Valutazione dello stato attuale di sviluppo di Starship e prospettive economiche

Passato il lancio inaugurale, con successo o meno a seconda delle interpretazioni, volevo esporre in anticipo la mia valutazione sul progetto Starship e del peso economico che avrà tale mezzo nello progresso delle attività spaziali in futuro.
Le valutazioni sono soggettive, in quanto i dati di SpaceX non sono pubblici, non mi baserò sulle dichiarazioni di Musk, per quel che è possibile, ma solo su numeri più realistici.

Prima di tutto, SpaceX è un’azienda privata e il suo unico obiettivo è fare profitti. Non risolvere i problemi della specie umana, ma fare profitti.
Il caso d’uso principale di Starship sembrerebbe riuscire a portare carichi in orbita bassa a un costo per chilo inferiore a quanto stia facendo attualmente SpaceX con il resto della flotta. A regime, dai numeri che girano in rete sembra che sia un obiettivo realistico. Il recupero del secondo stadio potrebbe contribuire ulteriormente ad abbassare i costi, anche se non è detto a priori.

Per quanto riguarda altri rendering che girano su diversi casi d’uso, colonizzazione di Marte in primis, ma anche servizi BLEO o trasporto di persone nello spazio, sinceramente non mi sembra il razzo ideale da un punto di vista economico. L’indicatore principale che smentirebbe questo caso è l’impulso specifico del secondo stadio, e di conseguenza la capacità di trasporto verso la Luna e altre destinazioni più lontane. Al momento, senza tecnologia di trasferimento di liquidi criogenici in orbita bassa, SS non può effettivamente arrivare in prossimità della Luna.
Non ho trovato tracce di sviluppo di questa tecnologia, è stato promesso che verrà fatto in futuro, ma al momento non è stato mostrato alcun test, come per esempio è stato fatto per i motori raptor anni prima di un qualunque saltarello.

Detto questo, le dichiarazioni di Musk hanno un senso economico per l’azienda. Lo sviluppo rapido di prototipi e le dichiarazioni d’intento BLEO e di trasporto di equipaggio hanno letteralmente sbaragliato la concorrenza in bandi di gara pubblici NASA. Già solo il bando per lo sviluppo del lunar lander è valso a SpaceX circa 3 miliardi di dollari. Per vincere questo bando, non è tanto importante riuscire a costruire effettivamente il lander, ma solo essere più convincenti della concorrenza. La concorrenza non aveva niente da esibire al momento del bando. Un passo decisivo che ha fatto SpaceX per vincere questi bandi gara è stata l’assunzione di Gerstenmaier, l’ex leader NASA dei voli con equipaggio. Ha praticamente portato in casa propria il processo decisionale dei bandi.

Questi miliardi che arrivano sono importanti per lo sviluppo di SS come mezzo di trasporto in orbita bassa. Alcuni dei fondi verranno sicuramente impegnati per rispettare le scadenze fissate, ma la maggior parte delle risorse stanno venendo utilizzate per sviluppare il sistema di lancio, cosa normale in ogni azienda che partecipa a un bando di gara pubblico.

Inoltre, la riutilizzabilità del secondo stadio, non ha alcun senso in ottica BLEO. Non ha senso recuperare un secondo stadio da un’orbita eliocentrica. Le energie in gioco sono troppo alte. Potrebbe aver senso da LEO, ma creare un unico modello per rientrare da LEO e BLEO è solo uno spreco.

Probabilmente presto vedremo lanciare Starlink con Starship, ma molto probabilmente non vedremo missioni interplanetarie con SS. Altri concorrenti sono già in fase avanzata di recupero dei motori del primo stadio, e un secondo stadio con impulso specifico elevato (come è solito fare ULA ad esempio) è molto vantaggioso rispetto a fare qualche lancio di rifornimento per lasciare l’orbita terrestre.

Quindi Starship sarà un successo, sì, ma in orbita bassa. BLEO potrà fare qualcosa solo dietro compensi esagerati, ma le caratteristiche che ha non sono affatto concorrenziali.

Qualche numero.
Impulso specifico dell’ultimo stadio:

  • Starship, Raptor: 380 s;
  • SLS 1B, RL10C-3: 460 s;
  • Falcon Heavy, Merlin 1D Vacuum: 348 s;
  • Vulcan, RL10: 466 s;
  • Ariane 6, Vinci: 457 s;
  • Lunga Marcia 9, YF-79: 460 s.

Carico verso TLI:

  • Starship: 0 t (possibile con lanci di rifornimento);
  • SLS 1B: 42 t;
  • Falcon Heavy (riutilizzabile): 6 t;
  • Vulcan: 12 t;
  • Ariane 6: 9 t;
  • Lunga Marcia 9: 44 t.
4 Mi Piace

Assolutamente d’accordo.

E lo sarà (se tutto va bene) sia come vettore unmanned sia come vettore manned, in tal senso potrebbe - letteralmente - rivoluzionare l’accesso umano all’orbita bassa.

Sei ottimista, io in realtà non vedo alcun utilizzo vero BLEO almeno per Starship as is, tanto è vero che già solo per operare sulla superficie lunare necessita di una versione “ad hoc”.

Da questo punto di vista io continuo a seguire quanto ipotizzo von Braun (ed altri) sulla rivista Collier’s a metà degli anni 50 del secolo scorso:

  1. Sistema di lancio riutilizzabile per l’accesso in LEO (dunque oggi Starship)
  2. Stazione Spaziale “vera” (non la ISS che è sempre stata poco più di un laboratorio) in LEO e oltre (e qui può starci sia il Lunar Gate sia qualunque cosa post-ISS)
  3. Veicoli interplanetari riutilizzabili (potrebbero essere i proposti Lunar-Cycle e Mars-Cycle).

Come vedi Starship, nell’architettura sopra esposta, diviene un elemento (fondamentale) del quadro complessivo ma solo un elemento. Non un “deus ex machina” che risolve d’incanto tutti i problemi come vorrebbe farlo passare Elon Musk.

Ma se già mantenesse le sue premesse (e promesse) rivoluzionando l’accesso in LEO, sia in termini logistici sia in termini economici, potrebbe creare le condizioni adatte per realizzare i seguenti componenti dell’architettura di von Braun.

4 Mi Piace

Il vantaggio potenziale di SS è quasi solo la possibilità di trasportare carichi enormi. Se vogliono costruire una base lunare difficilmente è possibile farlo portando strumenti grossi come un rover. Un veicolo di trasporto che possa (ipoteticamente, ad oggi) portare una ruspa sulla luna ti apre una quantità di scenari che valgono ben più del costo al chilo

2 Mi Piace

Infatti credo che alla NASA abbiamo fatto anche questo tipo di considerazione quando hanno scelto Starship per HLS…

Non ha senso a meno che la destinazione non abbia un’atmosfera, vedi Marte.
Non dimentichiamoci infatti che uno dei profili di missione coperti dal design di Starship dovrebbe proprio essere atterrare su Marte.
Per missioni dove non è prevista una vera destinazione per lo stadio superiore (come per esempio missioni scientifiche) allora ovviamente non è necessario, e lo stesso Musk concorre con questo, come si può intendere da questo thread su Twitter:
https://twitter.com/Erdayastronaut/status/1111753506128625666
https://twitter.com/elonmusk/status/1111760133132947458
https://twitter.com/Erdayastronaut/status/1111761117938884608
https://twitter.com/elonmusk/status/1111798912141017089

Infine, i numeri indicati possono essere fuorvianti dato che non è una funzione step e quindi non bisogna lanciare 12 tanker di rifornimento per superare gli altri vettori (comunque meno, come indicato dal tweet di Musk sotto, max 8 e probabilmente 4) ma già con uno o due si superano sicuramente i vettori non super-pesanti indicati.
Questo dal fatto che comunque le performance non sono proporzionali al numeri di lanci di rifornimento ma aumentano logaritmicamente come conseguenza dell’equazione del razzo.

https://twitter.com/elonmusk/status/1425473261551423489

Domanda da profano: ma sono stati fatti nella storia test per il rifornimento in orbita di combustibili non ipergolici? Ci sono aspetti inerenti valutazioni su ebollizione ecc anche solo testati a basso volume e/o pressione?
Perché il business BLEO si è sempre sostenuto su questo

Mi pare siano stati fatti solo tre test, tutti e tre sulla stazione spaziale e con esito fallimentare.

Questo è un po’ il motivo che mi ha spinto a fare questo post, alcune dichiarazioni sono solo di facciata, tecnicamente è impossibile quanto dichiara Musk. Nessuna missione ha mai usato retrorazzi a ossigeno liquido per atterrare su Marte, proprio perché (al momento) è impossibile mantenere l’ossigeno liquido nei serbatoi per 4-5 mesi. Secondo, una missione su Marte va pianificata circa 10 anni prima, e al momento non c’è alcun caso d’uso che richieda SS per i prossimi 10 anni.

Sì, hai ragione, è fuorviante, modifico il post iniziale.

Lo penso anche io.
Il massimo che l’ossigeno liquido “superdenso” può restare in un serbatoio progettato “ad hoc” sono i 30 giorni che i russi collaudarono nell’ambito del programma Buran.

Musk, il quale ha acquisito o mutuato, tecnologie ex-sovietiche quando ha dato vita alla SpaceX (che sono finite soprattutto nel Falcon 9) deve aver avuto accesso anche a questa innovazione.

Questo spiega perché mentre Starship può ancora essere valida in un contesto di operazioni lunari (anche modificata in Lunar Starship) non può essere valida in un contesto marziano, per il quale servono vere e proprie astronavi a propulsione nucleare (per ridurre al minimo possibile i tempi di trasferimento) e dotate di lander specificamente progettati (che possono anche essere dei derivati di Starship).

I momenti passano, la tecnologia avanza e le cose impraticabili diventano fattibili; sarà manche un gran problema ma risolvilbile, tipo… hai presente l’atterraggio di un booster?


Poi non bisogna fissarsi con le possibilità d’uso di una singola starship da Terra a Marte: riutilizzabilità ed economicità consentirebbero una carovana di strutture di supporto non necessariamente tutte ammartanti inn un contesto di pianificazione più complessa che avrà agio di svilupparsi nel tempo; non dimentichiamo che per ora il caso d’uso pagante per starship è concreto e si chiama Starlink.

2 Mi Piace

Ci sono criticità tecnologiche e criticità fisiche. Nessuna sonda potrà mai essere inviata nel sole anche se fosse fatta in adamantio. Far atterrare un razzo fa parte delle criticità tecnologiche: serve capacità di calcolo, sensori e programmazione, cose che col tempo migliorano e miglioreranno.I materiali coibenti che esistono sono già i migliori che esisteranno mai (a meno di frazioni insignificanti) i riflettenti siamo lì per cui il fatto di portare x kg di ossigeno allo stato liquido per y mesi è una criticità fisica che non sarà superabile con la ricerca.
Potrai trovare delle soluzioni tecniche o adattarne altre, ma nessuna sarà risolutiva

Va considerato che devono conservare i propellenti per tutto quel tempo solo negli header tank, che nel design attuale sono dei tank sferici interni a Starship. Avendo a disposizione potenza elettrica data da pannelli solari, dovrebbe essere sicuramente possibile mantenere attivamente la temperatura dei tank eventualmente installando anche dei radiatori. Semplice e a costo zero? Ovviamente no, ma neanche impossibile.

2 Mi Piace

Esatto, possono essere fatte tante cose per arrivare ovunque e superare i limiti tecnologici attuali, niente è impossibile tecnologicamente con soldi e tempo. Quello che voglio mettere in evidenza è che Starship non deve essere necessariamente la base di partenza, perché non ha le caratteristiche ideali BLEO.

1 Mi Piace

Si, ma il collo di bottiglia rimane, finora, l’accesso a LEO a basso costo. Quello che Starship promette, sulla carta, di abbassare di almeno uno, se non due fattori. Il resto, astronavi per il BLEO, potrà arrivare, solo dopo questa ‘rivoluzione’, che non può essere fatta con SLS o simil razzi cinesi.

1 Mi Piace

Che infatti non a caso…
https://twitter.com/CNSpaceflight/status/1650695541297405953

Intendi due ordini di grandezza, è quello che ha dichiarato Musk asserendo che il lancio costerà due milioni. Anche qui, è solo una dichiarazione, è impossibile lanciare a meno di cento milioni, i costi di sviluppo li deve mettere da qualche parte, si parla di miliardi di dollari in questo caso.

Anche a cento milioni al lancio i prezzi comunque calerebbero sostanzialmente, è vero.

1 Mi Piace

Non ricordo di averloletto “2 milioni”, ma anche fosse probabilmente intendeva che a SpaceX costerà solo il carburante e una breve manutenzione prima di lanciare il sistema nuovamente, come oggi facciamo con gli aerei!
Ovviamente l’accesso a questa tecnologia verrà fatta pagare cara a chi vorrà sfruttarla, mi sembra ovvio, ma a SpaceX lanciare Starlink costerà pochissimo, meno di un Falcon 9 è sicuro!

dipende da cosa intendi per “costo”. pieno, diretto, differenziale, marginale, variabile del lancio.
2 mil potrebbe essere il costo differenziale, tra fare un lancio in piu e non farlo, senza considerare quindi tutti i costi di sviluppo e le infrastrutture (se non per la quota di degrado dovuta al singolo lancio)

Mi riferivo solamente alle dichiarazioni di Musk.

“May” (anzi nella ciotazione nell’articolo “maybe”) significa che forse si potrebbe scendere a quel costo marginale per lancio. Forse non vuol dire niente.

E’ una affermazione non falsificabile, se non succede non viene contraddetta dai fatti neanche se si spendesse ancora di meno, tantomeno se come verosimile costera’ di piu’.

Anche gli scienziati (e gli ingegneri) manipolano un po’ il linguaggio. Avete notato che quando non si sa una cosa (e sono parecchie le cose che non si sanno) i pessimisti dicono “non ci sono prove che” gli ottimisti “non si puo’ escludere che”, affermazioni entrambe tecnicamente vere ma percepite come opposte da un lettore superficiale… Lo zio Popper diceva che al massimo se siamo molto bravi possiamo provare che una cosa non e’ vera, se e’ scienza. Ma perche’ ho divagato cosi’? :smiley:

Comunque EM e’ bravo a procurare titoli agli articolisti.

2 Mi Piace