¿Cómo obstaculizaría la alta gravedad el progreso de una especie inteligente para la exploración espacial? [cerrado]

Descubrirá que necesita más y más combustibles exóticos a medida que observa niveles de gravedad más altos.

Los combustibles se clasifican con ISP: impulso específico. El impulso específico es la cantidad de impulso que genera por kilogramo de masa de combustible. Por lo general, está en unidades de Ns/kg (excepto en unidades inglesas, donde se mide en segundos...). Wikipedia tiene una lista de estos, de los cuales podemos elegir algunos ejemplos:

• LOX+H2 (oxígeno líquido e hidrógeno) - 3816 Ns/kg
• LOX+RP1 (oxígeno líquido y queroseno) - 2941 Ns/kg
• N2O4+N2H4 (óxido nitroso e hidrazina) - 2862 Ns/kg

Esa lista es para combustibles líquidos, el ISP para refuerzos sólidos suele ser de alrededor de 2400 Ns/kg.

La velocidad de escape es proporcional a la raíz cuadrada de la masa del planeta. Esto significa que su planeta con 4G de gravedad en la superficie requerirá que los vehículos alcancen el doble de velocidad para escapar. Como notará, las ganancias del uso de productos químicos exóticos para alimentar su cohete fueron limitadas. Hubo beneficios, pero solo hasta cierto punto. Esto significa que la única forma real de aumentar su velocidad es cargar más combustible. Cambiar a combustibles más exóticos simplemente no es suficiente (y créanme, la hidracina es exótica )

Hay una ecuación para esto, conocida como la ecuación del cohete Tsiolkovsky :

Dónde$m_0$es la masa seca del cohete después de la maniobra y$m_f$es la masa húmeda antes de la maniobra. Podemos usar esto para averiguar qué le hace esto a la masa de nuestro combustible al reorganizar la masa húmeda:

Dado que estamos comparando contra las gravedades terrestres, donde$\Delta v$porque la velocidad de escape es de 11200 m/s y usando cohetes que alcanzan un ISP de alrededor de 3000 N-s/kg (que si haces un análisis dimensional, es idéntico a 3000 m/s, ¡obtienes una relación de 41.8! Esto significa alcanzar ¡La velocidad de escape requiere 41,8 veces más combustible que en la Tierra!

Absolutamente, mientras que la densidad atmosférica tendría un efecto muy fuerte en el desarrollo de los vuelos espaciales, la gravedad por sí sola ralentizaría o incluso evitaría cualquier desarrollo si fuera lo suficientemente fuerte.

Además, el aumento de la gravedad a menudo coincide con el aumento de la densidad atmosférica, lo que aumenta la resistencia de una nave espacial y obliga a quemar aún más combustible. Este combustible pesa más gracias a la gravedad, lo que significa que se quema aún más. Es probable que haya un punto límite donde la gravedad sea lo suficientemente fuerte como para que ningún cohete convencional pueda esperar escapar.

Los vuelos espaciales que se desarrollaron en un mundo así serían los principales candidatos para un desarrollo divergente. El aumento de la densidad atmosférica podría usarse para hacer que los aviones espaciales sean más viables, si estuviera escribiendo una carrera espacial desde un planeta así, haría que hicieran un uso intensivo de aviones espaciales y zepelines, el último de los cuales es asombrosamente efectivo incluso en la Tierra.

Sugiero investigar un poco sobre la velocidad terminal y las formas de reducir la resistencia en los aviones, y ver qué tan plausible es que un avión espacial alcance el escape o la velocidad orbital dentro de la atmósfera superior. Si las cosas parecen prometedoras, ahí está su respuesta.

Su mayor problema en realidad radica en el combustible . Con una mayor gravedad, el cohete necesitará quemar más combustible, lo que significa menos cohetes. Todavía podrán ir al espacio, pero es poco probable que pierdan el tiempo tratando de colonizar planetas y es más probable que usen ese valioso tiempo espacial para hacer cosas más productivas, como colocar satélites.

Aquí hay algunos puntos que podrían ayudar.

1. Podrían desarrollar vuelos espaciales más adelante en el desarrollo después de que tengan un mayor nivel de tecnología, por ejemplo, una mejor miniaturización.
2. Mejores combustibles, como ya se mencionó.
3. Más combustible, menos carga útil. Tal vez para ellos, algún tipo de tecnología de entramado de nanotubos de carbono sería la única forma de obtener materiales lo suficientemente fuertes para hacer que los cohetes sean lo suficientemente grandes como para contener el combustible necesario, incluso si es más caro. Además, quizás lanzarían más cargas útiles robóticas ya que pueden ser más pequeñas. Imagine un cohete Apolo con una carga útil del tamaño de una toronja. Esto, por supuesto, haría que su "viaje espacial" fuera indirecto.
4. Una vez que salgan del planeta, es posible que tengan que depender de formas alternativas de llevar una población al espacio (suponiendo que eso sea lo que quieres). Por ejemplo, tal vez solo uno o dos científicos lleguen al espacio, pero llevan consigo miles de óvulos y espermatozoides (suponiendo que se reproduzcan de esa manera) y hacen crecer o clonan una población.
5. Parte del efecto podría mitigarse con un giro más rápido. Los vehículos espaciales obtienen asistencia cuando se lanzan cerca del ecuador. No calculé nada, por lo que esto podría no agregar mucho.

Tenía un par de otras ideas, pero las olvidé mientras escribía.

De todos modos, no tengo ningún problema con "basado en opiniones", así que espero que lo que he escrito te haya dado algunas ideas para reflexionar. Buena suerte.

La ecuación del cohete es brutal, no se necesita un mundo mucho más grande que la Tierra antes de que los cohetes químicos simplemente no lo hagan. Sin embargo, eso no significa que estarán para siempre en el planeta.

Los cohetes térmicos nucleares pueden casi duplicar el ISP de los cohetes químicos, lo que permite el lanzamiento con el doble de gravedad.

También existe la versión de núcleo de gas de la energía nuclear térmica: su reactor es uranio gaseoso en lugar de sólido. Esto más que duplica lo que puede obtener de la energía térmica nuclear, nuevamente esto duplica la velocidad que puede alcanzar. ¡Sin embargo, los límites operativos bastante estrechos de un reactor nuclear hacen que este diseño parezca terriblemente aterrador!

Ahora estamos en los motores sucios:

El cohete térmico nuclear de ciclo abierto: mantiene una reacción en cadena en el gas de uranio (probablemente UF6 para que sea más fácil de manejar), esto es de 2 a 6 veces el ISP sobre el motor de ciclo cerrado, ya que no tiene que contenerlo. Sin embargo, su combustible usado se convierte en su escape, desagradable para el medio ambiente y la tripulación también recoge una dosis sustancial.

Orion comienza en el medio de este rango. Una vez más, su escape está caliente. Los cohetes más grandes tienen un mejor rendimiento, si son lo suficientemente grandes, puedes usar bombas potenciadas y aumentar aún más tu ISP. No puedo encontrar ninguna estimación de la exposición a la radiación de la tripulación, pero dadas las cifras del cohete de gas nuclear de ciclo abierto, me parece preocupante.

Finalmente, están los enfoques sin cohetes:

Primero, el bucle de lanzamiento. Construyes dos estaciones a miles de kilómetros de distancia pero en la misma latitud. Lanzan barras de hierro de un lado a otro. Las barras nunca se detienen, cuando una estación las atrapa, son azotadas con un imán enorme y arrojadas hacia atrás, conservando su velocidad. Tenga en cuenta que las barras se persiguen entre sí lo más cerca posible, cada una se arrastrará detrás de la que está al frente, la resistencia del aire no es nada parecida a lo que esperaría.

Una vez que tienes estas barras volando de un lado a otro, construyes una vía encima de ellas; piensa en un tren de levitación magnética pero al revés, la vía levita sobre las barras, no al revés. Por supuesto, esto ejerce una fuerza hacia abajo sobre las barras, pero se contrarresta acelerándolas. El objetivo aquí es obtener una buena parte de la pista básicamente fuera de la atmósfera. Luego puede montar un motor lineal en él, su nave espacial sube por la pista a velocidades atmosféricas sanas, una vez que está fuera de la atmósfera, golpea la pista de alta potencia y es impulsada a la órbita. La pista debe ser lo suficientemente masiva como para absorber el retroceso sin quedar fuera de servicio.

Enorme, caro y dado que se desmorona, si alguno de los sistemas activos falla, sería peligroso. Sin embargo, el ISP es infinito ya que no se utilizan recursos artesanales para el impulso.

Finalmente, una solución que hace que el bucle de lanzamiento parezca un juguete para niños:

Construye una pista de levitación magnética alrededor del mundo en el ecuador. Construya un tren en la vía que tenga una configuración de levitación magnética tanto en la parte superior como en la inferior. Convierta la vía en un túnel evacuado e impulse el tren a una velocidad superior a la orbital. Ahora está ejerciendo una fuerza hacia arriba en la pista que puede contrarrestar la masa del sistema. Construye más alto, construye otro tren. Cada tren soporta la masa de la sección debajo de él, por lo que no se aplican los límites normales de la altura que puede construir: puede construir a partir de la atmósfera y luego recurrir a motores lineales para empujar su nave espacial.

Si bien, nuevamente, este es un sistema dinámico que colapsa si deja de moverse, no creo que sea tan peligroso, siempre que use superconductores, es autónomo a corto plazo. Si se corta la energía, seguirá funcionando hasta que los imanes se apaguen.

Ningún sistema podría construirse razonablemente en una sociedad con terroristas o locos propensos a suicidios espectaculares.

Si la gravedad era lo suficientemente alta como para hacer que el despegue desde el suelo no fuera económico, pero los vuelos espaciales son algo que su especie quiere, pueden probar métodos que los autores de ciencia ficción ya han descrito para comenzar desde una altitud más alta.

El efecto de la gravedad es menor cuanto más lejos esté del centro de masa: partir de una montaña consumiría un poco menos de combustible que partir del nivel del mar. Sin embargo, mucho más relevante: comenzar desde un avión (que podría usar la densidad atmosférica más alta para lograr la elevación de la masa de su cohete más fácilmente) o un dirigible probablemente mitigaría la G alta lo suficiente como para hacer factible el vuelo espacial.

Es más, algunos dicen que incluso aquí en la tierra sería más efectivo comenzar así, pero debido a que tenemos un sistema basado en tierra que funciona y los nuevos métodos conllevan riesgos y costos de desarrollo, es poco probable que lo intentemos pronto. Entonces, una civilización de alta G podría, después de un comienzo más lento, en realidad ser capaz de progresar más rápido porque tiene dos vectores a lo largo de los cuales aplicar mejoras (mejores dirigibles capaces de darles un punto de partida más alto, tal vez hacer que el dirigible viaje cada vez más rápido con la rotación de la tierra para una mayor velocidad, lo que significa que se necesita incluso menos delta-V del cohete y, por supuesto, del cohete mismo y de su combustible).