניים מאש נ"מ, שלושה נוספים מטילי קרקע אוויר, וכל השאר מכשלים במנוע.

השירות בנאס"א

נאס"א קיבלה לידיה 11 מטוסי סטארפייטר ששימשו אותה במשך כ-38 שנה כפלטפורמות ניסוי ורדיפה (מטוס המלווה את מטוס הניסוי ומצלם את המתרחש) למגוון מחקרים במהירות גבוהה ובתנאים קיצוניים. דגם מיוחד של הסטארפייטר, שהותקן בו מאיץ רקטי בזנב, שימש כמטוס אימון שאימן את האסטרונאוטים להטיס טילים עם מערכות שליטת תגובה (מעין מאיצים רקטיים קטנים שניהגו ברכב החלל בעזרת דחף לכיוונים שונים). הF-104 היה המטוס שבדק את אריחי הסיליקה שהיוו את ההגנה התרמית של מעבורות החלל, תוך כדי טיסה במהירות גבוהה דרך גשם המדמה תנאים של כניסה לאטמוספירה בשל החיכוך הרב עם טיפות הגשם.

השירות מחוץ לארצות הברית

1967 הסכסוך בטאיוואן

ב-13 בינואר 1967 ארבעה מטוסי F-104G של חיל האוויר של הרפובליקה הסינית (טאיוואן) נכנסו לקרב עם 12 מטוסי מיג-19 של צבא השחרור העממי מעל האי קינמן. הטאיוואנים הצהירו שהפילו שני מיגים ואיבדו סטארפייטר אחד.
מלחמות פקיסטן הודו

במהלך מלחמות פקיסטן והודו, רשם F-104 שלוש הפלות. במלחמה של 1965 רשם הסטארפייטר את ההפלה הראשונה שלו.
שירות במדינות נאט"ו

הלופטוואפה חיפש מטוס קרב רב משימתי שיעבה את מערך הנ"מ ההגנתי שלו, שנסמך על טילי קרקע-אוויר בלבד. ה-F-104 זכה מול מתחרים אחרים, כמו English Electric P.1, Grumman Super Tiger ו-Northrop N-156. הרכישה הזו עוררה את עיניינם של מפקדי כוחות נאט"ו, שחיפשו מטוס קרב-הפצצה שיהפוך לסטנדרט בחילות אויר אירופאיים, ולבסוף זכה במכרז. סך הכל נבנו 2,578 יחידות, חלקן בארצות הברית וחלקן ברישיון בחו"ל.
השירות בגרמניה

כאשר המטוס נכנס לשירות בלופטוואפה, צוותי האוויר והקרקע שעסקו במשרות אזרחיות לאחר מלחמת העולם השנייה, חזרו לשירות לאחר קורסי רענון קצרים בלבד. הטייסים עברו הכשרה במטוסי סילון מהדור הראשון, שהיו איטיים יותר. טיסה במזג האוויר הסגרירי והמעונן של צפון מערב אירופה וטיסה מהירה בין גבעות, בלבלו את הטייסים וגרמו להם להעריך לא נכון את המהירות ואת נתיב הטיסה, כאשר למעשה הטייס לא היה מזהה את הטעות עד להתרסקות עצמה (מה שכונה "טיסה מבוקרת לתוך הקרקע").
ב-1966, קרקע יאנס סטיינהוף, מפקדו הטרי של הלופטוואפה, את כל הסטארפייטרים עד שנוכח שכל הבעיות שרדפו את המטוס פחתו. מאז, השתפר רקורד הבטיחות של המטוס, אך בעיית עייפות החומר שפגעה בכנפיים הדקות, בגלל מחזורי הג'י הרבים שהמטוסים חוו בגרמניה, הופיעה ביתר שאת. חלק מהמטוסים נשלחו להחלפת הכנפיים או לתיקונן, והשאר הודממו והוצאו משירות. לקראת סוף תקופת שירותו של ה-F-104 בלופטוואפה, הותאם המטוס לנשיאת קופסה שחורה.
בין מבקרי המטוס היה גם אריך הרטמן, מפקד טייסת הסילון הראשונה בלופטוואפה ואלוף הפלות ממלחמת העולם השנייה, שאמר, למורת רוחם של מפקדיו, שהמטוס מסוכן, בעל יכולת תימרון לא נאותה, ולא מתאים לשירות בלופטוואפה.

יציאה משירות

בשלהי שנות ה-70 הסטארפייטרים התחילו לצאת משירות ברוב החילות, לרוב המטוסים האלה הוחלפו במטוסי F-16 חדישים. אך המטוס האחרון יצא משירות ב-31 באוקטובר 2004 בחיל האוויר האיטלקי לאחר 46 שנים של שרות במגוון ארצות.
כיום ישנם הרבה מטוסי F-104 בתצוגות, מוזיאונים, ופסלים ברחבי המדינות שבהן המטוס שירת. אבל עדיין יש מטוסים טסים בודדים שהוסבו לדגמים אזרחיים - בעיקר יוצאי חיל האוויר המלכותי הקנדי, שנמצאים בידיהם של אספנים פרטיים.

הטסת המטוס

הסטארפייטר היה מטוס הקרב הראשון שיכול לטוס במהירות של מאך 2 במשך זמן רב, ונתוני המהירות והטיפוס שלו מרשימים אפילו בסטנדרטים של היום. בידיים נכונות וניצול מיטבי של נתוני הנסיקה והמהירות העדיפים תוך כדי ניצול גורם ההפתעה, המטוס יכול להיות יריב ראוי לכל מטוס בן זמנו, עד להופעת ה-F-15‏. לעומת זאת טייס שהיה מנסה לפנות אחרי יריבו בסטארפייטר (כמו שקרה בקונפליקטים בין הודו ופקיסטן), היה מוצא את עצמו מהר מאוד בעמדת נחיתות.
מהירות המראה הייתה בסביבות ה-352 קמ"ש, מה שהצריך קיפול מהיר של כני הנסע מפני שבמהירויות הגבוהות מ-481 קמ"ש היה נגרם להם נזק. בחזרה לנחיתה, בצלע עם הרוח ועם מדפים במצב נחיתה, המטוס יכול לטוס במהירות של 389 קמ"ש. הנחיתה (הגישה בפיינל) הייתה מתבצעת במהירות של 333 קמ"ש, המהירות עשויה להשתנות בתלות למשקל וכמות הדלק במטוס. בנחיתה זווית מצערת וסל"ד גבוהים היו נדרשים כדי לספק מספיק זרימת אוויר למערכת ה BLCS, שחיונית בF-104 לקיום עילוי במהירות נחיתה. על כן הטייסים הודרכו לא להוריד מצערת עד נגיעת המטוס בקרקע; בעוד שאינסטנקטיבית, מרבית הטייסים מורידים מצערת למצב סרק ברגע שהם מגיעים מעל למסלול.

טקטיקות קרב

בשל אי יכולתו של הסטארפייטר לבצע פניות חדות בעת קרב, פותחו טקטיקות ושיטות להימנע מכניסה לקרב אוויר צמוד תוך ניצול יכולתו של המטוס להאיץ ולטפס. השיטה הייתה לשמור על מהירות האוויר מעל ל-650 קמ"ש: הטייסים האמריקנים נהגו לנהל כל קרב בזוגות או רביעיות נוזליים (כלומר במבנה אין מוביל ברור, כל טייס לוקח את הפיקוד כאשר הוא רואה את המצב יותר טוב, בדרך כלל מלמעלה). המטוסים היו נכנסים בצלילה במהירות של מעל ל-1,100 קמ"ש ליעף קליעה, ועולים מיד בצורה אנכית כמעט לגובה (בזמנו לא היה מטוס שיכול היה לעקוב אחרי ה-F-104 בטיפוס במהירות גבוהה), ואחרי שהראשון היה נכנס ומתחיל לטפס - הבא אחריו היה צולל ליעף משלו, כך שההתקפה על מטוסי האויב לא הייתה מפסיקה כי המטוס המתקיף היה פשוט מתחלף כל הזמן. בווייטנאם היה נהוג לבצע "התקפה כפולה" בזוגות, כלומר לנצל את גורם ההפתעה ולהתקיף את מבנה האויב מאחור, ואז לנסוק מהר ולהתקיף פעם שנייה מלמעלה. זה לרוב היה מבלבל את טייסי האויב, והיה יוצר את הרושם שהם מותקפים על ידי מבנה גדול בהרבה ממה שהיה בפועל.
היו שתי שיטות עיקריות להימלטות וניתוק מגע מהאויב: במהירות גבוהה נוצלה יכולת הטיפוס של המטוס לטיפוס בזיג-זג. מטוס אויב שהיה מנסה לעקוב אחרי הסטארפייטר היה מאבד את כל מהירות האוויר ומזדקר. במהירות נמוכה האיץ הטייס באפס ג'י (כלומר תוך צניחה מטה), המטוס האיץ במצב זה מהר יותר מכל מתחריו, מה שאיפשר לו להמלט מכל מיירט בן זמנו.

רקורד בטיחותי

המטוס נודע לשמצה בשל שיעור האבידות הגבוה בתאונות, אך הסיבה לרוב התאונות הייתה תנאי העבודה של חילות-האוויר השונים. לדוגמה: הלופטוואפה סבל ממספר אבידות גבוה של סטארפייטרים, ולעומתם בחיל האוויר הספרדי לא אבד ולו מטוס אחד.
שיעור התאונות בסיווג A (אובדן מטוס) היה 47 תאונות לכל 90,000 שעות טיסה ל-F-104, יותר מכל מטוסי סדרת המאה. ל-F-102 Delta Dagger  למשל 27 תאונות לכל 90,000 שעות טיסה, נכון ל-1989.

בעיות בדגמים מוקדמים

ה-J79 היה מנוע חדש שפיתוחו נמשך תוך כדי טיסות מבחן של ה-YF-104A, ותחילת השרות עם ה-F-104. במנוע הותקנו להבי מדחס סטטיים בעלי זווית פסיעה משתנה, כדי לשלוט בזרימת האוויר למדחס. אלה נטו להסגר בפתאומיות ולחנוק את המנוע, בעיקר מיד לאחר ההמראה. במצב כזה, בגובה נמוך, כיסא המפלט המקורי (שהפליט מטה) לא יכול היה להציל את הטייס. מערכת זאת הוחלפה ביחידת בקרת דלק, וכיסא המפלט הוחלף בכיסא בעל הפלטה קלאסית.
בעיה נוספת הייתה תהודה של המטוס שנבעה מחלוקת משקל לא נכונה. באחד המקרים, תהודה בלתי נשלטת קרעה כנף מ-F104B. בעיה זאת נפתרה על ידי תכנון מערכת דלק הממלאת את תאיהם של מכלי הדלק הקדמיים בסדר מסוים.

בעיות בדגמים מאוחרים

בגרסאות מאוחרות יותר הייתה בעיה של פתיחה לא רצונית של נחיר צינור הפליטה של המנוע (לרוב בגלל נזילת שמן), שגרמה לאיבוד דחף דרסטי. חומרתה של הבעיה צומצמה על ידי התקנה של מערכת בקרת נחיר ידנית בחירום.
המנוע היה גם ידוע בשל תופעת היכבות המבער, או לחלופין אי הצתתו, מה שהוביל לאיבוד דחף קריטי. מטוס ממריא שחווה תקלה זאת בעת ההמראה נאלץ להפסיק אותה.
צוותי אוויר רבים חוו "בעיטה" לא רצונית כלפי מטה של מערכת APC. בשל כך, צוותי אוויר לרוב העדיפו שלא להצמיד מערכת זאת בטיסה.
בעיה קטלנית נוספת היא הטיה אסימטרית של מדפי שפת התקפה, שגרמה למטוס להיכנס לסחרור ממנו לא ניתן היה להיחלץ.
המטוס סבל מרעידה של גלגל אף בעת האטה לאחר נחיתה, תופעה זו גרמה למספר מקרים של איבוד שליטה במטוס על הקרקע, והתהפכותו בשולי מסלול הנחיתה.

פרטים נוספים

פרשיות השחיתות של לוקהיד
ב-1976 ועדה ממשלתית קבעה שקונצרן לוקהיד שילם שוחד בסך של 22 מיליון דולר לפקידים ופוליטיקאים במדינות ידידותיות כגון גרמניה, הולנד, יפן ואיטליה. כל זאת כדי להבטיח את מכירתו של הF-104 במה שכונה "עסקת המאה". הפרשיות כמעט ומוטטו את החברה שהייתה בקשיים עקב כשלונו של ה-L-1011 TriStar.
CL-1200 Lancer- היה גרסה משופרת של ה-F104. מאחר שהמטוס הפסיד במכרז לF-5 התוכנית בוטלה. דגם של המטוס מעולם לא הושלם.
כינויים

"טיל עם בן-אדם בפנים" היה כינוי שלוקהיד השתמשו בו כדי לקדם מכירות. טייסי הניסוי והקרב כינו את המטוס "Zipper" או "Zip-104" בשל המהירויות הגבוהות שהוא הגיע אליהם. היפנים כינו אותו "אייקו" (תהילה). 
הכינויים הגרמנים היו הרבה פחות מחמיאים: 
Fliegender Sarg (ארון קבורה מעופף), Witwenmacher (יוצר האלמנות) ו-Erdnagel (יתד - כמו יתד אוהל, בגלל נטייתו להינעץ באדמה) היו הנפוצים ביותר.

בתרבות פופולרית

המטוס הופיע בדרמה ההיסטורית הצוות המובחר  משנת 1983 על פי ספרו של טום וולף שעסקה בטייסי ניסוי שהתכוננו לתוכנית החלל. 
המטוס הופיע בסרט The Starfighters  משנת 1964. הסרט זוכה ללעג בעונה 6, פרק 12 של סדרת הטלוויזיה Mystery Science Theater 3000 . 
הרכב המוסיקה האלקטרונית הגרמני Welle:Erdball  כתבו את השיר "Starfighter F-104G" בעקבות מות בנו של שר ההגנה הגרמני קאי-אווה וון האסל  בהתרסקות סטארפייטר.
הזמר רוברט קאלוורט  הקליט את האלבום הסאטירי "קפטן לוקהיד והסטארפייטרס"  בהשראת פרשיית הקנייה של המטוס בידי הגרמנים, והאבידות הגבוהות.