Con motores nucleares ultraseguros y propulsor de hidrógeno, ¿hasta dónde podría llegar a Marte y aún así poder regresar a la Tierra en caso de emergencia?

La noticia de NPR (audio + transcripción) ¿Podría la energía nuclear ayudar en el viaje a Marte? contiene lo siguiente:

VISHAL PATEL: Si quieres ir a Marte, la energía nuclear es una opción inteligente.

BRUMFIEL: Vishal Patel es un científico de cohetes nucleares en una empresa llamada Ultra Safe Nuclear Corporation. Están trabajando en una versión de un cohete que usaría un reactor nuclear. El reactor calentaría gas hidrógeno y lo dispararía por una boquilla. Es mucho más eficiente que un motor químico. Un cohete nuclear podría hacer posible una misión de ida y vuelta en tan solo la mitad del tiempo que se necesita con los cohetes convencionales. También permitiría a los astronautas regresar a casa si se encontraran con una emergencia al comienzo de su viaje. Patel reconoce que lanzar un reactor nuclear desde la Tierra podría poner nerviosa a la gente. Pero, dice, Ultra Safe Nuclear Corporation está trabajando arduamente para que sea ultraseguro.

Pregunta: Con lo que se sabe o se sugiere sobre el rendimiento del motor de Ultra Safe Nuclear Corporation usando hidrógeno como masa de reacción y una estimación razonable de cómo sería un transporte de ida 1 de una pequeña tripulación a Marte, qué tan lejos de la Tierra se podría llegar y Todavía será capaz de regresar a la Tierra?

Para mantenerlo simple, estará bien si desea asumir que la intercepción de la Tierra es suficiente y que la nave espacial puede volver a ingresar de manera segura incluso a velocidad interplanetaria (como lo hacen las cápsulas de retorno de muestra).

No creo que tengamos suficiente información para responder a la pregunta. El elemento nuclear solo especifica la cantidad de energía que hay a bordo. Para encender un motor de iones, se necesita energía pero también combustible, lo que ayudará a determinar el empuje y el isp. Sin esa información, no creo que podamos adivinar adecuadamente.
@ChrisR Siempre me pregunto quiénes somos "nosotros" cuando la gente dice "no sabemos". Creo que cada persona puede hablar con su propio conocimiento (por ejemplo, "No sé"), pero no debería decidir a priori que nadie puede saber lo suficiente como para redactar una respuesta. Creo que este problema es un simple cálculo delta-v para volver a interceptar la Tierra; uno solo necesita una fracción de masa seca a total y un Isp, ¿verdad? Hasta donde yo sé, los motores de iones no tendrían en cuenta una respuesta aquí.
Un cálculo delta-v solo involucra la mecánica orbital, por lo que la selección del propulsor y su isp es irrelevante. Por lo tanto, si desea una respuesta específica para el propulsor en cuestión, debe tener en cuenta la masa del vehículo, la potencia de salida y el isp. (Fuente: mi tesis sobre viajes de ida y vuelta a Marte usando propulsión de bajo empuje)
@ChrisR gracias por el tutorial de semántica; uno primero determina cuánto delta-v se necesita en cada punto a partir de la mecánica orbital, luego determina cuánto delta-v está disponible asumiendo una fracción de masa seca/total en cada punto e Isp para decidir si/cuándo es posible. (Fuente: conocimiento) Y nuevamente, los motores iónicos o de bajo empuje son irrelevantes aquí; esto es propulsión térmica nuclear. Podemos adivinar esto a partir de "El reactor calentaría gas hidrógeno y lo dispararía por una boquilla".
La charla sobre calentar hidrógeno indica claramente que es un cohete térmico nuclear de núcleo sólido, y obtendremos el mismo rendimiento que cualquier otro cohete térmico nuclear de núcleo sólido.
@ikrase espera, no respondas eso, ¡lo haré como una nueva pregunta!

Respuestas (1)

¿Todo el camino?

Esta no es realmente una pregunta significativa. Si tiene suficiente delta-V para llegar a Marte y regresar, tiene suficiente delta-V para llegar a Marte y regresar. A menos que esté en una trayectoria de empuje continuo, los modos de cancelación no están limitados por la distancia o el tiempo, están limitados por el delta-V restante.

"Ultra Safe Nuclear" suena como si fuera una variante de un cohete térmico nuclear . Estos actúan de manera muy similar a los cohetes químicos convencionales, solo que un poco más eficientemente. Una vez que haya terminado la quemadura de inyección trans-Mars, no hay opción de "dar la vuelta y volver". Es posible que pueda hacer algún tipo de asistencia de gravedad en Marte para obtener un retorno más rápido, pero lo más probable es que aborte estableciendo una órbita con un período de dos años.

Extrayendo algunos números de un mapa delta-V del Sistema Solar , la inyección transmarciana desde la órbita terrestre baja requiere alrededor de 3,6 km/s de delta-V. La mecánica orbital es simétrica, así que esa es la cantidad de delta-V que necesitarías para dar la vuelta y regresar. Si solo tiene combustible para un viaje de ida a Marte, solo le queda suficiente combustible para la captura de propulsión: 2,1 km / s, no es suficiente para un aborto de "vuelta".

¡Gracias por la edición! Por cierto, he especificado que el propulsor sea suficiente solo para un solo sentido en la pregunta. La energía nuclear se usa para misiones tripuladas porque los humanos son perecederos y a veces se vuelven locos, pero los suministros y el combustible para una misión de regreso presumiblemente aterrizarían en Marte antes de tiempo a través de misiones de entrega robótica no tripuladas.
Si decide abortar poco después de TMI, y si tiene suficiente delta-v, puede deshacer efectivamente el TMI y regresar en mucho menos de dos años. Cuanto más largo sea el período de tiempo "pronto", más delta-v necesita para "suficiente", por lo que no creo que haya una manera sensata de responder la pregunta.
Es hora de cantar la canción I've Got The Need For Delta V.
Con motores nucleares ultraseguros y propulsor de hidrógeno, ¿hasta dónde podría llegar a Marte y aún así poder regresar a la Tierra en caso de emergencia?
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