¿Deberíamos usar Marte como fuente principal de combustible interplanetario? [cerrado]

¿Todo esto tiene algún sentido?

Parte de eso lo hace. La idea de dejar el camión cisterna como un depósito de combustible orbital en la órbita marciana está bien (si puede reutilizar una etapa superior gastada para eso), pero sería mejor dejar los propulsores en la superficie de Marte hasta que realmente los necesite en órbita. , para evitar la ebullición de los propulsores y el riesgo de explosión debido al ciclo térmico (expansión térmica durante una órbita completa cuando el vehículo entra y sale de la sombra marciana, y la rotación del propio vehículo para completar el ciclo de exposición del área de superficie al sol y otras fuentes de radiación ).

El metano en sí mismo no es un gran problema, es una molécula bastante grande en comparación con otros combustibles de rendimiento relativamente bueno, por lo que la tasa de evaporación, suponiendo que su depósito de combustible orbital no tenga una fuga, sería/debería ser bastante lento. Tiene un coeficiente isobárico bastante grande (expansión debido a la temperatura y la presión), por lo que tendría que enfriarse activamente. El mayor problema es el oxidante, que en este caso sería LOX (oxígeno líquido criogénico) que es más difícil de almacenar a largo plazo en órbita y requeriría un enfriamiento criogénico activo que es un poco más complicado de lograr ya que es altamente corrosivo, no No reacciona bien en contacto con la mayoría de las superficies y con una mayor presión (por ejemplo, si fallan los enfriadores criogénicos) se vuelve más metálico, es decir, cualquier exposición al cableado eléctrico o incluso la superficie del vehículo que se carga a través deel clima solar y la descarga a través del aislamiento y las paredes del tanque provocarían la pérdida del vehículo. Y si dependía de ello, también pérdida de misión o algo peor.

De lo contrario, y no estoy del todo seguro de si eso es lo que quiso decir con su pregunta, Marte no es realmente adecuado como una parada intermedia para la exploración interplanetaria de otros objetivos además de Marte, sus dos pequeñas lunas Fobos y Deimos, y quizás algunos asteroides en el cinturón principal, porque rara vez se alinea adecuadamente con los planetas exteriores, si ese fuera su destino final. Reabastecerse de combustible en Marte también significaría que primero tendría que inyectar en su órbita y reunirse con el depósito de combustible orbital, en lugar de usarlo como asistencia por gravedad durante el sobrevuelo, por lo que realmente está perdiendo una gran cantidad de delta-v, propulsores, y el tiempo y con ello la exposición a la radiación y así sucesivamente. Sería más un desvío que un atajo, a menos que te refieras a interplanetaria .específicamente para apoyar/facilitar los transportes Tierra-Marte.

Y no, tal configuración no dependería de la entrega de hidrógeno desde la Tierra. El hidrógeno está encerrado en el agua marciana y se puede extraer de ella con bastante facilidad mediante electrólisis. Sin embargo, no está claro cuánto de ese hidrógeno es deuterio (el escape atmosférico es un poco más rápido para el normal )., isótopos de hidrógeno más livianos que el deuterio ligeramente más pesado), por lo que quizás también deba separarlo en masa antes de usarlo primero. Además, entregar hidrógeno desde la Tierra, con tiempos de viaje de aproximadamente 9 meses (depende de las posiciones orbitales de la Tierra y Marte), sería aún más difícil que el almacenamiento de oxígeno a largo plazo ya descrito. Las tasas típicas de evaporación de LH2 (hidrógeno líquido criogénico), según el diseño del tanque, son demasiado altas para almacenarlo durante tanto tiempo en el vacío del espacio, y para cuando llegue a Marte, se habrá ido y se habrá perdido. al espacio, o tendría que aislar y engrosar tanto las paredes del tanque que se vuelve poco práctico desde la perspectiva de la economía de masas.

Lo primero a tener en cuenta es que el equipo de generación de combustible tendría el tamaño perfecto para crear la cantidad de combustible necesaria para traer a los astronautas de regreso a la Tierra. No es como si tuviera capacidad excedente. Entonces, realmente debemos considerar traer combustible de Marte, algo por separado del plan de traer de regreso a los astronautas. Va a requerir traer mucho equipo extra.

Si la intención es traer algo para usar como combustible de regreso a la Tierra, lo lógico sería traer agua pura, ya sea en forma líquida o helada. El agua se puede convertir en H2 y O2 en una proporción perfecta de combustible mediante electrólisis. Sin embargo, en forma de H2O es muy estable y fácil de transportar, mientras que en forma de H2/O2 es muy volátil, y ambas formas tienen exactamente la misma masa. En lugar de llevar equipo adicional de electrólisis, generación de energía adicional y tanques adicionales hasta Marte, tendría más sentido poner todo ese equipo adicional en la órbita terrestre, traer agua de Marte y realizar la electrólisis en la órbita terrestre, donde se utilizaría el combustible.

También sería posible traer CO2 de Marte (probablemente como hielo seco) y realizar la reacción de Sabatier y la electrólisis en la órbita terrestre, con hidrógeno traído solo de la Tierra a la órbita terrestre en lugar de todo el camino a Marte. El CO2 tiene la ventaja de que se extrae fácilmente de la atmósfera marciana, mientras que el agua debe extraerse del suelo o extraerse de la atmósfera con un esfuerzo considerablemente mayor.

Tenga en cuenta que estas opciones dan como resultado la misma cantidad de combustible utilizable en la órbita terrestre, con mucha menos masa que necesita ser enviada a Marte . Por supuesto, aún sería necesario generar mucho más metano y lox para traer el H2O o el CO2 de regreso a la Tierra; el punto central de la generación in situ es que el carbono y el oxígeno son elementos pesados ​​(en comparación con el hidrógeno) y cosas no deseables. para estar entregando entre planetas, por lo que el plan de traer carbono u oxígeno de Marte a la Tierra de alguna manera frustra el propósito de la generación in situ, que es ahorrar masa. Sin embargo, aún podría ser más barato llevarlos desde Marte a la órbita terrestre que desde la Tierra, al menos en términos de delta-V.

Pero hay lugares potencialmente más baratos para obtener agua (y tal vez carbono), en realidad sería mucho más barato en términos de delta-V traer combustible de las lunas de Marte que el propio Marte. Esto se reduce a la gravedad, Marte tiene un pozo de gravedad relativamente profundo, mientras que las lunas tienen pozos de gravedad muy poco profundos. De hecho, varios factores conspiran para hacer que Fobos y Deimos estén aún más cerca en términos de Delta-V que la Luna, pero solo para ventanas muy restringidas cuando la Tierra y Marte están correctamente alineados. Por el momento, no sabemos realmente qué recursos están disponibles en Phobos y Deimos, solo se especula que hay cantidades explotables de volátiles.

El otro buen candidato para traer agua es la Luna, aunque Fobos y Deimos están ocasionalmente un poco más cerca en términos de Delta-V, la Luna es mucho más accesible en todos los demás sentidos, lo más importante es que el tiempo de viaje es de solo días o semanas. de 8 meses. Es probable que la luna tenga agua en forma de hielo en cráteres permanentemente sombreados, que podrían extraerse y procesarse en combustible in situ, o enviarse a la órbita terrestre para su procesamiento.

Teniendo en cuenta la accesibilidad mucho mayor de la Luna, creo que no tiene sentido en este momento traer equipo adicional a Marte con el propósito de llevar combustible a la órbita terrestre. La generación in situ de combustible en Marte solo tiene sentido si ese combustible se utilizará en Marte.