Целевые показатели
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Стартовая масса | 5 500 т |
| Полезная нагрузка на низкую орбиту | 215–275 т (расчётная точка 244 т) |
| Топливо | жидкий метан + жидкий кислород |
| Двигатели | 26 метановых двигателей класса Raptor |
| Скорость схода с катапульты | 500 км/ч до включения двигателей |
| Сухая масса корабля | 149 т 2,7 % стартовой |
| Многоразовость | полная: корабль возвращается целиком в ловушку |
Для сравнения: лучшие двухступенчатые системы при полной многоразовости целятся в 100–150 т при сопоставимой стартовой массе. Мы ожидаем в полтора-два раза больше одной ступенью.
Откуда берётся каждая цифра
Все расчёты опираются на уравнение Циолковского, открытые характеристики серийных двигателей и параметры материалов, доступных промышленности уже сегодня. Четыре шага и вся арифметика перед вами.
Сколько скорости нужно набрать
Чтобы выйти на низкую орбиту, ракета должна набрать характеристическую скорость около 9 350 м/с сюда входят орбитальная скорость, гравитационные и аэродинамические потери.
Катапульта отдаёт кораблю 500 км/ч ещё до включения двигателей. Прямая прибавка 139 м/с, но вместе с ней исчезает самый расточительный участок полёта: первые секунды, когда обычная ракета медленно отползает от стартового стола, сжигая топливо почти впустую.
Сколько нужно топлива
Средний по траектории удельный импульс метановых двигателей замкнутого цикла 355 секунд, скорость истечения 3 480 м/с. Уравнение Циолковского даёт массовое отношение 13,65: топливо составляет 92,7 % стартовой массы.
Метан и кислород одни из самых дешёвых промышленных продуктов на планете: полная заправка стоит порядка миллиона долларов. Умеренная криогенность метана (−162 °C) то, что делает возможным композитный бак, в отличие от жидкого водорода (−253 °C), разрушающего композиты микротрещинами.
Сколько весит сам корабль
Здесь решается судьба одноступенчатой схемы: грузом становится только то, что не является конструкцией.
Цельнокомпозитный углепластиковый бак втрое легче стального аналога. Вместо тысяч керамических плиток гибкий термочехол, который заменяется целиком за часы, а не за месяцы. Одна ступень означает один комплект всего: один полётный компьютер, ноль механизмов разделения. Посадочных ног нет вовсе их заменяет наземная ловушка.
Что даёт ловушка
Обычная возвращаемая ракета обязана попасть двигателями в неподвижную точку и погасить скорость до нуля на это она возит резерв около 30 тонн топлива. Наша ловушка сама принимает корабль с остаточной скоростью, прицеливание с точностью до метров не требуется. Резерв сжимается до 10 тонн на сход с орбиты.
Двадцать тонн, которые раньше были страховкой посадки, становятся грузом на орбите.
Как собираются эти 244 тонны
Самое наглядное в нашей архитектуре то, что она объясняет, почему одноступенчатых ракет до сих пор нет. Тот же корабль со стальными баками, без катапульты и с классической точной посадкой вывел бы на орбиту ноль тонн: вся масса ушла бы на конструкцию и резервы. Именно поэтому отрасль семьдесят лет строит многоступенчатые ракеты. Каждое наше решение добавляет свой вклад:
Уберите любое слагаемое система ослабнет. Соберите все и одноступенчатый корабль впервые в истории становится не компромиссом, а лучшим решением.
Линейка кораблей: архитектура масштабируется
Мы просчитали ту же схему для стартовых масс от 3 000 до 8 000 тонн с шагом 500 т. Правило масштабирования одно: тяговооружённость на сходе с катапульты всегда 1,3 двигатели добавляются вместе с топливом, как диктует уравнение Циолковского. Баки растут с объёмом, термочехол с площадью, авионика одна на любой размер.
| Старт, т | Двигателей | Топливо, т | Сухая масса, т | Нагрузка, т | Доля, % |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 000 | 14 | 2 780 | 84 | 130 | 4,3 |
| 3 500 | 17 | 3 240 | 98 | 151 | 4,3 |
| 4 000 | 19 | 3 710 | 111 | 175 | 4,4 |
| 4 500 | 21 | 4 170 | 123 | 198 | 4,4 |
| 5 000 | 24 | 4 630 | 137 | 220 | 4,4 |
| 5 500 ★ | 26 | 5 100 | 149 | 243 | 4,4 |
| 6 000 | 28 | 5 560 | 161 | 267 | 4,4 |
| 6 500 | 31 | 6 020 | 176 | 288 | 4,4 |
| 7 000 | 33 | 6 490 | 188 | 312 | 4,5 |
| 7 500 | 35 | 6 950 | 200 | 335 | 4,5 |
| 8 000 | 38 | 7 410 | 214 | 357 | 4,5 |
Главный вывод виден по зелёной линии: у этой архитектуры нет «сладкого размера» она масштабируется почти линейно. Доля полезной нагрузки держится в коридоре 4,3–4,5 % по всему диапазону: каждая добавленная тысяча тонн стартовой массы приносит стабильные 44–45 тонн груза. Уравнение Циолковского не наказывает за рост, потому что топливо, баки и двигатели растут пропорционально, а в плюс работают только медленно растущие статьи одна авионика на любой размер и термочехол, чья площадь отстаёт от массы.
Это редкое свойство: у многоступенчатых ракет масштабирование ломается о разделение ступеней. Наш моноблок переломов в диапазоне 3 000–8 000 т не имеет, и выбор размера диктуют не уравнения, а внешние ограничения: энергия катапульты (от 29 ГДж у трёхтысячника до 77 ГДж у восьмитысячника), длина баков (за 7 000 т разумно перейти с диаметра 9 м на 10,5–11 м) и способность рынка заполнить 357 тонн одним пуском.
Отсюда наша стратегия линейка из трёх кораблей на общей архитектуре: 3 500 т (151 т груза, всего 17 двигателей) как рабочая лошадка, 5 500 т как основной корабль и 8 000 т как тяжёлый вариант под мегапроекты. Одни и те же двигатели, один крой термочехла, совместимые ловушки. Катапульта проектируется один раз под старшего, младших она разгоняет с запасом.