Programa de desarrollo de sistemas de lanzamiento reutilizables de SpaceX

SpaceX ha financiado privadamente el desarrollo de sistemas de lanzamiento orbitales que pueden reutilizarse muchas veces, de forma similar a la reutilización de aeronaves . SpaceX ha desarrollado tecnologías desde la década de 2010 para facilitar la reutilización completa y rápida de vehículos de lanzamiento espacial . Los objetivos a largo plazo del proyecto incluyen el regreso de la primera etapa de un vehículo de lanzamiento al sitio de lanzamiento en cuestión de minutos y el regreso de la segunda etapa a la plataforma de lanzamiento , tras la realineación orbital con el sitio de lanzamiento y la reentrada atmosférica en hasta 24 horas. El objetivo a largo plazo de SpaceX es la reutilización de ambas etapas de sus vehículos de lanzamiento orbitales, y la primera etapa estaría diseñada para permitir la reutilización unas horas después del regreso. ^{[ 1 ]} Si bien el desarrollo de segundas etapas reutilizables para Falcon 9 fue posteriormente abandonado en favor de Starship . ^{[ 2 ]} SpaceX desarrolló carenados de carga útil reutilizables para Falcon 9. ^{[ 3 ]}

El programa se anunció en 2011. SpaceX logró el primer aterrizaje y recuperación exitosa de una primera etapa en diciembre de 2015. El primer re-vuelo de una primera etapa aterrizada ocurrió en marzo de 2017 ^{[ 3 ],} y el segundo en junio de 2017, solo cinco meses después del vuelo inaugural del propulsor. ^{[ 4 ]} El tercer intento tuvo lugar en octubre de 2017 con la misión SES-11 / EchoStar-105 . Los re-vuelos de primeras etapas reacondicionadas se convirtieron entonces en rutina. En mayo de 2021, el B1051 se convirtió en el primer propulsor en lanzar diez misiones. ^{[ 5 ]}

La tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se desarrolló inicialmente para la primera etapa del Falcon 9. [ ^{6 ] Después} de la separación de etapas , el propulsor gira (una combustión de retroceso opcional invierte su curso), una combustión de reentrada reduce la velocidad inducida por la gravedad para evitar el sobrecalentamiento de la etapa a medida que la nave espacial reingresa a la parte más densa de la atmósfera, y una combustión de aterrizaje logra la desaceleración final a baja altitud y el contacto con la atmósfera.

SpaceX planeó desde al menos 2014 desarrollar segundas etapas reutilizables, un problema de ingeniería más complejo debido a que el vehículo viaja a velocidad orbital . ^{[ 7 ] [ 6 ] [ 8 ]} La reutilización de la segunda etapa se considera vital para los planes de Elon Musk de colonizar Marte . Los conceptos iniciales para una segunda etapa reutilizable del Falcon 9 fueron abandonados en 2018. ^{[ 2 ]}

A partir de 2023SpaceX está desarrollando el sistema Starship como un vehículo de lanzamiento de dos etapas totalmente reutilizable, diseñado para reemplazar todos sus demás vehículos de lanzamiento y naves espaciales para el despliegue de satélites y el transporte de personas (Falcon 9, Falcon Heavy y Dragon) y, eventualmente, para dar soporte a vuelos a la Luna y Marte. En teoría, podría utilizarse para el transporte rápido punto a punto en la Tierra. ^{[ 9 ]}

SpaceX intentó aterrizar la primera etapa del Falcon 1 mediante paracaídas , pero la etapa no sobrevivió a la reentrada atmosférica. Continuaron experimentando sin éxito con paracaídas en los primeros vuelos del Falcon 9 después de 2010. Posteriormente, SpaceX cambió al desarrollo de un sistema de aterrizaje con descenso propulsado . ^{[ 10 ]}

En septiembre de 2011 se describió el sistema de lanzamiento reutilizable. SpaceX dijo que intentaría desarrollar el descenso y la recuperación impulsados ​​de ambas etapas del Falcon 9 , un cohete de despegue y aterrizaje vertical ( VTVL ) totalmente vertical. La compañía produjo un video animado de la primera etapa regresando de cola para un descenso impulsado y la segunda etapa con un escudo térmico, reingresando de cabeza antes de girar para un descenso impulsado. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} En septiembre de 2012, SpaceX comenzó las pruebas de vuelo en un prototipo de primera etapa reutilizable con el cohete suborbital Grasshopper . ^{[ 15 ]} Esas pruebas continuaron en 2014, incluyendo pruebas de un segundo vehículo prototipo más grande, F9R Dev1 .

La noticia del cohete de prueba Grasshopper se había hecho pública unos días antes, cuando la Administración Federal de Aviación de EE. UU. publicó un borrador de Evaluación de Impacto Ambiental para el Sitio de Pruebas de SpaceX en Texas, y los medios espaciales lo habían reportado. ^{[ 16 ] [ 17 ]} En mayo de 2012, SpaceX obtuvo un conjunto de datos de pruebas atmosféricas para la recuperación de la primera etapa del Falcon 9 basado en 176 ejecuciones de prueba en el túnel de viento del Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA . El trabajo fue subcontratado por SpaceX bajo un Acuerdo de la Ley Espacial reembolsable con la NASA. ^{[ 18 ]}

En 2012, se proyectó que la separación de la primera etapa de un cohete Falcon 9 reutilizable ocurriría a una velocidad de aproximadamente Mach 6 (4600 mph; 2,0 km/s) en lugar de Mach 10 (7600 mph; 3,4 km/s) para un Falcon 9 desechable, para proporcionar el combustible residual necesario para la maniobra de desaceleración y giro y el descenso y aterrizaje controlados. ^{[ 1 ]}      

En noviembre de 2012, el CEO Elon Musk anunció planes para construir un segundo sistema de cohete reutilizable , mucho más grande, impulsado por LOX / metano en lugar de LOX/ RP-1 utilizado en Falcon 9 y Falcon Heavy . El nuevo sistema sería "una evolución del propulsor Falcon 9 de SpaceX", y SpaceX reiteró su compromiso de desarrollar un avance en la tecnología de aterrizaje vertical. ^{[ 19 ]} A finales de 2012, el vehículo de prueba de demostración, Grasshopper, había realizado tres vuelos de prueba VTVL , incluido un vuelo estacionario de 29 segundos a 40 metros (130 pies) el 17 de diciembre de 2012. ^{[ 15 ]} A principios de marzo de 2013, SpaceX probó con éxito Grasshopper por cuarta vez cuando voló a una altitud de más de 80 metros (260 pies) . ^{[ 20 ]}  

En marzo de 2013, SpaceX anunció que instrumentaría y equiparía las subsiguientes primeras etapas del Falcon 9 como vehículos de prueba de descenso controlado, con planes para aterrizajes simulados con desaceleración propulsiva sobre el agua a partir de 2013, con la intención de devolver el vehículo al sitio de lanzamiento para un aterrizaje propulsado , posiblemente a mediados de 2014. ^{[ 21 ]} El borrador de la Declaración de Impacto Ambiental de abril de 2013 para el propuesto Sitio de Lanzamiento de SpaceX en el Sur de Texas incluye adaptaciones específicas para el regreso de los propulsores de la primera etapa del Falcon 9 al sitio de lanzamiento. ^{[ 22 ]} Elon Musk se refirió públicamente por primera vez al Falcon 9 reutilizable como Falcon 9-R en abril de 2013. ^{[ 23 ]}

En septiembre de 2013, SpaceX volvió a encender con éxito tres motores de un propulsor agotado en un lanzamiento orbital, y el propulsor reingresó a la atmósfera a velocidad hipersónica sin quemarse. ^{[ 24 ]} Con los datos recopilados de la primera prueba de vuelo de un descenso controlado del propulsor desde gran altitud, junto con los avances tecnológicos realizados en el demostrador de aterrizaje a baja altitud Grasshopper, SpaceX anunció que creía estar listo para probar una recuperación completa en tierra de una etapa de propulsor. ^{[ 25 ]} Basándose en los resultados positivos de la primera prueba de vuelo a gran altitud, SpaceX adelantó la fecha prevista de una prueba de mediados de 2014 a principios de 2015 , con la intención de hacerlo en el siguiente vuelo de reabastecimiento de carga de la Estación Espacial , pendiente de las aprobaciones regulatorias. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Ese vuelo tuvo lugar el 18 de abril de 2014. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Musk declaró en mayo de 2013 que el objetivo del programa es lograr la reutilización completa y rápida de la primera etapa para 2015, y desarrollar la reutilización completa del vehículo de lanzamiento posteriormente como "parte de una futura arquitectura de diseño". ^{[ 30 ]} En septiembre de 2013, SpaceX dijo que si todos los aspectos del programa de pruebas eran exitosos y si un cliente estaba interesado, el primer reenvío de una etapa propulsora Falcon 9 podría ocurrir a finales de 2014. ^{[ 26 ]}

En febrero de 2014, SpaceX dejó claro que el vehículo de lanzamiento superpesado recientemente definido para lo que entonces se llamaba Mars Colonial Transporter también utilizaría la tecnología reutilizable. ^{[ 8 ]} Esto era coherente con la declaración estratégica de Musk en 2012: «El avance revolucionario llegará con cohetes que sean completamente y rápidamente reutilizables. Nunca conquistaremos Marte a menos que lo hagamos. Será demasiado caro. Las colonias americanas nunca se habrían fundado si los barcos que cruzaron el océano no hubieran sido reutilizables». ^{[ 31 ]}

También en mayo de 2014, SpaceX anunció un extenso programa de pruebas para una cápsula espacial reutilizable y propulsada llamada DragonFly . Las pruebas se llevarían a cabo en Texas, en las instalaciones de pruebas de cohetes McGregor, entre 2014 y 2015. ^{[ 32 ]}

En junio de 2014, la directora de operaciones, Gwynne Shotwell, aclaró que toda la financiación para el desarrollo y las pruebas del programa de desarrollo de tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable proviene de fondos privados de SpaceX, sin ninguna contribución del gobierno de EE . UU. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Hasta 2017, SpaceX había gastado más de mil millones de dólares en el programa de desarrollo. ^{[ 35 ]}

Por primera vez, SpaceX declaró en julio de 2014 que tienen "mucha confianza en poder aterrizar con éxito en una plataforma de lanzamiento flotante o de vuelta al sitio de lanzamiento y volver a lanzar el cohete sin necesidad de reacondicionamiento". ^{[ 36 ]}

A finales de 2014, SpaceX suspendió o abandonó el plan de recuperar y reutilizar la segunda etapa del Falcon 9; ^{[ 37 ]} la masa adicional del escudo térmico, el tren de aterrizaje y los motores de aterrizaje de baja potencia necesarios supondría una penalización de rendimiento demasiado grande. Aunque la idea se mencionó de nuevo más tarde, finalmente se abandonó a medida que avanzaba el desarrollo de Starship . ^{[ 2 ]}

En diciembre de 2015, tras la recuperación de la primera etapa del lanzamiento del 22 de diciembre , SpaceX proyectó que el primer reenvío de un propulsor recuperado probablemente ocurriría en 2016, pero no utilizando la etapa recuperada del 22 de diciembre. ^{[ 38 ]}

En septiembre de 2016, SpaceX anunció que se estaba desarrollando la extensión del hardware de vuelo reutilizable a las segundas etapas, ^{[ 7 ]} un problema de ingeniería más complejo debido a que el vehículo viaja a velocidad orbital . La tecnología reutilizable se iba a extender a los diseños de 2016 de las variantes de la etapa superior del tanque y la nave espacial tripulada, así como a la primera etapa del Sistema de Transporte Interplanetario , ^{[ 7 ] [ 6 ] [ 8 ]} y se considera fundamental para los planes que Elon Musk está impulsando para permitir el asentamiento de Marte . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} En 2016, se esperaba que los vuelos de prueba iniciales de un vehículo del Sistema de Transporte Interplanetario no se realizaran antes de 2020. ^{[ 7 ]}

En 2017, SpaceX estaba progresando en los vuelos de prueba en el desarrollo incremental e iterativo de un sistema de recuperación de carenados. ^{[ 42 ] [ 3 ]} En julio de 2017, Musk dijo: "Estamos bastante cerca de poder recuperar el carenado... Tenemos una buena probabilidad de recuperar un carenado para finales de año y volver a lanzarlo a finales de este año o principios del próximo". ^{[ 43 ]} Se espera que el ahorro de costos para SpaceX al recuperar el carenado sea del orden de US$5 millones . Juntos, la etapa propulsora y el carenado representan aproximadamente el 80 por ciento del costo de un lanzamiento. ^{[ 43 ]} Los carenados están equipados con un paracaídas dirigible y caen hacia un barco equipado con una gran red. ^{[ 44 ]} Los carenados intactos podrían recuperarse del océano a partir de 2017, ^{[ 45 ]} con aterrizajes en la red a partir de 2019. ^{[ 44 ]}

Fue necesario desarrollar y probar varias tecnologías nuevas para facilitar el lanzamiento y la recuperación exitosos de las primeras etapas de Falcon 9 y Falcon Heavy, y de ambas etapas de Starship . Desde 2017, la recuperación y reutilización de los propulsores de cohetes Falcon se ha convertido en una práctica habitual.

Las tecnologías que se desarrollaron para el Falcon 9, algunas de las cuales aún se están perfeccionando, incluyen:

• Sistema de encendido reiniciable para el propulsor de primera etapa. ^{[ 23 ]} Se requieren reinicios tanto a velocidades supersónicas en la atmósfera superior —para invertir la alta velocidad alejándose de la plataforma de lanzamiento y poner al propulsor en una trayectoria de descenso de regreso a la plataforma de lanzamiento— como a altas velocidades transónicas en la atmósfera inferior —para frenar el descenso terminal y realizar un aterrizaje suave. ^{[ 46 ]} Si el propulsor regresa a un sitio de aterrizaje en tierra, se necesita otro encendido poco después de la separación de etapas para invertir la dirección de vuelo del propulsor, para un total de cuatro encendidos para el motor central.
• Nueva tecnología de control de actitud para el propulsor para guiar el cuerpo descendente del cohete a través de la atmósfera de una manera propicia tanto para un retorno no destructivo como para un control aerodinámico suficiente para que sea posible la fase terminal del aterrizaje . ^{[ 47 ]} Esto incluye una autoridad de control de alabeo suficiente para evitar que el cohete gire excesivamente como ocurrió en la primera prueba de vuelo a gran altitud en septiembre de 2013, donde la velocidad de alabeo superó las capacidades del sistema de control de actitud (ACS) del propulsor y el combustible en los tanques se "centrifugó" hacia un lado del tanque apagando el único motor involucrado en la maniobra de desaceleración a baja altitud. ^{[ 27 ] [ 48 ]} La tecnología debe manejar la transición desde el vacío del espacio en condiciones hipersónicas , desacelerando a velocidades supersónicas y pasando por el turbulento transónico , antes de volver a encender uno de los motores de la etapa principal a velocidad terminal . ^{[ 25 ]}
• Se añadieron aletas de rejilla hipersónicas al diseño del vehículo de prueba del propulsor a partir del quinto vuelo de prueba de descenso controlado en el océano en 2014 para permitir un aterrizaje de precisión. Dispuestas en una configuración de "X", las aletas de rejilla controlan el vector de sustentación del cohete descendente una vez que el vehículo ha regresado a la atmósfera para permitir una ubicación de aterrizaje mucho más precisa . ^{[ 49 ] [ 50 ]} La iteración del diseño continuó hasta 2017. Aletas de rejilla más grandes y robustas, hechas de titanio forjado y sin pintar, se probaron por primera vez en junio de 2017 y se han utilizado en todas las primeras etapas reutilizables del Falcon 9 Block 5 desde mayo de 2018. ^{[ 51 ]}

• El motor del cohete debe ser regulable para alcanzar velocidad cero al mismo tiempo que el cohete llega al suelo. Incluso el empuje mínimo posible de un solo motor Merlin 1D supera el peso del núcleo del propulsor Falcon 9, que está casi vacío; por lo tanto, el cohete no puede mantenerse en vuelo estacionario. ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 50 ]}
• Capacidad de guiado terminal y aterrizaje, ^{[ 20 ]} incluyendo un sistema de control del vehículo y un algoritmo de software del sistema de control para poder aterrizar un cohete con una relación empuje-peso del vehículo mayor que uno, ^{[ 54 ]} con control de vector de empuje y acelerador de bucle cerrado ^{[ 55 ] [ 50 ]}
• Conjunto de sensores de navegación para aterrizaje de precisión ^{[ 47 ] [ 56 ] [ 50 ]}

• Una gran plataforma flotante de aterrizaje para lanzamientos en los que la primera etapa no tiene suficiente combustible para regresar al lugar de lanzamiento. En 2022, SpaceX construyó tres plataformas flotantes autónomas , una operando en la costa oeste y dos en la costa este de los Estados Unidos.
• Un sistema de protección térmica para evitar daños a la primera etapa al reingresar a la atmósfera. ^{[ 57 ]}
• Tren de aterrizaje ligero y desplegable para la etapa propulsora. ^{[ 17 ] [ 50 ]} En mayo de 2013, se mostró que el diseño era un pistón telescópico anidado sobre un bastidor en A. La envergadura total de las cuatro patas de aterrizaje extensibles de fibra de carbono / aluminio ^{[ 58 ] [ 59 ]} es de aproximadamente 18 metros (60 pies) y pesan menos de 2100 kilogramos (4600 lb) . El sistema de despliegue utiliza helio a alta presión como fluido de trabajo . ^{[ 60 ] [ 61 ]} Con el vuelo 25 se anunció que cada pata de aterrizaje contenía un "núcleo de absorción de impactos" para absorber el impacto del aterrizaje en aterrizajes particularmente duros. ^{[ 62 ] [ 63 ]}  

Para que el Falcon 9 sea reutilizable y pueda regresar al lugar de lanzamiento, se debe transportar propelente y tren de aterrizaje adicionales en la primera etapa, lo que requiere una reducción de alrededor del 30 por ciento de la carga útil máxima a órbita en comparación con el Falcon 9 desechable. ^{[ 64 ]} El reutilización de una etapa previamente usada en un vuelo posterior depende del estado de la etapa que aterrizó, y es una técnica que se ha utilizado poco fuera de los cohetes propulsores sólidos reutilizables del transbordador espacial .

Musk proyectó en 2015 que la etapa de reenvío del programa sería "sencilla", debido a los múltiples encendidos de duración completa de los motores que se habían realizado en tierra y a los múltiples reinicios de los motores que se habían demostrado hasta ese momento, sin que se observara una degradación significativa. ^{[ 65 ]} En 2015, los analistas de la industria continuaron pronosticando problemas que podrían impedir la reutilización económica porque los costos de reacondicionar y relanzar la etapa aún no se habían demostrado, y el caso económico para la reutilización dependería necesariamente en gran medida de lanzamientos frecuentes. ^{[ 66 ]}

Se espera que SpaceX reduzca significativamente el costo de acceso al espacio y cambie el mercado cada vez más competitivo de servicios de lanzamiento espacial. ^{[ 26 ] [ 67 ]} Michael Belfiore escribió en Foreign Policy en 2013 que, con un costo publicado de US$56.5 millones por lanzamiento a la órbita terrestre baja , "los cohetes Falcon 9 ya son los más baratos de la industria. Los Falcon 9 reutilizables podrían reducir el precio en un orden de magnitud , impulsando más empresas espaciales, lo que a su vez reduciría aún más el costo de acceso al espacio a través de economías de escala". ^{[ 24 ]} Incluso para lanzamientos militares, que tienen una serie de requisitos contractuales para que se proporcionen servicios de lanzamiento adicionales, el precio de SpaceX es inferior a US$100 millones . ^{[ 68 ] [ 69 ]}

El analista de la industria espacial Ajay Kothari ha señalado que la tecnología reutilizable de SpaceX podría hacer por el transporte espacial "lo que los motores a reacción hicieron por el transporte aéreo hace sesenta años, cuando la gente nunca imaginó que más de 500 millones de pasajeros viajarían en avión cada año y que el costo podría reducirse al nivel actual, todo gracias al volumen de pasajeros y la reutilización confiable". ^{[ 70 ]} SpaceX dijo en enero de 2014 que si tenían éxito en el desarrollo de la tecnología reutilizable, los precios de lanzamiento de alrededor de US$5 a 7 millones para un Falcon 9 reutilizable eran posibles, ^{[ 71 ]} y después de la exitosa recuperación de la primera etapa en diciembre de 2015, Musk dijo que "la reducción potencial de costos a largo plazo es probablemente superior a un factor de 100". ^{[ 66 ]}

A fecha de marzo de 2014 Los proveedores de servicios de lanzamiento que compiten con SpaceX no tenían previsto desarrollar tecnología similar ni ofrecer opciones de lanzadores reutilizables que compitieran con ella. Ni ILS , que comercializa los lanzamientos del cohete ruso Proton ; ni Arianespace ; ni SeaLaunch tenían previsto desarrollar ni comercializar servicios de vehículos de lanzamiento reutilizables. SpaceX fue el único competidor que proyectó un mercado suficientemente elástico en el lado de la demanda como para justificar el costoso desarrollo de la tecnología de cohetes reutilizables y el gasto de capital privado para desarrollar opciones para esa oportunidad de mercado teórica. ^{[ 72 ]}

En 2014, el cohete Falcon 9 v1.1 fue diseñado con aproximadamente un 30 por ciento más de capacidad que sus especificaciones oficiales de carga útil; el rendimiento adicional se reservó para que SpaceX realizara pruebas de reentrada y aterrizaje de la primera etapa para la reutilización, al tiempo que se lograba la entrega de carga útil orbital especificada para los clientes. ^{[ 73 ]}

Para lograr el beneficio económico completo de la tecnología reutilizable, es necesario que la reutilización sea rápida y completa, sin el largo y costoso período de reacondicionamiento o el diseño parcialmente reutilizable que lastró los intentos anteriores de vehículos de lanzamiento reutilizables. SpaceX ha sido explícito en que el "enorme potencial para abrir los vuelos espaciales" ^{[ 74 ]} depende de lograr una reutilización completa y rápida. ^{[ 28 ] [ 68 ]} El CEO Musk declaró en 2014 que el éxito con el esfuerzo de desarrollo de la tecnología podría reducir "el costo de los vuelos espaciales en un factor de 100" ^{[ 75 ]} porque el costo del propulsor/oxidante en el Falcon 9 es solo el 0,3 por ciento del costo total del vehículo. ^{[ 76 ]}

Aparte de la competencia de mercado generada por los precios de lanzamiento más bajos de SpaceX y el potencial futuro de precios de lanzamiento aún más radicalmente bajos si la tecnología se completa con éxito, Aviation Week dijo en 2014 que "el trabajo de lanzamiento reutilizable de SpaceX es un modelo de I+D ": "La audacia del concepto y la velocidad del progreso del programa lo convierten en un ejemplo. ... [el] ritmo vertiginoso de desarrollo ha sido casi como el del programa Apolo en su ejecución... [aunque] el éxito está lejos de estar garantizado". ^{[ 77 ]}

El 9 de marzo de 2016, la presidenta de SpaceX, Gwynne Shotwell, ofreció una evaluación más realista del ahorro potencial que supondría un lanzamiento con una etapa reutilizada, tras el abandono de los intentos de reutilizar la segunda etapa (del Falcon 9) debido a problemas de coste y peso. Afirmó que, con un coste de reabastecimiento de combustible de 1 millón de dólares y un coste de reacondicionamiento de 3 millones de dólares para una primera etapa usada, un lanzamiento podría tener un precio tan bajo como 40 millones de dólares , lo que representaría un ahorro del 30 %. El mayor cliente de SpaceX, SES, declaró que desea ser el primero en utilizar un vehículo reutilizado, aunque exige un precio de lanzamiento de 30 millones de dólares , es decir, un ahorro del 50 %, para compensar el riesgo de ser pionero en este proceso. ^{[ 78 ]}

Según Elon Musk, casi todas las piezas del Falcon deberían reutilizarse más de 100 veces. Los escudos térmicos y algunos otros elementos deberían reutilizarse más de 10 veces antes de ser reemplazados. ^{[ 79 ]} En marzo de 2017, SpaceX anunció avances en sus experimentos para recuperar, y eventualmente reutilizar, la cofia de carga útil de 6 millones de dólares . En la misión SES-10 , una de las mitades de la cofia realizó una reentrada atmosférica controlada y un amerizaje utilizando propulsores y un paracaídas dirigible; las cofias están programadas para aterrizar finalmente en una estructura flotante tipo "castillo inflable". ^{[ 80 ]}

SpaceX comenzó a reutilizar etapas de propulsores previamente lanzadas en 2017. La primera reutilización se realizó en marzo de 2017, casi un año después del vuelo inaugural del propulsor ; la segunda fue en junio de 2017, solo cinco meses después de su vuelo inaugural. Ambas fueron exitosas, y tanto las aseguradoras como los clientes de servicios de lanzamiento están respaldando el mercado de servicios de lanzamiento proporcionados por propulsores de uso múltiple. ^{[ 4 ]}

En agosto de 2020, Musk tuiteó que la renovación y reutilización de un propulsor se realiza por menos del 10 % del precio de un propulsor nuevo, mientras que la reducción de la carga útil es inferior al 40 %. Según su tuit, SpaceX alcanza el punto de equilibrio con un segundo vuelo por propulsor y ahorra dinero a partir del tercer vuelo. ^{[ 81 ]} En ese momento, el Falcon 9 Block 5 había realizado 35 vuelos con 11 propulsores.

Antes del éxito del programa de reutilización en diciembre de 2015, el regreso de un cohete propulsor del sistema de lanzamiento orbital nunca se había logrado, y muchos cuestionaban su viabilidad técnica y económica. Incluso después de este éxito, no se ha intentado la reutilización rápida de un cohete. El desarrollo de un cohete reutilizable es extremadamente difícil debido al pequeño porcentaje de la masa del cohete que puede llegar a la órbita. ^{[ 12 ] [ 82 ]} Normalmente, la carga útil de un cohete es solo alrededor del 3 % de la masa del cohete, que también es aproximadamente la cantidad de combustible necesaria para la reentrada del vehículo. ^{[ 83 ]}

Elon Musk afirmó al inicio del programa que creía que el retorno, el aterrizaje vertical y la recuperación eran posibles gracias a que las metodologías de fabricación de SpaceX dan como resultado una eficiencia del cohete superior al margen típico del 3 %. Un cohete de SpaceX que opera en configuración reutilizable tiene aproximadamente un 30 % menos de capacidad de carga útil que el mismo cohete en configuración desechable . ^{[ 25 ]}

Aunque la tecnología del sistema de lanzamiento reutilizable se desarrolló y se utilizó inicialmente para las primeras etapas de la familia de cohetes Falcon, ^{[ 6 ]} es particularmente adecuada para el Falcon Heavy donde los dos núcleos externos se separan del cohete antes en el vuelo y, por lo tanto, se mueven más lentamente en la separación de etapas. Por ejemplo, en el vuelo 20 del Falcon 9 , la velocidad en la separación fue cercana a 6000  km/h ^{[ 84 ]} y esto permitió un regreso cerca del sitio de lanzamiento. En el vuelo 22 , dirigiéndose a una órbita GTO más energética , la mayor velocidad en la separación fue de entre 8000 y 9000  km/h. A estas velocidades más altas no es posible regresar el propulsor cerca del sitio de lanzamiento para un aterrizaje; si se intenta un aterrizaje, debe ser a cientos de kilómetros de distancia en un barco no tripulado autónomo .

La reutilización también influye en las estimaciones de riesgo. Si bien los primeros clientes de cohetes reutilizados solicitaban un precio más bajo, ^{[ 85 ]} se ha demostrado que un propulsor que ya ha volado funciona en condiciones de vuelo realistas. Algunos clientes ahora prefieren los propulsores reutilizados a los nuevos. ^{[ 86 ]}

En 2013, SpaceX estaba probando tecnologías reutilizables tanto para el diseño de sus vehículos de lanzamiento de primera etapa (con tres vehículos de prueba: Grasshopper , F9R Dev1 y F9R Dev2 ) como para su nueva cápsula espacial reutilizable SpaceX Dragon 2 (con un vehículo de prueba de baja altitud llamado DragonFly ).

SpaceX ha revelado públicamente un programa de pruebas incremental de múltiples elementos para las etapas de los propulsores que incluye cuatro aspectos:

• Pruebas a baja altitud (menos de 760 m/2500 pies ^{[ 16 ] [ 87 ]} ), a baja velocidad, de su demostrador tecnológico Grasshopper de un solo motor en su sitio de pruebas de Texas.  
• Pruebas a baja altitud (menos de 3000 m/9800 pies ) y baja velocidad de un vehículo de prueba de tres motores de segunda generación mucho más grande llamado F9R Dev1. El vehículo de segunda generación incluye patas de aterrizaje extensibles y se probará en el sitio de pruebas de Texas ^{[ 88 ].}  
• Se habían planeado pruebas a gran altitud y velocidad media, pero se cancelaron en favor de las pruebas de reentrada posteriores a la misión de los propulsores de la primera etapa . Para ello se habría utilizado el F9R Dev2 en una instalación arrendada por SpaceX en Spaceport America , en Nuevo México .
• pruebas de reentrada balística , desaceleración ^controlada y descenso controlado de etapas ^de propulsores Falcon 9 ^posteriores a la misión (agotadas) tras un subconjunto de lanzamientos de Falcon 9 ^que comenzaron ^en 2013 ^.  

Grasshopper realizó ocho vuelos de prueba de propulsores a baja altitud en 2012 y 2013. La primera prueba de descenso controlado de retorno del propulsor desde gran altitud se realizó en septiembre de 2013, seguida de una segunda prueba en abril, ^{[ 26 ] [ 29 ] [ 90 ]} un tercer vuelo de prueba en julio ^{[ 91 ]} y una cuarta prueba en septiembre de 2014. Los cuatro vuelos de prueba realizados hasta la fecha tenían como objetivo simular aterrizajes sobre el agua. ^{[ 36 ]} Cinco vuelos de prueba de propulsores a baja altitud del F9R Dev1 se realizaron entre abril y agosto de 2014, antes de que el vehículo se autodestruyera por razones de seguridad en el quinto vuelo. ^{[ 92 ] [ 93 ]}

Vehículos de prueba de vuelo

SpaceX utilizó un conjunto de vehículos de lanzamiento reutilizables suborbitales (RLV) experimentales, demostradores de tecnología, para comenzar las pruebas de vuelo de sus tecnologías de propulsores reutilizables en 2012. Se construyeron dos versiones de los prototipos de cohetes de prueba reutilizables: el Grasshopper de 32 m (106 pies) de altura (anteriormente designado como Grasshopper v1.0 ) y el Falcon 9 Reusable Development Vehicle , o F9R Dev1 , de 49 m (160 pies) de altura , anteriormente conocido como Grasshopper v1.1 ^{[ 74 ]} , así como un prototipo de cápsula para probar aterrizajes propulsados ​​de la cápsula de tripulación y carga Dragon para el Falcon 9: DragonFly . ^{[ 74 ]} Grasshopper se construyó entre 2011 y 2012 para pruebas de vuelo estacionario a baja altitud y baja velocidad que comenzaron en septiembre de 2012 y concluyeron en octubre de 2013 después de ocho vuelos de prueba. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 74 ]} El segundo prototipo de diseño de vehículo, F9R Dev1, se construyó sobre la etapa propulsora Falcon 9 v1.1, mucho más grande, que se utilizó para ampliar aún más el rango de pruebas de vuelo a baja altitud en un vehículo que se ajustaba mejor al hardware de vuelo real. Realizó cinco vuelos de prueba en 2014. ^{[ 74 ] [ 94 ] [ 95 ]} Los vuelos a baja altitud y baja velocidad de los cohetes y la cápsula del vehículo de prueba se llevaron a cabo en las instalaciones de prueba de cohetes de SpaceX en McGregor, Texas. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 74 ]}  

SpaceX indicó en noviembre de 2018 que consideraba probar una segunda etapa del Falcon 9 muy modificada que se vería como una "mini- nave BFR " y se usaría para pruebas de reentrada atmosférica de varias tecnologías necesarias para la nave espacial a escala completa , incluyendo un escudo térmico ultraligero y superficies de control de alto Mach , ^{[ 96 ] [ 97 ]} pero dos semanas después, Musk descartó el enfoque a favor de usar una BFR de diámetro completo en su lugar. ^{[ 98 ]}

Saltamontes

Grasshopper, el primer vehículo de prueba VTVL de la compañía, consistía en un tanque de primera etapa Falcon 9 v1.0 , un solo motor Merlin-1D y cuatro patas de aterrizaje de acero fijadas permanentemente. Tenía una altura de 106 pies (32 m) . ^{[ 17 ]} SpaceX construyó una instalación de lanzamiento de hormigón de 0,5 acres (0,20 ha) en su Centro de Desarrollo y Pruebas de Cohetes en McGregor, Texas, para apoyar el programa de pruebas de vuelo de Grasshopper. ^{[ 99 ]} Grasshopper también era conocido como Grasshopper versión 1.0, o Grasshopper v1.0, antes de 2014, durante el tiempo en que se estaban construyendo los vehículos de prueba de la clase Grasshopper posteriores.  

Además de tres vuelos de prueba en 2012, se realizaron con éxito cinco pruebas adicionales a finales de octubre de 2013 , incluyendo la cuarta prueba en general en marzo de 2013 , en la que Grasshopper duplicó su salto más alto para alcanzar los 80,1 metros (263 pies) con un vuelo de 34 segundos. ^{[ 100 ]} En la séptima prueba, en agosto de 2013, el vehículo voló a 250 metros (820 pies) durante un vuelo de 60 segundos y ejecutó una maniobra lateral de 100 metros (330 pies) antes de regresar a la plataforma. ^{[ 101 ]} Grasshopper realizó su octavo y último vuelo de prueba el 7 de octubre de 2013, volando a 744 metros (2441 pies) antes de realizar su octavo aterrizaje exitoso. ^{[ 102 ]} El vehículo de prueba Grasshopper ahora está retirado. ^{[ 103 ]}    

Vehículo de desarrollo reutilizable Falcon 9

Ya en octubre de 2012, SpaceX habló sobre el desarrollo de un vehículo de prueba Grasshopper de segunda generación, que tendría patas de aterrizaje más ligeras que se plegarían a los lados del cohete, una bahía de motor diferente y sería casi un 50 % más largo que el primer vehículo Grasshopper. ^{[ 95 ]} En marzo de 2013, SpaceX anunció que el vehículo de vuelo suborbital Grasshopper, de mayor tamaño, se construiría a partir del tanque de la primera etapa del Falcon 9 v1.1 que se utilizó para las pruebas de calificación en las instalaciones de desarrollo y prueba de cohetes de SpaceX a principios de 2013. Fue reconstruido como el F9R Dev1 con patas de aterrizaje extensibles. Se realizaron cinco vuelos de prueba en 2014. ^{[ 74 ]}

El segundo vehículo de prueba de vuelo VTVL, el F9R Dev1, construido sobre el tanque de la primera etapa del Falcon 9 v1.1 , mucho más largo, con patas de aterrizaje retráctiles, realizó su primer vuelo de prueba el 17 de abril de 2014. ^{[ 74 ] [ 92 ]} El F9R Dev1 se utilizó para vuelos de prueba a baja altitud en el área de McGregor, Texas, con una altitud máxima proyectada inferior a 3000 metros (10 000 pies) ^{[ 74 ]} , con un total de cinco vuelos de prueba, todos realizados durante 2014. Este vehículo se autodestruyó como medida de seguridad durante su quinto vuelo de prueba el 22 de agosto de 2014. ^{[ 104 ]} 

En abril de 2014, se estaba construyendo un tercer vehículo de prueba de vuelo, el F9R Dev2, y se planeaba que volara en el campo de pruebas de gran altitud disponible en Spaceport America en Nuevo México , donde se esperaba que volara a altitudes de hasta 91 000 metros (300 000 pies) o más. ^{[ 74 ]} Nunca voló, ya que SpaceX trasladó el programa de pruebas de gran altitud a sus pruebas de descenso controlado de propulsores usados ​​después de su uso en un lanzamiento y ascenso orbital remunerado. 

Libélula

DragonFly fue un prototipo de prueba para una versión de aterrizaje propulsado de la cápsula SpaceX Dragon , un vehículo de lanzamiento reutilizable suborbital (RLV), destinado a pruebas de vuelo a baja altitud . A partir de mayo de 2014 Se planeó realizar un programa de pruebas en Texas, en las instalaciones de pruebas de cohetes McGregor, durante 2014-2015. ^{[ 32 ] [ 105 ]}

El vehículo de prueba DragonFly está propulsado por ocho motores SuperDraco , dispuestos en un patrón redundante para brindar tolerancia a fallas en el diseño del sistema de propulsión. ^{[ 106 ]} Los SuperDraco utilizan una mezcla de propulsor almacenable de combustible de monometilhidrazina (MMH) y oxidante de tetróxido de nitrógeno (NTO), los mismos propulsores utilizados en los propulsores Draco más pequeños utilizados para el control de actitud y maniobra en la nave espacial Dragon de primera generación . ^{[ 105 ]} Si bien los motores SuperDraco son capaces de 73 000 newtons (16 400 lbf) de empuje, durante su uso en el vehículo de prueba de vuelo DragonFly, cada uno se limitará a menos de 68 170 newtons (15 325 lbf) para mantener la estabilidad del vehículo. ^{[ 105 ]}  

En 2013-2014 se propuso un programa de vuelos de prueba de treinta vuelos, incluyendo dos con asistencia propulsora (paracaídas más propulsores) y dos aterrizajes propulsados ​​(sin paracaídas) en vuelos lanzados desde un helicóptero a una altitud de aproximadamente 10 000 pies (3000 m) . Se proyectó que los otros 26 vuelos de prueba despegarían desde una plataforma de lanzamiento : ocho serían saltos con asistencia propulsora (aterrizajes con paracaídas más propulsores) y 18 serían saltos propulsados ​​completos , similares a los vuelos de prueba de la etapa de propulsión Grasshopper y F9R Dev. ^{[ 105 ] [ 106 ]} A partir de 2014 , no se esperaba que el programa de pruebas DragonFly comenzara hasta después de la finalización de las pruebas del propulsor F9R Dev1 en las instalaciones de McGregor. ^{[ 106 ]}

Pruebas de vuelo posteriores a la misión del cohete propulsor Falcon 9

En una práctica muy inusual para vehículos de lanzamiento, SpaceX comenzó en 2013 a utilizar algunas primeras etapas de los cohetes Falcon 9 v1.1 para realizar pruebas de vuelo con descenso controlado y retorno propulsado , tras completar la fase de propulsión de un vuelo orbital. Desde el inicio de los vuelos espaciales en 1957 , los propulsores de los vehículos de lanzamiento solían desecharse tras poner en órbita sus cargas útiles. Las pruebas sobre el agua iniciadas por SpaceX tuvieron lugar en los océanos Pacífico y Atlántico, al sur de la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg (California) y al este de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral (Florida). La primera prueba de vuelo se realizó el 29 de septiembre de 2013, tras la separación de la segunda etapa, con las cargas útiles CASSIOPE y nanosatélites , del propulsor. Estas pruebas de descenso y aterrizaje simulado continuaron durante los siguientes dos años, con la segunda prueba de vuelo teniendo lugar el 18 de abril de 2014, ^{[ 26 ] [ 29 ] [ 90 ]} dos pruebas más en 2014 , y cuatro pruebas posteriores realizadas en 2015. ^{[ 107 ]} SpaceX continuó haciendo cambios iterativos e incrementales al diseño del propulsor, así como a las tecnologías reutilizables específicas, el perfil de descenso y los márgenes de propulsor, en algunos vuelos de Falcon 9 y Falcon Heavy de 2016-2018 para ajustar el diseño y los parámetros operativos. Muchas de estas pruebas de descenso y aterrizaje se probaron en misiones activas de vuelo espacial orbital para clientes de SpaceX cuando el propulsor reingresó a la atmósfera e intentó aterrizajes recuperables.

Reingreso y descenso controlado

Tras analizar los datos de la prueba de vuelo del primer descenso controlado del propulsor en septiembre de 2013, SpaceX anunció que había probado con éxito una gran cantidad de tecnología nueva en el vuelo y que, junto con los avances tecnológicos realizados en el demostrador de aterrizaje a baja altitud Grasshopper, estaban listos para probar una recuperación completa de la etapa del propulsor. La primera prueba de vuelo fue exitosa; SpaceX dijo que fue "capaz de pasar con éxito del vacío a velocidades hipersónicas , supersónicas y transónicas , y encender los motores en todo momento y controlar la etapa en todo momento a través de [la atmósfera]". ^{[ 25 ]} Musk dijo: "el próximo intento de recuperar [sic] la primera etapa del Falcon 9 será en el cuarto vuelo del cohete mejorado. Este sería [el] tercer vuelo comercial de carga Dragon a la ISS [Estación Espacial Internacional]". ^{[ 27 ]}

Esta segunda prueba de vuelo tuvo lugar durante el vuelo Dragon a la ISS en abril de 2014. SpaceX acopló las patas de aterrizaje a la primera etapa, la desaceleró sobre el océano e intentó un aterrizaje simulado sobre el agua, tras el encendido de la segunda etapa en la tercera misión de reabastecimiento de carga contratada por la NASA. La primera etapa se desaceleró con éxito lo suficiente para un aterrizaje suave sobre el Océano Atlántico. ^{[ 29 ]} SpaceX anunció en febrero de 2014 la intención de continuar las pruebas para aterrizar el propulsor de la primera etapa en el océano hasta que se hubiera demostrado el control de precisión desde regímenes hipersónicos hasta subsónicos. ^{[ 90 ]} Se realizaron cinco pruebas adicionales de descenso controlado en el resto de 2014 hasta abril de 2015, incluyendo dos intentos de aterrizar en una plataforma de aterrizaje flotante —un barco dron de puerto espacial autónomo construido por SpaceX— en el Océano Atlántico al este del sitio de lanzamiento, ambos llevaron el vehículo a la plataforma de aterrizaje, pero ninguno de los cuales resultó en un aterrizaje exitoso.

Primer aterrizaje en la plataforma de tierra

Durante la pausa de lanzamientos de 2015 , SpaceX solicitó la aprobación regulatoria de la FAA para intentar que su siguiente vuelo regresara a Cabo Cañaveral en lugar de apuntar a una plataforma flotante en el océano. El objetivo era aterrizar el propulsor verticalmente en la instalación arrendada de la Zona de Aterrizaje 1 , el antiguo Complejo de Lanzamiento 13 donde SpaceX había construido recientemente una gran plataforma de aterrizaje de cohetes. ^{[ 108 ]} La FAA aprobó el plan de seguridad para el aterrizaje en tierra el 18 de diciembre de 2015. ^{[ 109 ]} La primera etapa aterrizó con éxito en el objetivo a las 20:38 hora local del 21 de diciembre (01:38 UTC del 22 de diciembre). ^{[ 110 ] [ 107 ]}

El propulsor de primera etapa B1019 nunca volvió a volar después del vuelo. ^{[ 111 ]} En cambio, el cohete fue trasladado unas pocas millas al norte a las instalaciones del hangar de SpaceX en la plataforma de lanzamiento 39A , fue reacondicionado por SpaceX en el adyacente Centro Espacial Kennedy , donde fue inspeccionado antes de ser utilizado el 15 de enero de 2016, para realizar una prueba de encendido estático en su plataforma de lanzamiento original, el Complejo de Lanzamiento 40. [ ^{112 ] Esta} prueba tenía como objetivo evaluar el estado del propulsor recuperado y la capacidad de este diseño de cohete para volar repetidamente en el futuro. ^{[ 113 ] [ 107 ]} Las pruebas arrojaron buenos resultados generales excepto por uno de los motores exteriores que experimentó fluctuaciones de empuje. ^{[ 113 ]} Elon Musk informó que esto pudo haber sido debido a la ingestión de escombros. ^{[ 114 ]} El propulsor fue luego retirado a las instalaciones de SpaceX en Hawthorne, California.

Intentos de aterrizaje en barcos no tripulados

El vuelo 21 del Falcon 9 lanzó el satélite Jason-3 el 17 de enero de 2016 e intentó aterrizar en la plataforma flotante Just Read the Instructions , ^{[ 115 ]} ubicada por primera vez a unos 320 km (200 millas ) de la costa del Océano Pacífico . Aproximadamente 9 minutos después del despegue, la transmisión de video en vivo desde el barco no tripulado se interrumpió debido a la pérdida de la señal del satélite de enlace ascendente. El vehículo aterrizó sin problemas en la plataforma, pero una de las cuatro patas de aterrizaje no se bloqueó correctamente, supuestamente debido al hielo de la densa niebla previa al lanzamiento que impedía que el collarín de bloqueo se enganchara. ^{[ 116 ]} En consecuencia, el propulsor se volcó poco después del aterrizaje y se destruyó en una deflagración al impactar contra la plataforma. ^{[ 117 ] [ 118 ]} 

El vuelo 22 transportaba una carga útil pesada de 5271 kilogramos (12 000 lb) a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Esta carga era más pesada que la capacidad de elevación máxima previamente anunciada para la GTO, lo cual fue posible gracias a una ligera subsíncrona . Tras los retrasos causados ​​por el fallo del vuelo 19 , SpaceX acordó proporcionar empuje adicional al satélite SES-9 para llevarlo a la órbita supersíncrona . ^{[ 119 ]} Como resultado de estos factores, quedaba poco propelente para ejecutar una prueba completa de reentrada y aterrizaje con márgenes normales. En consecuencia, la primera etapa del Falcon 9 siguió una trayectoria balística después de la separación y reingresó a la atmósfera a alta velocidad, lo que hizo menos probable que aterrizara con éxito. ^{[ 120 ] [ 119 ]} La reentrada atmosférica y el descenso controlado fueron exitosos a pesar de las mayores restricciones aerodinámicas en la primera etapa debido a la velocidad adicional. Sin embargo, el cohete se movía demasiado rápido y se destruyó al colisionar con el barco no tripulado. SpaceX recopiló datos valiosos sobre el rango de vuelo extendido necesario para recuperar los propulsores de las misiones GTO. 

Primeros desembarcos en el mar

A partir de enero de 2015, SpaceX posicionó plataformas flotantes estables a unos cientos de millas de la costa a lo largo de la trayectoria del cohete; esas barcazas transformadas se denominaron barcos dron autónomos para puertos espaciales . ^{[ 121 ]} El 8 de abril de 2016, el vuelo 23 del Falcon 9, el tercer vuelo de la versión de empuje completo , entregó la carga SpaceX CRS-8 en su camino a la Estación Espacial Internacional mientras la primera etapa realizaba una maniobra de retroceso y reentrada sobre el océano Atlántico. Nueve minutos después del despegue, el propulsor aterrizó verticalmente en el barco dron Of Course I Still Love You , a 300  km de la costa de Florida, logrando un hito largamente anhelado para el programa de desarrollo de reutilización de SpaceX. ^{[ 122 ]}

Un segundo aterrizaje exitoso de un barco no tripulado ocurrió el 6 de mayo de 2016, con el siguiente vuelo que lanzó JCSAT-14 a GTO. Este segundo aterrizaje en el mar fue más difícil que el anterior porque el propulsor en el momento de la separación viajaba a unos 8350 km/h (5190 mph) en comparación con los 6650 km/h (4130 mph) del lanzamiento CRS-8 a la órbita terrestre baja . ^{[ 123 ]} Continuando con sus experimentos para probar los límites de la envolvente de vuelo, SpaceX optó por una combustión de aterrizaje más corta con tres motores en lugar de las combustións de un solo motor vistas en intentos anteriores; este enfoque consume menos combustible al dejar la etapa en caída libre el mayor tiempo posible y desacelerar más bruscamente, minimizando así la cantidad de energía gastada para contrarrestar la gravedad. ^{[ 124 ]} Elon Musk indicó que esta primera etapa podría no volarse de nuevo, sino que se usaría como líder de vida para pruebas en tierra para confirmar que las demás son buenas. ^{[ 125 ]}    

El 27 de mayo se produjo un tercer aterrizaje exitoso, nuevamente tras la desaceleración de la alta velocidad requerida para un lanzamiento GTO. El aterrizaje aplastó un "núcleo de absorción de impactos" en una de las patas, lo que provocó una notable inclinación de la etapa mientras se encontraba sobre el buque no tripulado. ^{[ 62 ]}

Procedimiento de rutina

En las misiones posteriores, el aterrizaje de la primera etapa se convirtió gradualmente en un procedimiento rutinario, y desde enero de 2017 SpaceX dejó de referirse a sus intentos de aterrizaje como "experimentales". Las misiones de baja energía a la ISS regresan al sitio de lanzamiento y aterrizan en LZ-1 , mientras que las misiones satelitales más exigentes aterrizan en plataformas flotantes a varios cientos de kilómetros de distancia. Las misiones ocasionales con cargas útiles pesadas, como EchoStar 23 , no intentan aterrizar, volando en configuración desechable sin aletas ni patas.

Durante 2016 y 2017, SpaceX recuperó varias primeras etapas para aterrizar y utilizar plataformas flotantes, lo que les ayudó a optimizar los procedimientos necesarios para reutilizar rápidamente los propulsores. En enero de 2016, Elon Musk estimó la probabilidad de éxito en un 70 por ciento para todos los intentos de aterrizaje en 2016, con la esperanza de aumentar al 90 por ciento en 2017; también advirtió que deberíamos esperar "algunos RUD más" ( Desmontaje Rápido No Programado , acrónimo de Musk para denotar la destrucción del vehículo en el impacto). ^{[ 126 ]} La predicción de Musk se confirmó, ya que 5 de los 8 propulsores volados (63% ) se recuperaron en 2016, y 14 de 14 (100% ) en 2017. Tres misiones GTO para cargas útiles pesadas ( EchoStar 23 en marzo de 2017, Inmarsat-5 F4 en mayo de 2017 e Intelsat 35e en julio de 2017) se realizaron en una configuración desechable , sin estar equipadas para el aterrizaje. Un propulsor que podría haberse recuperado se lanzó intencionalmente sin patas y se dejó hundir después de un aterrizaje suave en el océano (propulsor B1036 para la misión Iridium NEXT 31–40 en diciembre de 2017).

Reutilización de primera etapa

A fecha de 6 de agosto de 2018  SpaceX había recuperado 21 propulsores de primera etapa de misiones anteriores , de los cuales seis fueron recuperados dos veces, lo que dio como resultado un total de 27 aterrizajes. En 2017, SpaceX voló un total de 5 misiones de 20 con propulsores reutilizados (25% ). En total, se han vuelto a utilizar 14 cohetes propulsores hasta agosto de 2018..

El 28 de julio de 2016, la primera etapa de la misión JCSAT-2B fue probada con éxito durante toda su duración en las instalaciones de SpaceX McGregor. ^{[ 127 ]} El primer intento de reutilización ocurrió el 30 de marzo de 2017 ^{[ 128 ]} con el lanzamiento de SES-10 , ^{[ 129 ]} que resultó en un vuelo exitoso y un segundo aterrizaje de la primera etapa B1021 recuperada de la misión CRS-8 de abril de 2016. ^{[ 130 ]} Otro vuelo de reutilización tuvo éxito en junio de 2017 con BulgariaSat-1 a bordo del propulsor B1029 de la misión Iridium NEXT de enero de 2017 . ^{[ 131 ]} El propulsor B1031 voló la misión CRS-10 a la ISS en febrero de 2017 y ayudó a poner en órbita geoestacionaria el satélite de comunicaciones SES-11 en octubre de 2017. Los propulsores B1035 y B1036 volaron dos veces cada uno para el mismo cliente, B1035 para las misiones de la NASA CRS-11 y CRS-13 en junio y diciembre de 2017, y B1036 para dos lotes de 10 satélites Iridium NEXT , también en junio y diciembre de 2017. B1032 fue reutilizado para GovSat-1 en enero de 2018 después de NROL-76 en mayo de 2017.

SpaceX pasó cuatro meses reacondicionando el primer propulsor que se iba a reutilizar, el B1021 , y lo volvió a lanzar después de aproximadamente un año. ^{[ 132 ]} El segundo propulsor que se volvió a volar, el B1029 , se reacondicionó en "solo un par de meses" ^{[ 4 ]} y se volvió a lanzar después de cinco meses. ^{[ 131 ]} Elon Musk ha declarado que su objetivo es completar una primera etapa en 24 horas. ^{[ 133 ]} Musk sigue convencido de que SpaceX puede alcanzar este objetivo a largo plazo, ^{[ 134 ]} pero no ha afirmado que se lograría con el diseño del Falcon 9.

Los propulsores B1019 y B1021 fueron retirados y puestos en exhibición. El B1029 también fue retirado después de la misión BulgariaSat-1 . Los B1023, B1025, B1031 y B1035 fueron recuperados por segunda vez, mientras que el B1032 y el B1036 fueron hundidos deliberadamente en el mar después de un aterrizaje suave en el océano. ^{[ 135 ]}

A mediados de 2019, habiendo reutilizado un solo propulsor solo tres veces hasta la fecha, SpaceX indicó que planeaba usar un solo propulsor al menos cinco veces para finales de 2019. ^{[ 136 ]} Ningún propulsor alcanzó este plazo, pero el B1048 voló cuatro veces y otros dos ( B1046 y B1049 ) realizaron un cuarto vuelo en enero de 2020. En marzo de 2020, SpaceX voló por primera vez un propulsor ( B1048 ) por quinta vez. ^{[ 137 ]}

Reutilización del Falcon Heavy

El vuelo de prueba del Falcon Heavy no tenía un cliente contratado, y para limitar el costo de dicho vuelo, SpaceX optó por reutilizar los propulsores laterales. Los propulsores B1023 y B1025, que habían volado en una configuración Falcon 9, se reconfiguraron y se utilizaron como propulsores laterales en el primer vuelo del Falcon Heavy en febrero de 2018, y luego ambos aterrizaron uno al lado del otro casi simultáneamente en las plataformas de aterrizaje. Los vuelos posteriores del Falcon Heavy utilizaron propulsores nuevos o propulsores laterales que ya habían volado en un Falcon Heavy. SpaceX no ha podido recuperar el núcleo central en ninguno de los tres primeros vuelos del Falcon Heavy, pero logró recuperar los seis propulsores laterales. ^{[ 138 ]}

Potenciadores del bloque 5

Con una racha de 19 intentos de recuperación exitosos de la primera etapa desde 2016 hasta principios de 2018, SpaceX se ha centrado en la rápida reutilización de los propulsores de la primera etapa. Los bloques 3 y 4 demostraron ser económicamente viables para volar dos veces, ya que 11 de estos propulsores han sido reutilizados en 2017 y 2018. El bloque 5 ha sido diseñado con múltiples reutilizaciones en mente, hasta 10 reutilizaciones con inspección mínima y hasta 100 usos con reacondicionamiento. ^{[ 139 ]} Se experimentaron nuevos perfiles de reentrada agresivos con propulsores desechables de los bloques 3 y 4 a principios de 2018, para probar las limitaciones en el rango de márgenes de lanzamiento recuperables que son potenciales para el futuro bloque 5. ^{[ 140 ]} El 9 de mayo de 2021, B1051 se convirtió en el primer propulsor en ser lanzado y aterrizar por décima vez, logrando uno de los objetivos clave de SpaceX para la reutilización. ^{[ 141 ]} A marzo de 2026 El récord de reutilización es de 34 vuelos.

En el primer año de retorno exitoso de las etapas de los vuelos de prueba experimentales, SpaceX realizó evaluaciones ad hoc y específicas para cada vuelo, así como pruebas de componentes en cada etapa que aterrizó con éxito. Las etapas se procesaron y evaluaron inicialmente en hangares de lanzamiento o, en el caso de los aterrizajes en Cabo Cañaveral, en el nuevo hangar que SpaceX completó recientemente en el Complejo de Lanzamiento 39 del Centro Espacial Kennedy . Las piezas de cohetes devueltas también se transportaron a SpaceX Hawthorne y SpaceX McGregor para su evaluación y pruebas de ingeniería.

En febrero de 2017, tras el exitoso aterrizaje de ocho núcleos de cohetes —siete de ellos lanzados desde Cabo Cañaveral—, SpaceX anunció planes para ampliar sus instalaciones físicas para procesar y reacondicionar cohetes. Lo harán tanto en espacio arrendado como en un nuevo edificio que se construirá en Port Canaveral , Florida , cerca del lugar donde se encuentra atracado el buque dron autónomo del puerto espacial del Atlántico , y donde actualmente se retiran del barco las etapas que aterrizan en dicho buque. ^{[ 169 ]}

El objetivo del sistema de lanzamiento Starship es ser un vehículo de lanzamiento y reentrada orbital totalmente reutilizable. ^{[ 170 ]} El sistema de lanzamiento Starship consta de dos etapas: un propulsor Super Heavy y una nave espacial Starship; ^{[ 171 ]} ambos tienen un cuerpo hecho de acero inoxidable SAE 304L ^{[ 172 ]} y están diseñados para contener oxígeno líquido y metano líquido . Super Heavy y luego Starship impulsarán la carga útil a velocidad orbital, después de lo cual ambos aterrizarán y podrán usarse de nuevo. Starship puede enviar hasta 150 toneladas métricas (330 000 lb) (con reutilización total) a la órbita terrestre baja ; ^{[ 173 ]} se puede acceder a órbitas terrestres más altas y otras órbitas después de ser reabastecidos de combustible por naves cisterna Starship. Las futuras variantes de Starship planificadas podrán aterrizar en la Luna y Marte . ^{[ 174 ]} El diseño de Starship ha influido en otros vehículos de lanzamiento, como la capacidad de reutilización parcial del Terran R. ^{[ 175 ]} 

Historia del diseño

La primera referencia de SpaceX a un concepto de cohete con capacidad de elevación similar a la de Starship data de 2005. En una conferencia estudiantil, Musk mencionó brevemente un vehículo de lanzamiento pesado teórico con nombre en clave BFR, posteriormente conocido como Falcon XX. ^{[ 176 ]} Este estaría propulsado por una versión más grande del motor Merlin , denominada Merlin 2, y tendría una capacidad de elevación de 140 toneladas métricas (310 000 lb) a la órbita terrestre baja. ^{[ 177 ]} En 2012, en una discusión pública sobre un programa conceptual de colonización de Marte, Musk describió el Mars Colonial Transporter. Lo concibió como un vehículo de lanzamiento superpesado reutilizable que podría transportar aproximadamente entre 150 y 200 toneladas métricas (330 000 a 440 000 lb) a la órbita terrestre baja . El Mars Colonial Transporter podría estar propulsado por motores Raptor, que consumirían metano líquido y oxígeno líquido. ^{[ 178 ]}  

En septiembre de 2016, en el 67.º Congreso Internacional de Astronáutica , Musk anunció el Sistema de Transporte Interplanetario (ITS), un cohete reutilizable conceptual concebido para lanzar humanos a Marte y otros destinos en el Sistema Solar . El ITS tendría 122 m (400 pies) de altura, 12 m (39 pies) de ancho y sería capaz de elevar 300 toneladas métricas (660 000 lb) a la órbita terrestre baja. ^{[ 179 ]} Ambas etapas estarían hechas de compuestos de carbono . La primera etapa o propulsor estaría impulsada por 42 motores Raptor, y la segunda etapa por nueve Raptors. ^{[ 180 ]} Una vez reabastecida de combustible en órbita terrestre, la nave espacial podría acelerar hacia Marte. ^{[ 181 ]} Cuando una nave espacial interplanetaria entra en la atmósfera, se enfría a través de la transpiración y controla el descenso de la nave espacial moviendo sus alas delta y flaps divididos . ^{[ 182 ]} En el siguiente Congreso, Musk anunció un cohete de reemplazo llamado Big Falcon Rocket (BFR) o informalmente Big Fucking Rocket. El Big Falcon Rocket tiene 106 m (348 pies) de altura y 9 m (30 pies) de ancho. ^{[ 183 ]} En esa conferencia, habló sobre una posible función de transporte suborbital y la denominó Tierra a Tierra. ^{[ 184 ]}         

En noviembre de 2018, se utilizaron por primera vez los nombres actuales: Super Heavy para el propulsor, Starship para la nave espacial y sistema Starship o simplemente Starship para todo el vehículo. ^{[ 185 ]} Alrededor de esa época, Musk anunció un concepto de nave espacial rediseñado con tres flaps traseros y dos flaps delanteros. ^{[ 186 ]} En enero de 2019, Musk anunció que Starship estaría hecha de acero inoxidable y afirmó que esto podría ser más resistente que un compuesto de carbono equivalente en un amplio rango de temperaturas. ^{[ 187 ]} En marzo, Musk tuiteó que SpaceX optó por un escudo térmico compuesto de baldosas cerámicas hexagonales en lugar de transpiración. ^{[ 188 ]} En octubre, la configuración del motor de la nave espacial Starship se cambió a tres Raptors optimizados para la presión atmosférica y tres optimizados para el espacio. ^{[ 189 ]} El número de aletas traseras se redujo de tres a dos y se colocaron en los bordes del escudo térmico. ^{[ 190 ]}

Pruebas

El 27 de agosto de 2019, un artículo de prueba simplificado llamado Starhopper saltó 150 m (490 pies) de altura. ^{[ 191 ]} Presentado en un evento de SpaceX en septiembre de 2019, Starship Mk1 (Mark 1) fue el primer artículo de prueba de Starship a escala completa que se construyó. El Mk2 en Florida se construyó cinco meses después. ^{[ 192 ]} Ninguno voló: Mk1 fue destruido durante una prueba de prueba criogénica y Mk2 fue desguazado. ^{[ 193 ]} A principios de 2020, SpaceX cambió el nombre de Mk3 a SN1 (número de serie 1). ^{[ 194 ]} Durante una prueba de prueba criogénica el 28 de febrero de 2021, una falla en el tanque inferior de SN1 hizo que se desmoronara. El 8 de marzo de 2020, el tanque de prueba despojado de SN2 completó su única prueba de prueba criogénica. ^{[ 195 ]} El 3 de abril de 2020, durante la prueba criogénica del SN3, una válvula goteó nitrógeno líquido dentro de su tanque inferior, lo que provocó que el recipiente se despresurizara y colapsara. ^{[ 196 ]} Después de la quinta prueba de fuego estático exitosa del SN4 el 29 de mayo de 2020, la línea de combustible de desconexión rápida provocó que explotara. ^{[ 197 ]} El 15 de junio de 2020, Musk tuiteó que los nuevos prototipos se fabricarían con SAE 304L en lugar de acero inoxidable 301. ^{[ 172 ]} El 4 de agosto de 2020, el SN5 completó un salto de 150 m (490 pies) utilizando un solo motor Raptor, el primer artículo de prueba a escala real en completar una prueba de vuelo intacto. ^{[ 198 ]} El 24 de agosto de 2020, el SN6 replicó con éxito la trayectoria de vuelo del SN5. ^{[ 199 ]} El SN7 no se completó, pero en octubre de 2021, sus tanques fueron recuperados para diversos experimentos. ^{[ 200 ]}    

SN8 fue el primer artículo de prueba completo. ^{[ 201 ]} En octubre y noviembre de 2020, SN8 se sometió a cuatro pruebas de fuego estático; la primera, la segunda y la cuarta fueron exitosas, pero la tercera provocó una parada del motor. Según Musk, la fuerza del motor destruyó partes de la plataforma de lanzamiento enviando algunos fragmentos al motor. ^{[ 202 ]} El 9 de diciembre de 2020, SN8 realizó el primer vuelo de una Starship, alcanzando una altitud de 12,5 km (7,8 mi) . Durante el aterrizaje, su tanque de cabecera de metano no proporcionó suficiente combustible a los motores Raptor, reduciendo el empuje de uno de los motores. El artículo de prueba explotó al impactar. ^{[ 203 ]} El 2 de febrero de 2021, SN9 voló a 10 km (6,2 mi) de altura. ^{[ 204 ]} Mientras descendía, uno de sus motores no funcionó y explotó al aterrizar en ángulo. ^{[ 205 ]} El 3 de marzo de 2021, SN10 repitió la trayectoria de vuelo de SN9, luego aterrizó bruscamente y se autodestruyó en una explosión 8 minutos después. ^{[ 206 ]}    

El primer propulsor Super Heavy llamado BN1 (propulsor número 1) terminó su construcción el 8 de marzo de 2021, pero no había recibido motores. ^{[ 207 ]} El 30 de marzo de 2021, SN11 explotó en el aire sin una explicación confirmada debido a la densa niebla en el sitio de lanzamiento. ^{[ 208 ]} Una posible explicación es que un motor podría haber quemado la aviónica del artículo de prueba y podría haber causado un arranque difícil en la turbobomba del motor. ^{[ 209 ]} Después del lanzamiento, SpaceX omitió SN12, SN13, SN14 y BN2, e incorporó mejoras de artículos de prueba obsoletos en SN15 en su lugar. ^{[ 210 ]} El 5 de mayo de 2021, el artículo de prueba voló la misma trayectoria de vuelo que los artículos de prueba anteriores y aterrizó suavemente con éxito. ^{[ 211 ] [ 212 ]} El 20 de julio de 2021, BN3 encendió sus motores por única vez. ^{[ 213 ]} A partir de octubre de 2021, SN15, SN16 y BN3 habían sido retirados y puestos en exhibición. ^{[ 211 ] [ 214 ]}

Tras el vuelo del SN15, SpaceX finalizó la campaña de vuelos suborbitales y probó prototipos en tierra durante casi dos años. El propulsor 3 realizó su primera prueba de encendido estático en julio de 2021; posteriormente, los propulsores realizaron pruebas de encendido estático con un número creciente de motores. El apilamiento de una nave sobre un propulsor se probó por primera vez en agosto de 2021 con la nave 20 y el propulsor 4. Paralelamente, se mejoró la plataforma de lanzamiento orbital para soportar un lanzamiento.

El Booster 7 y el Ship 24 se lanzaron para una primera prueba de vuelo integrada el 20 de abril de 2023, con la intención de recorrer 3/4 de órbita y reingresar sobre el océano cerca de Hawái. El cohete despegó de la plataforma de lanzamiento y voló durante tres minutos, pero varios motores del propulsor fallaron durante el vuelo y finalmente perdió el control antes de la separación de etapas, alcanzando una altitud máxima de 39 km (24 mi) . Se activó el sistema de terminación de vuelo y una explosión posterior destruyó el vehículo. ^{[ 215 ]} El lanzamiento rompió la plataforma de concreto bajo el soporte de lanzamiento, lo que llevó a SpaceX a reemplazarla con una placa de acero refrigerada por agua para lanzamientos posteriores. ^{[ 216 ]}  

El Booster 9 y la Ship 25 se lanzaron en la segunda prueba de vuelo integrada el 18 de noviembre de 2023, que tenía una trayectoria planificada idéntica a la del primer vuelo. ^{[ 217 ]} A diferencia del Booster 7, el Booster 9 no tuvo fallas de motor hasta el comienzo de la combustión de retroceso, cuando explotó. ^{[ 218 ]} La Ship 25 alcanzó una velocidad final de más de 15 000 mph antes de ser destruida por su sistema de terminación de vuelo. ^{[ 219 ]}

El Booster 10 y el Ship 28 volaron en la Prueba de Vuelo Integrada 3 , el 14 de marzo de 2024. ^{[ 220 ]} Tuvo una trayectoria diferente a la de los dos lanzamientos anteriores, apuntando a un amerizaje forzoso del barco en el Océano Índico. ^{[ 220 ]} Durante el ascenso y el retroceso, no hubo fallas de motor, aunque durante la maniobra de aterrizaje, todos los motores centrales del B10 fallaron excepto uno. ^{[ 220 ]} El S28 tuvo un intento abortado de reencendido del raptor y se quemó durante la reentrada. ^{[ 220 ]}

El 6 de junio de 2024, SpaceX lanzó el Booster 11 y la Ship 29 en la misión IFT-4 . Después de apagar un motor poco después del despegue, Starship continuó en una trayectoria similar a la de IFT-3, solo que sin el intento de reencendido del raptor. Después de realizar su encendido de retroceso y desechar el anillo de etapas calientes, Super Heavy reingresó y aterrizó con éxito, ^{[ 221 ]} y el ejecutivo de SpaceX Bill Gerstenmaier dijo que aterrizó con una precisión de medio centímetro. Starship continuó hacia su órbita planificada y comenzó el reingreso unos 40 minutos después. Demostró un control de actitud mucho mejor que la Ship 28, pero sufrió quemaduras de plasma en sus flaps durante las partes más intensas del reingreso. ^{[ 222 ]} A pesar del daño significativo a los flaps, de los que Starship dependía para el control aerodinámico, se logró un aterrizaje exitoso en el agua, aunque a 6 kilómetros del objetivo.

El propulsor 12 y la nave 30 se lanzaron el 13 de octubre de 2024. El propulsor mantuvo encendidos los treinta y tres motores hasta la separación de etapas, antes de realizar una maniobra de retroceso exitosa. ^{[ 223 ]} El vehículo reingresó y fue capturado con éxito por la torre de lanzamiento. ^{[ 223 ]} La nave 30 alcanzó la trayectoria deseada y mantuvo el control de actitud hasta el reingreso. ^{[ 223 ]} Sufrió daños mínimos en los flaps durante el reingreso y logró una maniobra de aterrizaje exitosa en el objetivo. ^{[ 224 ]}

• Imágenes de los artículos de prueba de Starship
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  Starhopper en construcción
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  El cono frontal de la Starship Mk1 cerca de las carpas de construcción.
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  Una grúa elevando la nave espacial Starship SN5.
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  El tanque de la Starship SN7
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  La nave espacial Starship SN9 en la plataforma de lanzamiento.
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  Un trabajador examina las baldosas de cerámica de la nave espacial Starship SN20.
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  El cohete propulsor 7 y la nave 24 en vuelo.
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  Nave 25 y Refuerzo 9
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  El cohete propulsor 12 desciende hacia la torre de lanzamiento.

• New Shepard , un sistema VTVL suborbital.
• Saltamontes