สรุป: สำหรับกองยานคลาส Starship (~5,000 t ตอนปล่อย), “การช่วยยก” ที่เพิ่มเพียง 80–150 m/s ในช่วงต้น สามารถให้ เพิ่มน้ำหนักบรรทุก LEO 5–13% ขึ้นอยู่กับสถานที่ ย้ายยานเดียวกันไปยังที่ราบสูงแอฟริกาใกล้เส้นศูนย์สูตรและรวมกับสปริงที่ดีที่สุด จะเพิ่ม ~20 t ไปยัง LEO และประหยัดเชื้อเพลิงหลายสิบตันในภารกิจ GEO โดยหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนระนาบ ทุกส่วนสำคัญ—และสำคัญมาก.

0) สมมติฐาน (เพื่อให้ตัวเลขสามารถทำซ้ำได้)

• มวลยานตอนปล่อย: 5,000,000 kg (คลาส Starship + Super Heavy).
• แบบจำลองประสิทธิภาพของขั้นตอน (ประมาณคร่าวๆ แต่สอดคล้อง):
  • บูสเตอร์: Isp ≈ 330 s, เชื้อเพลิง ≈ 3,300 t, น้ำหนักแห้ง ≈ 200 t.
  • ยาน: Isp ≈ 375 s, เชื้อเพลิง ≈ 1,200 t, น้ำหนักแห้ง ≈ 150 t.
• งบประมาณ Δv จากแท่นถึง LEO (รวมแรงโน้มถ่วง/แรงต้าน): ~9.4 km/s (ฐาน).
• ความแตกต่างของการเสริมแรงหมุน: เส้นศูนย์สูตร vs. Starbase (~26°N) ≈ +47 m/s ที่เส้นศูนย์สูตร.
• ข้อได้เปรียบการเปลี่ยนระนาบวงโคจร GEO เส้นศูนย์สูตร (จุดสูงสุด, การเผาไหม้รวม): ประหยัด ≈ 305 m/s เมื่อเทียบกับ 26°N.
• เครดิตความสูงที่ที่ราบสูง (อากาศบาง ความดันย้อนกลับต่ำกว่า) เป็นค่าเทียบเท่า Δv ในช่วงต้นเล็กน้อย: ~10–20 m/s (ภาพประกอบใช้ 20 m/s).

1) สถานการณ์สามแบบ

ทำไมไม่ใช้สปริงเหล็กขนาดสนามกีฬาจริงๆ? เพราะความหนาแน่นพลังงานยืดหยุ่นของเหล็กต่ำ “สปริง” ที่ใช้งานได้ดีที่สุดเป็นแบบโมดูลาร์: ส่วนแม่เหล็กไฟฟ้า ไฮดรอลิกส์ ล้อเหวี่ยง/SMES และเส้นเอ็นคอมโพสิตที่มีความเครียดสูง—ชาร์จช้า ปล่อยเร็ว รูปทรงโดยการควบคุม

2) สมุดบัญชี Δv (เราได้ “ฟรี” อะไรบ้าง?)

• ยกแม่เหล็กแม่เหล็กไฟฟ้า: ~+80 m/s ตอนต้น
• สปริงอันยิ่งใหญ่: ~+150 m/s ตอนต้น (วิศวกรรมและการควบคุมระดับโลก)
• เส้นศูนย์สูตรเทียบกับ Starbase (~26°N): +47 m/s (การหมุน)
• ความสูงบนที่ราบสูง: ~+10–20 m/s เทียบเท่า Δv จากความหนาแน่นอากาศต่ำ/แรงดันย้อนกลับในวินาทีที่สกปรกที่สุด
• GEO จากเส้นศูนย์สูตร: ประหยัด ~305 m/s ที่จุดสูงสุดโดยหลีกเลี่ยงค่าปรับเปลี่ยนระนาบ 26° (ดู §5)

3) น้ำหนักบรรทุกที่ซื้อได้เท่าไหร่? (LEO)

โดยใช้โมเดลสองขั้นตอนที่สอดคล้องกันข้างต้น นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น ตัวเลขเป็นเพียงการบ่งชี้ ไม่ใช่คำสัญญา สิ่งที่สำคัญคือรูปแบบ

อ่านได้ว่า: ยานพาหนะเดียวกันนี้ ด้วยแรงผลักดันเริ่มต้นที่พอเหมาะและสถานที่ที่ดีกว่า สามารถรับน้ำหนัก หลายสิบตัน ไปยัง LEO ซึ่งตรงกันข้ามกับคำว่า “เล็ก”

4) การตรวจสอบความสมเหตุสมผลของการออกแบบ (ระยะชัก, แรง, พลังงาน)

• ระยะชัก (v²/2a):
  • 80 m/s ที่ +1 g → ~320 m.
  • 150 m/s ที่ +2 g → ~563 m; ที่ +3 g → ~375 m.
• แรงเฉลี่ย (M·Δv / t):
  • 80 m/s ใน 4 วินาที → ~100 MN.
  • 150 m/s ใน 4 วินาที → ~188 MN.
• พลังงาน (½ M v²):
  • 80 m/s → 16 GJ (~4.4 MWh).
  • 150 m/s → 56 GJ (~15.6 MWh).

  พลังงานจากกริดง่าย; ส่วนที่ยากคือ พลังงานสำหรับไม่กี่วินาที นั่นคือเหตุผลที่มีชุดสปริง: ชาร์จช้า ปล่อยเร็ว รูปแบบแรง

5) GEO คือที่ที่เส้นศูนย์สูตรกลายเป็นเรื่องน่าทึ่ง

จาก ~26°N (Starbase) ภารกิจ GEO ต้องลดมุมเอียง ~26° หากคุณเปลี่ยนระนาบอย่างชาญฉลาด ที่จุดสูงสุด และรวมกับการทำให้วงโคจรกลม ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นประมาณ ~305 m/s เมื่อเทียบกับการปล่อยจากเส้นศูนย์สูตร

305 m/s หมายถึงเชื้อเพลิงเท่าไร? สำหรับขั้นตอนบนที่มี Isp ≈ 375 วินาที:

• ต่อ 200 ตันของมวลหลังเผาไหม้ (น้ำหนักแห้ง + ภาระ) การเผาไหม้ที่จุดสูงสุดที่เส้นศูนย์สูตรต้องการเชื้อเพลิง ~99 ตัน ในขณะที่ที่ Starbase ต้องการ ~125 ตัน นั่นคือ ~26 ตันที่ประหยัดได้—ที่จุดสูงสุด ทุกภารกิจ
• ขยายสเกลแบบเส้นตรง: 400 ตัน → ~52 ตันที่ประหยัดได้; 800 ตัน → ~103 ตันที่ประหยัดได้

จับคู่กับสปริง 150 m/s ที่การปล่อยและสถานที่บนที่ราบสูง คุณจะสะสมการบรรเทางบประมาณได้หลายร้อย m/s ตลอดภารกิจ ในสถาปัตยกรรมเติมเชื้อเพลิง นั่นหมายถึงเที่ยวบินถังน้ำมันน้อยลงหรือภาระมากขึ้นไปยัง GEO

6) ตรวจสอบความเป็นจริงของวัสดุ (ทำไม “งดงาม” ยังไม่ใช่เวทมนตร์)

• ชุดสปริงที่ใช้งานได้ในปัจจุบัน (เหล็ก/ไทเทเนียม + คอมโพสิต + มอเตอร์ไฟฟ้า): คาดว่าความหนาแน่นพลังงานยืดหยุ่นที่มีประสิทธิภาพอยู่ในช่วง ~1–10+ kJ/kg นั่นเพียงพอสำหรับ ช่วยเหลือ ไม่ใช่สำหรับ “เหวี่ยงขึ้นวงโคจร”
• วัสดุในฝันของห้องทดลอง (แก้วโลหะจำนวนมาก, CFRP ที่ทนแรงดึงสูง, วันหนึ่ง CNT/กราฟีนในปริมาณมาก) สามารถผลักดันไปถึง ~10–30+ kJ/kg ในทางปฏิบัติ นั่นทำให้ได้ การช่วยเหลือระดับ ~150 m/s ในระดับโครงสร้างขนาดใหญ่ แต่เครื่องยนต์ยังคงทำภารกิจจริง

7) ความปลอดภัย การควบคุม และ “อย่าทำให้จรวดแตก”

• โมดูลเล็กหลายตัว > สปริงยักษ์หนึ่งตัว: ความซ้ำซ้อนและการยกเลิกอย่างนุ่มนวล
• เส้นโค้ง S จำกัดแรงกระชาก: การเพิ่ม/คงที่/ลดแรงอย่างนุ่มนวล; เครื่องยนต์ปรับกำลังร่วมกันเพื่อรักษาแรง g รวมให้อยู่ในสเปก
• การกักเก็บ/ตัวลดแรงสั่นสะเทือน: พลังงานที่ไม่ได้ใช้จะจบลงที่เบรก ไม่ใช่ที่ “การเด้งกลับแบบบูสต์”

8) สรุป

• การยกด้วยแมกเลฟ (~80 m/s): คุ้มค่าแล้วที่ ~+5% ของภาระ LEO ที่ Starbase และมากกว่านั้นที่เส้นศูนย์สูตร
• สปริงอันงดงาม (~150 m/s): ด้วยวิศวกรรมระดับโลก คุณจะอยู่ในช่วง ~+9–13% ของภาระ LEO ขึ้นอยู่กับสถานที่
• ที่ราบสูงแอฟริกาตอนใกล้เส้นศูนย์สูตร + สปริง: เพิ่มขึ้นประมาณ +20 ตัน ไปยัง LEO สำหรับยานพาหนะเดียวกัน และ ~25–100+ ตันของเชื้อเพลิงที่ประหยัดได้ ที่จุดสูงสุด GEO (ขึ้นอยู่กับภารกิจ) นั่นคือ “ทุกส่วนมีความสำคัญ” ที่เห็นได้ชัด
• เครื่องยนต์ยังทำงานได้: สปริงไม่ได้มาแทนที่การขับเคลื่อน; แต่มันลบวินาทีที่น่าเกลียดบางส่วนและมอบภาระให้คุณแทน

Stage Zero อาจเป็นแบตเตอรี่ ชาร์จช้าๆ ปล่อยอย่างสุภาพ ระหว่างแผ่นรองที่ดีกว่าและละติจูดที่ดีกว่า คุณไม่ได้เปลี่ยนฟิสิกส์—คุณปล่อยให้ฟิสิกส์เปลี่ยนภาระของคุณ