Starship
SpaceX次世代完全再使用超大型ロケット
1 概要
Starshipは、SpaceX社が開発中の完全再使用型超大型ロケットであり、火星植民地化を最終目標とする次世代輸送システムである(1)。
基本情報: - 開発: SpaceX - 初試験飛行: 2023年4月20日（IFT-1） - 最新試験飛行: 2024年11月19日（IFT-6） - 状態: 試験飛行段階（Block 2運用中、Block 3開発中） - 目標ペイロード能力（LEO）: 100-150 ton（完全再使用モード） - 目標ペイロード能力（LEO）: 250 ton以上（消耗モード）
技術的特徴: - ♻️ 完全再使用（ブースター + 宇宙船両方） - 🏗️ Mechazilla空中キャッチ（IFT-5で実証、2024年10月13日） - 🔥 Raptor 3メタンエンジン（全流量二段燃焼サイクル、33基 + 6基） - 🔧 ステンレス鋼機体（高温・低温両対応） - 🚀 史上最大の打上げロケット（全高120m、打上げ時質量5,000 ton）
最終目標: 火星への大量輸送（100人/回）(2)、地球-月輸送、Starlink V3展開(3)
打上げコスト目標: 完全再使用で$10-20M/回（長期目標$2-3M/回）(4)
2 開発歴史
2.1 BFR構想からStarshipへ（2005-2019）
2005年: BFR構想誕生(5) - Elon Musk、火星移住のため「Big Falcon Rocket（BFR）」構想を提唱 - 目標: 100 ton級ペイロードを低軌道へ - 当初は完全再使用の概念のみ
2012年: Mars Colonial Transporter（MCT） - 火星植民地輸送機「MCT」として具体化開始 - 100人規模の火星輸送を目標 - メタン推進剤採用決定（火星でのISRU可能性）
2016年9月: Interplanetary Transport System（ITS）発表 - Guadalajara国際宇宙会議でITS発表 - 直径12m、全高122m、ペイロード300 ton（LEO再使用時） - カーボンコンポジット製機体 - 課題: 開発コスト過大、技術的困難性
2017年9月: BFRリブート（9m直径） - Adelaide国際宇宙会議でBFR再設計版発表 - 直径12m → 9mに縮小（コスト削減） - カーボンコンポジット維持 - Falcon 9/Heavy生産終了後、BFRに集中する計画発表
2018年9月: ステンレス鋼への材料変更 - カーボンコンポジットからステンレス鋼304Lへ劇的な設計変更(6) - 理由: - 極低温（-253°C LOX）で強度50%増加 - 高温（820-870°C）でも強度維持 - コスト1/40（カーボン$135/kg → ステンレス$4/kg） - 製造速度向上
2019年1月: Starship命名 - 「BFR」から「Starship」（宇宙船）+ 「Super Heavy」（ブースター）へ改名 - Starhopper試験機でホバー試験開始（Boca Chica, Texas）
2.2 Starbase建設と開発加速（2019-2023）
2019-2020年: Boca Chica開発拠点化(7) - テキサス州Boca ChicaをStarbase専用施設として拡張 - 高速イテレーション開発方式採用（Build, Test, Learn, Iterate） - SN（Serial Number）シリーズ試験機生産開始
2021年: 軌道飛行準備 - Orbital Launch Tower（OLIT-1、通称Mechazilla）建設 - 高さ469-480 ft（143-146m） - ロケットキャッチ用アーム「chopsticks」装備
2022年: FAA環境評価完了(8) - Programmatic Environmental Assessment（PEA）承認 - 75以上の緩和措置実施義務 - 年間25回までの打上げ承認（2025年）
2023年: IFT-1初飛行 - 2023年4月20日、初の統合飛行試験実施（詳細後述）
2.3 Block進化（2023-現在）
Block 1 (2023-2024)(9) - IFT-1〜IFT-4で使用 - Raptor 2エンジン - ホットステージング実装（IFT-2以降）
Block 2 (2024-2025) - IFT-5〜IFT-11で使用 - Raptor 2 + Raptor 3混在 - Mechazillaキャッチ実証（IFT-5） - 2025年10月Flight 11で引退予定
Block 3 (2026-) - 初飛行2026年Q1予定（Booster 18 + Ship 39） - 全エンジンRaptor 3統一 - ペイロード能力向上（100 ton → 150 ton LEO再使用時） - Mars 2026ミッション対応（5機による無人貨物輸送）
3 基本仕様
3.1 寸法・質量
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| 全高 | 120 m（393 ft） |
| 直径 | 9 m（29.5 ft） |
| Super Heavy高 | 69 m（226 ft）(10) |
| Starship高 | 50 m（164 ft） |
| 打上げ時質量 | 約5,000,000 kg（5,000 ton） |
比較: - Saturn V: 111m高、3,000 ton（Starshipはより大型） - SLS: 98m高、2,950 ton（Starshipはより大型） - N1: 105m高、2,750 ton（Starshipはより大型）
3.2 ペイロード能力（目標）
| モード | LEO能力 | 備考 |
|---|---|---|
| 完全再使用（Block 2） | 100-150 ton | ブースター・宇宙船両方回収 |
| 完全再使用（Block 3） | 150+ ton | 2026年以降 |
| 消耗 | 250 ton以上 | 再使用なし（理論値） |
注: 開発中のため、最終仕様は変動の可能性あり
4 推進システム
4.1 Super Heavy（第1段/ブースター）
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| エンジン名 | Raptor 2/3 |
| エンジン数 | 33基 |
| 推進剤 | LOX/メタン |
| 総推力 | 約74,400 kN（16,700,000 lbf、1,670万ポンド） |
| 推進剤搭載量 | 約3,400 ton（LOX 2,700t + CH4 700t） |
配置(10): - 外周（Outer ring）: 20基（固定、推力のみ） - 内周（Inner ring）: 13基（ジンバル、推力+方向制御）
4.2 Starship（第2段/宇宙船）
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| エンジン名 | Raptor 2/3（海面型 + 真空型） |
| エンジン数 | 6基（海面3基 + 真空3基） |
| 推進剤 | LOX/メタン |
| 総推力 | 約13,300 kN |
| 推進剤搭載量 | 約1,200 ton |
エンジン配置: - 海面型（RVac）: 3基（着陸用） - 真空最適化型（RSea）: 3基（軌道投入用、ノズル拡大）
4.3 Raptorエンジン進化
全流量二段燃焼サイクル（Full-Flow Staged Combustion, FFSC）(11)
| 世代 | 推力 | 比推力 | 燃焼室圧力 | 質量 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| Raptor 1 | 185 ton（1.81 MN） | 330s（真空） | 250 bar | 1,500 kg | 初期型 |
| Raptor 2 | 230 ton（2.26 MN） | 327s（真空） | 300 bar | 1,470 kg | Block 1/2使用 |
| Raptor 3 | 280 ton（2.75 MN） | 350s（真空目標） | 350 bar | 1,280 kg | 36%軽量化（vs R1） |
Raptor 3の改良点: - 質量削減: 1,500kg → 1,280kg（Raptor 1比-36%、Raptor 2比-7%） - 推力増加: 230t → 280t（+22%） - 燃焼室圧力向上: 300 bar → 350 bar - 製造コスト削減（部品点数削減）
FFSCの特徴: - プレバーナーを2つ使用（酸化剤側・燃料側） - 全推進剤がタービンを通過後燃焼室へ - 高効率・高推力密度 - メタン推進剤 → 火星でのISRU（現地資源利用）可能(12)
5 機体設計
5.1 ステンレス鋼構造
材料: ステンレス鋼304L(6)
選定理由: 1. 極低温強度: -253°C（LOX温度）で強度50%増加 - 一般鋼材は極低温で脆化、ステンレスは強化 2. 高温耐性: 820-870°C（再突入時）でも強度維持 - アルミは融点660°C、ステンレスは1,400-1,450°C 3. コスト: カーボンコンポジット$135/kg → ステンレス$4/kg（1/34） 4. 製造速度: 溶接技術で高速生産可能
構造: - 板厚3-4mm（部位により変動） - リング状構造を溶接接合 - 推進剤タンク一体型モノコック構造
5.2 熱防護システム（TPS）
第2段Starship再突入用(13)
仕様: - タイル数: 約18,000枚（六角形セラミックタイル） - 耐熱温度: 1,400-2,500°C（2,600-4,500°F） - 取付方式: ピン固定（Space Shuttleは接着剤 → 剥離問題） - タイル間隙: 熱膨張吸収用ギャップあり
再突入姿勢: - ベリーフラップ姿勢: 機体腹部から再突入（60°迎角） - 4枚フラップ: 前2枚 + 後2枚で姿勢制御 - 抗力最大化: 速度を効果的に減速
着陸プロセス: 1. 高度70km: 大気圏再突入開始（ベリーフラップ姿勢） 2. 高度50-60km: プラズマ加熱ピーク（1,400-2,500°C） 3. 高度10km: フラップで姿勢を垂直へ転換 4. 高度1km以下: 海面型Raptorエンジン3基点火 5. 海面/地上: 垂直軟着陸（IFT-4以降、海上着水成功）
5.3 ホットステージング
概念(14): - 第2段エンジンを第1段と接続中に点火 - ロケットが加速を止めずに段分離 - ソ連/ロシアロケット（Soyuz, N1等）で使用実績
Starship実装（IFT-2以降）: - Super Heavy上部に「ホットステージリング」追加 - リングの開口部から第2段排気を逃がす - 第1段13基のうち3基のみ燃焼継続、第2段点火と同時に分離
利点: - ペイロード能力+10%（加速継続効果） - 分離高度低下 → ブースター回収容易
6 完全再使用技術
6.1 Mechazilla空中キャッチシステム
Mechazilla: 発射タワー一体型のロケットキャッチシステム(7)
構造: - 高さ: 469-480 ft（143-146m） - キャッチアーム（“chopsticks”）: 2本の巨大アーム - 機能: ロケット起立、推進剤充填、キャッチ回収
IFT-5実証（2024年10月13日）(15): - 世界初のSuper Heavyブースター空中キャッチ成功 - Booster 12が打上げ7分後、発射タワーに帰還 - 2本のアームでブースター側面を挟み込んでキャッチ - 意義: 着陸脚不要（質量削減）、即座の整備・再打上げ準備可能
キャッチシーケンス: 1. ブースター分離（高度約70km） 2. ブーストバック燃焼（発射地点へ帰還） 3. 大気圏再突入（3基エンジン燃焼） 4. 着陸燃焼（13基中7-13基使用、最終的に3基） 5. タワー上空でホバー → アームでキャッチ
6.2 Starship宇宙船再使用
大気圏再突入(13): - IFT-4（2024年6月6日）: 初の制御された海上着水成功(16) - IFT-5（2024年10月13日）: インド洋着水成功（ブースターキャッチと同時達成） - IFT-6（2024年11月19日）: 昼間着水成功、Raptor再着火実証
将来計画: - Starship宇宙船のMechazillaキャッチ（2025年予定） - 完全再使用達成 → 打上げコスト劇的削減
7 試験飛行実績
7.1 統合飛行試験（IFT）進捗表
| 試験 | 日付 | Booster | Ship | 結果 | 主要成果 |
|---|---|---|---|---|---|
| IFT-1 | 2023/04/20 | B7 | S24 | 失敗 | 打上げ台損傷、飛行中爆発 |
| IFT-2 | 2023/11/18 | B9 | S25 | 部分成功 | ホットステージング成功 |
| IFT-3 | 2024/03/14 | B10 | S28 | 部分成功 | ペイロードドア開閉試験 |
| IFT-4 | 2024/06/06 | B11 | S29 | 成功 | 両段制御着水成功 |
| IFT-5 | 2024/10/13 | B12 | S30 | 大成功 | Mechazillaキャッチ成功 |
| IFT-6 | 2024/11/19 | B13 | S31 | 部分成功 | Raptor宇宙再着火成功 |
進捗: 18ヶ月で壊滅的失敗（IFT-1）から空中キャッチ成功（IFT-5）へ急速進化
7.2 IFT-1: 初の統合飛行試験（2023年4月20日）
目標(17): - 統合機体の打上げ・飛行実証 - 段分離実証 - 軌道速度到達
結果: - 打上げ: 成功（Super Heavy 33基中30基点火、3基不点火） - 飛行時間: 約4分 - 段分離: 失敗（分離コマンド発信されず） - 終了: 高度39kmで飛行終了システム（FTS）作動、機体破壊
問題点: - 打上げ台損傷（噴射で破壊） - エンジン3基打上げ時不点火 - 油圧システム故障 → ジンバル制御喪失
FAA対応(8): - FAA調査により63項目の是正措置要求 - 打上げ台への水冷式導炎装置（flame deflector）追加義務
7.3 IFT-2: ホットステージング成功（2023年11月18日）
改善点(18): - 打上げ台に鋼製プレート + 水冷システム追加 - ホットステージングリング追加（Super Heavy上部） - 推進剤充填方式改良
結果: - 打上げ: 成功（33基全点火） - 段分離: 成功（世界初のホットステージング成功） - Ship到達高度: 149km（宇宙空間到達） - Booster: ブーストバック燃焼中に爆発（打上げ後2分41秒） - Ship: 飛行8分後、自動FTS作動により破壊
成果: - ホットステージング技術実証 - 宇宙空間到達 - 全33基エンジン点火成功
7.4 IFT-3: ペイロードドア試験（2024年3月14日）
目標(19): - ペイロードベイドア開閉試験 - 推進剤移送デモンストレーション - 再突入実証
結果: - 段分離: 成功 - Ship飛行: 全6基Raptorフル燃焼達成 - ペイロードドア: 開閉成功 - 推進剤移送: LOXタンク間移送デモ実施 - 再突入: 大気圏再突入中に通信途絶、機体喪失 - Booster: 海上着水直前に喪失
課題: - 再突入時の熱防護タイル剥離 - 姿勢制御喪失
7.5 IFT-4: 初の制御着水成功（2024年6月6日）
改善点(16): - 熱防護タイル追加・改良 - ソフトウェアアップデート - フラップ制御改善
結果: - 段分離: 成功 - Ship再突入: 成功（複数タイル脱落も飛行継続） - Ship着水: インド洋への制御された軟着水成功（世界初） - Booster着水: メキシコ湾への制御された軟着水成功
意義: - 両段とも制御された着水達成 - 再突入時タイル損傷あっても生存実証 - 次のキャッチ試験への道を開く
7.6 IFT-5: 歴史的Mechazillaキャッチ（2024年10月13日）
目標(15): - Super HeavyのMechazillaキャッチ実証 - Ship再突入精度向上
結果: - 打上げ: 成功 - 段分離: 成功 - Booster帰還: 打上げ7分後、Mechazillaアームによるキャッチ成功 - 世界初の超大型ロケットブースター空中キャッチ - 着陸脚不要の完全再使用実証 - Ship着水: インド洋へ精密着水成功
歴史的意義: - ロケット再使用の新時代到来 - 着陸脚質量ゼロ → ペイロード能力向上 - 即座の整備・再打上げ可能性
7.7 IFT-6: 宇宙でのRaptor再点火（2024年11月19日）
目標(20): - Booster再度のキャッチ試験 - 宇宙空間でのRaptor再点火 - 昼間着水（視認性向上）
結果: - 打上げ: 成功 - ペイロード: バナナ（ゼロG指示器として世界初） - Raptor再点火: 軌道上で初の海面型Raptor再点火成功 - Boosterキャッチ: 中止（センサー異常） → メキシコ湾着水 - Ship着水: インド洋へ昼間着水成功（視認性良好）
成果: - 軌道上推進剤移送・軌道変更能力実証 - デオービットバーン能力実証
8 運用射場
8.1 Starbase（ボカチカ）
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 所在地 | Boca Chica、テキサス州 |
| 射点数 | 2（Orbital Launch Mount A/B） |
| Mechazillaタワー | OLIT-1運用中、OLIT-2建設中 |
| 開発状況 | 継続拡張中 |
| 年間打上げ承認数 | 25回（2025年、FAA承認） |
詳細: Starbase 記事参照
8.2 Kennedy LC-39A（建設中）
計画(21): - Kennedy Space Center LC-39AからのStarship打上げ準備中 - Orbital Launch Mount建設中 - Flame trench（導炎溝）基礎工事完了 - Mechazillaアームアップグレード中
用途: - NASA Artemis HLS（月着陸船）打上げ - 深宇宙ミッション（Europa Clipper級大型探査機）
運用開始目標: 2025年中頃（Elon Musk 2024年4月発表）
9 主要ミッション計画
9.1 Artemis月着陸船（HLS）
契約(22): - 契約日: 2021年4月16日 - 契約額: $2.89B（Firm Fixed-Price） - Option B: 2022年11月追加$1.15B（Artemis IV用） - 競合: Blue Origin（Blue Moon）、Dynetics敗退
ミッション: - Artemis III（2027年予定）: 初の有人月着陸（1972年以来） - Artemis IV（2028年予定）: 月ゲートウェイ経由着陸
Starship HLS仕様: - 宇宙船型Starship改造（熱防護タイル不要） - 月軌道用推進剤: 軌道上推進剤補給（10-14回タンカー打上げ） - 着陸エンジン: 高位置搭載（月面レゴリス飛散最小化） - 居住スペース: 4名宇宙飛行士、数日間滞在可能
9.2 軌道上推進剤補給
アーキテクチャ(23): - Tanker（タンカー）: 推進剤輸送専用Starship（200 ton/回） - Depot（デポ）: 軌道貯蔵庫Starship（フラップ・熱防護なし、高背型） - 補給先: HLS Starship（月ミッション用）
HLS月ミッション推進剤補給シーケンス: 1. Depot打上げ（LEOへ） 2. Tanker 10-14回打上げ → Depotへ推進剤移送（各200t） 3. HLS Starship打上げ 4. HLS ← Depot推進剤移送（1,200t） 5. HLS月軌道へ出発（Delta-V 約3.1 km/s）
技術実証: - IFT-3（2024年3月）: タンク間LOX移送デモ - IFT-6（2024年11月）: Raptor宇宙再点火（軌道変更能力実証） - 2026年: 初の軌道上推進剤移送フルデモ予定
9.3 Dear Moon（中止）
計画(24): - 前澤友作氏による民間月周回飛行 - 発表: 2018年9月 - 計画打上げ: 2023年（当初）
中止: - 2024年6月1日中止発表 - 理由: Starship開発遅延、スケジュール不確実性 - 前澤氏資産半減（ZOZOTOWNから退任後）
9.4 Starlink V3展開
計画(3): - Starlink第3世代（V3）大型衛星展開 - ペイロード: 54-60機/回（各1,900 kg） - 性能: 1 Tbps downlink/衛星（V2 Miniの20倍） - 展開方式: “Pezディスペンサー”（縦積み展開、IFT-10で試験予定）
Starship必要性: - Falcon 9ペイロードベイ直径: 5.2m（V3搭載不可） - Starship内径: 8m（V3搭載可能）
9.5 火星ミッション
計画(2): - 2026年: 無人貨物ミッション5機（各10 ton）(9) - 火星着陸実証 - ISRU設備展開 - 2028年: 無人貨物ミッション追加 - 2030年代: 有人ミッション（100人/機）
ISRU（現地資源利用）(12): - Sabatier反応: CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O - 火星大気CO₂（95%）+ 地下氷H₂O → メタン・LOX製造 - 太陽光発電による推進剤工場 - 帰還用推進剤1,200 ton製造（火星滞在26ヶ月）
長期目標: - Elon Musk目標: 2050年までに火星100万人都市建設 - Starship役割: 地球-火星大量輸送システム（100人/回）
10 将来展望
10.1 運用開始
目標: 2026-2027年本格運用開始 - Starlink V3展開開始 - NASA Artemis III HLS（2027年） - 商業ペイロード打上げ
10.2 完全再使用達成
ブースター: IFT-5でMechazillaキャッチ達成（2024年10月） 宇宙船: 2025年キャッチ試験予定
完全再使用効果(4): - 現在コスト: ~$100M/回（試験飛行） - 初期運用: $10-20M/回（10回再使用想定） - 長期目標: $2-3M/回（100回再使用想定） - コスト/kg: $300/kg（10回） → $30/kg（100回） → $15/kg（200回）
比較: - Falcon 9再使用: ~$2,500/kg（LEO） - SLS消耗: ~$20,000/kg（LEO） - Starship目標: $15/kg（LEO、200回再使用時）
10.3 火星植民地化
Elon Musk目標(2): - 2050年までに火星に100万人都市建設 - 年間1,000機打上げ（地球-火星ウィンドウ毎） - 1機あたり100人 + 100 ton貨物
Starshipの役割: - 地球-火星大量輸送システム - 火星でのISRUによる推進剤製造 - 完全再使用による低コスト化
課題: - 火星着陸（重力0.38G、大気0.6% → 降下速度大） - 火星離陸（推進剤1,200t現地製造必要） - 放射線防護（6-9ヶ月宇宙飛行） - 生命維持システム