🌀🚀 De Magnifieke Lentepad: Geen vs. Maglev vs. Mega-Lente — en Waarom een Evenaar Afrika Locatie een Payload Cheat-Code Is
Zelfde speelse toon, scherpere wiskunde. We verwerken realistische materiaallimieten, Δv-berekeningen en locatievoordelen om te laten zien hoe “een duwtje” verandert in veel lading.
TL;DR: Voor een Starship-klasse stack (~5.000 t bij liftoff), kan een “lift assist” die slechts 80–150 m/s vroeg toevoegt, +5–13% LEO payload opleveren afhankelijk van de locatie. Verplaats hetzelfde voertuig naar een bijna evenaar Afrikaans hoogland en combineer met een best-case lente, en je voegt ~20 t toe aan LEO en bespaart tientallen tonnen brandstof op GEO-missies via het vermijden van baanverandering. Elk beetje telt—en telt enorm.
0) Aannames (zodat de cijfers reproduceerbaar zijn)
- Voertuigmassa bij liftoff: 5.000.000 kg (Starship + Super Heavy klasse).
- Faseprestatiemodel (ruw maar consistent):
- Booster: Isp ≈ 330 s, prop ≈ 3.300 t, droog ≈ 200 t.
- Vliegtuig: Isp ≈ 375 s, prop ≈ 1.200 t, droog ≈ 150 t.
- Pad‑naar‑LEO Δv-budget (inclusief zwaartekracht/luchtweerstand): ~9,4 km/s (basislijn).
- Rotatieboost verschil: Evenaar vs. Starbase (~26°N) ≈ +47 m/s bij de evenaar.
- Voordeel van evenaar-GEO cirkelvormige baanverandering (apogeum, gecombineerde verbranding): ≈ 305 m/s bespaard t.o.v. 26°N.
- Hoogvlakte hoogtecredit (dunne lucht, lagere tegendruk) als een kleine vroege fase Δv-equivalent: ~10–20 m/s (illustraties gebruiken 20 m/s).
1) De drie scenario's
🚫 Geen (alleen motoren)
Geen assistentie. Basisvereiste voor pad‑naar‑LEO Δv ≈ 9,4 km/s.
🧲 Maglev Lift (praktisch beste geval)
- Doel assistentie: Δv ≈ 80 m/s.
- “Beleefd” profiel, extra versnelling ≈ +1 g → slag ~320 m.
- Energie: 16 GJ (~4,4 MWh). Bij levering over 4 s → gemiddeld vermogen ~4 GW.
- Kracht (gem): ~100 MN (jerk-beperkte S-curve, motoren regelen om totale g binnen limieten te houden).
🌀 “Prachtige veer” (heroïsch, wereldschaal)
- Doel assistentie: Δv ≈ 150 m/s.
- Extra versnelling +2–3 g → slag ~560–375 m (v²/2a).
- Energie: 56 GJ (~15,6 MWh). 4 s dump → ~14 GW gemiddeld.
- Realistische materialen: gestapelde lineaire motoren + hydraulische accumulators + composiet trekveren (niet één gigantische spoel).
Waarom geen letterlijke stadiongrote stalen veer? Omdat de elastische energiedichtheid van staal klein is. Beste praktische “veren” zijn modulair: elektromagnetische segmenten, hydrauliek, vliegwielen/SMES en hoogrekbare composiet pezen—langzaam opgeladen, snel ontladen, gestuurd door controle.
2) De Δv-rekening (welke “gratis” krijgen we?)
- Maglev lift: ~+80 m/s vroeg.
- Prachtige veer: ~+150 m/s vroeg (wereldklasse engineering en beheersing).
- Evenaar vs. Starbase (~26°N): +47 m/s (rotatie).
- Hooglandhoogte: ~+10–20 m/s Δv-equivalent door lagere luchtdichtheid/tegendruk in de vuilste seconden.
- GEO vanaf de evenaar: bespaar ~305 m/s bij apogeum door de 26° baanveranderingsstraf te vermijden (zie §5).
3) Hoeveel payload levert dat op? (LEO)
Met het consistente tweefasenmodel hierboven, volgt dit. Cijfers zijn indicatief, geen beloften; wat telt is het patroon.
| Site & Assist | Δv tegoed gebruikt | LEO-lading | Winst ten opzichte van basislijn |
|---|---|---|---|
| Starbase — None | — | 151,2 t | Beginwaarde |
| Starbase — Maglev | +80 m/s | 158,5 t | +7,4 t (+4,9%) |
| Starbase — Prachtige lente | +150 m/s | 165,1 t | +14,0 t (+9,2%) |
| Equatoriaal Afrika — None | +47 m/s (rotatie) | 155,5 t | +4,3 t (+2,8%) |
| Equatoriaal Afrika — Maglev | +127 m/s (47+80) | 163,0 t | +11,8 t (+7,8%) |
| Equatoriaal Afrika — Prachtige lente | +197 m/s (47+150) | 169,7 t | +18,5 t (+12,2%) |
| Equatoriaal Afrika — Prachtige lente + hoogte | ~+217 m/s (47+150+20) | 171,6 t | +20,4 t (+13,5%) |
Lees dit als: hetzelfde voertuig, met een bescheiden vroege duw en een betere locatie, haalt tientallen tonnen naar LEO. Dat is het tegenovergestelde van "klein."
4) Ontwerp sanity checks (slag, kracht, energie)
-
Slag (v²/2a):
- 80 m/s bij +1 g → ~320 m.
- 150 m/s bij +2 g → ~563 m; bij +3 g → ~375 m.
-
Gemiddelde kracht (M·Δv / t):
- 80 m/s over 4 s → ~100 MN.
- 150 m/s over 4 s → ~188 MN.
-
Energie (½ M v²):
- 80 m/s → 16 GJ (~4,4 MWh).
- 150 m/s → 56 GJ (~15,6 MWh).
Netstroom is makkelijk; het moeilijke is vermogen voor een paar seconden. Daarom bestaat het veerpakket: langzaam opladen, snel ontladen, vorm de kracht.
5) GEO is waar de evenaar verbijsterend wordt
Vanaf ~26°N (Starbase) moet een GEO-missie ~26° inclinatie verwijderen. Als je de baanverandering slim bij apogeum doet en combineert met circularisatie, is de extra kost ~305 m/s vergeleken met lanceren vanaf de evenaar.
Wat betekent 305 m/s in propellant? Voor een bovenste trap met Isp ≈ 375 s:
- Per 200 t post-burn massa (droog + lading), heeft de apogeum verbranding bij de evenaar ~99 t prop nodig, terwijl dezelfde bij Starbase ~125 t nodig heeft. Dat is ~26 t bespaard—bij apogeum, elke missie.
- Schaal lineair: 400 t → ~52 t bespaard; 800 t → ~103 t bespaard.
Combineer dat met een 150 m/s veer bij liftoff en een hoogvlakte locatie, en je stapelt honderden m/s aan budgetverlichting over de missie. In een tankarchitectuur betekent dat minder tankvluchten of meer lading naar GEO.
6) Materiaalrealiteit check (waarom "prachtig" nog geen magie is)
- Vandaag praktische veerpakketten (staal/titanium + composieten + EM-motoren): verwacht effectieve elastische energiedichtheid in het ~1–10+ kJ/kg bereik. Dat is genoeg voor assistentie, niet voor "katapult naar de baan."
- Lab-droommaterialen (bulk metallic glass, hoog-rek CFRP, ooit CNT/graphene in bulk) kunnen praktisch tot ~10–30+ kJ/kg gaan. Dat levert ~150 m/s-klasse assistentie op megastructuurschaal. Toch doen motoren de echte reis.
7) Veiligheid, controle en "breek de raket niet"
- Veel kleine modules > één gigantische veer: redundantie en nette afbrekingen.
- Jerk-beperkte S-curves: vloeiende stijging/vasthouden/daling van kracht; motoren co-throttle om totale g binnen specificaties te houden.
- Behuizing/dempers: elke ongebruikte energie eindigt in remmen, niet in "terugstuitende boostback."
8) Conclusie
- Maglev lift (~80 m/s): al goed voor ~+5% LEO lading bij Starbase, meer bij de evenaar.
- Prachtige veer (~150 m/s): met wereldklasse engineering zit je in de ~+9–13% LEO lading band afhankelijk van de locatie.
- Equatoriaal Afrika hoogvlakte + veer: ongeveer +20 t naar LEO voor hetzelfde voertuig, en ~25–100+ t propellant bespaard bij GEO apogeum (missie-afhankelijk). Dat is "elk beetje telt" zichtbaar gemaakt.
- Motoren doen nog steeds het werk: de veer vervangt de voortstuwing niet; hij verwijdert enkele van de lelijkste seconden en geeft je er lading voor terug.
Stage Zero kan een batterij zijn. Laad hem langzaam op. Laat hem beleefd los. Tussen een beter platform en een betere breedtegraad verander je de natuurkunde niet—je laat de natuurkunde je lading veranderen.