Super Heavy

La storia del propulsore comincia molto prima che esistesse con questo nome. Nell'ottobre del 2012 SpaceX espresse per la prima volta in pubblico l'intenzione di sviluppare un sistema di lancio interamente riutilizzabile e di capacità molto superiore al Falcon 9, e poco dopo menzionò il concetto di Mars Colonial Transporter, un veicolo pensato per portare cento tonnellate di carico su Marte spinto da motori a metano.

Il concetto prese forma concreta il 27 settembre 2016, al 67º Congresso Astronautico Internazionale, quando Elon Musk presentò l'Interplanetary Transport System: due stadi, propulsore riutilizzabile e navicella, serbatoi in materiale composito di carbonio e metano e ossigeno liquidi come propellenti. Quel primo propulsore doveva avere 12 m di diametro, 77,5 m di altezza e 42 motori, e atterrare direttamente sulla stessa piattaforma di lancio per fare rifornimento e volare di nuovo; prevedeva già alette a griglia per guidare il rientro. Un anno dopo, al congresso del 2017, il progetto fu ribattezzato BFR e si ridusse a una scala un po' più ragionevole.

La svolta decisiva arrivò nel dicembre del 2018, quando SpaceX cambiò il materiale strutturale: fuori i compositi di carbonio, dentro l'acciaio inossidabile. Musk la giustificò con il costo, la facilità di fabbricazione, la maggiore resistenza dell'acciaio alle temperature criogeniche e la sua tolleranza al calore del rientro. Nel 2019 l'azienda chiamava già Starship il sistema completo e Super Heavy il suo primo stadio, e il progetto rimase fissato nell'essenziale: un cilindro d'acciaio di 9 m di diametro costruito da anelli saldati.

Super Heavy si divide in quattro sezioni che, in ordine ascendente, sono i motori, il serbatoio di ossigeno liquido, il serbatoio di metano liquido e l'interstadio. I due serbatoi criogenici sono separati da un tramezzo comune, la stessa soluzione strutturale impiegata dagli stadi S-II e S-IVB del Saturn V, e ciascuno porta circa settantaquattro longheroni di rinforzo. Dopo il secondo volo di prova, la cupola comune fu riprogettata con una forma più ellittica, il che alterò leggermente la capacità di entrambi i serbatoi.

Il serbatoio di ossigeno termina nel thrust puck, il pezzo che raccoglie la spinta dei tredici motori interni; i venti esterni sono montati su un anello collegato al primo anello d'acciaio della struttura. Grandi rinforzi d'acciaio saldati sotto la cupola posteriore permettono a quel pezzo di sostenere da solo il carico dei motori centrali e servono al tempo stesso da passaggio per le condutture. L'imbuto del metano rimane parzialmente contenuto dentro il serbatoio di testa, con il pozzetto di raccolta appena sotto.

A partire dal Booster 7 comparvero quattro carenature aerodinamiche longitudinali —i cosiddetti chines— sull'esterno del serbatoio di ossigeno. Non sono decorative: generano portanza durante la discesa e ospitano batterie, recipienti a pressione in materiale composito per l'avviamento delle turbopompe e serbatoi di anidride carbonica per lo spegnimento degli incendi.

L'interstadio porta quattro alette a griglia in acciaio inossidabile ad azionamento elettrico, di circa tre tonnellate ciascuna. A differenza di quelle del Falcon 9, non si ripiegano: restano estese per tutta l'ascesa per risparmiare peso, al prezzo di una leggera deformazione durante la separazione degli stadi. Tra di esse sporgono i ferramenti tramite i quali la torre solleva e cattura il veicolo.

Il processo comincia con bobine di acciaio inossidabile che vengono svolte, tagliate e saldate lungo un bordo fino a formare un cilindro di 9 m di diametro, 1,83 m di altezza e 3,97 mm di spessore, con una massa approssimativa di 1600 kg. Ogni Super Heavy usa trentatré di questi anelli, più quattro anelli corti da 1,4 m destinati a punti specifici della struttura.

Gli anelli vengono impilati e saldati robotizzatamente nella Starfactory formando blocchi di tre o quattro, ai quali vengono poi aggiunti i longheroni, e si praticano i ritagli per le alette e i ferramenti. Successivamente vengono installate le cupole all'interno dei blocchi anteriore, posteriore e comune. Il montaggio vero e proprio avviene nella Mega Bay 1: prima il serbatoio del metano, poi quello dell'ossigeno già integrato con la cupola comune, con il condotto discendente del metano aggiunto prima della chiusura. Il veicolo viene quindi trasferito al banco di prova di Massey's, dove viene sottoposto due volte a prova criogenica riempiendo i serbatoi con azoto liquido —incombustibile— e talvolta anche con ossigeno liquido. Tornato in produzione vengono installati i motori e la loro schermatura, che forma la baia posteriore, e già sulla piattaforma si esegue l'accensione statica.

Il primo prototipo, BN1, fu assemblato nel marzo 2021 come pioniere di produzione e fu demolito il giorno 30 dello stesso mese senza arrivare a essere collaudato. Il successivo, BN3, fu completato il 29 giugno 2021, superò la prima prova criogenica di un Super Heavy il 13 luglio e protagonizzò il 19 luglio l'unica accensione statica di un propulsore realizzata nel sito di lancio suborbitale; dopo fu parzialmente demolito.

Il Booster 4 fu il primo destinato a volare. Fu impilato completamente il 1º agosto 2021 e il giorno successivo aveva installati i suoi ventinove motori —la configurazione dell'epoca—; gli furono aggiunte alette a griglia e fu il primo Super Heavy impilato con sopra una navicella Starship. Non volò mai: fu ritirato a favore del Booster 7 e della navicella 24.

Il Booster 7 fu posizionato sulla piattaforma orbitale il 31 marzo 2022 e completò due prove criogeniche in aprile che fecero esplodere il condotto discendente. Riparato, proseguì con una campagna di accensioni statiche e prove di avviamento in rotazione, una delle quali, l'11 luglio 2022, gli causò danni importanti. Il Booster 8, impilato l'8 luglio 2022 e trasferito al sito di lancio a settembre, non arrivò mai a essere collaudato lì e fu demolito nel gennaio 2023.

Dopo un tentativo interrotto il 17 aprile 2023, il Booster 7 e la navicella 24 decollarono il 20 aprile nel primo volo di prova integrato. Tre motori rimasero disabilitati nella sequenza di lancio e diversi altri si guastarono durante l'ascesa; il complesso non si separò mai e finì distrutto. Il lancio danneggiò inoltre la piattaforma, il che costrinse a rinforzare le fondamenta della torre e a costruire sotto il supporto un deflettore di fiamme raffreddato ad acqua.

Il 18 novembre 2023 volarono il Booster 9 e la navicella 25. I 33 motori funzionarono fino alla separazione, eseguita per la prima volta a caldo: il secondo stadio accese i propri motori e si spinse da solo per separarsi dal propulsore. Super Heavy completò il suo ribaltamento e avviò l'accensione di ritorno, ma esplose dopo una serie di guasti ai motori.

Il terzo volo decollò da Starbase il 14 marzo 2024, in coincidenza con il ventiduesimo anniversario della fondazione dell'azienda. Di nuovo i 33 motori si accesero e la separazione fu corretta; il Booster 10 eseguì l'accensione di ritorno, ma l'ammaraggio previsto nel golfo del Messico non andò bene e il veicolo esplose a 462 m sopra la superficie.

Il quarto volo, il 6 giugno 2024, aveva come obiettivo che il propulsore "atterrasse" su una torre virtuale in mare. Super Heavy ottenne un ammaraggio morbido —il primo— e si distrusse solo dopo, ribaltandosi sull'acqua.

Con questo risultato in mano, Musk annunciò nell'aprile 2024 che il passo successivo sarebbe stato tentare la cattura con la torre. Il Booster 12 e la navicella 30 decollarono il 13 ottobre 2024: il propulsore eseguì senza guasti ai motori le accensioni di ritorno e di atterraggio e rimase catturato tra le braccia della torre, che lo depositarono sul supporto di lancio. Fu la prima volta che un propulsore orbitale veniva recuperato in aria, senza gambe né piattaforma. Musk segnalò in seguito danni minori e facilmente riparabili, tra cui la deformazione degli ugelli esterni. Nel volo successivo la cattura fu interrotta e il Booster 13 ammarò in mare.

Il secondo grande traguardo arrivò nel 2025 con il riutilizzo. Il Booster 14 volò il 16 gennaio 2025 con la navicella 33: ascesa nominale e separazione corretta, sebbene fallì la riaccensione di un motore per l'accensione di ritorno. Quello stesso propulsore, ormai come B14-2, fu integrato con la navicella 35 il 25 maggio e decollò il 27 maggio 2025 mantenendo i 33 motori accesi fino al taglio del motore principale e accendendo, questa volta sì, i tredici motori orientabili per il ritorno. Anche il Booster 15 volò due volte: fu catturato nel suo primo volo e tornò alla Mega Bay 1 l'8 marzo, passò per il Rocket Garden e il 6 settembre 2025 tornò al sito di lancio per la sua seconda missione.

Il Block 3 è la prima riprogettazione profonda del propulsore. Misura 72,3 m, integra l'interstadio direttamente nel serbatoio di metano e riduce le alette a griglia da quattro a tre, disposte secondo uno schema di 90/90/180 gradi. Le nuove alette sono circa una volta e mezza più grandi di quelle dei blocchi precedenti e sono collocate più in basso sul veicolo; secondo SpaceX, la nuova posizione riduce il calore a cui sono sottoposte durante la separazione degli stadi. La cupola posteriore è stata riprogettata con lastre metalliche di protezione termica montate sopra di essa, e i motori passano dal Raptor 2 al Raptor 3, cambio che SpaceX ha applicato a partire dal suo primo volo di Starship del 2026.

Il programma di prove del Block 3 avanzò nel 2026: il Booster 20 partì verso Massey's il 5 giugno 2026 e vi superò una prova criogenica il giorno successivo, e il 10 luglio eseguì un'accensione di trentatré motori. Il 7 maggio 2026 SpaceX aveva già acceso i 33 Raptor di un Super Heavy V3 a piena durata e pieno spinta a Starbase, la prima accensione statica completa della variante; con lo stesso propulsore erano già stati effettuati in precedenza un test a dieci motori a marzo e altri tentativi che si erano conclusi anzitempo per problemi dell'equipaggiamento di terra. Il Booster 19 iniziò a essere impilato il 27 novembre 2025, fu completato il 24 dicembre e divenne il veicolo previsto per il volo 12, in sostituzione del Booster 18.

Super Heavy e la navicella vengono impilati sul supporto di lancio e caricati di propellente attraverso i connettori rapidi del propulsore e il braccio della navicella. A diciannove minuti e quaranta secondi dal lancio inizia il raffreddamento dei motori, necessario per proteggere le turbopompe dallo shock termico; tre secondi prima del decollo parte la sequenza di accensione. Dopo il decollo i motori bruciano per circa centocinquantanove secondi, finché il propulsore spegne tutti tranne i tre motori centrali orientabili a circa 64 km di altitudine. Riduce quindi la spinta di quelli rimanenti, la navicella accende i propri motori mentre è ancora unita al propulsore e si separa spingendosi contro di esso. Super Heavy ruota su se stesso e accende dieci motori aggiuntivi per l'accensione di ritorno che lo riporta verso il sito di lancio, dove scende governato dalle alette a griglia e da propulsori a gas freddo alimentati con il gas residuo di pressurizzazione, con quattro uscite perpendicolari situate nell'interstadio.

Super Heavy non ha un'esistenza autonoma: è la metà inferiore di un sistema a due stadi la cui metà superiore è la navicella Starship, che raggiunge l'orbita, trasporta il carico e, nell'architettura prevista, si rifornisce in volo. Circa il 58% dell'altezza del complesso impilato corrisponde al propulsore. Tutta la cadenza di volo, la numerazione delle missioni e buona parte delle decisioni di progettazione del propulsore vengono prese in funzione di ciò di cui la navicella ha bisogno, non viceversa.