فضاپیما استارشیپ دارای قابلیت چندین‌بار استفاده است. این فضاپیما زمانی که روی موشک سوپرهوی قرار گیرد به ارتفاع ۱۲۰ متر می‌رسد و می‌تواند در هر بار پرتاب ۱۰۰ فضانورد را به سمت مریخ روانه کند. این فضاپیما همچنین قادر است ۱۵۰ تن محموله را برای ارسال به مریخ حمل کند.

استارشیپ قرار است حدود هزار متر مکعب فضای قابل استفاده داشته باشد، که اندازه‌ای در حد داخل ایرباس ۳۸۰، یعنی بزرگ‌ترین هواپیما مسافربری جهان است. دو نکته مهم در این فضاپیمای جدید، ساخت بدنه و سپر حرارتی و البته موتورهای آن است.

بدنه و سپر حرارتی

مهندسان اسپیس‌ایکس می‌خواهند بدنه فضاپیما را مانند آینه طراحی کنند تا با بازتابش گرما، سبب خنک‌سازی بدنه فضاپیما شوند. این مهندسان قصد دارند از آلیاژ خاصی از فولاد در ساخت بدنه این فضاپیماها استفاده کنند. مشکل آنجاست که فولاد برای چنین سفری بسیار سنگین است. اما مهندسان قصد دارند با استفاده از ترکیبات جدید این مشکل را حل کنند.

در طراحی ابتدایی هدف‌گذاری شده تا استارشیپ با سرعت حدود ۳۰ هزار کیلومتر در ساعت به جو مریخ و زمین وارد شود. با چنین سرعتی دمای بدنه به حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد خواهد رسید. فولاد در دمای بالای هزار درجه سانتیگراد شروع به ترکیب با اکسیژن می‌کند و خورده می‌شود و در دمای بالای ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود.

برای حل این مشکل مهندسان قصد دارند بدنه را با سوخت مایع خنک کنند. بر اساس این طرح مهندسان این شرکت، سوخت مایع را از روزنه‌هایی در بدنه فولادی‌ تعریق می‌کنند و با شکل گرفتن یک لایه‌ از مایع، گرما کاهش پیدا خواهد کرد تا به بدنه آسیبی وارد نشود. این طرح، از سیستم تعرق بدن انسان شبیه‌سازی شده است.

موتور استارشیپ

تا کنون تست‌های اولیه موتور و بخش‌های اولیه سازه در حال آزمایش است. استارشیپ در نهایت قرار است از بیش از ۳۰ پیشرانه استفاده کند. بخشی از پیشرانه‌ها روی موشک سوپرهوی و بخشی در فضاپیمای استارشیپ قرار می‌گیرند. پیشرانه این فضاپیما رپتور نام دارد. شش عدد از این پیشرانه‌ها در بدنه نهایی استراشیپ قرار خواهند گرفت که سه عدد در خلاء قرار است کار کنند.

طرح اصلی این پیشرانه در اصل متعلق به دانشمندان روس است طرحی برای دهه ۶۰ میلادی که البته روس‌ها از آن در نهایت استفاده نکردند و در حد طرح باقی ماند. به دلیل حرارت بالا در بخشی خروجی موشک در موتور موشک‌های کنونی سوخت بیشتری برای خنک‌کاری موتور تزریق می‌شود این عامل سبب می‌شود موشک‌ها سوخت بیشتری حمل کنند.

در پروژه‌های فضایی افزایش بار مانند سم عمل می‌کند و توانایی‌های موشک و موتور را کاهش می‌دهد. این عامل شاید برای رسیدن به مدار زمین یا رسیدن به ماه چندان چالش‌برانگیز نباشد اما برای سفرهای طولانی فضایی مانند سفر به مریخ که چندین ماه طول خواهد کشید، مدیریت سوخت بسیار مهم است.

در طرح دانشمندان روس سوخت به جای تزریق بیشتر، در مداری مشخص، دور نقاط گرم شونده پیشرانه و خروجی برای خنک‌کاری می‌چرخد. البته این ایده در ظاهر ساده، پیچیدگی‌های فنی زیادی دارد. موتورهای استارشیپ که هم اکنون در حال تست هستند از این روش استفاده می‌کنند.

سوخت این موتور فضایی از ترکیب متان و اکسیژن است. تا کنون موشک‌ها اغلب از سوختی استفاده می‌کردند که شبیه نفت سفید است و سوخت موشک نام دارد. اما سوخت موتور استارشیپ کاملا متفاوت است. متان نسبت به سوخت کنونی چگالی بیشتری دارد که سبب افزایش بازده در مخازن سوخت می‌شود که برای سفرهای بلند فضایی مورد نیاز است.

نکته دیگر این است که در مریخ می‌توان متان تولید کرد عاملی که سبب می‌شود افرادی که قرار است در این سیاره ساکن شوند، توانایی داشته باشند با ایجاد زیرساخت، این فضاپیما را سوخت‌گیری و برای ماموریت‌های دیگر آماده کنند. یکی دیگر از نکات مهم در موتور استارشیپ افزایش ضریب تراکم در محفظه احتراق است. هرچه بتوان ضریب تراکم را در موتور بالا برد راندمان و در نهایت قدرت افزایش پیدا می‌کند و اسپیس ایکس در تلاش است بهترین موتور را با بالاترین کارایی که بشر تا کنون ساخته است توسعه دهد.

سایت علمی بیگ بنگ / منابع بیشتر: SpaceX Starship , interestingengineering.com