Коротко: Для комплекту класу Starship (~5 000 т на зльоті) «підйомна допомога», що на ранньому етапі додає лише 80–150 м/с, може дати +5–13 % корисного навантаження в LEO залежно від місця. Перемістивши той самий апарат на майже екваторіальні африканські плоскогір'я і поєднавши з найкращим пружинним рішенням, ви додаєте до LEO ~20 т і в GEO місіях економите десятки тонн палива, уникаючи зміни площини. Кожен біт важливий — і дуже.

0) Припущення (щоб можна було відтворити розрахунок)

• Маса транспортного засобу на момент зльоту: 5 000 000 кг (клас Starship + Super Heavy).
• Модель продуктивності ступенів (приблизна, але послідовна):
  • Перша ступінь (підсилювач): Isp ≈ 330 с, реактивне паливо ≈ 3 300 т, «суха» маса ≈ 200 т.
  • Друга ступінь (корабель): Isp ≈ 375 с, реактивне паливо ≈ 1 200 т, «суха» маса ≈ 150 т.
• Бюджет Δv від майданчика до LEO (включно з втратами на гравітацію/опір): ~9,4 км/с.
• Обертання Землі: додаток швидкості на екваторі проти Starbase (~26° пн. ш.) ≈ +47 м/с.
• Перевага зміни площини екваторіального GEO (в апогеї, комбінований маневр): ≈ 305 м/с економії порівняно з 26° пн. ш.
• Перевага висоти плоскогір'я (рідше повітря, менший опір) як ранній еквівалент Δv: ~10–20 м/с (у прикладах використовуємо 20 м/с).

1) Три сценарії

Чому не просто сталеву пружину розміром зі стадіон? Бо щільність пружної енергії сталі низька. Найкращі практичні "пружини" — це модулі: електромагнітні секції, гідравліка, маховики/SMES і композитні троси з великими деформаціями — заряджаються повільно, розряджаються швидко, сила формується керуванням.

2) Баланс Δv (що отримуємо "безкоштовно"?)

• Підйом маглевом: ~+80 м/с рано.
• Велика пружина: ~+150 м/с рано (інженерія світового рівня та утримання).
• Додаток екватора проти Starbase (~26°N): +47 м/с (обертання).
• Високогір'я: еквівалент ~+10–20 м/с Δv через розріджене повітря/зниження тиску в най"брудніші" секунди.
• GEO з екватора: економія ~305 м/с на апогеї, уникаючи зміни площини на 26°.

3) Скільки корисного навантаження це "купує"? (LEO/ЖЗО)

Використовуючи описану вище послідовну двоступеневу модель, отримуємо ось що. Числа орієнтовні; важлива закономірність.

Читайте так: та сама ракета, з невеликим раннім поштовхом і кращою майданчиком, «заряджається» двозначною кількістю тонн у LEO. Це — протилежність «малюкові».

4) Перевірка «здорового глузду» проектування (хід, сила, енергія)

• Хід (v²/2a):
  • 80 м/с при +1 g → ~320 м.
  • 150 м/с при +2 g → ~563 м; при +3 g → ~375 м.
• Середня сила (M·Δv / t):
  • 80 м/с за 4 с → ~100 МН.
  • 150 м/с за 4 с → ~188 МН.
• Енергія (½ M v²):
  • 80 м/с → 16 ГДж (~4,4 МВт·год).
  • 150 м/с → 56 ГДж (~15,6 МВт·год).

  Енергія мережі — нескладна; складно отримати потужність на кілька секунд. Тому існує «пакет пружин»: заряджаємо повільно, віддаємо швидко, формуємо силу.

5) GEO — там, де екватор вражає

З ~26°N (Starbase) для польоту в GEO потрібно «зняти» ~26° нахилу. Якщо зміну площини робити розумно в апогеї і поєднати з круговою орбітою, додаткова вартість становить ~305 м/с порівняно зі стартом від екватора.

Що означає 305 м/с у термінах палива? Для другої ступені з Isp ≈ 375 с:

• Кожні 200 т після маневру (сухий + вантаж) для апогеєвого маневру біля екватора потрібно ~99 т палива, а з Starbase — ~125 т. Це ~26 т економії — в апогеї, для кожної місії.
• Лінійне масштабування: 400 т → ~52 т економії; 800 т → ~103 т економії.

Поєднайте це з 150 м/с пружинним поштовхом на початку підйому і майданчиком височин — і за всю місію ви додаєте сотні м/с «полегшення бюджету». В архітектурі дозаправки це означає менше польотів танкерів або більший вантаж у GEO.

6) Перевірка реальності матеріалів (чому «велика» ще не магія)

• Сьогодні практичні «пакети пружин» (сталь/титан + композити + ЕМ двигуни): очікувана ефективна щільність пружної енергії ~1–10+ кДж/кг. Цього достатньо для допомоги, але не для «викиду на орбіту».
• Лабораторні «мрійливі» варіанти (BMG, великі деформації CFRP, колись CNT/графен у масі) можуть досягати ~10–30+ кДж/кг практично. Це дозволяє ~150 м/с асист мегаструктурного масштабу. Все одно роботу виконують двигуни.

7) Безпека, управління та «не ламайте ракету»

• Багато маленьких модулів > одна величезна пружина: надлишкова надійність і акуратні аварійні відключення.
• S-криві, обмежені ривком (jerk): рівномірне зростання/утримання/зменшення сили; двигуни разом регулюють тягу, щоб загальний g залишався в межах норми.
• Утримання/демпфери: вся невикористана енергія закінчується гальмами, а не «відскоком boostback».

8) Суть

• Підйом маглевом (~80 м/с): вже вартий ~+5 % корисного навантаження LEO Starbase, а біля екватора — ще більше.
• Велика пружина (~150 м/с): з інженерією світового рівня ви потрапляєте в діапазон ~+9–13 % корисного навантаження LEO залежно від місця.
• Екваторіальні височини Африки + пружина: приблизно +20 т у LEO для тієї ж ракети і ~25–100+ т економії палива в апогеї GEO (залежно від місії). Ось що означає «кожен біт важливий» — очевидно.
• Двигуни все одно виконують роботу: пружина не замінює тягу; вона стирає найгірші перші секунди і «платить» за це вантажем.

Нульовий ступінь може бути батареєю. Заряджайте її повільно. Відпускайте обережно. З кращою майданчиком і шириною ви не змінюєте фізику — ви дозволяєте фізиці змінити ваш корисний вантаж.