Starship проектируется как полностью многоразовая двухступенчатая ракет. А что если отказаться от многоразовости? Попробуем вычислить как это повлияет на ее характеристики.
Что мы знаем о ракете в многоразовом варианте:
- Полезная нагрузка на НОО - 100т
- Стартовая масса - 4900
- Сухая масса первой ступени - 180т
- Топливо первой ступени - 3300т
- Удельный импульс первой ступени 3.35 км/с
- Сухая масса второй ступени - 120т
- Топливо второй ступени - 1200т
- Удельный импульс второй ступени 3.75 км/с
Для выхода на орбиту ракета должна разогнаться до первой космической скорости преодолеть трение атмосферы и притяжение земли. Чтобы это сделать надо суммарно набрать скорость 9,5 км/с
Подсчитаем какую скорость способен набрать Starship используя формулу Циолковского если сожжет все топливо:
Первая ступень разгонит ракету до 3,75 км/с
Вторая ступень разгонит ракету еще на 6,99 км/с
Суммарно получаем 10,74 км/с. Этого достаточно чтобы выйти на низкую орбиту с небольшим запасом. Видимо этот запас будет не сжигаться а тратится на посадку.
Предположим что для посадки надо оставить 100т топлива в первой ступени и 70т во второй. Тогда:
Первая ступень разгонит ракету до 3,55 км/с
Вторая ступень разгонит ракету еще на 5,96 км/с
Суммарно получаем 9,5 км/с. Как раз то что нам нужно.
Для многоразовости необходимы определенные конструктивные элементы. Крылья, посадочные опоры и теплозащиты. Плюс в целом конструкцию надо делать более прочной и долговечной.
Предположим что на многоразовые элементы тратится 10% т сухой массы - 30т
Теперь прикинем сколько бы выводила ракета нагрузки если бы не надо было оставлять топливо для посадки и отказаться от многоразовых элементов конструкции:
- Полезная нагрузка на НОО - 200т
- Стартовая масса - 5070
- Сухая масса первой ступени - 162т
- Топливо первой ступени - 3300т
- Удельный импульс первой ступени 3.35 км/с
- Сухая масса второй ступени - 108т
- Топливо второй ступени - 1200т
- Удельный импульс второй ступени 3.75 км/с
Первая ступень разгонит ракету до 3,53 км/с
Вторая ступень разгонит ракету еще на 5,96 км/с
Получаем что с нагрузкой в 200т ракета наберет нужную скорость в 9,5 км/с
Вывод
Отказ от многоразовости в ракете Starship увеличит её грузоподъемность приблизительно в 2 раза со 100т до 200т