Consumo de energía para viajar a la Luna vs. a Marte

Los requisitos para esto se pueden encontrar en Wikipedia , y aquí está el presupuesto general. Estos se miden en términos de Delta-V, que es lo único que realmente importa.

Tomemos esto 1 a la vez. El requisito total para aterrizar en Marte desde la Luna es la suma de la velocidad de escape lunar y la órbita de inserción de Marte. Eso es 2,8+0,6 km/s, o 3,4 km/s. El combustible requerido para llegar a LEO desde la Luna es de 2,74 km/s. Por lo tanto, se necesita más combustible para llegar a Marte que para llegar a la Tierra desde la Luna.

Sin embargo, si usa un enfoque de empuje continuo, los números son un poco diferentes y, de hecho, favorecen el viaje a Marte sobre el viaje a la Tierra desde la Luna. Probablemente a eso se refería Clarke.

Hay algunos otros parámetros a considerar. Lanzar desde el pozo de gravedad de la Tierra es un desafío. Un cohete Saturno 5 de 6,2 millones de libras (2800 toneladas) podría poner 260 000 libras (120 toneladas) en órbita terrestre baja (4% de la masa inicial en órbita). Lanzar desde la luna puede poner más carga útil en órbita lunar con la misma masa de propulsor. El módulo lunar pesaba 4700 kg (10 300 lb), incluidos 2400 kg (5200 lb) de combustible, y podía alcanzar la órbita lunar con esa pequeña masa de combustible (~50 % de la masa inicial en órbita, aunque con diferentes combustibles/eficiencias).

Una vez en órbita, debido a que la masa de la Luna es menor, su velocidad de escape también es menor que la de la Tierra, al igual que su velocidad de transferencia a la órbita de Marte. Además, puede tener en cuenta el delta-V que obtiene de la órbita de la luna alrededor de la Tierra, que es de 1 km/s en la dirección de un viajero a Marte en un momento del mes.

Entonces, de tierra a tierra (superficie de la Tierra a superficie de la Luna frente a superficie de la Luna a la superficie de Marte), no sorprende que la Luna a Marte requiera menos propulsor, especialmente considerando que podría frenar la nave en Marte. Sin embargo, tomaría mucho más tiempo. Esto también supone que puedes fabricar un cohete en la luna. Si tienes que traer el cohete y su combustible desde la Tierra, no tiene sentido, excepto que podrías ser capaz de pasar con una honda más allá de la luna después de un lanzamiento desde la Tierra, usando su velocidad orbital para aumentar la velocidad de tu nave a medida que se acerca y pasa, pero debido a que la La masa de la luna es baja, no obtienes mucho efecto.

Desde la perspectiva de Clarke, era verdad entonces y es verdad ahora. Las técnicas de propulsión no cambian el delta-V, solo el tiempo en el que se aplica el delta-V (suponiendo que no haya propulsión sin masa) y la forma de la órbita de transferencia.

A veces una imagen, especialmente la dibujada por Randall, vale más que mil palabras :)

https://xkcd.com/681/ (xkcd clásico "Gravity Wells")

Citando al creador:

Este gráfico muestra la "profundidad" de varios pozos de gravedad del sistema solar. Cada pozo tiene una escala tal que salir de un pozo físico de esa profundidad, en una gravedad constante en la superficie de la tierra, requeriría la misma energía que escapar de la gravedad de ese planeta en realidad.

Y sí, no responde la pregunta, pero tal vez ayude a visualizar uno de los conceptos necesarios para entender lo que está pasando. ¿Tal vez debería haberlo agregado como un comentario...?

Supongo que una gran parte de esta ecuación tiene que ver con la fuerza y ​​el material necesarios para lograr la velocidad de escape. La Tierra tiene una gravedad mucho mayor, sin mencionar la presión del aire (y una atmósfera) que cualquier nave espacial debe atravesar. Si no recuerdo mal, un transbordador tiene que despegar a unos 5 km/seg^2 para alcanzar el punto 5 de Lagrange. Si bien la distancia es mucho mayor (la Luna está a un cuarto de millón de millas de distancia, mientras que Marte está apenas por debajo de . 5 AU), teóricamente podría usar todo el combustible que se necesita para salir de la Tierra para el viaje de la Luna a Marte por medio de una aceleración/desaceleración constante, o incluso usar la Luna para un Slingshot (usando el pozo de gravedad de un cuerpo celeste para lograr mayor velocidades a través de matemáticas complicadas, proporciones, ángulos y un piloto muy atrevido). Matemáticamente, probablemente sea más fácil por números, pero no tanto el consumo de combustible y suministros utilizados; el tiempo para el viaje requeriría una gran cantidad de suministros, sin mencionar el combustible para salir de Marte y el viaje de regreso a casa. Sé que el enorme cohete rojo y los propulsores están allí solo para alcanzar la velocidad espacial, por lo que te hace preguntarte qué tan bien lo harían en el espacio.

Tal vez deberíamos conseguir unidades warp al estilo de Farscape.