Stage Separation段分離

多くのロケットは、燃料を使い切った下の段を途中で切り離し、軽くなった上の段だけで加速を続けます。これが段分離です。Starship では、1段目の Super Heavy から2段目の宇宙船 Starship が離れる瞬間にあたり、飛行全体の中でも特に難しい場面の一つです。

2023年4月の最初の統合飛行試験では、機体は段分離に至らずに失われました（Space.com）。SpaceX はその後、上段のエンジンに点火してその力でブースターから離れる「ホットステージング」に切り替えると発表し、同年11月18日の飛行2で初めて成功させました。SpaceX は、この規模の機体での成功は初めてだとしています。

手順は次のとおりです。打ち上げから約2分半後、Super Heavy は中心の3基を残してエンジンを止めます。まだ2つの段がつながっている状態で、上段が6基の Raptor エンジンに点火し、その推力で自らを押し出すようにして離れていきます。

このとき、上段の高温の排気は真下のブースター上部に吹き付けます。そこで V2 までは、ブースターの上に通気口の多いリング状の構造（ホットステージ、ベント付きインターステージ）を取り付け、排気を横へ逃がしていました。2024年6月の飛行4からは、このリングを帰還途中に切り離して、ブースターを軽くしていました。

2026年の V3 では、この使い捨てのリングが廃止され、ホットステージがブースターと一体化されました。SpaceX によると、燃料タンクの上部のドームが上段の噴射に直接さらされる設計になり、タンクの内圧と、構造を担わない薄い鋼板の層でそれを守ります。2つの段をつなぐ部品も、分離後に引っ込んで排気を避けるようになりました。

分離後、ブースターは向きを反転させて帰還のための噴射に移り、上段はそのまま宇宙へ向かいます。V3 では、段分離時の熱を避けるため、ブースターのグリッドフィンの取り付け位置も下げられています。2026年7月の飛行13では、分離後の反転とエンジン起動の手順が、タイミングのばらつきに強くなるよう変更されました。

ホットステージングでは、ブースターがエンジンを止めてから上段が点火するまでの「推力の途切れ」がほとんどありません。マスク氏は、この方式によって軌道へ運べる重量が約10%増える可能性があると述べたと報じられています（Space.com）。

SpaceX は Falcon の資料で、ロケットの主な失敗原因として、エンジン、電子機器と並んで段分離を挙げています。多数のエンジンが関わる Starship の段分離を、毎回確実にこなせるかどうかは、機体の信頼性を左右する要素です。

編集部の見方では、V3 でホットステージを一体化したことは、完全再使用に向けた一歩と考えられます。毎回リングを捨てる方式では、そのたびに新しい部品が必要になりますが、一体化により、ブースターを丸ごと繰り返し使える構成に近づきました。

Falcon 9 は、1段目のエンジンを止めてから段を切り離し、そのあとで2段目のエンジンに点火します。切り離しには、ヘリウムの圧力で押し出す空気圧式の装置が使われ、SpaceX は火薬を使わない方式だと説明しています。上段に点火しながら離れる Starship とは、順番が逆になっています。

ホットステージング自体は新しい発想ではなく、ロケットの歴史の中で使われてきた方式です（Space.com はロシアのロケットでよく使われると報じています）。Starship の特徴は、上段の噴射を受け止めたブースターが、そのあと発射場へ戻って再使用されることを前提にしている点にあります。