TL;DR: Starship klases komplektam (~5 000 t pacelšanās brīdī) “pacelšanas palīdzība”, sākotnēji pievienojot tikai 80–150 m/s, var dot +5–13 % lietderīgās kravas LEO (Zemes zemas orbītas) atkarībā no vietas. Pārvietojot to pašu aparātu uz gandrīz ekvatoriālajiem Āfrikas augstkalniem un apvienojot ar labāko atsperu risinājumu, LEO pievienojat ~20 t un GEO misijās ietaupāt desmitiem tonnu degvielas, jo izvairāties no orbītas plaknes maiņas. Katrs bits ir svarīgs—un ļoti.

0) Pieņēmumi (lai varētu atkārtot aprēķinu)

• Transportlīdzekļa masa pacelšanās brīdī: 5 000 000 kg (Starship + Super Heavy klase).
• Posmu veiktspējas modelis (aptuvens, bet konsekvents):
  • Pirmais posms (pastiprinātājs): Isp ≈ 330 s, degviela ≈ 3 300 t, “sauss” ≈ 200 t.
  • Otrais posms (kuģis): Isp ≈ 375 s, degviela ≈ 1 200 t, “sauss” ≈ 150 t.
• Δv budžets no palaišanas vietas līdz LEO (ieskaitot gravitācijas un pretestības zudumus): ~9,4 km/s.
• Zemes rotācija: ātruma pieaugums pie ekvatora pret Starbase (~26° ziemeļu platums) ≈ +47 m/s.
• Ekvatoriālās GEO apļveida orbītas plaknes maiņas priekšrocība (apogejā, apvienota manevra laikā): ≈ 305 m/s ietaupījums salīdzinājumā ar 26° ziemeļu platumu.
• Augstkalnu augstuma priekšrocība (retāka gaisa masa, mazāks pretestības spiediens) kā agrīns Δv ekvivalents: ~10–20 m/s (piemēros izmantojam 20 m/s).

1) Trīs scenāriji

Kāpēc ne vienkārši stadiona lieluma tērauda atsperes? Jo tērauda elastīgās enerģijas blīvums ir zems. Labākās praktiskās "atsperes" ir moduļi: elektromagnētiskās sekcijas, hidraulika, rotori/SMES un lielas deformācijas kompozītmateriālu troses — lēni uzlādējas, ātri izlādējas, spēks tiek veidots ar vadību.

2) Δv bilance (ko iegūstam "bez maksas"?)

• Maglev pacelšana: ~+80 m/s agri.
• Lielā atsperes: ~+150 m/s agri (pasaules līmeņa inženierija un aizturēšana).
• Ekvatora papildinājums pret Starbase (~26°N): +47 m/s (rotācija).
• Augstienes: ~+10–20 m/s Δv ekvivalents retākas gaisa/spiediena krišanās dēļ pašās "netīrākajās" sekundēs.
• GEO no ekvatora: ietaupīts ~305 m/s apogejā, izvairoties no 26° plaknes maiņas.

3) Cik daudz noderīgās kravas tas "nopērk"? (LEO/ŽŽO)

Izmantojot iepriekš aprakstīto secīgo divpakāpju modeli, iegūstam sekojošo. Skaitļi ir aptuveni; svarīga ir likumsakarība.

Lasiet tā: tā pati raķete, ar nelielu agrīnu stumienu un labāku laukumu, "uzlādējas" divciparu tonnu skaitu LEO. Tas ir pretstats "pakāpeniskumam".

4) Projektēšanas "veselā saprāta" pārbaudes (gājiens, spēks, enerģija)

• Gājiens (v²/2a):
  • 80 m/s pie +1 g → ~320 m.
  • 150 m/s pie +2 g → ~563 m; pie +3 g → ~375 m.
• Vidējais spēks (M·Δv / t):
  • 80 m/s 4 s laikā → ~100 MN.
  • 150 m/s 4 s laikā → ~188 MN.
• Enerģija (½ M v²):
  • 80 m/s → 16 GJ (~4,4 MWh).
  • 150 m/s → 56 GJ (~15,6 MWh).

  Tīkla enerģija — vienkārša; grūti ir jauda uz dažām sekundēm. Tāpēc pastāv "atsperu pakete": lēni uzlādējam, ātri atdodam, veidojam spēku.

5) GEO — tur, kur ekvators pārsteidz

No ~26°N (Starbase) lidojumam uz GEO ir jānoņem ~26° novirze. Ja plaknes maiņu veicat gudri apogejā un apvienojat ar apļošanu, papildu izmaksas ir ~305 m/s salīdzinājumā ar startu no ekvatora.

Ko nozīmē 305 m/s degvielas izteiksmē? Otrajai pakāpei ar Isp ≈ 375 s:

• Katrai 200 t pēc manevra (sausa + krava) apogēja manevram pie ekvatora nepieciešams ~99 t degvielas, bet tas pats no Starbase — ~125 t. Tas ir ~26 t ietaupījums—apogejā, katrai misijai.
• Lineāri mērogojot: 400 t → ~52 t ietaupījums; 800 t → ~103 t ietaupījums.

Apvienojiet to ar 150 m/s atsperes stumienu pacelšanās sākumā un augstienes laukumu — un visas misijas laikā jūs iegūstat simtiem m/s "budžeta atvieglojumam". Uzpildes arhitektūrā tas nozīmē mazāk tankeru lidojumu vai lielāku kravu uz GEO.

6) Materiālu realitātes pārbaude (kāpēc "lielā" vēl nav maģija)

• Šodien praktiski "atsperu paketi" (tērauds/titāns + kompozīti + EM dzinēji): sagaidāmais efektīvais elastīgās enerģijas blīvums ir ~1–10+ kJ/kg. Tas pietiek palīdzībai, bet ne "ievietošanai orbītā".
• Laboratorijas "sapņu" varianti (BMG, lielas deformācijas CFRP, kādreiz CNT/grafēns masā) var sasniegt ~10–30+ kJ/kg praktiski. Tas ļauj ~150 m/s klases asistu megastruktūras mērogā. Tomēr darbu veic dzinēji.

7) Drošība, vadība un "neplīsti raķetei"

• Daudz mazu moduļu > viena milzīga atsperes: pārmērīga uzticamība un kārtīgi aborti.
• S kreisumu ierobežo ar trīcienu (jerk): vienmērīga spēka pieaugums/uzturēšana/samazināšana; dzinēji kopā trotlē, lai kopējais g paliktu normas robežās.
• Aizture/slāpētāji: visa neizmantotā enerģija beidzas bremzēs, nevis "atsitiena boostback".

8) Būtība

• Maglev pacelšana (~80 m/s): jau vērta ~+5 % LEO lietderīgās kravas Starbase, bet pie ekvatora — vēl vairāk.
• Lielā atsperes (~150 m/s): ar pasaules klases inženieriju jūs nonākat ~+9–13 % LEO lietderīgās kravas diapazonā atkarībā no vietas.
• Ekvatoriālās Āfrikas augstienes + atsperes: aptuveni +20 t LEO tai pašai raķetei un ~25–100+ t degvielas ietaupījums GEO apogejā (atkarībā no misijas). Tas ir "katrs bits ir svarīgs" — acīmredzami.
• Dzinēji joprojām veic darbu: atsperes neizmaina vilkmi; tā izdzēš nepatīkamākās pirmās sekundes un par to "samaksā" ar kravu.

Nulles pakāpe var būt baterija. Lādējiet to lēnām. Izlaidiet to pieklājīgi. Ar labāku laukumu un labāku platumu jūs nemaināt fiziku — jūs ļaujat fizikai mainīt jūsu lietderīgo kravu.