¿Cuál es el sistema de propulsión más económico y de mayor eficiencia energética que no sea el oxidante de combustible químico que podría usarse en cohetes?

Por poco dinero, especialmente por tonelada de carga útil lanzada a alta velocidad, podría considerar la escopeta nuclear o el proyecto orion . Hay algunos problemas ambientales y regulatorios, y la escopeta probablemente no sea adecuada para cargas útiles delicadas como los humanos.

No.

Si hubiera una alternativa económica y más eficiente que los combustibles químicos, ya se estaría utilizando.

Hay un candidato prometedor: varias empresas están trabajando en motores de cohetes que queman metano con LOX, con un rendimiento potencialmente mejor que el habitual RP-1/LOX.

El gran desafío de los propulsores de iones es ampliarlos y mejorar la relación empuje/peso.

La propulsión térmica nuclear ofrece un mejor impulso específico que los combustibles químicos, combinado con un alto empuje. El gran problema de estos motores son sus productos de escape radiactivos, lo que los hace inadecuados para lanzamientos desde la Tierra. También son costosos de desarrollar y construir, por lo que hay una trampa 22 aquí: no puede obtener fondos hasta que haya una gran demanda de misiones interplanetarias rápidas, y no habrá misiones interplanetarias rápidas hasta que un entusiasmo alto+alto. -El motor Isp está disponible.

Los propulsores de gas frío son el sistema de propulsión de mayor eficiencia energética que se utiliza en la actualidad. Pueden dar cantidades bastante altas de empuje (como Mythbusters demostró en un par de episodios con cosas como tanques de buceo), y el propulsor puede ser literalmente aire comprimido (el nitrógeno o el helio son más probables), pero tienen un rendimiento irremediablemente bajo para un motor primario. sistema de propulsión para vehículos de lanzamiento. Sin embargo, se utilizan para maniobrar, siendo la primera etapa del Falcon 9 un ejemplo significativo.

Supongo que esa no es la respuesta que esperaba, porque parece estar un poco confundido acerca de la eficiencia energética y el rendimiento del cohete. Los cohetes que son más eficientes como propulsores (impulso específico más alto) son menos eficientes energéticamente. En igualdad de condiciones, duplicar la velocidad de escape le proporciona el doble de empuje y el doble de impulso total de una cantidad dada de propulsor, pero requiere cuatro veces más potencia.

Los motores químicos están limitados por el contenido de energía del propio propulsor. Los propulsores de iones y otros utilizan velocidades de escape tan altas que, para funcionar a una potencia razonable, se requiere reducir la tasa de flujo másico hasta el más mínimo goteo, lo que también reduce el empuje a algo que un humano tendría problemas para notar.

La única forma en que podría mejorar su eficiencia energética sería reducir la eficiencia de su propulsor, pero incluso si redujera la velocidad de escape de un propulsor de iones a los niveles de un motor químico, proporcionar la energía para acelerar el propulsor desde el exterior es mucho menos eficiente que hacerlo. mediante la combustión o descomposición de propulsores químicos. La potencia de salida total de un Merlin 1D es de alrededor de 1,4 gigavatios y, debido al enfriamiento regenerativo, casi toda la energía se va al escape.

Para mí, la respuesta al uso de la energía nuclear para llegar a la órbita requiere absolutamente aprovechar la red eléctrica y no llevar la propulsión contigo.

Por ejemplo, un ascensor espacial o un proyectil de alta velocidad para traer materia prima junto con la fabricación en el espacio.

Alternativamente, si desea los beneficios de un proyectil de alta velocidad, sin la muerte segura que conlleva montar uno, puede usar el proyectil para transferir energía a la carga útil con orientación avanzada. Exploro un poco el concepto aquí: https://medium.com/@brysgo/high-altitude-mass-volley-9ee9e94f6007

Depende un poco de cómo definas el costo y cuántos lanzamientos consideres. En el límite de lanzamiento muy grande, donde el costo de capital se puede distribuir ampliamente, algunas personas piensan que un ascensor espacial conectado es la solución correcta.

Más hipotéticos son los ascensores dinámicos como la fuente espacial :

El bucle de lanzamiento :

O lanzadores láser :

Hay un catálogo sistemático en Wikipedia .