Les prototypes du Starship sont diverses parties du lanceur Starship mises au point par la société SpaceX, par une méthode de développement incrémentale entre 2021 et 2023, pour tester différentes architectures, effectuer différents tests au sol (mécaniques, sous-systèmes, fonctionnels) et pour le second étage mettre au point en vol la phase d'atterrissage.
Premiers essais Les premiers essais commencent avec la construction d'un réservoir en fibre de carbone. En 2018, SpaceX change radicalement la conception du vaisseau et opte 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.
vignette|Le prototype de test , le .
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..
Second étage 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..
vignette|Le nez du Mk1.
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 vignette|redresse| SN7.
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 vignette|redresse| SN5.
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 alt=Débris du SN8 sur la zone d’atterrissage et SN9 sur le pas de tir en arrière plan.|vignette|redresse|SN9 sur le pas de tir B, à proximité des débris du SN8 au coucher du soleil.
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.