¿Por qué el cohete pesado Falcon tiene una carga útil mayor que el transbordador espacial?

El transbordador espacial también tuvo que llevarse al espacio, que era una cantidad sustancial de su "carga útil". El transbordador espacial seco pesa alrededor de 82 toneladas. De acuerdo, eso incluye el motor, y la carga útil para Falcon 9 no incluye la etapa superior, pero esa es la diferencia más significativa.

En pocas palabras, el transbordador espacial fue capaz de poner más masa en órbita. Esa masa tenía que incluir el soporte vital de los astronautas, el escudo térmico y otros elementos relacionados y, por lo tanto, no podía llevar tanta carga útil a la órbita.

El transporte de carga no era la única función del transbordador espacial. El orbitador también era un transporte de tripulación para hasta 7 astronautas, podía regresar al suelo y también era en su mayoría reutilizable. Toda esa funcionalidad requería una cantidad significativa de masa que tenía que poner en órbita además de su carga útil real.

El Falcon 9 Heavy, por otro lado, es solo un lanzador de carga. La segunda etapa no tiene otro trabajo que empujar la carga útil a la órbita y luego termina como basura espacial. Sin cabina de tripulación, sin soporte vital, sin escudo térmico, sin alas, sin partes destinadas a funcionar más de una vez (una vez se consideró hacer que la segunda etapa sea reutilizable, pero SpaceX llegó a la conclusión de que sería más problemático de lo que valdría la pena) ).

Esto hace que la relación carga-masa del escenario sea mucho mejor que la del transbordador espacial. Mientras que los orbitadores del transbordador espacial tenían una masa seca de 68,5 toneladas ^[src] , la segunda etapa de un Falcon 9 solo tiene una masa seca de 4,7 toneladas ^[src] . Y esta reducción de masa beneficia a todas las etapas siguientes.

El empuje es solo una característica de un cohete, pero no la única que contribuye a la capacidad de un cohete para poner la carga útil en órbita. También debe considerar la masa del cohete, qué tan eficientemente está quemando su combustible y cuánto combustible puede transportar, por ejemplo.

Si tiene dos cohetes con el mismo empuje, los mismos motores y la misma cantidad de combustible, pero uno pesa más (seco) que el otro, el primer cohete no puede poner en órbita tanta masa de carga útil como el cohete más ligero.

Como ya escribió @PearsonArtPhoto, el transbordador espacial no solo necesitaba poner en órbita su carga útil, sino que también necesitaba ponerse en órbita. El Falcon Heavy, por otro lado, tiene mucha menos masa adicional en la última etapa que necesita levantar (como el carenado y otras partes estructurales).

Para despegar, un cohete necesita generar más empuje que su masa (la relación empuje-peso debe ser mayor que 1 para despegar). Es por eso que el transbordador espacial necesitaba tener un mayor empuje: para poder dejar la plataforma de lanzamiento hacia arriba. El transbordador espacial tenía una masa total de unas 2.000 toneladas con un empuje de unos 30.250 kN al nivel del mar, mientras que el Falcon Heavy "solo" tiene unas 1.400 toneladas con un empuje de unos 22.800 kN al nivel del mar. Eso da como resultado una relación empuje-peso de alrededor de 1,5 para el transbordador espacial y alrededor de 1,6 para el Falcon Heavy.