Вы находитесь здесь или что происходит со Старшипом

На дворе 2026. Суперхэви садится и повторно взлетает, Фалькон продемонстрировал способность летать до 165 раз за год выводя на НОО потенциально до 3 килотонн ПН квантами по 18 (точнее 2970 тонн).

С другой стороны способность Старшипа садиться одним куском уже продемонстрирована, но пока ценой уменьшения ПН до 35 тонн. Версия со 100 тоннами ПН сейчас готовится к полету:

Нет дело не в том что теплозащита всю ПН пожрала. У Шаттла при близкой площади она весила всего 8.5 тонн, а у Старшипа более поздняя теплозащита от X-37B доработанная SpaceX явно не в сторону утяжеления.

Проблема в том что баки Старшипа находятся под давлением, что нужно как для противостояния нагрузкам при старте, так и для предотвращения образования пузырей газа в топливе. Давление на испытаниях было 7-8 атмосфер. Раптору вроде как надо не ниже 6. Округлим до 10 атмосфер или 1 МПа.

Сила с которой внутреннее давление будет раздирать половинки циллиндра равна

F=2*L*r*1(МПа)*Int(sin(fi),o,pi)dfi

Где L - длинна цилиндра, r - его радиус. Проинтегрировав получим:

F=4*L*r (МН)

Поделив силу на площадь сечения стенок 2*L*s где s - толщина стенки (а стенок 2) получим:

P = 2*r/s (МПа) = d/s (МПа)

Чтобы получить нагрузку 1 ГПа которую хорошая сталь еще может выдержать с запасом в 20-40 % при диаметре (d) бака 9 метров потребуется стенка толщиной в 9 мм. Однако в реальности там явно меньше. ГуглоИИ пишет до 4 мм. Там явно есть внутреннее подкрепление, которое в сумме и даст примерно ту же массу.

Квадратный метр стального листа толщиной 9 мм весит 70 кг. На всякий случай округлим до 100 кг. Итого каждый метр высоты циллиндрической части бака Старшипа весит 2.83 тонны. Метан-кислорода в тот же метр бака влезет 50 тонн считая плотность топлива 0.8 т/м2. Хотя в реальности побольше ибо топливо переохлажденное. Итого на тонну бака имеем как минимум 17.66 тонн топлива - вполне неплохо для ракетной техники.

Но у нас кроме боковых стенок есть верх и низ. А еще есть топливные магистрали, двигатели и "плавники" управления. Но с другой стороны с удельным импульсом Раптора 3.6 км/с чтобы иметь приращение скорости 7 км/с достаточно иметь отношение начальной массы к конечной тоже 7. Из чего получаются 1200 тонн топлива, 100 тонн конструкции и 100 тонн ПН из старых презентаций. Но при средней массе Старшипа 2.83 тонны на метр высоты для 50-метрового имеем 141 тонну. А ведь эта плотность только для боков баков (обечаек) посчитана.

Было два варианта: уменьшать массу Старшипа и увеличивать массу топлива. Как мы знаем, выбрали второе. Парадокс в том что у текущей версии Старшипа массу топлива можно нарастить относительно безболезненно для конечной массы просто увеличив бак за счет отсека полезной нагрузки. Которому приходится держать себя при взлете и посадки без помощи внутреннего давления, так что прочность от него требуется.

Старшипу в3 для дельты 7 км/с при массе топлива 1600 тонн можно иметь конечную массу 266 тонн из которых 100 тонн заявлено под ПН итого 166 тонн - конструкция. Для в4 конечная масса уже 383 тонн что при массе ПН 200 тонн дает нам 183 тонн массы конструкции. Пора чертить таблицу:

Как видно из таблицы, переход от 1 к 2 сопровождался ростом погонной плотности. На 3 ее существенно уменьшили сохранив длину с чем и связан большой перерыв между запусками - изменяли конструкцию в смысле облегчения. На четвертой верси планируется уменьшить погонную плотность на 6 процентов с увеличением длины на 17 процентов. Т.е. конструкция будет облегчена скорее за счет уменьшения вклада торцевых стенок и плавников при удлинении.