¿Cuánto tiempo duraría un Falcon Heavy en órbita alrededor de Marte antes de degradarse?

Elon Musk hizo otro revuelo característico recientemente con su plan para lanzar un Falcon Heavy en órbita alrededor de Marte , con la carga adicional de su Tesla Roadster personal en su interior.

Por supuesto, es un lanzamiento experimental y es muy posible que explote en el lanzamiento. Si no lo hace, se dirigirá a la órbita alrededor de Marte, aparentemente de forma indefinida.

Musk fue citado en el artículo anterior diciendo que

"Estará en el espacio profundo durante mil millones de años más o menos si no explota en el ascenso"

Suponiendo que se refiere a la órbita de Marte cuando dice "espacio profundo", y suponiendo que el cohete llegue allí, ¿cuánto tiempo permanecería realmente en órbita, sin recargar combustible ni ningún tipo de interferencia humana? Asumiría que al cohete podría quedarle algo de combustible para corregir su trayectoria, y necesitaría mucho menos que, digamos, la ISS en LEO, donde hay más resistencia debido a la densa atmósfera de la Tierra. Pero, ¿realmente duraría mil millones de años? ¿O su órbita se degradará y su cuerpo se desintegrará antes de eso?

Admito que estoy imaginando una órbita circular estereotipada alrededor de Marte... ¿Podría Elon estar hablando de una órbita elíptica más grande similar a un cometa? En ese caso, me imagino que hay aún más variables que harían impredecible una vida útil de mil millones de años.

Creo que el automóvil no orbitará Marte, sino que se enviará en una órbita que se cruza con la órbita de Marte. No creo que la etapa superior pesada del halcón pueda lograr algo así.
La forma de la órbita (circular versus elíptica) no es lo que determina la vida útil orbital, es la distancia desde el planeta y, por lo tanto, la cantidad o la poca resistencia inducida por la atmósfera, lo que determina (excluyendo otras interferencias) cuánto tiempo un durará la órbita. De hecho, una órbita elíptica decaerá antes que una circular, ya que el extremo inferior siempre está más cerca del planeta que una trayectoria circular equivalente. Eventualmente, el extremo inferior llega a la atmósfera, como le sucedió a Galileo en Júpiter y a Cassini en Saturno, luego se despide del satélite en una bola de fuego...
Podría querer preguntar en astronomía cuánto tiempo han estado Fobos y Deimos en la órbita de Marte.
@Rob No del todo, no lo creo. Eso es preguntar si algún satélite artificial puede durar para siempre en órbita, a lo que la respuesta es 'no'. Esta pregunta es puramente sobre Falcon Heavy, y si duraría mil millones de años o menos (mil millones es el límite superior aquí, no 'para siempre / muerte térmica del universo').
@uhoh Las perturbaciones gravitacionales son precisamente uno de los "otros factores de interferencia" a los que me refería. En su comentario, " el parámetro más importante es la distancia de apoapsis ", ¿importante para qué? el tiempo antes de que deambule debido a las perturbaciones?
Cita: "Los Estados evitarán la contaminación nociva del espacio ultraterrestre". Fuente: americanbar.org/groups/young_lawyers/publications/… -- Si alguien pensó que no era una broma, la idea volará durante aproximadamente un mes. -- El enlace que di está calificado como 5 veces más largo de lo que propone y la respuesta aceptada es que probablemente no durará mucho si no se mantiene. El costo y el propósito de mantener un automóvil antiguo a 34 millones de millas de distancia es un factor prohibitivo. El valor del Tweet es promocionar sus empresas.
Estoy bastante seguro de que Elon confirmó recientemente que el objetivo era una órbita de transferencia de Hohmann que intersecta a Marte pero no coincide con las órbitas.
@Dragongeek ¿Puedes encontrar una fuente para eso? No puedo encontrar nada más que ida y vuelta sobre si habla en serio o bromeando sobre el esfuerzo.
@TylerH aquí: syfy.com/syfywire/elon-musk-on-the-roadster-to-mars como cita: No, no irá a Marte. Se acerca a Marte. Dijo que se colocará en "una órbita elíptica Tierra-Marte en precesión alrededor del sol".
@uhoh, estoy confundido sobre cómo la distancia de apoapsis tiene un efecto en la resistencia atmosférica. La relación con la distancia del periapsis es obvia, si termina en la atmósfera, estás acabado. Con una órbita circular mítica, la apoapsis y el periapsis son iguales (se pueden seleccionar dos puntos cualquiera diametralmente opuestos). Si fija la distancia del apoapsis, aumentar la excentricidad de requiere que baje el periapsis, por lo que una órbita más excéntrica sería menos estable que una circular. Si arregla el periapsis , entonces sí, una órbita más excéntrica durará más, sin perturbaciones.
@uhoh lo tengo - eso "nunca" me pasó a mí... (y tengo un puente a la venta;))

Respuestas (2)

El Falcon Heavy no tiene capacidad para poner un objeto pasivo (es decir, sin su propia propulsión) en la órbita de Marte. La vida útil de la segunda etapa es del orden de 8 horas. Después del crucero a Marte, las baterías del escenario estarán agotadas.

Entonces no hay opción para cambiar la trayectoria una vez que llegas a Marte. Lo mejor que pueden hacer es apuntar el cohete en la dirección general de Marte, para una órbita heliocéntrica elíptica que intersecta la órbita de Marte.

Tendrían que modificar el escenario para permitir que funcione en la órbita de Marte: baterías más grandes, gestión térmica, aislamiento de los tanques de propulsor principal para reducir la evaporación, software personalizado para la quema de inyección en la órbita de Marte. Todo eso suena como demasiado esfuerzo para una misión de demostración única.

Más importante aún: están haciendo esta misión como parte del esfuerzo de certificación de Falcon Heavy. Eso significa que necesitan demostrar la etapa estándar. Modificar el escenario para esta misión haría que la misión fuera inútil.

Los propulsores criogénicos son todo un desafío tecnológico para almacenar durante períodos de muchos meses, incluso sin subenfriamiento. Pero en lo que respecta a la energía, ¿no se podría simplemente agregar una batería adicional de 100 kg con un buen almacenamiento a largo plazo (a cambio de quitar los asientos y las puertas del roadster quizás?) y apagar casi todo el uso de energía para el viaje, algo como lo que hicieron Rosetta y New Horizons ? Supongo que la propia batería del Roadster ya se quitó por consideraciones de peso; No creo que esos mantengan la carga el tiempo suficiente.
Las baterías de iones de litio (como las que usa Tesla) ciertamente pueden mantener una carga durante meses, si nada las está agotando. Además, realmente no esperaría que se molestaran en quitar las baterías del automóvil; el peso total de un Roadster está muy por debajo de lo que se supone que FH puede llegar a Marte. Ahora, dicho esto, las baterías se volverán inútiles si se enfrían demasiado, y mantenerlas calientes ciertamente las agotará mucho antes de llegar a Marte, por lo que definitivamente hay un límite en cuanto al tiempo que el automóvil podrá jugar Space Oddity para sí mismo . .
Ver mi respuesta modificada.
@uhoh Realmente dudo que el peso fuera una preocupación. El Falcon Heavy puede enviar al menos un vehículo de 8 toneladas ("Red Dragon") a la superficie de Marte. Dudo que un vehículo de 1.5 toneladas le cause algún problema, solo en la dirección general.
Las baterías de iones de litio @CBHacking también tienden a agotarse mucho más rápido en el frío. Si no hay aislamiento en las baterías, me imagino que probablemente estarían agotadas mucho antes de que se acerquen a Marte, incluso si están completamente cargadas para empezar y no tienen nada que las consuma activamente durante el viaje.

La respuesta corta es que realmente depende en gran medida de la órbita. No se sabe exactamente en este momento en qué tipo de órbita estará, pero hay algunos requisitos para que dure tanto como afirma Musk. Si el periápside de la órbita es bastante alto, como varios miles de kilómetros, y el apoápside es razonablemente bajo, podría permanecer durante mucho tiempo, posiblemente más de mil millones de años, como tuiteó Musk. Esto tomaría un buen poco de Δ v, sin embargo, en comparación con una órbita excéntrica simple de bajo periapsis.

Se prevé que Fobos, que orbita a unos 6000 km, se rompa o impacte con Marte en unos 50 millones de años. Así que necesitaremos una órbita más alta que esa. Si este automóvil va a entrar en la órbita marciana, lo más probable es que lleven su periapsis muy bajo, probablemente por debajo de los 1000 km, porque cuanto más bajo sea su periapsis, más rápido irá en ese punto, y cuanto más rápido se mueva, más poder tendrá. puede obtener para una determinada cantidad de empuje (por el efecto Oberth). Esto, por supuesto, significa que puede usar menos combustible para ser capturado. Entonces, la mejor manera de ingresar a una órbita súper estable es acercarse mucho, encender retrógrado para ser capturado, deslizarse hasta el apoapsis y usar el combustible restante para elevar su periapsis a una altitud respetable. No he crujido los números sobre cuánto Δ v tendrá realmente o cuánto necesitará, sin embargo.

Entonces, habrá suficiente combustible sobrante en esa segunda etapa (¿o supongo que ahora es una tercera etapa?) para poder ponerlo en una órbita con un alto periapsis, que de hecho podría durar más de mil millones de años. o solo está haciendo un sobrevuelo, o tal vez en realidad no dure más de mil millones de años. No sé cuál de estos es el caso, pero será bastante fácil saber cuál de estos es el caso si envía videos o imágenes, lo cual estoy seguro de que lo hará.

¿Cuánto tiempo duraría un Falcon Heavy en órbita alrededor de Marte antes de degradarse?
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