🌀🚀 Stora fjäderrampen: utan hjälp vs. maglev-upplyftning vs. mega-fjäder — och varför den ekvatoriella afrikanska rampen är en hemlig nyttolastfördel
Samma lekfulla ton, skarpare matematik. Vi inkluderar realistiska materialgränser, Δv-beräkning och platsfördelar för att se hur "en liten knuff" blir stor nyttolast.
TL;DR: För Starship-klassens konfiguration (~5 000 t vid start) kan "lyfthjälp", som tidigt lägger till bara 80–150 m/s, ge +5–13 % nyttolast till LEO (lågjordbana) beroende på plats. Genom att flytta samma farkost till nästan ekvatoriella afrikanska högland och kombinera med bästa fjäderlösning lägger du till ~20 t till LEO och sparar tiotals ton drivmedel i GEO-uppdrag eftersom du undviker planändring. Varje liten bit räknas—och mycket.
0) Antaganden (för att siffran ska kunna reproduceras)
- Farkostens massa vid start: 5 000 000 kg (Starship + Super Heavy-klass).
- Prestandamodell för stegen (ungefärlig men konsekvent):
- Första steget (booster): Isp ≈ 330 s, drivmedel ≈ 3 300 t, "torr" ≈ 200 t.
- Andra steget (farkost): Isp ≈ 375 s, drivmedel ≈ 1 200 t, "torr" ≈ 150 t.
- Δv-budget från ramp till LEO (inklusive gravitations-/motståndsförluster): ~9,4 km/s.
- Jordens rotation: hastighetstillägg vid ekvatorn vs. Starbase (~26° N lat) ≈ +47 m/s.
- Fördel av ekvatoriell GEO-cirkulationsplansändring (vid apogé, kombinerad manöver): ≈ 305 m/s sparas jämfört med 26° N lat.
- Höjd för höglandsfördel (tunnare luft, mindre mottryck) som tidig Δv-ekvivalent: ~10–20 m/s (vi använder 20 m/s i exemplen).
1) Tre scenarier
🚫 Utan hjälp (endast motorer)
Utan någon hjälp. Bas-Δv från ramp till LEO ≈ 9,4 km/s.
🧲 Maglev-upplyftning (bästa praktiska fallet)
- Målhjälp: Δv ≈ 80 m/s.
- "Mjuk" profil, extra acceleration ≈ +1 g → sträcka ~320 m.
- Energi: 16 GJ (~4,4 MWh). Om den avges på 4 s → genomsnittlig effekt ~4 GW.
- Genomsnittlig kraft: ~100 MN (S-kurva begränsad av ryck; motorer gasar för att hålla total g inom norm).
🌀 "Den stora fjädern" (heroisk, global skala)
- Målassistans: Δv ≈ 150 m/s.
- Extra acceleration +2–3 g → sträcka ~563–375 m (v²/2a).
- Energi: 56 GJ (~15,6 MWh). 4 s utlämning → ~14 GW i genomsnitt.
- Realistiska material: sammansatta linjära motorer + hydrauliska ackumulatorer + kompositdragfjädrar (inte en enda jättestor spole).
Varför inte bara en stålfjäder i stadionstorlek? Eftersom stålets elastiska energitäthet är låg. De bästa praktiska "fjädrarna" är moduler: elektromagnetiska sektioner, hydraulik, svänghjul/SMES och kompositdragfjädrar med stor deformation—laddas långsamt, urladdas snabbt, kraften formas genom styrning.
2) Δv-balans (vad får vi "gratis"?)
- Maglev-lyft: ~+80 m/s tidigt.
- Den stora fjädern: ~+150 m/s tidigt (världsklass ingenjörskonst och fördröjning).
- Ekvatortillägg vs. Starbase (~26°N): +47 m/s (rotation).
- Högland: ~+10–20 m/s Δv-ekvivalent på grund av tunnare luft/lägre tryck under de "smutsigaste" sekunderna.
- GEO från ekvatorn: sparar ~305 m/s vid apogé genom att undvika 26° planförändring.
3) Hur mycket nyttolast "köper" detta? (LEO/SSO)
Med den ovan beskrivna sekventiella tvåstegsmodellen får vi följande. Siffrorna är ungefärliga; mönstret är viktigt.
| Plats och assistans | Anpassad Δv-kredit | Nyttolast till LEO | Ökning jämfört med bas |
|---|---|---|---|
| Starbase — utan hjälp | — | 151,2 t | Bas |
| Starbase — Maglev | +80 m/s | 158,5 t | +7,4 t (+4,9 %) |
| Starbase — Stora fjädern | +150 m/s | 165,1 t | +14,0 t (+9,2 %) |
| Ekvatorialafrika — utan hjälp | +47 m/s (rotation) | 155,5 t | +4,3 t (+2,8 %) |
| Ekvatorialafrika — Maglev | +127 m/s (47+80) | 163,0 t | +11,8 t (+7,8 %) |
| Ekvatorialafrika — Den stora fjädern | +197 m/s (47+150) | 169,7 t | +18,5 t (+12,2 %) |
| Ekvatorialafrika — Den stora fjädern + höglandet | ~+217 m/s (47+150+20) | 171,6 t | +20,4 t (+13,5 %) |
Läs så här: samma raket, med en liten tidig knuff och bättre plattform, "laddar" tvåsiffrigt antal ton till LEO. Detta är motsatsen till "långsamt".
4) Designens "sunt förnuft"-kontroller (sträcka, kraft, energi)
-
Sträcka (v²/2a):
- 80 m/s vid +1 g → ~320 m.
- 150 m/s vid +2 g → ~563 m; vid +3 g → ~375 m.
-
Medelkraft (M·Δv / t):
- 80 m/s under 4 s → ~100 MN.
- 150 m/s under 4 s → ~188 MN.
-
Energi (½ M v²):
- 80 m/s → 16 GJ (~4,4 MWh).
- 150 m/s → 56 GJ (~15,6 MWh).
Nätverksenergi — enkelt; svårt är kraft under några sekunder. Därför finns "fjäderpaketet": laddar långsamt, släpper snabbt, skapar kraft.
5) GEO — där ekvatorn förbluffar
Från ~26°N (Starbase) för flygning till GEO måste man "ta bort" ~26° avvikelse. Om du gör planändringen smart vid apogeen och kombinerar med cirkularisering, är den extra kostnaden ~305 m/s jämfört med start från ekvatorn.
Vad betyder 305 m/s i drivmedels termer? För andra steget med Isp ≈ 375 s:
- Var 200 t efter manövern (torrt + last) krävs ~99 t drivmedel för apogeemanövern vid ekvatorn, och samma från Starbase — ~125 t. Det är ~26 t sparande—vid apogeen, för varje uppdrag.
- Skalning linjärt: 400 t → ~52 t sparas; 800 t → ~103 t sparas.
Kombinera detta med 150 m/s fjäderknuff i början av uppstigningen och höglandsplattform — och över hela uppdraget lägger du till hundratals m/s "budgetlättnad". I tankningsarkitekturen betyder det färre tankfartygsresor eller större last till GEO.
6) Materialens verklighetskontroll (varför "den stora" ännu inte är magi)
- Dagens praktiska "fjäderpaket" (stål/titan + kompositer + EM-motorer): förväntad effektiv elastisk energitäthet ~1–10+ kJ/kg. Det räcker för hjälp, men inte för "att kasta i omloppsbana".
- Laboratoriets "dröm"-varianter (BMG, stora deformationer CFRP, någon gång CNT/grafen i massa) kan praktiskt nå ~10–30+ kJ/kg. Det möjliggör ~150 m/s-klass assistans i megastruktur-skala. Men jobbet görs fortfarande av motorerna.
7) Säkerhet, kontroll och "bryt inte raketen"
- Många små moduler > en jättestor fjäder: överflödig tillförlitlighet och ordnade aborter.
- S-kurvor begränsade av ryck (jerk): jämn kraftökning/hållning/minskning; motorerna gasar tillsammans för att hålla total g inom normerna.
- Retarderare/dämpare: all oanvänd energi slutar i bromsarna, inte i "studsande boostback".
8) Slutsats
- Maglev-lyft (~80 m/s): redan värd ~+5 % LEO nyttolast vid Starbase, och ännu mer vid ekvatorn.
- Den stora fjädern (~150 m/s): med världsklass ingenjörskonst hamnar du i intervallet ~+9–13 % LEO nyttolast beroende på plats.
- Höglandet i ekvatoriala Afrika + fjäder: ungefär +20 t till LEO för samma raket och ~25–100+ t drivmedel sparat vid GEO-apogeen (beroende på uppdrag). Det är "varje liten bit räknas" — uppenbarligen.
- Motorerna gör ändå jobbet: fjädern ersätter inte dragkraften; den suddar ut de värsta första sekunderna och "betalar" för det med nyttolasten.
Nollsteget kan vara ett batteri. Ladda det långsamt. Släpp ut det försiktigt. Med en bättre plattform och bättre bredd ändrar du inte fysiken — du låter fysiken ändra din nyttolast.