náhled|Sestava boosteru B7 a lodi S24 na rampě OLM před startem první testovací mise (IFT), v horní části servisní věže sestavu stabilizují pohyblivé paže systému pojmenovaného Mechazilla. náhled|Dvě ze čtyř mřížových kormidel v horní části boosteru. Mezi nimi a o několik decimetrů níže je jeden ze dvou drobných výstupků, kterými se booster při přistání k věži zachytává za ližiny jejich mechanických ramen, nebo je za ně lanem zavěšován na jeřáb ve výrobní hale. Super Heavy je opakovaně použitelný první stupeň (jinak také „urychlovač” nebo „booster”) supertěžké nosné rakety SpaceX Starship, který se používá v sestavě s druhým stupněm, kosmickou lodí Starship (jinak také jen „Ship”). Super Heavy je nejsilnější provozovaný raketový nosič v historii kosmonautiky. Společnost SpaceX ho vyvinula během 10 let po roce 2012 v rámci programu kolonizace Marsu prezentovaného jejím zakladatelem, podnikatelem Elonem Muskem. Výrobu prvních prototypů SpaceX zahájila v roce 2021 v dosud nedobudovaném středisku SpaceX South Texas launch Site (Kosmodrom SpaceX v jižním Texasu) v lokalitě Boca Chica na samém jihu USA při pobřeží Mexického zálivu. SpaceX v lokalitě také postavila jednu a dokončuje druhou rampu pro vypouštění urychlovačů Super Heavy a loděmi Starship a následné zachytávání urychlovačů ve svislé poloze pomocí hydraulických paží na startovací věži. První let Super Heavy se uskutečnil 20. dubna 2023, zachycení urychlovače věží se podařilo hned při prvním pokusu 13. října 2024.

Design Super Heavy je 71 metrů vysoký a má po celé délce průměr 9 metrů. Tvoří ho válcové sekce z nerezové oceli o výšce 1,83 metru, tloušťce 3,97 milimetru s hmotnosti přibližně 1600 kg.Založeno z výpočtu rozměrů a hustotě nerezové oceli 304L s 7.93 g/cm³

Skládá se ze čtyř základních částí: motorů, metanové nádrže, kyslíkové nádrže a mezistupně. Elon Musk v roce 2021 uvedl, že konečná konstrukce bude mít suchou hmotnost (bez paliva v nádržích) mezi 160 a 200 tunami, přičemž nádrže budou vážit 80 tun a mezistupeň 20 tun.

Nádrže Nádrže boosteru Super Heavy pojmou 3 400 tun vysoce podchlazených pohonných hmot, z toho 2 700 tun kapalného kyslíku a 700 tun kapalného metanu.

Obě nádrže jsou odděleny společnou přepážkou, podobně jako na stupních S-II a S-IVB rakety Saturn V, a jsou silně zpevněny více než 70 podélnými výztuhami na vnitřní straně nádrží. Centrální přečerpávací potrubí přivádí metan z horní nádrže středem spodní kyslíkové nádrže do rozdělovače na spodku boosteru, těsně nad motory.

Ke kyslíkové nádrži – počínaje Boosterem 7 – jsou z vnějšku připojeny čtyři podélné stabilizátory (aerodynamické plochy), které současně tuto obalovanou kompozitní tlakovou nádobu chrání, stejně jako nádrže s oxidem uhličitým pro potlačení požáru, a současně zajišťují vztlak při návratu boosteru k Zemi.

Motory Nosná raketa Starship Super Heavy má 33 motorů Raptor uspořádaných do tří soustředných prstenců. Celkem 20 motorů vnějšího prstence postrádá kardanové závěsy, kterými se řídí vektor (směr tahu) motorů, takže působí pouze jedním směrem. Kvůli úspoře hmotnosti neobsahují ani palubní spouštěcí zařízení, protože se uvádějí do provozu pomocí pozemního podpůrného zařízení na startovací rampě a po svém vypnutí na konci vzestupné fáze letu se již nezapalují. Naopak 10 motorů středního a 3 motory vnitřního prstence vektor měnit umí, což je nezbytné pro dosažení přesné pozice k zachycení boosteru u startovací věže. Po první letové zkoušce lodi Starship hydraulický pohon Kardanových závěsů nahrazen elektrickým a současně byl modernizován systém hašení požáru a a také stínění motorů, které izoluje jednotlivé kusy pro případ poruchy.

Motory Raptor využívají plnoprůtokový systém stupňovitého spalování, který má jak kyslíkové, tak metanové turbočerpadlo. Pro zvýšení výkonu spalují Raptory superpodchlazené pohonné hmoty. Celkové výšce boosteru přidávají celkem asi 3 metry.

Při plném výkonu produkovaly všechny motory první verze boosteru (Block 1) celkový tah 73,5 MN (více než dvojnásobek tahu prvního stupně Saturnu V).

Mezistupeň Mezistupeň tvoří především kopuli, která shora chrání metanovou nádrž před působením motorů kosmické lodi Starship. Dále je vybaven čtyřmi elektricky ovládanými mřížovými kormidly, z nichž každé má hmotnost 3 tuny. Ta nejsou po obvodu mezistupně uspořádána v rozestupech 90 stupňů jako u Falconu 9, ale do 2 dvojic, mezi nimiž je rozestup 120 stupňů, zatímco kormidla ve dvojici jsou vzdálena 60 stupňů. To podle SpaceX zajišťuje větší sílu v ose náklonu. Dalším rozdílem oproti Falconu 9 je, že mřížková kormidla zůstávají během startu vysunutá. Kromě kormidel zajišťují manévrování boosteru během návratu k Zemi studené (bez zážehu) plynové trysky napájené zbytkovým motorovým plynem. Uprostřed obou dvojic kormidel a pod jejich úrovní také vyčnívají záchytné body, které umožňují zvednutí nebo zachycení nosné rakety pomocí rozevíracích paží startovací věže.

Při prvním letu byl booster vysoký 69 metrů a kosmická loď na něj dosedala bezprostředně na horní okraj mezistupně, nad mřížková kormidla. Kvůli problémům při zapálení motorů kosmické lodi SpaceX od druhého letu vložila mezi obě části sestavy dodatečné mezikruží o výšce 1,8 metru a po celém obvodu vytvářející průduchy. Těmi před oddělením obou částí, ale už během a krátce po spuštění motorů kosmické lodi mohou do stran unikat spaliny. Toto řešení známé z řady jiných raket umožňuje tzv. horké oddělení (hot staging), při němž kosmická loď neztrácí ani na okamžik tah a rychlost, protože kosmická loď již používá své motory, zatímco se motory boosteru teprve postupně vypínají. Mezikruží se při návratu boosteru k Zemi automaticky oddělilo, aby snížilo přistávací hmotnost boosteru, u dalších verzí se ale s jeho existencí nepočítá, protože potřebné průduchy budou pevnou součástí horního okraje boosteru.

Profil startu a přistání Kompletní příprava startu boosteru Super Heavy trvá několik desítek hodin, nejdůležitější kroky se ale odehrávají v poslední hodině. Padesát minut před startem se spouští čerpání pohonných hmot do kosmické lodi Starship, nejprve paliva, o půl minuty později okysličovadla. O osm minut později začíná proudit palivo také do boosteru Super Heavy a o dalších šest minut později se otevírají ventily a rozbíhají čerpadla také na cestě kapalného kyslíku. V čase T-19:40 začíná chlazení všech 33 motorů boosteru, které chrání technologii před tepelným šokem z vysoce podchlazených hmot, které do čerpadel a přívodů motoru v okamžiku startu začnou proudit. Plnění končí 200 sekund před startem v případě kosmické lodi o 30 sekund později u boosteru. Půl minuty před odletem dává letový ředitel závěrečný souhlas s odletem, 10 vteřin před startem se pod rampou rozbíhá záplavový systém, který proudy vody chrání její vybavení, a 3 sekundy před startem začíná startovací sekvence všech motorů. (Při prvních startech, před kompletní přestavbou a zvýšení výkonu řetězce zásobování pohonnými hmotami, byl předstartovní harmonogram více rozložený v čase a čerpání metanu a kyslíku do boosteru začalo již hodinu a 37 minut před startem a do kosmické lodi o 20 minut později, resp. o 24 minut později v případě kyslíku.)

Letící sestava zhruba minutu po startu absolvuje maximální dynamický tlak (max q, okamžik nejvyšší mechanické zátěže rakety během startu). Třicet motorů boosteru ve vnějším a vnitřním prstenci se vypíná po 150 sekundách letu a zbylé tři ve vnitřním prstenci snižují svůj tah na polovinu, načež se spouštějí motory kosmické lodi Starship. Ta se pak během několika dalších sekund odděluje od mezistupně a vydává se na další cestu vlastními silami, aby asi po 8 minutách a 30 sekundách dosáhla své základní dráhy a mohla své motory vypnout. Booster mezitím ve výšce zhruba 64 km nad povrchem Země zahajuje sekvenci manévrů vedoucích k návratu ke startovací rampě. Především provede zpětný zážeh, kterým obrátí směr svého letu pomocí 13 centrálních motorů vnitřního a středního prstence, které spustí na 54 sekund. Přibližně sedm minut po startu a nedaleko rampy se stejných 13 motorů zažehne znovu, aby dobrzdily rychlost pádu a domanévrovaly booster do blízkosti startovací věže. Těsně u jejích hydraulických záchytných paží ale opět zůstávají v provozu jen tři motory vnitřního prstence, které se vypínají záhy po dosednutí dvěma protilehlými výstupky z trupu na ližiny na záchytných pažích. V případě, že booster nebo startovací věž nejsou zcela v pořádku pro zachycení, přesměrovává letový ředitel booster k přistání na mořskou hladinu v předem určeném a zabezpečeném místě v širším okolí kosmodromu.

Zvolený způsob záchrany boosteru snižuje hmotnost a mechanickou složitost rakety tím, že odstraňuje potřebu přistávacích nohou, a současně umožňuje rychlejší opětovné použití díky umístění rakety přímo zpět na OLP, tedy bez nutnosti přesunů a dalších manipulací s boosterem.

Pro první sérii testovacích letů SpaceX připravila trajektorii vedoucí od kosmodromu na jihu texaského pobřeží Mexického zálivu východním směrem, mezi Kubu a Floridu, dále přes Atlantský oceán a Afriku nad Indický oceán. Při prvních dvou misích společnost počítala s koncem letu zhruba po 90 minutách v oblasti Havajských ostrovů, od třetího letu ale trajektorii zkrátila s plánovaným místem přistání po asi 65 minutách v Indickém oceánu západně od Austrálie. Boosteru Super Heavy se samozřejmě týká jen poměrně krátká úvodní část celé trajektorie.

Varianty Elon Musk i SpaceX opakovaně vyjádřili úvahy o budoucích variantách rozvoje sestavy Starship. Např. společnost v dubnu 2024 prezentovala předpoklad, že u verze Block 2 celkový výkon vzroste k 81 MN a později u Blocku 3 až na 98 MN, přičemž by tyto verze mohly mít až 35 motorů. Zatím nejpodrobnější představu zveřejnil Musk v listopadu 2024, když zveřejnil srovnání plánovaných variant 2 a 3 s variantou použitou při 3. testovacím letu: Starship Block 1 (IFT-3)Starship Block 2Starship Block 3náklad na oběžnou dráhu (tuny) –100+200+hmotnost pohonných hmot Super Heavy (tuny) 3 3003 6504 050hmotnost pohonných hmot Ship (tuny)1 2001 5002 300počáteční tah Super Heavy (tuny)7 1308 24010 000počáteční tah Ship (tuny)1 2501 6002 700motory Ship pro hladinu moře 333motory Ship pro vakuum333výška Super Heavy (metry)7172,380,2výška Ship (metry)50,352,169,8celková výška (metry)121,3124,4150

Kosmodromy

Vypouštěcí a zachytávací zařízení Společnost SpaceX sestavu Starship vypouští z komplexního zařízení, která označuje orbitální startovací stanovištěpříp. „podložka” (Orbital Launch Pad, OLP). Na kosmodromu Starbase existují dvě startovací stanoviště, označovaná OLP A a OLP B. Hlavní součástí každého OLP jsou:

orbitální startovací věž (Orbital Launch Tower, OLT), orbitální startovací rampa (Orbital Launch Mount, OLM), záplavový systém (Deluge systeme), centrální tankoviště (Tank farm). Orbitální startovací věž OLT, jinak též „integrační věž”, je podpůrná příhradová konstrukce, která poskytuje oporu boosteru Super Heavy nebo sestavě Starship, během testování a předstartovních příprav. Součástí věže jsou dvě propojené, ale hydraulicky nezávisle ovládané nosné paže o délce přes 30 metrů, které se jsou schopné v sevřeném postavení držet booster nebo kosmickou loď, vertikálně s nimi stoupat nebo klesat po věží OLT a horizontálně se otáčet tak, aby booster posadily na startovací zařízení OLM nebo vedle něj (nebo kosmickou loď na booster). Slouží současně jako dvojice nosníků, na které se při přistání u věže zavěsí booster nebo kosmická loď. Vžil se pro ně název „chopsticks” podle asijských jídelních hůlek, i když Elon Musk celý pohyblivý systém dříve neoficiálně nazval „Mechazilla”. V on-line rozhovoru v červnu 2024 také řekl, že si myslí, že věž bude natolik robustní, aby zvládla tisíce přistání. Součástí věže je – ve výši spodního okraje usazené kosmické lodi – také odklápěcí můstek, přes který jsou k lodi rychlospojkou přiváděny pohonné a další hmoty a elektřina z vedení a potrubí procházejících vnitřkem konstrukce věže OLT.