ARCHIMEDES: ano, tuhle kalkulačku jsem měl na mysli. dokonce obsahuje uspořádání "xChaos" :-) (to je tandemový start dvou identických reusable těles) ve variantách kerolox a hydrolox :-) (bohužel chybí metalox, který by dnes byl aktuálnější) (rozhodně to nemá nic společného s tím, o čem píšu tady)

Bohužel tam chybí aktuálnější odhadované konfigurace Starship, chybí i dvoustupňový New Glenn (původně měl být třístupňový).

Faktem je, že jsem se nechal vyprovokovat k psaní hrozných románů. V kostce se domnívám, že vícenásobně použitelný 2.stupeň, který by nelétal až na LEO, by nakonec vyšel líp, než dvoustupňová architektura.

Byly by s tím spojené logistické výzvy, ale při tak masivním provozu, jaký Elon zamýšlí, by to už sakra stálo za úvahu. Úspory z rozsahu by se daly řešit třeba tak, že by se po úspěšné startovací kampani ty nahromaděné 2.stupně poslaly domů lodí (třeba by ten prám, na kterém by přistávaly, byl "raketová letadlová loď" - zachráněné 2.stupně by hromadil v podpalubí a až když by byl plný, tak by plul na základnu). Nápadů je možné vymyslet spoustu.

Problém je, že by to asi nešlo davu prodat jako "point-to-point raketová doprava kamkoliv po Zemi" (všichni se těšíme, že :-)

SEJDA: ne, znovupoužitelnost nezanedbávám, čísla pro Falcon 9 typu payload mass fraction jsou v případě jednorázového použití úctyhodná - a to by je ještě nejspíš šlo zvýšit, kdyby tam nebyly ty nohy (až na to, že Elon nějak prohlásil, že ty nohy tam přidávají strukturální integritu a tak je vlastně už odmontovat nemůže). Jediná raketa, která kdy měla tak vysoký payload mass fraction byl Saturn V (a ano, mimochodem, o znovupoužitelnosti 1.stupně se uvažovalo, protože koneckonců von Braun o tom u své třístupňové rakety uvažoval ještě léta před tím, než se z ní stal Saturn V :-)

Znovupoužitelnost je super věc, ale režie startu není jen spotřeba paliva, jsou tam obrovské náklady, opotřebení všeho, a pokud bychom dokázali každý TMI k Marsu realizovat třeba pomocí 3 startů místo 15ti, tak si nemůžu pomoct - ale stálo by to za to.

Troufám si trochu drze odhadnout, že v třístupňovém uspořádání by každý "pomocný" start Starship dokázal na oběžnou dráhu dostat alespoň o 100t paliva víc (ale když bychom se pustili do výpočtů, bylo by to nejspíš DALEKO víc, protože víceméně by se poměr mezi tahem Saturnu V a Starship dal aplikovat na užitečné zatížení, takže by najednou nebylo k "přečerpávání" 150t paliva, ale klidně by v horním stupni zůstalo 300t paliva (které by se ale nikam nepřečerpávalo - natankové horní, 3. stupně by se zadokovaly k sobě a použily jako expendable tahač pro odlet k Marsu. Takhle to je vymyšlené už celá desetiletí, akorát to není jednoduše použitelné na vypouštění tisíců Starlinků, místo odletu k Marsu)

(tady je třeba spravedlivě přiznat, že u Saturnu V těch maximálních 140t na LEO nebylo nikdy užitečné zatížení, to bylo limitované - to bylo právě včetně částečně natankovaného 3.stupně, který tam dopostrkoval sám sebe... prázdný Skylab vážil míň než 140t, jinak by se nikdy na LEO nedostal)

Tady je pro pobavení potřeba dodat, že samotný Zubrin se stal velkým fanouškem Starshipu a jako obvykle navrhuje přeskočit Měsíc a letět rovnou na Mars :-) A přivést odtamtud... tunu kamení! No, já říkám proč ne, přivést tunu kamení z Marsu je řádově realističtější, než Mars kolonizovat :-)
Bypass Moon, Use SpaceX’s Starship To Go Directly To Mars, Says Zubrin
https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2024/08/05/bypass-moon-use-spacexs-starship-to-go-directly-to-mars-says-zubrin/

KAERO: a co na tom, co jsem napsal, je "náhodný dojem"? Jasně, Elon má nehynoucí zásluhy na škálování kosmonautiky skrz vícenásobnou použitelnost a frekvenci startů. To mu nikdo nebere. Otázka ale je, jestli ten ten druhý směr, kterým ji chce škálovat, je tak strašně super, jak jsme se naučili všichni opakovat. Věci, které píšu, jsou všechno, jen ne "náhodný dojem". První raketoví konstruktéři neměli zkušenosti, takže pracovali s divoce optimistickými parametry svých raket, v těch projektech. A přesto jim ty architektury vycházely minimálně třístupňové... od té doby se některé parametry zlepšily, jiné zůstaly stejné.

Falcon 9 je fajn raketa, ale víceméně se ukázalo, že se nehodí pro vysoké únikové rychlosti. Jde to díky vysoké hmotnosti dohnat (kick stage), ale faktem je, že Falcon 9 - Centaur by byla násobně lepší raketa, třeba pro meziplanetární sondy, ale Elon ani ULA nemají zájem něco takového vyvíjet. ULA si vyvinula vlastní první stupeň, který tak nějak "ujde", pro tyhle účely, a peníze moc neřešej. Elon se místo dohánění 50 let zkušenosti s horními stupni (které se fakt blbě získávají při zkušebních zážezích motorů...) rozhodl pro úplné přepsání pravidel a všichni tak nějak zhypnotizovaně koukaj... ale navzdory všem bonmotům to možná není ta správná cesta. Je v tom spousta dobrých nápadů, o tom žádná, a Raptor je určitě sakra dobrý motor... ale když třeba ten počet startů pro dotankování jedné Starship prohlásím za obludný, tak to není "náhodný dojem" ale prosté konstatování. Prostě se vláčí spousta železa někam, a úspory z rozsahu nejsou přístup slučitelný s exponenciálou.

No, zpět k tomu, co OPRAVDU tvrdím, místo toho, co tam všichni čtete. Nejsou to žádné dojmy: přístup Saturnu V, který použil jediný hydrolox motor J-1 ve 3.stupni k dosažení oběžné dráhy a pak mu v tom stupni ještě zbylo dost kyslíku a vodíku na TMI, je v podstatě jediný správný, pro tyhle obří rakety. Vícenásobná použitelnost má tím větší režii, čím dále k oběžné dráze ji chceme, a pro STS měla režii úplně šílenou a u té Starship pořád trochu spekulujeme jak to vyjde s užitečným zatížením (zatím vynesla sama sebe - tedy asi jako STS).

Dva motory, jako má horní stupeň u New Glenn, budiž, kvůli redundanci (ostatně, má to takhle i Vulcan od ULA). Saturn V s vícenásobně použitelným prvním i druhým stupněm by byl v podstatě téměř ideální raketa. Ale důvod, proč první a druhý stupeň Saturnu V nebyl sloučený do jediného byly sakra dobré.

Nejsem fanouškem "staré" kosmonautiky, na rozdíl od Bezose, mám rád nové věci, nové pokusy, líbilo by se mi maximálně zlevnit přístup do kosmu, líbilo by se mi vysadit lidskou posádku na Marsu. Ale nemůžu si pomoct, podle mě jsme ve fázi, kdy je Starship "pokrytá korkem", zatím (modří už vědí, kam mířím). Nakonec to prostě dopadne ještě o hodně jinak, než se to zatím jeví.

SEJDA: nejsem si úplně jistý tvými počty, ale ano, pokud počítáš boostery jako 1.stupeň (Američané to takhle nečíslují, Rusové ano, ale Američané taky říkají přízemí první podlaží, takže nemusíme všechno kopírovat od nich), tak je evropský servisní modul Orionu stupněm čtvrtým (není mi jasné, kde si sebral pátý, ale stejně se někam dostáváme, tak ti to plusuju). Servisní modul Apolla byl jednoznačně čtvrtý stupeň, pátým a šestým byl diskutabilně "dvoustupňový" lunární modul. Rusové měli vícenásobné použití stupňů rozložené jinak, Block DM by u mise LOK-LK pomocí N1 opakovaně běžel dokonce hned 3x, zatímco servisní modul LOK na rozdíl od Apolla nejspíš jen jednou.

Podstatné je, že ty architektury nevychází vícestupňové jen tak pro zábavu, nebo proto, že nikoho nenapadne nic jiného. Viz [XCHAOS @ Dobyvani vesmiru a kosmonautika 🚀🛰️👩🏼‍🚀] - to, co vychází z existujících materiálů, s existujícími pohonnými hmotami, pro gravitační studnu Země, to je vždycky tak či onak za hranicí. Jde přidávat vychytávky, např. vícenásobnou použitelnost, pokud ovšem příliš nesníží konstrukční číslo (poměr paliva vůči konstrukci, nebo, pokud ho udáváme radši jako zlomek, podíl paliva na vzletové hmotnosti).

CYBERWOLF: Ve skutečnosti... někdo jiný půjde pryč. Na obdiv k Elonovi tady máš jiný klub. Já tam stěží můžu rozebírat, proč si myslím, že ne každý Elonův nápad je hned super, jen proto, že některé jeho nápady jsou dobré. Tak to budu rozebírat tady. A nyx komunitka si na to podle mě nakonec zvykne, protože nakonec, jsou tu lidi, kteří radši přemýšlí, než jen papouškují.

XCHAOS: tou Quorou jsi to zabil. Glume, řekni mu to...

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 ....