Можно ли масштабировать бутылочную ракету для выхода на орбиту?

На основе Single-stage-to-orbit я так не думаю. В этой статье цитируется Роберт Труакс , который сказал, что для SSTO необходимо резко минимизировать вес конструкции, о чем и говорится в вашем вопросе. Бутылочные ракеты используют бумагу в качестве основного компонента своей конструкции, и они не будут прочными и легкими.

РЕДАКТИРОВАТЬ

С изменением «Материалы, конечно, не будут одинаковыми ...» Проблема по-прежнему заключается в том, что SSTO сложна, а несколько этапов имеют преимущества перед одним. Например, из той же статьи в Википедии этапы могут быть спроектированы так, чтобы максимально эффективно использовать их конкретную роль в траектории полета. Вы получите гораздо большую отдачу, если сделаете двухступенчатую бутылочную ракету, чем большую одноступенчатую ракету.

Классическая конструкция ракеты-бутылки оптимизирована для стабильности во время запуска при низкой стоимости. Часть рукояти действует как пусковая планка и удерживает центр сопротивления далеко позади, чтобы предотвратить падение. Платой за это является вес, поскольку вы фактически летите с частью вашей системы запуска, все еще прикрепленной, и сопротивление может быть достигнуто с помощью плавников или полностью устранено с помощью вектора тяги.

Так что для любой ракеты с активным управлением преимущества нет, а для неуправляемого полёта стабилизаторы и пусковая рейка получат больше от одного и того же двигателя.

Если цель состоит в том, чтобы запустить длинный элемент конструкции в качестве самой полезной нагрузки, то это становится немного другим, поскольку возникают структурные проблемы с полетом длинной тонкой конструкции поверх длинной тонкой ракеты, поэтому размещение ее рядом может работать. Это создаст большую лобовую площадь и, следовательно, сопротивление, но может позволить снизить вес конструкции ракеты, поскольку нагрузки от ступеней с большой тягой могут быть переданы непосредственно на лонжерон, а не через верхние ступени.

Вы, вероятно, не хотели бы, чтобы лонжерон выходил за пределы двигателей первой ступени, как из-за теплового эффекта, так и из-за того, что он будет блокировать вектор тяги, необходимый для поддержания тяги через центр масс, даже если у вас двойная конструкция, режимы отключения двигателя могут требуется векторизация через лонжерон / с, если вы не запускаете достаточное количество этих вещей, чтобы более простой дизайн можно было обменять на процентный сбой (если этот вопрос является частью серии OP о космических лифтах).

Разделение ступеней также становится намного более сложным, поскольку вам нужно избегать ударов о лонжерон полезной нагрузки.

Да. Физика, связанная с тягой, не зависит от масштаба. Бутылочная ракета высотой 300 км и диаметром 100 км взлетит и выйдет на орбиту без особого труда.

Проблема в том, сможем ли мы сделать один достаточно большой. Ответ на это нет. Можем ли мы успешно запустить его, не разрушив поверхность Земли? Возможно нет.