TL;DR: За комплект клас Starship (~5 000 t при излитане) „подпомагането при излитане“, добавящо рано само 80–150 m/s, може да даде +5–13 % полезен товар в LEO (ННО) в зависимост от мястото. Пренасяйки същия апарат в почти екваториалните плата на Африка и комбинирайки с най-доброто пружинно решение, добавяте към LEO ~20 t и спестявате десетки тонове гориво за GEO мисии, тъй като избягвате промяната на равнината. Всеки бит е важен—и много.

0) Предпоставки (за да може числото да се възпроизведе)

• Маса на превозното средство при излитане: 5 000 000 kg (клас Starship + Super Heavy).
• Модел на ефективността на степените (приблизителен, но последователен):
  • Първа степен (усилвател): Isp ≈ 330 s, гориво ≈ 3 300 t, „суха“ маса ≈ 200 t.
  • Втора степен (кораб): Isp ≈ 375 s, гориво ≈ 1 200 t, „суха“ маса ≈ 150 t.
• Δv бюджет от площадката до LEO (включително загуби от гравитация/съпротивление): ~9,4 km/s.
• Въртенето на Земята: добавка на скорост към екватора спрямо Starbase (~26° с. ш.) ≈ +47 m/s.
• Предимството от промяната на екваториалната GEO орбитална равнина (в апогея, комбиниран маньовър): ≈ 305 m/s спестяване в сравнение с 26° с. ш.
• Предимството на височината на плата (по-рядък въздух, по-ниско съпротивление) като ранен еквивалент на Δv: ~10–20 m/s (в примерите използваме 20 m/s).

1) Три сценария

Защо не просто стоманена пружина с размерите на стадион? Защото плътността на еластичната енергия на стоманата е ниска. Най-добрите практически "пружини" са модули: електромагнитни секции, хидравлика, маховци/SMES и композитни въжета с големи деформации — зареждат се бавно, разреждат се бързо, силата се формира чрез управление.

2) Δv баланс (какво получаваме "безплатно"?)

• Maglev повдигане: ~+80 m/s рано.
• Голямата пружина: ~+150 m/s рано (световно инженерство и задържане).
• Добавка от екватора спрямо Starbase (~26°N): +47 m/s (въртене).
• Високопланински: ~+10–20 m/s Δv еквивалент поради по-рядък въздух/намалено налягане в най-"мръсните" секунди.
• GEO от екватора: спестява се ~305 m/s в апогея, избягвайки промяна на равнината с 26°.

3) Колко полезен товар това "купува"? (LEO/ЖЗО)

Използвайки описания по-горе последователен двустепенен модел, получаваме следното. Числата са ориентировъчни; важна е закономерността.

Четете така: същата ракета, с леко ранно избутване и по-добра площадка, „зарежда“ двуцифрен брой тонове в LEO. Това е противоположно на „малко по малко“.

4) Проверка на проектирането с „здрав разум“ (пробег, сила, енергия)

• Пробег (v²/2a):
  • 80 m/s при +1 g → ~320 m.
  • 150 m/s при +2 g → ~563 m; при +3 g → ~375 m.
• Средна сила (M·Δv / t):
  • 80 m/s за 4 с → ~100 MN.
  • 150 m/s за 4 с → ~188 MN.
• Енергия (½ M v²):
  • 80 m/s → 16 GJ (~4,4 MWh).
  • 150 m/s → 56 GJ (~15,6 MWh).

  Мрежова енергия — проста; трудно е мощност за няколко секунди. Затова съществува „пакет от пружини“: зареждаме бавно, отдаване бързо, формираме сила.

5) GEO — там, където екваторът впечатлява

От ~26°N (Starbase) за полет към GEO трябва да се „премахне“ ~26° отклонение. Ако променяте равнината разумно в апогея и комбинирате с кръговизация, допълнителната цена е ~305 м/с в сравнение със старт от екватора.

Какво означава 305 м/с в смисъл на гориво? За втора степен с Isp ≈ 375 с:

• На всеки 200 т след маневра (сухо + товар) за апогеен маневър на екватора са необходими ~99 т гориво, а същото от Starbase — ~125 т. Това е ~26 т спестяване — в апогея, за всяка мисия.
• Линейно мащабиране: 400 т → ~52 т спестени; 800 т → ~103 т спестени.

Комбинирайте това с 150 м/с пружинно избутване в началото на излитането и площадка на плата — и през цялата мисия събирате стотици м/с „облекчение на бюджета“. В архитектурата на зареждане това означава по-малко полети на танкери или по-голям товар към GEO.

6) Проверка на реалността на материалите (защо „голямата“ все още не е магия)

• Днес практични „пакети пружини“ (стомана/титан + композити + EM двигатели): очаквана ефективна плътност на еластична енергия ~1–10+ kJ/kg. Това е достатъчно за помощ, но не и за „изстрелване в орбита“.
• Лабораторни „мечтани“ варианти (BMG, големи деформации CFRP, някога CNT/графен в маса) могат практически да достигнат ~10–30+ kJ/kg. Това позволява ~150 м/с клас асистенция в мащаба на мегаструктура. Все пак, работата се върши от двигателите.

7) Безопасност, управление и "не чупете ракетата"

• Много малки модули > една огромна пружина: излишна надеждност и подредени аварийни прекъсвания.
• S-криви ограничени от трептене (jerk): равномерно нарастване/задържане/намаляване на силата; двигателите заедно тротлират, за да поддържат общото g в нормите.
• Задържане/демпфери: цялата неизползвана енергия се губи в спирачките, а не в "отскок boostback".

8) Същност

• Maglev издигане (~80 м/с): вече заслужава ~+5 % полезен товар в LEO в Starbase, а на екватора — още повече.
• Голяма пружина (~150 м/с): с инженерство от световна класа достигате диапазон ~+9–13 % полезен товар в LEO в зависимост от мястото.
• Екваториални африкански плата + пружина: около +20 т в LEO за същата ракета и ~25–100+ т спестяване на гориво в апогея на GEO (зависи от мисията). Това е "всяко парченце е важно" — очевидно.
• Двигателите все пак вършат работа: пружината не променя тягата; тя изтрива най-грозните първи секунди и "плаща" за това с товара.

Нулевата степен може да бъде батерия. Зареждайте я бавно. Освобождавайте я внимателно. С по-добра площадка и по-добра ширина не променяте физиката — позволявате на физиката да промени полезния ви товар.