Why is a 2-stage rocket heavier than a 3-stage rocket, despite delivering the same payload? - Quora
https://www.quora.com/Why-is-a-2-stage-rocket-heavier-than-a-3-stage-rocket-despite-delivering-the-same-payload

Elon vsadil na úspory z rozsahu... jenže když v první stupni máte bambilion motorů, tak to fskutečnosti už nejsou až takové úspory z rozsahu, jak to vypadá (jistě, je tam nějaká redundance, to ano...)

New Glenn, aby bylo jasno, podle mě nemá poměr tahu 1. a 2. stupně nějak optimální, udělali 2.stupně tak slabý proto, že nebude vícenásobně použitelný, tak aby neplýtvali. Já bych tak, jako to má New Glenn, viděl až 3.stupeň. 2. stupeň by byl něco jako Starship, akorát by nelétal až na oběžnou dráhu a nedosahoval tak velké rychlosti. Ten overhead spojený s tím, že se na orbitu dostávají stovky tun navíc, podle mě nepůjde vyvážit úsporama z rozsahu.

Samozřejmě, možná srovnávám jachtu se zaoceánským tankerem. Ale možná prostě oběžná dráha není místo, kam si můžeme dovolit vláčet zaoceánské tankery?

CYBERWOLF: no, tuhle základní logiku chápu, ale přesto v 3.stupni nepotřebuješ motor, jehož tah je větší, než hmotnost stupně.. zkrátka už jsi s ním na parabolické dráze, kde nepotřebuješ kompenzovat "gravitační ztráty výšky", nebo jak to napsat. To, že Starship musí umět přistávat vertikálně, to z ní částečně dělá celkem neoptimální třetí stupeň (a to ještě chtějí nějaké další motory přidávat....)

Tyhle tradeoffy se řeší stejně dlouho, jako kosmonautika existuje, např. raketa Atlas byla skoro-SSTO za cenu odhazování motorů. (Mimochodem, s tím, jak ti ubývá palivo, tak zrychlení vzrůstá, takže v průběhu letu je stejně nutné motory tlumit a když už je tlumíš, tak proč je neodhazovat?)

Dvoustupňový koncept bez vícenásobně použitelného 2.stupně, ale současně s naprosto minimálním 2.stupněm který už nepotřebuje aerodynamický kryt, představuje raketa Neutron od Rocket Lab. Je to takový "Falcon 9 poháněný metanem", se spoustou vylepšení, ale asi ani to není nejlepší řešení pro těžkotonážní náklady a hlavně ten 2.stupeň je docela těžké udělat vícenásobně použitelný, pokud má létat až na LEO.

2.stupeň, který by byl vícenásobně použitelný, ale nelétal až na LEO, by zřejmě výrazně snížil počet startů, ať už by šlo o tankování nebo montáž lodi z víc komponent (Zubrin navrhoval paralelní odlet více lodí, ale jeho architektura byla jednoduchá, třístupňová, bez tankování na LEO)

2. stupeň, který se nevrací úplně 1.kosmickou rychlostí, navíc nemusí mít až tak extra těžký tepelný štít, jako má Starship. Nějakou ochranu mít musí, ale ne tak robustní. Jak sem psal, důvod, proč se takové uspořádání nepoužívá, když by to evidentně bylo výhodné, může být snaha operovat jen z jednoho jediného kosmodromu. Vícenásobně použitelný stupeň by přistával několik tisíc km od místa startu a nějak by se musela řešit doprava těch 2.stupňů zpět, což je celkově logistická výzva. (Teoreticky by mohl být možný nějaký flyback bez prvního stupně a bez nákladu?)

Prostě počet startů, který vychází Elonovi, mi zneklidňuje a připadá mi, že snaží úsporama z rozsahu řešit věc, na kterou takový přístup není moc vhodný. Tomu nasvědčuje to, že motory furt přidává, zvětšuje jejich tah, prodlužuje raketu... a přitom mu to pořád zřejmě nějak nevychází (je pravda, že s Falconem 9 provedl to samé a nakonec funguje...). Dostat na oběžnou dráhu 3.stupeň s relativně slabým motorem, ale dostatkem paliva pro opakovaný zážeh není až taková blbost, jak to vypadá.

Ano, architektura Lunar Starship se dá chápat tak, že tankovací starty nesou 2.stupeň a alternativně místo tankeru startuje rovnou "3.stupeň", který není vícenásobně použitelný, byl znázorněn s méně motory, apod. Ale těch startů tam vychází strašně moc, a stačí jedna anomálie v tom řetězu startů a celé to bude v háji. Rozumný počet startů před každou jednotlivou expedicí jsou tak 2-3...

Prostě o tom začínám silně pochybovat a přijde mi, že je to optimalizované spíš pro deploy mnoha tisíc Starlinků a v nejlepším případě návrat z LEO, ale návrat Starship 2.kosmickou rychlostí mi zatím přijde jako utopie (naopak přílet k Marsu tak špatně nevypadá - tam je ta rychlost vůči atmosféře menší a atmosféra je i méně hustá, tam hrozí spíš jen to, že to nestihne zabrzdit dost...).

Celé je to o to zamotanější, že SpaceX zatím vlastně mají s produkční verzí Falconu výborné výsledky, takže všichni tak nějak očekávají, že ta Starship předvede ještě něco víc, a skutečně, zatím to letělo a některé věci na tom fungovaly, takže úplný nesmysl to být nemůže .... ale ....

Moje teze: dvoustupňová architektura s tankováním není to samé, jako třístupňová architektura. Ať už tankujeme nebo montujeme odletové těleso z více dílů, pořád to znamená, že na LEO shromažďujeme více hmoty, než je optimální pro dvoustupňovou architekturu.

Jakmile hmota, kterou potřebujeme dostat na LEO (což je velmi blízké definici "hmota, kterou potřebujeme mít na LEO před TMI") přesáhne určitou hranici, přestane být dvoustupňová architektura vhodná a je vhodnější přejít k nějakým způsobem třístupňové. Jakým způsobem přesně - to je už k debatě. Vesměs jde o to, že horní stupeň nepotřebuje velký tah, ale velké Isp, a když nepotřebuje velký tah, nepotřebuje nějak extra moc motorů.

Od jisté velikosti je prostě zbytečné vláčet druhý stupeň až na LEO. Elon pro to má určité důvody, např. že kompletní jeden oběh Země před návratem je z řady hledisek výhodnější, než budovat přistávací plochu někde uprostřed Afriky a pak ty stupně posílat zpět, nebo tak něco. Ale tyhle důvody jsou ekonomické a ne technické. Fakticky je to tak, že rakety jsou divné obludy a úspory z rozsahu u nich neřeší zdaleka všechny problémy, naopak s velikostí některé problémy přibývají...