Эволюция Big Falcon Rocket

29 сентября 2017 года на 68 международном конгрессе астронавтики, что проходил в Аделаиде, Австралия, глава компании SpaceX - Илон Маск представил подробные планы Big Falcon Rocket. Это была последующая речь к презентации прошлого года, на которой он впервые рассказал про систему, что позже стала называться Межпланетной Транспортной Системой(ITS — Interplanetary Transport System. В своей долгожданной речи, Маск рассказал о двухступенчатой ракете, которая позволила бы реализовать колонизацию Марса, постройку лунной базы и гиперзвуковые перелеты на большие расстояния в пределах Земли.

Концепт проекта включает в себя огромных размеров бустер с 31 двигателем Raptor, который проектировался, как самый продвинутый химический ракетный двигатель в мире. С последующим отделением ступени, бустер возвращается обратно на Землю и приземлялся на стартовую площадку или рядом с ней.

Планируется осуществить три варианта второй ступени: корабль(Big Falcon Spaceship), заправщик, он же танкер, и грузовик. Основным из перечисленных вариантов является сам корабль BFS, так как именно на него возложена задача стать основным транспортом для колонизаторской миссии, способным перевозить 100 пассажиров и сотню тонн грузов. Одним из возможных применений корабля может стать использование его в качестве первого в мире гиперзвукового пассажирского транспортного средства, которое бы позволило путешествовать между двумя любыми точками на Земле меньше, чем за час. Однако его основной задачей пока остается колонизаторская миссия на Луну, Марс и далее.

Корабль будет иметь четыре двигателя Raptor, оптимизированных для работы в вакууме, так же, корабль будет оснащен теплозащитным экраном для входа в атмосферу, приземление же будет осуществляться двумя двигателями-бустерами Raptor и четырьмя развертываемыми посадочными опорами.

Чтобы корабль BFR смог добраться до Марса, он будет заправляться на орбите несколькими полетами аналогичным ему по размеру заправщиками, которые, как было сказано выше, являются одним из вариантов второй ступени для самого бустера.

После полной заправки, корабль полетит к Марсу и будет поддерживать свой экипаж в течении многомесячного путешествия. На Марсе он войдет в атмосферу, сбросит скорость при помощи аэродинамического торможения для последующей безопасной посадки.

После разгрузки, космический корабль будет заправляться с использованием местных ресурсов, при помощи специального оборудования и реакции Сабатье. Затем он вернется на Землю, где приземлится на месте, откуда ранее стартовал.

Версия для транспортировки грузов так же будет предназначена для запуска и вывода спутников на орбиту, а также для снабжения пилотируемых космических станций вокруг Земли. Это позволит BFR полностью заменить семейства ракет Falcon 9 и Falcon Heavy.

Илон полагает, что полная многоразовость его системы позволит улучшить экономическую рентабельность колонизации Марса на пять миллионов процентов, т.е. сделать колонизацию дешевле в 50 тысяч раз, чем при использовании одноразовых ракет для этой же цели.

Речь Маска вызвала небывалый ажиотаж среди инженеров, ученых, энтузиастов и общественности по всему миру. Такая реакция была ожидаема, учитывая амбициозность высказанных Илоном планов. Однако свой эффект внес еще и тот факт,что это первый план, который был озвучен владельцем частной космической компании, более того, этот план выглядит реалистично еще и по той причине, что его реализация стоит дешевле, чем при использовании традиционных методов. Однако, мало кто знает, что этот амбициозный план Илона в своем существовании обязан десятилетиям предыдущих работ, посвященных тому, чтобы доставить людей на Марс.

Первым человеком, который заложил основу в план Маска, был бывший глава Третьего Рейха по программе ракеты V-2, доктор Вернер фон Браун. В 1948 году, работая на армию США, он начал писать подробную книгу «Марсианский проект», в которой он изложил предположения о том, как можно было бы провести исследование Марса. В своем плане фон Браун предусмотрел флот из 10 космических кораблей, поднятых на орбиту многоразовыми челноками и снабженными двигателями, сжигающими гипергольную смесь азотной кислоты и гидразинового пропеллента.

С тех пор было разработано много других проектов по высадке на Марс, но все они упирались в вопрос стоимости. Однако, в 1990 году новый план инженеров Мартина Мариетты, Роберта Зубрина и Дэвида Бейкера стал обретать свою форму. Названный «Mars Direct», он попытался доказать, что путешествие на Марс с текущим уровнем технологий является не только осуществимым, но и рентабельным. На то время вопрос цены стоял наиболее остро, ведь предполагалось, что именно высокая стоимость подобных проектов послужила основной причиной, из-за которой конгресс США в 1992 году отменил инициативу президента Буша в области космических исследований. Команда Зубрина из 12 человек предлагала простую урезанную стратегию по достижению Марса.

Стратегия предполагала запуск первого возвращаемого на Землю аппарата(Earth Return Vehicle) при помощи ракетоносителя семейства Ares. Возвращаемый на Землю аппарат предполагалось снабдить небольшим ядерным реактором и специальным оборудованием, которое позволяло бы вырабатывать метан и ракетное топливо(кислородный пропеллент?).

К тому моменту, как на Марс был бы запущен еще один аналогичный корабль, а вместе с ним и Марсианский обитаемый модуль(MHU), первый возвращаемый аппарат уже был бы заправлен. Спустя 18 месяц после посадки, этот аппарат оторвется от поверхности Марса и вернется на Землю. Эта стратегия предполагала запуск Марсианского обитаемого модуля и возвращаемого аппарата каждые 26 месяц, точно так же, как это сейчас предлагает сам Маск.

Будучи еще ребенком Илон Маск, проживая в Претории, Южная Африка, фантазировал о колонизации других планет. В июне 2001 у него появилась возможность взяться за реализацию своих детских фантазий всерьез. Тогда он пережил мучительный год: он был вытеснен с должности генерального директора PayPal во время полета в Австралию, где он хотел провести свой первый отпуск в октябре 2000 года.

В конце декабря 2000 года и вначале января 2001, Маск подхватил редкую форму малярии, болезнь, которую он едва пережил. Чуть позднее, возможно потому, что устал от жизни в Силиконовой Долине, он переехал в Лос-Анджелес и вернулся к своим старым космическим интересам.

Первоначально Илон не знал, чем именно он собирается заниматься в космосе, но чуть позже он приобрел старое советское летное руководство, а после этого начал все чаще говорить о космических путешествиях и о том, как это изменит мир. Вскоре после этого, некоммерческая группа «Марс», которая была посвящена исследованию красной планеты, разослала приглашения на сбор средств в размере 500 долларов своим членам.

Роберт Зубрин, глава «Марсианского Сообщества» был шокирован, когда некий незнакомец, которого никто не приглашал, представившись под фамилией Маск, прислал его сообществу чек на 5 тысяч долларов. На мероприятии по сбору пожертвований, Зубрин посадил Маска за стол для вип персон, где также сидел он сам вместе с Джеймсом Кэмереном и ученым из НАСА — Кэрол Строкер. Зубрин зацепил Илона проектом под названием «Translife Mission», суть которого заключалась в том, чтобы вывести на орбиту лабораторных мышей и создать для них условия марсианской гравитации, при помощи быстрого вращения космического аппарата, в таких условия мыши должны были жить и размножаться.

Маску этот план понравился, однако вскоре он придумал еще более амбициозную идею для «Translife Mission», Илон захотел отправить мышей прямиком на Марс. Таким образом было посажено первое семя в разработку концепции BFR.

Основной целью Илона в тот момент была не колонизация Марса, а попытка вдохновить общественность путем стимулирования интереса к науке, космическим исследованиям и технологиям. Его решимость совершить революцию в космической сфере подкреплялась посещениями сайта НАСА, на котором, к разочарованию Маска, он не находил никакой информации касательно графиков или, хотя бы, планов об отправке человека на Марс.

Стремление Илона совершить прорыв в космической отрасли росло совместно с ростом его контактов в космической индустрии. Это привело к его отставке из «Сообщества Марса» и созданию фонда «Жизнь к Марсу», что случилось чуть позднее в том же году. Вскоре, фондом были учреждены рабочие сессии с участием инженеров из Лаборатории Реактивного Движения( Jet Propulsion Laboratory), различных ученых, Джеймса Кэмерона и Майкла Гриффина, который на тот момент занимал должность начальника технического отдела в Orbital Sciences Corporation.

Спустя время, эксперты решили разработать новую миссию, которую можно было бы организовать исходя из бюджета Маска — от 20 до 30 млн. долларов. Она получила название «Mars Oasis». План состоял в том, чтобы купить вместительную, но дешевую ракету и использовать ее, чтобы доставить роботизированный парник на Марс. Эта идея разочаровала Роберта Зубрина, так как эффект от этой миссии был бы чисто символический, а еще она нарушала протоколы НАСА по загрязнению.

Несмотря на все это, Маск был намерен приобрести российскую межконтинентальную баллистическую ракету (МБР) и использовать ее в качестве ракеты-носителя для миссии «Mars Oasis». К концу октября 2001 года, Илон позвал к себе в команду своего друга Адео Ресси, с которым они учились в колледже, а так же бывшего агента международной разведки и энтузиаста в области космических исследований Джима Кантрелла, чтобы вместе с ним полететь в Москву и приобрести ту самую баллистическую ракету Р-36 (SS-18 Сатана).

Они встретились с членами НПО Лавочкина, которое занималось производством роботизированных зондов, а так же с представителями Космотраса, компании, что занималась запусками ракеты «Днепр» — коммерческой модификации Р-36. Представители российской стороны встретили Маска и его команду с насмешкой, некоторые российские конструкторы отнеслись к этой затее с нескрываемым презрением. В конце концов, дело дошло до встречи в Москве, где Маск узнал стоимость ракеты.

Русские захотели 8 миллионов долларов за ракету, Илон же предложил продать две ракеты за эти же деньги вместо одной. Предложение русских было издевательским и Маск предположил, что они либо несерьезны, либо просто хотят вытянуть с него столько денег, сколько смогут. На такую сделку Илон был не согласен, поэтому он и его команда в тот же день взяли такси до аэропорта.

Во время полета обратно в США, Маск показал Кантреллу и Гриффину свои записи, в которых он работал над ракетой собственной разработки и уже прикидывал издержки на ее производство — «Мне кажется, мы сможем построить эту ракету самостоятельно». Теперь отказ русских был уже не так важен.

К апрелю 2002 года Илон решил оставить идею с марсианскими парниками и вместо этого создал компанию, специализирующуюся на запуске ракет. Это вновь расстроило Роберта Зубрина и многих других, так как они считали, что Маск потерпит неудачу, как, например, предприниматель Эндрю Бил.

Space Exploration Technologies, или SpaceX, была основана в июне 2002 с ключевой задачей снизить стоимость запусков в космос. После того, как eBay купил PayPal за 1,5 миллиарда долларов, Маск получил возможность вложить 180 миллионов долларов в SpaceX или любое другое предприятие.

Прошло четыре года прежде чем SpaceX наконец запустили свою первую ракету — маленький Falcon 1, 24 марта 2006 года. Однако, он провалился вскоре после запуска.

В том же году SpaceX получила свои первые инвестиции от НАСА на разработку ракеты больших размеров и с десятью двигателями — 9 двигателей на первой ступени и один двигатель на второй. Ракету решили назвать Falcon 9, и этот проект прервал разработку меньшей по объему ракеты — Falcon 5.

До того, как решение продолжить работы над Falcon 9 было принято окончательно, Маск озвучил план по созданию нечто, что получило название BFR или Big Falcon Rocket, которую, на тот момент, планировалось оснастить самым большим двигателем в истории, если верить биографу Илона — Эшли Вэнс.

После того, как второй запуск Falcon 1 провалился, 21 марта 2007 года, консультант по вопросам обороны Пит Ворден решил поговорить с Илоном, который несмотря на недавнюю неудачу плотно зацепился за идею колонизации Марса. Наконец, амбициозность планов Маска по колонизации Марса затмила аналогичные планы Роберта Зубрина.

Тем не менее, неудача продолжала преследовать Илона. Его компании — Tesla и SpaceX несли убытки, и Маску пришлось сконцентрироваться на том, чтобы вывести Falcon 1 на орбиту и начать зарабатывать деньги. Очередной неудачный пуск случился 3 августа 2008 года, после него денег у Илона оставалось лишь на еще одну попытку.

К счастью, четвертый запуск, который был произведен 28 сентября 2008 года, был удачен.

И хотя успешный запуск смягчил опасения по поводу SpaceX, Илон испытывал личные проблемы, серьезные трудности переживали и финансы Маска. Его фирмы теряли кучу денег во время Великой рецессии, даже его личное состояние сильно убавило в весе. В конце концов, его спасла пара событий. Продажа стартапа программного обеспечения Everdream, которая совместно с остальным капиталом принесла ему 20 миллионов долларов, который позже был сопоставлен с другими инвесторами Tesla, что в конце концов спасло саму компанию от финансового краха.

SpaceX, тем не менее, по-прежнему нуждалась в помощи, и она пришла — 23 декабря 2008 года, когда НАСА предоставила SpaceX контракт на 1,6 млрд. долларов по доставке оборудования на МКС. Мечты Илона о колонизации Марса и революции в авто индустрии вновь были спасены.

19 июня 2009 года на мероприятии «Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation» (Инновации на орбите: исследования коммерческих грузовых и пассажирских перевозок), что проходил в Американском институте аэронавтики и астронавтики(AIAA), сотрудником SpaceX — Максом Возоффом, впервые был публично упомянут двигатель Raptor.

Более подробную информацию о двигателе Raptor общественность получила в июле 2010 года на 46-й конфереции Joint Propulsion. Двигатель должен был иметь тягу в вакууме в 667 килоньютонов (150,000 фунтов силы), иметь удельный импульс в 470, 1 секунд, и иметь возможность дросселирования от 50% до 100%. Предполагалось, что двигатель будет водородным/кислородным для запуска модернизированной версии Falcon 9 среднего класса, которая на тот момент еще находилась в разработке.

Так же, на конференции представили концепты для массивного Falcon X, Falcon X Heavy и для Falcon XX сверхтяжелого класса ракета-носителей. Они должны были быть снабжены очень большими двигателями Merlin 2, которые выдавали бы 7,565 килоньютонов (1,700,766 фунтов силы) тяги с удельным импульсом в 285.0 секунд над уровнем моря и 321.4 секунды в вакууме. По сути, эти двигатели были модификацией Merlin 1, только большего размера, сам же Merlin 1 использовал керосин и жидкий кислород и являлся простым ЖРД с открытым циклом. Чуть позже, после презентации, Маск отрицал, что концепты, представленные на конференции, были планами компании на будущие ракеты.

Ракета для миссии на Марс от SpaceX , должна была быть основана на ракете Falcon 9 среднего класса, и когда та впервые появилась перед публикой, 318 тонная ракета представляла из себя смесь элементов старого и нового дизайна.

Первая ступень Falcon 9 имела возможность отключения двигателя, такая функция в последний раз была использована на ракете Сатурн 1Б в 1975 году. Ракета так же имела стандартные перегородки, чтобы уменьшить массу и высоту ракеты, аналогичный подход использовался на ракетах Сатурн 60-ых годов, на всех версиях разгонного блока Центавр и на всех ракета-носителях Ариан 5.

В числе новых конструкционных особенностей был применен новый вид сварки, легковесные конструкции из алюминия, что увеличивало полезную нагрузку и уменьшало массу. Затраты на изготовление были снижены засчет использования одного набора инструментов для сборки двух ступеней одинакового диаметра, а также благодаря полному использованию избытков электроэнергии. В результате, Falcon 9 версии 1.0 стал одним из самых дешевых ракет-носителей на момент своего дебюта. Однако, Маск понимал, что для достижения Марса ему нужны многоразовые ракеты.

Чтобы сделать это возможным, Маск использовал стратегию двойного развития. Первый путь сфокусировался бы на тестирование ракет на многоразовость, в то время, как второй путь развития был нацелен на дальнейшую модернизацию Falcon 9. В 2011 году начались работы над Falcon 9 со специальными металлическими опорами, конструкцию окрестили grasshopper — кузнечик.

Этот аппарат поднимался в воздух восемь раз, в каждый из которых он проделывал высокие «прыжки», чтобы SpaceX могла набраться опыта в том, как правильнее сажать ракеты.

В конце концов первоначальный кузнечик был списан в 2013 году, а более крупный кузнечик 2 модификации, основанный на базе Falcon 9 v1.1, был введен в эксплуатацию.

Falcon 9 v1.0 успешно летал пять раз с 2010 по 2013 года прежде, чем его заменил более грузоподъемный Falcon 9 v1.1., который стал новой рабочей лошадкой для запусков. Он имел тот же диаметр, что и предшественник, на версии 1.1 использовалась новая схема расположения двигателей — octaweb, увеличенные топливные баки, а также более мощный и эффективный двигатель Merlin 1D, тяга у которого возросла на 19%. Более поздние версии были снабжены посадочными «опорами-ногами» и специальными «плавниками» для попыток посадить ракету. Первый полет состоялся 29 сентября 2013 года, в общей сложности из 15 запусков 14 были успешными. Первые попытки посадить ракеты SpaceX провела а баржах, которые были расположены на море, одна все три попытки с версией 1.1 закончились неудачей.

Дизайн ракеты сильно изменился в версии 1.2, первый запуск которой 22 декабря 2015 года закончился успешной посадкой ступени рядом со своей стартовой площадкой. Чтобы сделать эту посадку возможной на первую ступень Falcon 9 v1.2 были добавлены выдвижные «ноги-опоры», так же обновленная ракета получила улучшенные холодные газовые двигатели(?), улучшенную управляемость двигателя обратной тяги и решетчатые рули для улучшения точности посадки.

Falcon 9 установила рекорд, как самая эффективная ракета, когда-либо запущенная на Низкую околоземную орбиту (LEO), это давало запас производительности, необходимый для повторного ее использования. Хотя в ракете и использовались весьма типичные улучшения, вроде увеличенной тяги двигателей, увеличения объема топливных баков, а также усиление конструкции, она получила и новую особенность. Ракета использовала охлажденное топливо, тем самым увеличивая его плотность, что в свою очередь позволило нести Falcon 9 еще больше топлива при этом не прибавляя в массе. Почти все решения, использовавшиеся при создании и улучшении архитектуры Falcon 9 будут позже использованы при проектировании BFR.

О двигателе Raptor почти ничего не было слышно с августа 2010 по июнь 2011, когда инженер Джев Торнбург был назначен главой разработки и получил небольшую команду, чтобы работать над двигателем. Процесс разработки двигателя сильно затянулся из-за его низкого приоритета.

К октябрю 2012 года опыт работы SpaceX с двигателями постепенно растет и улучшается, к этому моменту Raptor превратился в двигатель в несколько раз мощнее, чем Merlin 1. Несколько двигателей Raptor должны были быть установлены на будущую ракету, способную вывозить от 150 до 200 тонн на Низкую околоземную орбиту(LEO).

В следующем месяце Макс объявил, что Raptor будет метановым двигателем, так как метан будет являться предпочтительным топливом для будущих миссии SpaceX по колонизации Марса. Цикл двигателя был изменен с газогенератора на ступенчатый цикл горения, что был более сложен, однако давал возможность повысить тягу и эффективность двигателя.

Метан был выбран вместо керосина неслучайно. Дело в том, что метан был чище и его можно было бы синтезировать на Марсе, а также особенностью этого топлива является возможность использовать несколько двигателей для старта. Кроме того, метан обошел водород, который так же мог быть получен на Марсе, однако жидкий метан более плотный, что позволяло бы сделать BFR более легким и дешевым. Наконец, метан не вызывает металлического охрупчивания и имеет более высокие температуры кипения и плавления, что позволяет хранить его в течении большего периода времени без использования. В октябре 2013 года была первая величина тяги двигателя Raptor, как минимум 2,942 кН (661 400 фунтов масс).

Эти заявления сильно заинтриговали экспертов Nasaspaceflight.com (NSF). В течении нескольких последующих месяцев эксперт NSF Дмитрий Воронцов создает первые изображения, рассчитывает массу и создает имитацию запуска ракеты-носителя SpaceX. Предположения Воронцова заключались в том, что первоначальный дизайн будет напоминать увеличенный Falcon 9 с 9 двигателями Raptor на первой ступени и с одним двигателем на второй, он также оценил трех-ступенчатую версию дизайна, с которой на тот момент работали SpaceX.

Ранняя работа NSF выявила, что ракета длинной в 9.8 метра могла выводить только 120 тонн, вместо 150-200 заявленных SpaceX. Трехфазная версия массой в 5,440 тонны, снабженная 28 двигателями Raptor смогла бы выводить более 286 тонн на Низкую околоземную орбиту (LEO).

В марте 2014 года вице-президент SpaceX подтвердил выбор Воронцова в конфигурации модели Falcon 9, состоящий из 9 двигателей Raptor на первой ступени и одного на второй.

Мюллер также объявил об увеличении тяги двигателей до 4,448 кН (1,000,000 фунтов массы), а также о выборе 10 метрового диаметра для ракеты. Кроме того, в двигателей Raptor будет использоваться редкий, но высокоэффективный цикл сгорания, называемый сжиганием с полным потоком.

Новые оценки NSF показали, что эти изменения улучшат подъемную способность одноступенчатой версии до 174 тонн на низкую околоземную орбиту(LEO). Несмотря на такие результаты, такая ракета сама по себе не была бы достаточной, чтобы позволить миссию на Марс, не говоря уже о возможности ее возвращения.

Эксперты NSF полагали, что вероятным вариантом выхода из этой ситуации является использования подхода «двойного запуска», когда аппарат для доставки миссии на Марс выводится на орбиту с командой на борту, а уже находясь на орбите заправляется специальном танкером. Похожий подход, но с несколькими запусками заправщиков будет подтвержден в октябре 2015 года, как предпочтительный вариант архитектуры для запуска миссий SpaceX.

При таком подходе, после окончательной заправки танкер возвращается обратно на Землю, а корабль с командой отправляется на Марс. По прибытию корабль заправляют при помощи местных ресурсов и специального оборудования, прямо как в проекте Роберта Зубрина — Mars Direct.

В мае 2014 на конференции Space Propulsion в Кёльне стали известны новые характеристики двигателя Raptor. Его тяга над уровнем моря должна была составлять 6,914 кН (1,554,300 фунтов силы), а его удельный импульс должен был составлять 380 секунд.

В результате тяга ракеты подскочила до 66,223 кН (13, 998, 300 фунтов силы). В июне 2014, как только SpaceX начала тестировать компоненты Raptor, Мюллер пересмотрел тягу двигателя до 7,414 кН (1,666,700 фунтов силы), что конкурировало с самым мощным ракетным двигателем когда-либо построенным. В итоге общая тяга ракеты выросла на 7,23% до 66,723 кН (15,000,000 фунтов силы).

Кроме того, выяснилось, что SpaceX отошла от рассмотрения концепта, состоящего из нескольких ступеней, а вместо этого сконцентрировалась на создании одной большой ступени с диаметром от 10 до 15 метров.

Основная причина таких изменений, вероятно, была связана с гораздо меньшим снижением производительности на повторное использование у концепта с одной ступенью, нежели при использовании нескольких.

После изменений в тяге, расчеты NSF показали, что даже одноступенчатый вариант ракеты будет способен выводить более 300 тонн на низкую околоземную орбиту.

Дальнейшие же оценки NSF также показали, что из-за огромных размеров и высокого удельного импульса двигателей, посадка такой ракеты на баржу будет использовать около 4% от общей мощности ракеты.

В январе 2015 года SpaceX неожиданно пересматривает тягу Raptor до 2,256 кН (507, 100 фунтов), однако никаких других изменений в общей тяге ракеты или дизайне сделано не было, кроме увеличения числа двигателей.

Поскольку дальнейшее направление развития проекта стало неопределенным, один из членов команды Воронцова предположил, что SpaceX решила радикально изменить подход, чтобы сэкономить на затратах на разработку двигателей, SpaceX просто утроило количество двигателей Raptor, чтобы компенсировать резкое снижение тяги двигателя. Это предположение позже будет подтверждено NFS в октябре 2015 года.

Новые оценки экспертов из NSF показали, что новые параметры двигателя приведут к ракете диаметром в 12,5 метров и с массой в 5, 200 тонн, на которой будет установлено 27 двигателей Raptor, а также три вакуумных двигателя Raptor на второй ступени того же диаметра. Несмотря на такие изменения, производительность ракеты снизилась лишь до 280 тонн грузоподъемности на низкую околоземную орбиту.

В 2016 году NSF узнали, что в прошлом году рассматривалось большое кол-во различных концептов для Mars Colonial Transporter (MCT). Существовало два основных возможных вариантов концепта.

Первый вариант представлял собой большую капсулу в ролей корабля MCT, которая имела бы собственные двигатели для возможности стартовать с Марса. Этот концепт, как позже выяснили NSF, активно рассматривался в SpaceX. Второй вариант — создание подъемного аппарата, который бы так же имел собственные двигатели для взлета с Марса. Вариант с капсулой был более реальным и консервативным, но при этом варианте снижалась грузоподъемность, кол-во экипажа и объем топлива, которое корабль мог бы перевозить, в то время как подъемный аппарат таких недостатков не имел, однако реализовать второй вариант было бы куда сложнее.

Среди экспертов NSF было достигнуто общее понимание того, что независимо от концепта, корабль MCT будет входить в атмосферу боком, используя всю свою площадь. Однако было неясным, будет ли MCT приземляться вертикально на свой хвост или горизонтально. В то время, как горизонтальные посадки обеспечили бы большую безопасность и удобную разгрузку корабля, корабль с такой посадкой было бы сложнее спроектировать.

Одним из основных вопросов концепта для SpaceX являлся вопрос о том, будет ли сам корабль включен во вторую ступень ракеты, чтобы сэкономить на разработке, стоимости и сложности миссии, или же корабль будет являться отдельной самостоятельной ступенью, чтобы максимизировать производительность. Учитывая множество вариантов дизайна, к июлю 2015 года специалисты NSF выделили более двадцати возможных конструкций для корабля Mars Colonial Transporter.

Тем временем SpaceX потерпела неудачу при запуске своей ракеты Facon 9 28 июня 2015, которая привела к потере 260 миллионов долларов для фирмы из-за невозможности продолжить запуски пока проводилось расследование неудачного запуска. NSF стало известно, что в результате этого неудачного запуска марсианские планы SpaceX придется отложить до тех пор, пока компания вновь не вернется к запускам.

Тем не менее, компания продолжала развивать разработку двигателя Raptor, а тест мощности его компонента предварительного нагрева прошел в том же месяце. К августу 2015 Маск заявил, что у Raptor будет соотношение кислорода и метана как 3.8:1.

В октябре того же года NSF получает новую информацию о планах Маска. Согласно этим планам MCT должен был иметь высоту в 180 метров, диаметров в 12 метров и стартовать со взлетной площадки с тягой в 62,239 кН (13,992,041 фунтов силы), выводить на низкую околоземную орбиту 236 тонн, и иметь возможность полного повторного использования.

Такой корабль должен будет совершить трех или пятимесячное путешествие к Марсу, перевозя на своем борту различные грузы, 100 колонистов и команду корабля. Как только корабль окажется у Марса, он войдет в атмосферу и замедлиться благодаря комбинации атмосферного сопротивления и обратной тяге двигателей. Ранние планы предполагали, что начальная база Марса будет создана усилиями десяти космических кораблей в непосредственной близости друг от друга, далее, при помощи кранов и роботов, будет запущено предварительное производство ракетного топлива.

Энергия как для базы, так и для топливного завода будет обеспечиваться смесью небольших ядерных реакторов и развертываемой сети солнечных панелей. После запуска производства топлива, согласно планам будет собрана группа по меньшей мере из 10 колонистов и команды для формирования пилотируемой миссии, которая займется непосредственно созданием колонии. Корабли будут возвращаться на Землю каждый синодический период, чтобы они могли быть подготовлены и восстановлены для следующих окон запуска.

Такой подход во многом походил на идею Зубрина, однако предлагал такое нововведение, как заправка на орбите, которую Зубрин не планировал. Со всеми этими решениями SpaceX рассчитывает на полное повторное использование всех частей своих ракет.

Планы были сосредоточены на первой ступени BFR, которая выводила бы, как сам корабль, так и заправщик, который заправлял бы корабль на орбите. Данные о бустере показали, что тот будет обладать 27 двигателями Raptor, как и предполагала команда Воронцова, что соответствует кол-ву двигателей на будущем носителе SpaceX Falcon Heavy.

Это будет самое большое число двигателей, установленных на ракету после 30 двигателей НК-15, которые использовались на неудавшейся советской лунной ракетой Н-1. Масса одного лишь ракетного топлива будет на несколько сотен тонн больше, чем полная масса Сатурн V или Н-1.

NFS также узнали, что основная ступень будет иметь более высокую идеальную скорость ступенчатости, чем расходуемая версия Falcon 9 благодаря более высокой эффективности двигателей Raptor.

В плане были изложены намерения повторно использовать обе ступени ракеты, основной бустер должен будет запускаться более 15 раз. При повторном использовании обеих ступеней полезная нагрузка на низкую околоземную орбиту снизилась бы до 200 тонн. В NFS быстро поняли, что это будет возможно только при условии, если компания будет сажать бустер на остров или автономный корабль-дрон. Такой подход нанесет гораздо меньший удар по полезной нагрузке(от 4 до 12.5%), чем почти 50% -ный удар по полезной нагрузке, вызванный возвратом бустера на стартовую площадку.

Чуть меньше информации было доступно о космическом корабле и танкере. Оба должны быть 60 метров в длину, иметь вертикальный взлет/посадку, а также будут иметь возможность стыковки и перекачки топлива. Соотношение тяги основной ступени к космическому кораблю/танкеру, было низким 5:1, в то время, как большинство ракет имели коэффициенты тяги 8:1 или более.

Эксперты NFS осознали, что такие соотношение означает, что на космическом корабле будет пять вакуумных двигателей Raptor. Первоначально считалось, что низкое соотношение тяги объясняется желанием SpaceX упростить повторное использование. Позже, NSF удалось узнать, что для посадок будут использоваться три центральных атмосферных двигателя Raptor. Концепт добавил избыточность двигателей в полете, но внес и недостаток — прибавил массы.

На верхней части корабля будет располагаться жилой сегмент с каютами экипажа. Внизу же, над двигателями Raptor будет расположен грузовой отсек, двигатели будут питаться через пару центральных топливных труб, которые будут тянуться через весь грузовой отсек. Подобная компоновка позволит разгружать крупногабаритные грузы, например транспорт или ядерные реакторы, без лишних трудностей.

Опорами же для корабля и танкера будут служить пять раздвижных посадочных опор, которые не будут иметь возможность складываться, как это реализовано на Falcon 9. На корабле не предусмотрена система аварийного спасения(LAS), что удивило многих экспертов NSF, так как корабль собирается перевозить до 100 колонистов в один рейс. Система LAS необходимый элемент для пилотируемых коммерческих программ НАСА.