¿Cuánto menos combustible queman los cohetes con mayor fuerza G?

¿Cómo difiere la fuerza G en el lanzamiento entre naves espaciales en lo que respecta a la eficiencia entre vuelos espaciales tripulados y no tripulados? ¿Menos tiempo en la atmósfera equivale a un ahorro de combustible para un lanzamiento interplanetario? ¿Podría la persona común o el piloto experimentado soportar con seguridad más de 3G si el tiempo de combustión también es menor?

Definir "eficiencia". ¿Cuál es tu prisa?
@RussellBorogove es esta respuesta mejor y agradable.

Respuestas (1)

Históricamente, los propulsores Atlas y Titan utilizados en el programa Mercury y Gemini sometieron a los astronautas a hasta 8 g en ascenso durante períodos breves. Dado que los astronautas no necesitaban hacer mucho durante el ascenso, esto no fue un gran problema; si se atenuaran o incluso se apagaran momentáneamente, el amplificador continuaría encendido sin darse cuenta. Estos eran pilotos de prueba experimentados y pilotos de combate acostumbrados a funcionar a través de maniobras de alta g, pero creo que cualquier civil razonablemente saludable podría sobrevivir a un par de apagones breves a 7g u 8g.

Los propulsores posteriores diseñados específicamente para vuelos tripulados intercambiaron una pequeña cantidad de capacidad delta-v para la comodidad de la tripulación; Saturno-Apolo alcanzó un máximo de 4 g y el transbordador de 3 g.

El vehículo de lanzamiento Titan II Gemini gastó alrededor de 8950 m/s de delta-v para alcanzar la órbita; el Saturno V gastó alrededor de 9200 m/s, por lo que la caída de picos de 8 g a picos de 4 g incurrió en una penalización de eficiencia de ∆v ligeramente inferior al 3 %.

Debido a la no linealidad de la ecuación del cohete , la diferencia en la masa de combustible es inferior al 3 % (y depende en gran medida del diseño particular del lanzador). Para un lanzador de dos etapas a la órbita, en igualdad de condiciones, la masa de combustible necesaria para un ascenso máximo de 8 g es probablemente aproximadamente un 1% más que la necesaria para un ascenso máximo de 4 g.

John Stapp sobrevivió mucho más de 7 u 8 g, más de 30 y 40 g.
Entonces los hicieron menos eficientes para la tripulación, eso es bueno. ¿Cuánto menos eficientes son?
@Uwe Stapp hizo ~46 g durante aproximadamente medio segundo.
@Muze Agregó esa información a la respuesta.
@Muze, no es solo la tripulación, si reduce a la mitad su carga G máxima, reduce a la mitad las cargas de empuje en el cohete y el equipo relacionado y puede hacerlos más livianos, intercambiando pérdidas de gravedad por menos masa estructural / más combustible.
Creo que debería explicar por qué necesita solo un 1% más de combustible para obtener un 3% más Δ v
Con respecto a la observación acerca de estar acostumbrado a maniobras de alta g: vale la pena mencionar que la gran mayoría de las maniobras de alta g en aviones de combate se realizan de tal manera que el vector de aceleración (o g) apunta aproximadamente hacia abajo de la columna del piloto, mientras que , durante un lanzamiento de cohete, dicho vector apunta lateralmente a través del pecho y directamente hacia afuera por la espalda... Yo personalmente siento que el primer caso es mucho menos incómodo...
@Digger: tengo entendido que la fuerza g transversal se tolera mejor físicamente y es menos probable que induzca G-LOC porque la sangre no se extrae de la cabeza y que el asiento del F-16 está reclinado 30º para mejorar g tolerancia. ¿Es esta una distinción entre "menos incómodo" y "menos peligroso"?
@RussellBorogove Sí, debería haber mencionado que las posibilidades de G-LOC son menores, quizás mucho menores, al considerar el caso del vehículo de lanzamiento frente al caso del avión de combate. En este sentido, el caso de lanzamiento puede considerarse menos "peligroso". Sin embargo, mantengo mi afirmación de "comodidad"... Le aseguro que, si fuera capaz de encontrar un automóvil que pudiera acelerar a 3 g durante 5 minutos, encontraría que solo el acto de respirar se convertiría en agotador mientras soportaste dicho evento de aceleración...
Si no le molesta que pregunte, ¿eso es más cómodo g-por-g, o estar de espaldas a 3 g en el transbordador se siente peor que 5-6 g en un F-16?
@RussellBorogove Buena pregunta. Un aspecto que olvidé abordar fue el componente temporal asociado con los dos escenarios de carga g que se están discutiendo... y diría que, "g por g", el caso de estar de espaldas es menos incómodo. Es solo que la carga g durante el lanzamiento se aplica en una escala de minutos, mientras que la carga g en una situación de avión de combate se aplica en una escala de segundos. Pero, sí, tres g transversales son más difíciles de soportar durante cinco minutos seguidos que 9 g durante cinco segundos seguidos (aunque las probabilidades de G-LOC son mucho mayores en el segundo caso).
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