¿Cómo funciona la economía del reabastecimiento orbital frente a un cohete más grande?

SpaceX planea reabastecer Starship en órbita para misiones a la Luna y Marte. De acuerdo con algunas otras preguntas aquí, parece que necesitarían 6 Starships cisterna para enviar 1 Starship a Marte.

De un vistazo, un total de SEIS camiones cisterna para llevar solo 1 a Marte suena enorme. Necesitan lanzar 7 Starships de pila completa con refuerzos Super Heavy. Usa todo ese combustible y peso de los propulsores Super Heavy para escapar de la tierra 7 veces. Para llevar solo una Starship a Marte.

Una alternativa propuesta de la que sigo escuchando sería usar un cohete aún más grande, para que no tengas que repostar. Por ejemplo, podría tener refuerzos laterales. El contraargumento que escucho en contra de esto es que Starship ya es demasiado grande, agregar aún más propulsores significaría que necesitaría demasiado combustible para un solo lanzamiento.

Entonces, sí, también necesitaría mucho combustible para lanzar un Starship lleno de combustible con refuerzos adicionales. Entiendo que.

Así que mi pregunta es: ¿Se requiere ese combustible adicional para lanzar una segunda etapa cargada de combustible + más propulsores realmente más que todo el combustible requerido para SIETE lanzamientos completos de Starship?

¿Cómo podemos calcular eso? ¿Cómo funciona la economía?

¿O tal vez todo el asunto no se trata en absoluto de la economía del combustible? ¿Y están planeando más reabastecimiento de combustible orbital porque probablemente sea un desafío de ingeniería más fácil que descubrir cómo atar aún más propulsores a lo que ya es el cohete más grande planeado? Entonces, ¿están dispuestos a pagar un costo adicional de combustible y tiempo de lanzamiento como compensación, como algo en lo que tienen más confianza de que realmente pueden lograrlo?

¿Qué tal obtener más ISP ya? Esa es la única forma de evitar simplemente forzar las cosas aún más.

Respuestas (1)

Starship lleva alrededor de 1200 toneladas de propulsor. Si asumimos que cada uno de los petroleros y el barco de la misión contribuyen con una cantidad igual del propulsor total a la salida de la Tierra, los petroleros están contribuyendo con unas 1020 toneladas.

Para la mayoría de los lanzadores orbitales, hay una proporción de alrededor de 20:1 entre la masa de despegue y la masa en la órbita terrestre baja, aunque varía bastante según el diseño del lanzador. Casi toda la masa de despegue es combustible.

Por lo tanto, para poner en órbita una Starship con combustible completo en un solo lanzamiento, necesitaría alrededor de 20,000 toneladas adicionales de lanzador, no solo algunos impulsores atados como una ocurrencia tardía, sino el equivalente de otras 4 pilas de Starship + Superheavy , en menos, probablemente más si el gran refuerzo necesita ser recuperable.

Así que nuestras opciones son hacer un cohete 5 veces más grande que Starship+Superheavy, o siete SS+SH. Como nota, este ya es el cohete más grande que jamás haya alcanzado la etapa de desarrollo de metal doblado. El "Megapesado" que necesitarías para hacer que esto funcione en un solo lanzamiento necesitaría una fábrica mucho más grande para construir los tanques, un edificio de ensamblaje mucho más grande, una plataforma de lanzamiento mucho más grande, etc. No me sorprendería encontrar que si analizas los números, 7 SS+SH podrían costar mucho menos que el Megaheavy.

En su pregunta, se refiere a la economía del combustible y los costos del combustible. Tenga en cuenta que el costo del combustible en sí mismo es una parte relativamente pequeña del costo total del lanzamiento (alrededor de US $ 1,4 millones para un lanzamiento completo de Starship + Superheavy). La mayoría de los costos (combustible, motores) escalan casi linealmente con la masa, mientras que otros escalan de forma sublineal (electrónica, administración de personal, papeleo). Pero algunos, como encontrar un lugar para construir y lanzar un cohete de ese tamaño, aumentan más rápido que linealmente con la masa.

Musk da una estimación de < $ 500k costos de propelente aquí: twitter.com/elonmusk/status/1258580078218412033 . Aparte de eso, un cohete 5 veces más grande que Starship usando la misma tecnología tendría una carga útil ~ 5 veces más grande, lo que está bastante lejos de levantar un Starship con combustible completo.
Musk da muchas estimaciones interesantes; el único precio de masa específica que pude encontrar para el metano ($ 1.35 / kg) fue de 2016.
Mi Megaheavy propuesto no sería simplemente un SS/SH escalado. No hay una Megastarship ampliada que distribuya la Starship de la misión a Marte y luego aterrice. La fracción de carga útil es, por lo tanto, muy diferente.
¿Gestiona de alguna manera la reutilización mientras hace esto? Porque eso tendrá un pequeño impacto en la economía...
Sí, con la reutilización total bien podrías acercarte a una masa 7x. No creo que puedas lograrlo a 25000 toneladas en total con fracciones de masa similares a SS + SH. Editaré para aclarar eso.
Creo que también vale la pena señalar que esto reduce sustancialmente el riesgo. Un lanzamiento fallido de uno de los cohetes de reabastecimiento de combustible solo pone en riesgo el combustible de un cohete. Un Megaheavy tiene que tener todos sus cohetes funcionando perfectamente.
En el escenario de lanzamientos múltiples, dados los límites de evaporación y otros consumibles, probablemente necesite tener un camión cisterna de respaldo adicional listo para el lanzamiento rápido en caso de que uno de los otros falle, pero eso probablemente sea más fácil que construir el Megaheavy.