Ну, конечно, верхний предел строго не определён. Скажем, если соединить 2 РН в т.н. пакет, то можно уже считать это одной РН. Точно также, как можно 2 самолёта сцепить законцовками крыльев. При таком методе наращивания массы теоретическое ограничение связано только с кривизной планеты. Т.е. если у вас один конец на экваторе, а другой на полюсе, то твёрдым телом оставаться такая "сборка" никак не сможет, ибо скоростью концов направлены под 90 градусов друг к другу. (можете это представить)
Но вернёмся немножко ближе к реальности. Что если речь идёт о масштабировании? Тут нужно понимать следующее: если вы смасштабируете РН в 2 раза, то её масса увеличится в 8 раз, а площадь основания и тяга двигателей в 4 раза и она у вас не взлетит.
Если рассмотреть ракету "Старшип" стартовой массой 5000 т как прототип, то какие есть резервы её увеличения с сохранением тяговооружённости?
- Во-первых, не вся площадь торца ракеты занята соплами двигателям, а всего лишь где-то 55%. Можно увеличить в 1,81 раза сделав одно большое сопло.
- В-вторых, можно изменить форму РН, уменьшим её удлинение и/или сделав её расширяющейся к основанию. В первом приближении оценим возможное увеличение масштаба в 2 раза (если удлинение снизить в квадратный корень из 8 - будет 4,7)
- Во-третьих, может быть попробовать как-то снимать больше тяги с единицы площади среза сопла? По сути, тяга зависит от скорости струи и от расхода рабочего тела. Скорость для фиксированного вида топлива манятся лишь в узких пределах. А расход через фиксированную площадь среза сопла зависит от плотности рабочего тела. Плотность же зависит от давления , температуры и молярной массы. Может быть увеличить молярную массу? Ну, проблема в том, что повышение молярной массы - это снижение скорости истечения при той же температуре горения. А это очень плохо. Тогда можно снизить температуру. Для этого, нужно, чтобы газ сильнее расширялся в сопле и необходимо поднять давление в камере. Но давление в камере двигателей Раптор и так очень высокое - 330 атм. Даже если поднять его в 10 раз до уровня пушечного ствола, температура снизится лишь в примерно в 2 раза. Давление на срезе сопла обычно равно атмосферному. Можно попробовать его повысить, но это приведёт к нерасчётному режиму истечения и опять же падению эффективности, хотя, вероятно, это самый реалистичный способ. В общем, резервы есть, но ограниченные.
В общем, если оценить эффект от последнего мероприятия как "увеличение масштаба в 2 раза" ,то увеличение стартовой массы составит 1,81^3 * 2^3 * 2^3 = 379 раз, т.е. стартовая масса получается 1,9 млн. тонн.
Надо сказать, что на данный момент даже проектов такой размерности не прорабатывалось. По сути увеличение размерности может диктоваться во-первых, экономической целесообразностью при большом объёме запусков (но в данном контексте рассматривалась размерность максимум "десятки тысяч тонн") и , во-вторых, необходимостью вывод исключительно габаритных грузов, сборка которых не орбите не желательна. Здесь первое, что приходит на ум это, например, космический аппарат с ядерно-импульсной силовой установкой. Таким образом в долгосрочной перспективе, хотя РН, даже многоразовые, будут не в состоянии выдержать конкуренцию с безракетными способами выведения (такими как петля Лофстрома), они остаются, пожалуй, пока единственным рациональным способом доставки на орбиту сверхгабаритных грузов.