Ein Vergleich was eine Raptor-Oberstufe im Vergleich bringt:
Die Oberstufe wird bei 3,2km/s von der Hauptstufe getrennt. Bis ins zu LEO (7800m/s fehlen noch 4200m/s bis GTO weitere 2440m/s, zusammen 6640m/s
Die Oberstufe soll ein dV von 6640m/s erbringen.
Ein paar Definitionen vorab:
a=Treibstoffmasse Oberstufe (geschätzt 105.000kg)
b=Trockenmasse Oberstufe (geschätzt 4000kg)
n=Nutzlast
m=Verhältnis Startmasse/(Trockenmasse+Nutzlast)
s=Verhältnis nötiges deltaV/Strahlgeschwindigkeit (=ISPvakum*9,81)
Oberstufe v1.2 (Merlin 1D Vakuum). ISP=348s entspricht 3414m/s daraus folgt (ohne Einheiten):
s=6640/3414=1,945
m=ex(s)=7 oder (a+b+n)/(b+n)
Umstellung nach n:
n=a/(m-1)-b = a/(ex(s)-1)
105.000kg/6,994-4000=13.520kg
für eine Oberstufe auf Raptorbasis
s=6640/(380*9,81)=1,781
m=ex(s)=5,937
n=105.000kg/4,937-4000kg=17.268kg
also ein plus von 27,8%
Für ein Marsflug mit dV der Oberstufe von 7800m/s
(Oberstufe v1.2)
s=7800/3414=2,285
m=9,823
n=7900kg
(Oberstufe v2.0)
m=8,104
n=10780kg, das ist ein Plus von 36,4%
Hinweise: Die Nutzlast der FH ermöglicht es die Oberstufe viel schwerer zu machen, würde man das 1 zu 1 extrapolieren müsste eine Oberstufe eher 300t haben, aber es wird eher so sein das für Bahnen BOE, z.B. den Mars man die Oberstufe zumindest optional nochmals Strecken wird und bei Bedarf sowohl die Booster wie die Hauptstufe sehr weit draußen landen wird.
Das Beispiel oben ist dann eher für kleinere Nutzlasten zutreffend.
Optional kann man natürlich auch die Oberstufe nachtanken, das ist sehr nützlich weil dann eine Oberstufe vollgetankt fliegen könnte, damit also nur noch 3600m/s zu erbringen wäre.
Wie man an der Formel oben sieht, sinkt die Nutzlast gerade für die FH ohne neue Oberstufe sehr stark, da hilft am besten Nachtanken und vor allem eine neue Oberstufe.
Damit würde eine v2.0 die Nutzlast zum Mars auf 60,5t steigen.
Eine Umstellung der FH Booster und Hauptstufe bringt dagegen sehr viel weniger, weil das "s" und damit auch das m kein bleibt.
Noch dazu ist der Unterschied vom ISP für eine Startstufe auch viel kleiner. Bei gleicher Nutzlast würde die Oberstufe dann vielleicht mit 3,7km/s abgekoppelen,
Damit würde die Oberstufe ca. 13t zum Mars bringen können.
Offensichtlich ist nachtanken zusammen mit einer Raptor Oberstufe für BOE Missionen sehr effektiv.
Da eine neue wiederverwendbare Oberstufe, eigentlich eine Art Raumschiff darstellt, sollte es damit auch gelingen ein Rendezvous durchzuführen.
Ach ja, es ist wesentlich einfacher eine Nutzlast zum Mars zu bringen als auf den Mond, nur es dauert länger und geht nur bei günstigem Startfenster.
Selbst eine Landung ,sollte mit einer modifizierten Dragon V2, viel leichter sein als damit auf dem Mond zu landen.