Лайфхак

Предположим у нас есть двух ступенчатая ракета, первая ступень которой может приземлится только при помощи специального посадочного устройства, назовем ее для удобства Ускоритель, а вторую ступень назовем Планетолет за ее возможность совершать межпланетные перелеты, которые в данном посте мы пока рассматривать не будем.

Предположим собственная масса Планетолета 100 тонн, масса груза 150 тонн, а масса топлива 1200 тонн при удельном импульсе 3.7 км/с. Легко вычислить что Дельта Планетолета составляет 6.5 км/с, но минимальная первая космическая скорость для земли составляет 7.9 км/с.

Получается для того чтобы выйти на орбиту земли Планетолет должен получить дополнительные 1.4 км/с горизонтальной скорости от Ускорителя, то есть в момент разделения Планетолет и Ускоритель оба будут иметь горизонтальную скорость в 1.4 км/с относительно поверхности земли, направленную от точки старта.

Теперь если мы захотим вернуть Ускоритель обратно нам потребуется полностью погасить указанную скорость реактивным способом, потому что представить себе аэродинамический маневр при котором мы сможем не просто погасить 1.4 км/с скорости, но и вернуться обратно без массивных крыльев и развитой авионики, обладающей значительной массой, просто не возможно.

Если предположить что собственная масса Ускорителя 200 тонн, а удельный импульс двигателя 3.2 км/с, то потребуется 110 тонн топлива только для того чтобы погасить горизонтальную скорость Ускорителя относительно точки старта. Стоить заметить что эти 110 тонн топлива равнозначны 14.4 тонн дополнительной полезной нагрузки.

Стоит отметить что скорость 1.4 км/с это теоретически не достижимая скорость, фактическая скорость демонстрируемая единственной на сегодня ракетой совершающей подобный маневр (Сокол-9) колеблется от 1.6 до 2.2 км/с в зависимости от массы космического аппарата и требуемой конечной скорости, но в данном сценарии вероятная скорость будет составлять порядка 2.0 км/с, а масса топлива составит 175 тонн, что равнозначно 25 тоннам дополнительной полезной нагрузки.

Чтобы заранее отбросить возражение что "топливо стоит дешево и его масса не важна", необходимо обратить внимание что важна не стоимость топлива а тот факт,. что данное топливо пойдет не на разгон дополнительной нагрузки до первой космической скорости, а на возврат Ускорителя к месту посадки. Таким образом желание вернуть Ускоритель к месту старта потребует значительного снижения нагрузки.

В качестве яркого примера хотелось бы привести единственную на данный момент коммерчески успешную многоразовую ступень Сокол-9, которая возвращается к месту старта исключительно в редких случаях когда масса выводимого космического аппарата достаточно мала чтобы позволить себе тормозной маневр.

Во всех остальных случаях первая ступень Сокола-9 продолжает полет по баллистической траектории в океан не потому что это круто и стильно, а потому что у нее просто нет топлива чтобы вернуться к месту старта.