Интернет снова нашёл «аномалию», которая якобы доказывает, что с “Сатурном‑5” что-то нечисто. Проблема в том, что «аномалия» сидит не в ракете, а в таблице — где цифры мешают в одну миску, а потом удивляются результату.
Это хороший пример того, как исходные данные подгоняются под нужный результат.
Стартовая масса Фалкона-9 действительно 549 тонн, но уже с полезной нагрузкой. И выводит на низкую орбиту эта ракета в одноразовом варианте 22,8 тонны, а не 12. А значит КПД получается не 2,14, а 4,15%. А тут ещё и ПН два раза посчитали. И если у Сатурн-5 в “ПН” считают брутто (141 т, включая третью ступень с топливом), то для честности надо считать брутто и у Falcon 9 (включая 2-ю ступень с остатками топлива). Если считаем нетто — то у Сатурн-5 надо брать ~118 т, а у Фалкона — 22,8 т.
Нетто, это только полезный груз.
Брутто, это сколько оказалось на орбите всего.
Ну ладно, она для дальнейшего разгона используется. Пока посмотрим на это закрыв левый глаз.
Шаттл. В этой строке автор таблицы занимается подменой понятий: рядом стоят 68,5 т (29,5 т). 29,5 т — это ещё можно трактовать как массу нетто (груз в отсеке, то, что реально доставляется “для заказчика”), и тогда выходит 29,5 / 2045 ≈ 1,44%. А 68,5 т — это уже не полезная нагрузка, а масса самой транспортной системы (орбитера), то есть в числитель записали “грузовик” вместе с грузом, но без газов и жидкостей необходимых для полёта, не считая экипаж. С таким подходом можно нарисовать какие угодно «рекорды» хоть для любой многоразовой схемы: просто объявляешь часть ракеты “полезной нагрузкой” — и проценты растут. Если уж считать брутто, тогда так надо считать для всех (включая верхние ступени и остатки топлива в них), а не выборочно. Поэтому такая таблица — негодная методика: она смешивает net и gross как удобно автору и выдаёт результат, заранее “заточенный” под нужный вывод.
Ещё один момент. Место запуска Сатурнов Шаттлов и Фалконов находится сильно южнее и стартуя с мыса Канаверал ракета нахаляву получает 400 м/с скорости за счёт вращения Земли. А на Байконуре только 320.А в Плесецке вообще 212.
Если на мысе Канаверал и на Байконуре запускать одну и ту же ракету, то КПД из-за разницы в линейной скорости места запуска будет отличаться процента на 2,5. Увы не в пользу Байконура. Немного, но роль играет.
Ещё момент. Сатурн-5 с водородом в верхних ступенях сравнивается с имеющими "ой какой маленький КПД" ракетами на одном только керосине и на гиперголических компонентах. У Энергии доля ПН сопоставима/выше. А Shuttle ‘догоняет’ только если считать брутто, что и показывает негодность методики. Особенно если их запускать из одного места.
Ну хорошо, грубо прикинем какая грузоподъёмность будет у Саутрн-5 если бы его заправляли одни керосином. Я не поленился, посчитал что будет, если УИ верхних ступеней будет не 421 секунда как у J-2, а 310 как у среднего керосинового двигателя. И без учёта изменения массы конструкции самих ступеней. Так, порядок оценить.
Дельта V второй ступени падает на 1260 м/с, третьей - на 1155. Не, на орбиту ракета выйдет. Даже порядка 40 тонн топлива в третьей ступени останется. Может быть даже 42 тонны. Вот только на орбите в этом случае окажется порядка 100 тонн ПН, а это 3,38-3,5% КПД. на уровне Протона. Чуть побольше, но близко.
Теперь отставим керосин в сторону и ещё раз посмотрим на КПД Шаттла
Для него в таблице показаны два КПД нетто и брутто. А для Сатурна-5 только брутто. А для всех остальных ракет только нетто.
Но тут ситуация двоякая, с одной стороны третья ступень, это ступень ракеты нужная для вывода груза на орбиту, с другой, это разгонный блок для выхода на транслунную траекторию.
Тут какой казус получается, вот например КПД ракеты Р-7 запустившей первый спутник если нетто то мизерные 0,029%, а брутто уже вполне приличные 2,77.
Если считать в чистом виде по грузу отделяемому на орбите после полной выработки топлива из всех трёх ступеней Сатурн-5, то это 118 тонн. Но в таком режиме ракета не использовалась. А КПД тут 3,98, это даже меньше, чем у Энергии
Так что никакой "удивительно рекордной эффективности" у Сатурна-5 не наблюдается. Вместо этого наблюдается натягивание совы на глобус ритягивание нужного результата за уши.
Итого: Когда вам показывают «КПД» без определения орбиты, режима и смысла слова “полезная нагрузка”, это не анализ. Это литературный жанр: фантастика с элементами арифметики. А эффективность в Экселе можно любую нарисовать.