Современная орбитальная ракета — это почти полностью топливо, заключенное в тонкий «кокон» из агрегатов и конструкций. Более девяноста процентов стартовой массы улетает в виде выхлопа, и только малая часть продолжает движение по орбите. Этот перекос — не ошибка конструкторов, а прямое следствие той скорости, которую нужно набрать, чтобы перейти от поверхности Земли в космическое пространство.
Чтобы удержаться на орбите, аппарат должен разогнаться до орбитальной скорости — это строго заданная цель в небесной механике. Ракетное уравнение Циолковского связывает требуемое приращение скорости с отношением начальной массы к конечной. Поскольку удельный импульс химических топлив ограничен, уравнение сурово «штрафует» каждый лишний килограмм полезной нагрузки, конструкции и двигателей, вынуждая инженеров заполнять ракету топливом в подавляющей пропорции.
Многоступенчатость помогает: пустые баки и отработавшие двигатели отбрасываются, что уменьшает «мертвую» массу и улучшает массовую отдачу. Но сама экспоненциальная зависимость никуда не исчезает. Каждая ступень в основном тратит свое топливо на разгон топлива, находящегося выше, и лишь последние проценты идут на разгон полезной нагрузки. Полет с Земли в космос превращается в искусство управления энтропией и потоками массы: задача не столько героически поднять груз, сколько последовательно избавиться почти от всего остального.
Если смотреть со стороны, ракета, отрывающаяся от стартового стола, и тонкий обрезок техники, который в итоге выходит на орбиту, — это один и тот же аппарат только по названию. Их соединяет лишь длинный след сгоревшего топлива и утраченных возможностей.
