Crew Dragon: ¿Podría el empuje de escape del lanzamiento determinar la capacidad de carga útil?

Cada uno de los superdracos del sistema de escape de lanzamiento de Dragon produce$\color{black}{\texttt{71.2 kN}}$(16.000 lbf) de empuje. Hay ocho superdracos, dando un empuje combinado de$\color{black}{\texttt{570 kN}}$(128.000 lbf).

Si se supone una masa seca de$\color{black}{\texttt{9,570 kg}}$(21.100 lbm) para Dragon, una masa vacía de$\color{black}{\texttt{400 kg (880 lbm)}}$para el tronco de carga útil , una carga útil máxima de$\color{black}{\texttt{5,900 kg}}$(13,000 lbm), y una capacidad de combustible MMH/NTO combinada de$\color{black}{\texttt{2000 kg}}$, obtienes una masa total de$\color{black}{\texttt{17,870 kg}}$(39.400 libras).

Ahora considere el caso de escape de lanzamiento más exigente: con Falcon a una aceleración máxima de 3 g y los motores aún en funcionamiento. Como mínimo, necesitarías al menos un cabello de más de 3 g para acelerar, ¿verdad?

Bueno, si divides el empuje total de los superdracos por la masa total del Dragón completamente cargado, obtienes...

Y esto me hace preguntarme: ¿ el escape de lanzamiento impone un límite superior en la capacidad de carga útil que un conjunto Falcon + Crew Dragon puede llevar a la ISS?

Siempre imaginé que la capacidad estaba completamente determinada por las especificaciones de la órbita y la capacidad de combustible de la etapa 1/2, de modo que si su órbita fuera menos exigente (lanzamiento directo hacia el este a baja altitud, por ejemplo), entonces podría lanzar con menos combustible y rellenar el Dragón. baúl con la masa de combustible que no cargaste...

Pero ahora ese no parece ser el caso en absoluto... Porque incluso si lanzaras con 10 000 kg menos en la etapa 1/2 de combustible, por ejemplo, aún no podrías transportar más de 5900 kg mientras aseguras a la tripulación. puede acelerar positivamente alejándose de un cohete que falla en el escape de lanzamiento.

¿Alguien puede confirmar si esto es cierto, que incluso si pudiera llevar más carga a la órbita, podría verse obligado a no hacerlo para satisfacer sus requisitos de escape de lanzamiento?

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3,25 g es solo un límite inferior de la aceleración de empuje que obtendría de un Dragon + baúl + carga útil máxima + combustible máximo.

Para un límite superior, podría suponer una carga superligera cercana a 0 kg. Y en ese caso extremo, tus superdracos te comprarían ~50 m/s2, o solo unos 5 g de aceleración.

Y a medida que su carga de combustible se acerca a 0 kg --- al final de su combustión de escape de lanzamiento --- su aceleración de empuje se acercaría a ~60 m/s2, o 6 g.

Por lo tanto, la aceleración de escape de lanzamiento de Dragon caería en el rango [3.25, 6] g --- aunque si está maximizando la carga, es probable que caiga en el extremo inferior de este rango, y si su carga útil es superior a ~ 5900 kg , entonces cae por debajo de su mínimo de 3,25 g y corre el riesgo de no tener suficiente aceleración para alejarse positivamente de un cohete defectuoso en el peor de los casos.

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Ignoré la inclinación de los superdracos, que creo que es de 15 grados con respecto a la vertical. Esto haría que su empuje combinado fuera un poco menor:$570 \texttt{ kN} * \texttt{cos}(15 \texttt{ deg}) = 550 \texttt{ kN}$.

Esto daría una aceleración de empuje de 3,15 g para un Dragón completamente cargado, si me atengo a mis números de masa.

Pero este artículo compartido por @BrendanLuke en los comentarios (¡gracias!) cita al administrador de la NASA diciendo que 3,5 g fue la aceleración de empuje máxima durante las pruebas de escape de lanzamiento (que creo que se hicieron para el peor de los casos con el cohete yendo ~ 3gs?) .

Esto significaría un Dragon + maletero + carga útil + combustible más ligero. La masa real tendría que estar más cerca de (3,15 g)/(3,5 g) = 0,9 x mi masa estimada, o ~ 16 070 kg en lugar de 17 870 kg, un 10 % más ligero. La masa más liviana probablemente provendría de una cápsula Dragon más liviana o de una carga útil más liviana, ya que el maletero ya es súper liviano de 400 kg, y mi estimación de masa de combustible está a medio camino entre los números más livianos y más altos que he visto (1350 kg y 2500 kg). kg, si no recuerdo mal)?

Y su aceleración máxima con propulsores inclinados y una masa más ligera sería de 5,5 g en lugar de 5 g con carga útil cero, acercándose a 7 g a medida que se vacían los tanques de combustible.

Esto pondría la aceleración del empuje de escape del lanzamiento en el rango [3.5, 7] g. Pero el punto principal sigue siendo: que las aceleraciones de más de 3,5 g solo son posibles con una masa de carga útil inferior a 5900 kg (ahora tal vez menos como se mencionó anteriormente), por lo que incluso si el lanzador Falcon pudiera soportar más masa de carga útil, no sería capaz de transportarlo sin poner en peligro la capacidad de los astronautas para escapar en el peor de los casos.