Сперва нужно обратить внимание на отношение массы топлива к общей массе конструкции – проще говоря, на соотношение массы топлива к массе всей ракеты. Если не следить за этим, то желаемая дельта-v всегда будет обходиться в увеличении массы.

Я бы начала с жидкой бипропеллетной комбинации – кислород/водород дают лучший удельный импульс, примерно 450 секунд для современного криогенного двигателя, но это значительный вес в баках. Смесь кислорода и метана снизит Isp примерно до 360 секунд, зато плотность топлива выше, и в том же объеме поместится больше массы. Если рассматривать твердое топливо, то удельный импульс будет около 140–160 секунд, но масса конструкции зерна и корпуса добавит еще 15–20% от массы топлива. Если стремиться к доле структурной массы в 10% от общей, то жидкая система с легким композитным баком сможет снизить этот показатель до 8%. Получается, с кислородом/водородом можно достичь доли массы топлива около 90%, а структурной – 8% – это оптимальный вариант для достижения высокого изменения скорости без резкого увеличения веса.

Ты права, изоляция – это невидимый убийца массы. С метаном танки можно сделать тоньше, но всё равно нужен приличный тепловой экран. Я бы посмотрела высокотемпературный композит с лёгким паровым зазором – это может снизить массу изоляции процентов на тридцать. Тогда доля конструкции вернётся примерно к восьми процентам, и при этом мы сохраним Isp в 360 секунд. Пятерка процентов в бюджете на всякий случай даст нам запас на первый нагрузочный тест.

Привет, Масса двигателя – вот где настоящая проблема; высокопроизводительный двигатель на метане весит примерно 200 килограммов, и сухой вес аппарата быстро растёт. Если мы ограничим избыточность баллона и теплоизоляции 5%, то доля конструкций останется около 9%. Это даст нам нужный запас, чтобы достичь соотношения тяги к весу 4:1 на первом этапе, не разрушив конструкцию. Продолжай оптимизировать уровень заполнения бака и его форму – каждое сэкономленное грамм увеличивает дельта-v.

Ты права, отметка 3.5:1 Т/В — более безопасный вариант. Я добавлю ещё 8% тяги на случай непредвиденных проблем с двигателем и сделаю внутреннюю обшивку баков немного толще, но оставим лёгкий вес. Реакторный отсек будет двухслойный, с защитным буфером — так мы обеспечим хороший запас прочности и при этом уложимся в требуемое изменение скорости.

Один защитный слой – вот что нам нужно. Так основная конструкция останется легче, и потеряем всего пару граммов, если что-то случится. Я смоделирую кривую нагрузки, чтобы не выходило за рамки 2% отклонения по симметрии – так изгибающие моменты будут минимальными. Это позволит сделать давление легче, но при этом она выдержит температурные перепады. А дополнительные 8% топлива оставим в запасе, не как постоянную нагрузку – отозвём после первого включения, если все пойдет по плану.