O Super Heavy é o primeiro estágio reutilizável do veículo de lançamento superpesado Starship da SpaceX, que é composto em combinação com o segundo estágio da Starship. O Booster evoluiu para seu design atual ao longo de uma década. A produção começou em 2021, com o primeiro voo sendo realizado em 20 de abril de 2023, durante a primeira tentativa de lançamento do foguete Starship.
O propulsor é tem 32 motores Raptor que usam oxigênio líquido e metano como combustível para os propulsores. Após impulsionar o segundo estágio em direção à órbita, Super Heavy pode retornar ao seu local de lançamento, onde realiza um pouso vertical sendo capturado por sua torre de lançamento, permitindo total reutilização.
Projeto O veículo de lançamento Super Heavy tem 71 metros de altura, 9 metros de largura, e é composto de quatro seções gerais: os motores Raptors, o tanque de combustível, o tanque de oxigênio e o estágio intermediário. Elon Musk afirmou em 2021 que o projeto final terá uma massa entre 160 toneladas e 200 toneladas, com os tanques pesando 80 toneladas e a interestadual 20 toneladas.
Tanques Os tanques de propelente do Super Heavy são separados por uma antepara semelhante às usadas nos estágios S-II e S-IVB do foguete Saturno V. Após o segundo teste de voo da Starship, o projeto da cúpula comum foi alterado para uma cúpula mais elíptica, o que alterou um pouco a capacidade de propelente de ambos os tanques. Ambos os tanques são fortemente reforçados, com cerca de 74 longarinas fixadas nas paredes internas dos tanques. Os tanques do propulsor comportam 3400 toneladas de propelente, consistindo de 2700 toneladas de oxigênio líquido e 700 toneladas de metano líquido.
O tanque de metano possui uma câmera instalada na cúpula da frente, permitindo imagens do interior do tanque. O combustível é alimentado aos motores por meio de um único tubo descendente, que termina em um grande coletor de distribuição acima dos motores. O design deste coletor foi alterado quando o Super Heavy foi atualizado de 29 motores para 33, com o design mais moderno apresentando um reservatório de metano dedicado em vez de um coletor de distribuição direta.
O tanque de oxigênio termina na estrutura de propulsão do veículo. Enquanto os vinte motores externos são montados nas paredes do compartimento de popa, os treze internos são montados diretamente no disco de impulso, que faz parte da cúpula de popa. A parte inferior da cúpula contém uma grande estrutura de aço, reforçando o disco de impulso o suficiente para permitir que ele suporte os 13 motores internos, ao mesmo tempo em que fornece espaço para fluir o metano e o oxigênio para os motores. Grandes defletores de respingos também foram colocados nesta área. Um tanque adicional é usado para fornecer oxigênio líquido durante a queima de pouso para os 13 motores internos. O Booster 15 teve pelo menos 9 tanques adicionais acoplados, aumentando o suprimento total de propelente durante a queima de pouso. O Booster 5 foi o único booster com 29 motores a receber um tanque adicional, que foi montado na lateral do tanque de oxigênio.
Um tubo descensor de metano está parcialmente contido dentro do tanque coletor, já que o reservatório de metano está localizado diretamente abaixo dele. A partir do Booster 7 quatro quinas estão localizadas nas laterais do tanque de oxigênio, protegendo os COPVs e os tanques de potenciais incêndios, além de fornecer sustentação durante a descida.
O Super Heavy é equipado com 32 motores Raptors, que ficam localizados em um compartimento de blindagem dedicado. Este compartimento não está presente antes da instalação do motor, portanto, o Booster é cerca de 3 metros mais curtos antes de instalar os motores. 20 motores são dispostos em um único anel exterior e estão em uma posição fixa. Para economizar peso, esses motores são acionados usando equipamentos de suporte de solo no pad de lançamento e não podem ser reiniciados para queimas subsequentes. Os 13 motores internos são fixados a um adaptador, que fica diretamente contra a cúpula traseira. Esses motores são equipados com gimbals e reacendem para a queima de retorno e de pouso. Após o primeiro teste de voo da Starship, o sistema dos gimbals foi trocado de um sistema hidráulico para um elétrico, permitindo a remoção das unidades de energia hidráulica e reduzindo peso. Essa mudança foi feita no estágio superior após o segundo teste de voo. Durante as queima de subida e de pouso, os motores puxam o propelente dos tanques principais, com o oxigênio líquido sendo puxado de um tanque dedicado durante a queima de pouso. Assim como o sistema de controle do vetor de aceleração, a blindagem do motor foi atualizada após o primeiro teste de voo da Starship. Essa blindagem isola os motores individuais em caso de falha. Além disso, o sistema de supressão de incêndio também foi atualizado. Este sistema usa tanques de dióxido de carbono para limpar os compartimentos individuais do motor durante o voo, bem como uma limpeza de nitrogênio enquanto estiver na plataforma de lançamento. O compartimento traseiro tem 18 aberturas visíveis na parte externa do propulsor, que provavelmente estão conectadas para ventilar os 20 motores do anel externo, os motores centrais ficam diretamente abaixo da plataforma de lançamento.
O Raptor usa um ciclo de combustão em estágios, que possui turbobombas de oxigênio e metano. Antes de 2014, apenas dois projetos desse tipo de motor tinham sido submetidos a testes: o projeto soviético RD-270 na década de 1960 e o Aerojet Rocketdyne Integrated Powerhead Demonstrator em meados da década de 2000. Para melhorar o desempenho, os motores queimam propelente super-resfriado.
A versão atual do Super Heavy Booster produz um total de 69.9 MN de força, que é pouco mais do que o dobro do primeiro estágio do Saturn V, com a expectativa de que esse total aumente para 80.8 MN para os boosters do Bloco 2 e posteriores até 98.1 MN com o veículo do Bloco 3. Essas versões propostas podem ter até 35 motores. A pluma dos motores combinada produz grandes diamantes de choque no escapamento durante a queima de subida.
Durante o voo sem propulsão na parte superior da atmosfera, o controle de altitude é feito por propulsores de gás frio alimentados com gás residual. Quatro aberturas perpendiculares estão localizadas dentro do interestágio, colocadas em um ângulo de 45º em relação aos pontos de fixação. Além disso, quatro aberturas em forma de "sino de vaca" estão localizadas logo abaixo da cúpula comum, que apontam para baixo em direção aos motores, embora em um ligeiro ângulo.
Interestágio O interestágio (ou estágio intermediário) também é equipado com quatro grid fins acionadas eletricamente, feitas de aço inoxidável, cada uma com uma massa de 3 toneladas. Essas grid fins são pareadas, com as aletas em cada par estando separadas por 60º uma da outra, com o objetivo de melhorar o controle no eixo de inclinação. Além disso, essas grid fins permanecem estendidas durante a subida para economizar peso. O estágio intermediário também possui pontos de fixação salientes, localizados entre as grid fins, permitindo que o propulsor seja levantado ou capturado pela torre de lançamento. A capacidade de içar um propulsor desses pontos fixos foi comprovada em 23 de agosto de 2022, quando o Booster 7 foi içado para o OLM-A. A primeira captura em retorno de um Super Heavy Booster ocorreu em 13 de outubro de 2024, com o Booster 12. miniaturadaimagem| Animação da integração do Super Heavy à plataforma de lançamento, usando braços mecânicos. Após o primeiro voo de teste da Starship, todos os Super Heavy Boosters têm um estágio intermediário ventilado adicional de 1,8 m de altura para permitir multiestágios (conhecido como hot staging). Durante o hot staging, o Super Heavy desliga todos os motores, exceto os 3 centrais, enquanto o segundo estágio dispara seus motores antes de se separar, assim o segundo estágio "empurra" o primeiro estágio, proporcionando impulso adicional. O estágio intermediário ventilado contém uma cúpula para proteger o topo do Super Heavy dos motores do segundo estágio. Elon Musk afirmou em 2023 que essa mudança poderia resultar em um aumento de 10% na carga útil para a órbita baixa da Terra. A partir do Booster 11, o estágio intermediário é descartado após a conclusão da queima de retorno, a fim de reduzir a massa durante a descida. A partir de junho de 2024, a SpaceX afirmou que não pretende mais descartar o estágio intermediário nos Boosters do Bloco 2 e do Bloco 3, pois o estágio intermediário será diretamente integrado ao veículo.
Fabricação alt=Large steel cylinder with complex engine mounts and wiring|miniaturadaimagem| Parte inferior de um Super Heavy Booster de 29 antes motores da instalação dos mesmos. A partir de novembro de 2024, todos os componentes do Super Heavy serão fabricados na Starbase, Texas.
O processo de fabricação começa com rolos de aço inoxidável, que são desenrolados, cortados e soldados ao longo de uma borda para criar um cilindro de 9 metros diâmetro, 1.83 de altura e 3.97 milimetros de espessura, e aproximadamente 1600 kg emdemassa. Trinta e três desses anéis são usados no Super Heavy Booster. Quatro anéis mais curtos, de 1.4 metros, são usados exclusivamente na seção traseira. Um anel de 1 metro e outro 1.7 metros são usados para construir o tanque coletor de oxigênio líquido. Esses anéis têm um diâmetro significativamente menor que os anéis principais.
A cúpula frontal é construída a partir de dois componentes: a "junta da cúpula" e o "tronco da cúpula". A cúpula traseira tem um terceiro segmento: o "disco de impulso", que suporta o peso dos treze motores internos. Entretanto, a cúpula comum é formada por apenas único tipo de peça e é mais elíptica do que as cúpulas dianteira e traseira.
Esses anéis são empilhados e soldados com o auxílio de um robô ao longo de suas bordas para formar pilhas de três a quatro anéis. Em seguida, são adicionados longarinas às pilhas de anéis, melhorando a resistência estrutural do booster. Para a seção dianteira, são feitos recortes para as aletas da grade e pontos de fixação. Em sequência, as cúpulas são instaladas nas chaminés de anéis dianteiros, traseiros e comuns. A pilha de anéis dianteiros consiste em três anéis, e a pilha de anéis comuns consiste em quatro. A seção traseira é construída exclusivamente a partir dos quatro anéis de 1.4 metros. Nesta fase são adicionados as ligações de tanques e tubulações externas, seguidos pelos COPVs e tanque coletor.
Após a conclusão da produção das pilhas de anéis, inicia-se o empilhamento dessas seções, começando pela montagem do tanque de metano e oxigênio que são integrados à cúpula comum. O tubo que desce o metano é adicionado, juntamente com as longarinas finais às linhas de solda. Quando ambos os tanques estão completos, o tanque de metano é empilhado sobre o tanque de oxigênio, completando a montagem do tanque primário.
O veículo é então levado para o local de teste da Massey e testado criogenicamente de duas a três vezes. Esses testes enchem ambos os tanques com nitrogênio líquido, que não é inflamável, embora oxigênio líquido também possa ser usado. Após o retorno ao local de produção, os motores são instalados, juntamente com sua blindagem, que forma o compartimento de popa. A seguir, são realizados testes de fogo estático no local de lançamento e o estágio intermediário é adicionado ao veículo.
História
Conceitos iniciais
Transportador Colonial de Marte