TL;DR: Starship-luokan kokoonpanolle (~5 000 t laukaisun aikana) "nostoapu", joka lisää varhain vain 80–150 m/s, voi antaa +5–13 % hyötykuormaa LEO:ssa sijainnista riippuen. Siirtämällä sama laite lähes päiväntasaajan Afrikan ylängöille ja yhdistämällä paras jousiratkaisu, lisäät LEO:hon noin 20 t ja GEO-tehtävissä säästät kymmeniä tonneja polttoainetta, koska vältät radan kallistuksen. Jokainen pala on tärkeä—ja erittäin.

0) Oletukset (jotta luku voidaan toistaa)

• Ajoneuvon massa laukaisun hetkellä: 5 000 000 kg (Starship + Super Heavy -luokka).
• Vaiheiden suorituskykymalli (likimääräinen mutta johdonmukainen):
  • Ensimmäinen vaihe (booster): Isp ≈ 330 s, polttoaine ≈ 3 300 t, "kuiva" ≈ 200 t.
  • Toinen vaihe (alus): Isp ≈ 375 s, polttoaine ≈ 1 200 t, "kuiva" ≈ 150 t.
• Δv-budjetti laukaisupaikalta LEO:hon (sisältäen painovoima- ja ilmanvastushäviöt): ~9,4 km/s.
• Maan pyöriminen: nopeuslisä päiväntasaajalla vs. Starbase (~26° pohjoista leveyttä) ≈ +47 m/s.
• Ekvaattorin GEO-radan tasokulman etu (apogee, yhdistetty manööveri): ≈ 305 m/s säästö verrattuna 26° pohjoiseen leveyteen.
• Korkean maan edut (harvempi ilma, pienempi ilmanvastus) varhaisena Δv-vastaavana: ~10–20 m/s (esimerkeissä käytämme 20 m/s).

1) Kolme skenaariota

Miksi ei vain stadionin kokoinen teräsjousi? Koska teräksen elastisen energian tiheys on pieni. Parhaat käytännölliset "jouset" ovat moduuleja: sähkömagneettisia osia, hydrauliikkaa, vauhtipyöriä/SMES:iä ja suurta muodonmuutosta kestäviä komposiittiköysiä—ladataan hitaasti, puretaan nopeasti, voima muodostetaan ohjauksella.

2) Δv-tase (mitä saamme "ilmaiseksi"?)

• Maglev-nosto: ~+80 m/s aikaisin.
• Suuri jousi: ~+150 m/s aikaisin (maailmanluokan insinööritaito ja pidätys).
• Päiväntasaajan lisä vs. Starbase (~26°N): +47 m/s (pyöriminen).
• Korkeudet: ~+10–20 m/s Δv-ekvivalentti harvemman ilman/paineen laskun vuoksi "likaisimpina" hetkinä.
• GEO päiväntasaajalta: säästetään ~305 m/s apogeessä välttäen 26° tason muutosta.

3) Kuinka paljon hyötykuorma "ostaa"? (LEO/ZZO)

Käyttämällä yllä kuvattua johdonmukaista kaksivaiheista mallia saamme seuraavaa. Lukemat ovat suuntaa-antavia; säännönmukaisuus on tärkeää.

Lue näin: sama raketti, pienellä aikaisella työntövoimalla ja paremmalla kentällä, "lataa" kaksinumeroinen tonnimäärä LEO:hon. Tämä on vastakohta "pikkuhiljaa"-periaatteelle.

4) Suunnittelun "terveen järjen" tarkastukset (kulku, voima, energia)

• Kulku (v²/2a):
  • 80 m/s +1 g:ssä → ~320 m.
  • 150 m/s +2 g:ssä → ~563 m; +3 g:ssä → ~375 m.
• Keskivoima (M·Δv / t):
  • 80 m/s 4 s aikana → ~100 MN.
  • 150 m/s 4 s aikana → ~188 MN.
• Energia (½ M v²):
  • 80 m/s → 16 GJ (~4,4 MWh).
  • 150 m/s → 56 GJ (~15,6 MWh).

  Verkkovirta on yksinkertaista; vaikeaa on voima muutamaksi sekunniksi. Siksi on olemassa "jousipaketti": lataamme hitaasti, annamme nopeasti, muodostamme voiman.

5) GEO — siellä missä päiväntasaaja hämmästyttää

Noin 26°N (Starbase) lennolle GEOon on pakko "poistaa" ~26° poikkeama. Jos teet tasokulman muutoksen järkevästi apogeessa ja yhdistät sen kiertoradaksi, lisäkustannus on noin ~305 m/s verrattuna lähtöön päiväntasaajalta.

Mitä 305 m/s tarkoittaa propellantin kannalta? Toiselle vaiheelle, jossa Isp ≈ 375 s:

• Jokaista 200 t manööverin jälkeen (kuiva + kuorma) apogeenin manööveriin päiväntasaajalla tarvitaan ~99 t propellanttia, ja samasta Starbasesta ~125 t. Tämä on ~26 t säästö—apogeessa, jokaiselle tehtävälle.
• Lineaarisesti skaalattuna: 400 t → ~52 t säästö; 800 t → ~103 t säästö.

Yhdistä tämä 150 m/s jousipotkuun nousun alussa ja ylängön laukaisuun — ja koko tehtävän aikana säästät satoja m/s "budjetin helpotusta". Täyttöarkkitehtuurissa tämä tarkoittaa vähemmän tankkerilentojaja tai suurempaa kuormaa GEOon.

6) Materiaalien todellisuuden tarkistus (miksi "suuri" ei vielä ole taikuutta)

• Tänään käytännölliset "jousipaketit" (teräs/titaani + komposiitit + EM-moottorit): odotettu tehokas elastisen energian tiheys on ~1–10+ kJ/kg. Se riittää avuksi, mutta ei "laskemiseksi kiertoradalle".
• Laboratoriotason "unelma"-vaihtoehdot (BMG, suuret muodonmuutokset CFRP, joskus CNT/grafiitti massassa) voivat saavuttaa ~10–30+ kJ/kg käytännössä. Tämä mahdollistaa ~150 m/s luokan avun megarakenteissa. Silti työ tehdään moottoreilla.

7) Turvallisuus, ohjaus ja "älä riko rakettia"

• Monet pienet moduulit > yksi valtava jousi: ylimääräinen luotettavuus ja siistit abortit.
• Nykyllä (jerk) rajoitetut S-käyrät: tasainen voiman kasvu/pito/väheneminen; moottorit yhdessä säätelevät kaasua, jotta kokonaiskiihtyvyys pysyy normeissa.
• Pidätykset/dämpittimet: kaikki käyttämätön energia päätyy jarruihin, ei "pomppuun boostbackissä".

8) Ydinasia

• Maglev-nosto (~80 m/s): jo arvoltaan ~+5 % LEO hyötykuormasta Starbasessa, ja päiväntasaajalla vielä enemmän.
• Suuri jousi (~150 m/s): maailmanluokan insinöörityöllä pääset ~+9–13 % LEO hyötykuorman alueelle sijainnista riippuen.
• Ekvaattorin Afrikan ylängöt + jousi: noin +20 t LEOon samalle raketille ja ~25–100+ t propellanttisäästö GEO:n apogeessa (riippuen tehtävästä). Tämä on "jokainen pala on tärkeä" — selvästi.
• Moottorit tekevät silti työn: jousi ei muuta vetoa; se poistaa ikävimmät ensimmäiset sekunnit ja "maksaa" siitä kuormalla.

Nollavaihe voi olla akku. Lataa se hitaasti. Vapauta se kohteliaasti. Paremmalla laukaisulla ja leveydellä et muuta fysiikkaa — annat fysiikan muuttaa hyötykuormaasi.