¿Es más caro enviar un cohete químico desde la superficie de la Tierra a una órbita o desde esta órbita a Marte?

Estaba tratando de entender qué tan rentable sería usar un motor de iones para impulsar una misión. Pero dado que estos sistemas de propulsión no se pueden usar para salir del campo gravitatorio de la Tierra debido a su bajo empuje, debemos usar cohetes químicos para salir de la Tierra y llegar a la órbita. Por lo tanto, quería entender cuánto ahorro es realmente posible usando primero motores de cohetes líquidos, seguido de un motor de iones.

Más caro , es probable que el viaje largo. Simplemente porque un dispositivo que puede llegar allí y mantenerse con vida y comunicándose es *tecnología de lujo* (¡incluyendo su unidad de iones planificada!). Definitivamente, se necesita más delta-v para levantarse de la superficie, pero eso es motores y tecnología comparativamente simples, solo muchas toneladas. Tal vez defina mejor lo que quiere decir con "caro". ¿Coste en dólares?

Respuestas (2)

Desafortunadamente, su esquema de usar un motor de iones después del escape de la Tierra no ahorra mucho, ya que en términos relativos, la patada adicional de una trayectoria de escape de la Tierra a una transferencia a Marte ya es bastante barata.

Es una diferencia de 390 m/s de delta-v, que una etapa superior química LH2/LOX puede proporcionar con una fracción de carga útil del 91 %. Por lo tanto, está buscando un ahorro de ~ 10% como máximo.

Pero un motor de iones tampoco puede salvar todo eso. Es demasiado lento para hacer el encendido mientras aún está cerca de la Tierra, por lo que ahora está viendo ~2900m/s para hacer la misma maniobra de transferencia en el espacio interplanetario. Claro, sigue siendo una ganancia neta con una fracción de carga útil del 93 %, pero eso no es mucho.

Sin embargo, usar un motor de iones durante la fase de "navegación" hacia Marte todavía tiene sus méritos. Cambia el juego en cuanto a qué alineaciones planetarias se pueden usar, lo que significa que se pueden programar viajes de regreso más convenientes (la alineación de regreso de Hohmann para regresar de Marte requiere una estadía prolongada). También puede reducir la velocidad a la que uno se encuentra con Marte.

Otra interpretación: si está sugiriendo usar un motor de iones para elevar una órbita baja inicial a una trayectoria de escape, eso tiene más a su favor en teoría. El impulso químico directo de ~3200 m/s solo tiene una fracción de carga útil del 48 %, mientras que el costo en espiral de ~7800 m/s con un motor de iones tiene una fracción de carga útil mucho mejor del 82 %.

Oh, está bien, eso tiene sentido. Pero si los motores de iones no reducen significativamente los costos debido a su alta eficiencia y también producen un bajo empuje, ¿por qué son tan populares como sistema de propulsión hasta el punto de que la gente los considera como el futuro de la propulsión? ¿Es por el hecho de que puede proporcionar aceleración a lo largo de un viaje espacial, cosa que los cohetes químicos no pueden?
Sí. Y para otras rutas, su eficiencia se vuelve mucho más evidente. La misión Dawn, por ejemplo, sería muy difícil de llevar a cabo sin un motor de iones.
Las unidades de iones @ryan no reducen los costos. Lo que hacen es aumentar la capacidad total . Puede ir más lejos, más rápido con una unidad de iones con un presupuesto de masa limitado. Solo necesito paciencia, mucha . y una buena palada de dinero, porque la unidad de iones y los sistemas eléctricos y la cobertura de la red DSN a largo plazo son caros.
@Ryan, otra parte de la respuesta es que los motores de iones posiblemente podrían ampliarse para tener un mayor empuje sin cambios fundamentales en el diseño. Es probable que nunca puedan despegar o descender, pero podrían obtener un empuje actual de 10x sin chocar con obstáculos teóricos.
Los propulsores de iones @Ryan permiten incluir mucho más delta-v en un tamaño de carga útil dado, pero con compensaciones sustanciales. Si puede obtener suficiente delta-v con propulsores químicos, son solo un sistema que consume mucha energía con un empuje limitado que significará largos tiempos de tránsito (durante los cuales aún tendrá que pagar a los miembros de su equipo). Si no puede obtener suficiente delta-v con propulsores químicos pero puede tolerar el bajo empuje de los propulsores de iones, son un cambio de juego, pero no son universalmente un enfoque mejor o más barato.
@OscarSmith, ¿está considerando el caso de los cohetes nucleares-eléctricos?
@ChristopherJamesHuff Supongo que el mayor delta-v de los motores iónicos puede hacer que una maniobra orbital a una trayectoria de escape sea mucho más económica que los cohetes químicos, aunque el largo tiempo de tránsito puede aumentar los costos.
@Ryan por una cantidad tan pequeña de delta-v, es posible que ni siquiera haya ahorros masivos, y el propulsor de iones en sí ciertamente no es más barato. Necesita un viaje que sea lo suficientemente largo para que el rendimiento del propulsor de iones supere la masa seca adicional del propulsor, sus sistemas de energía y los paneles solares para alimentarlo, y necesita una forma de beneficiarse de la reducción de masa: un vehículo de lanzamiento más económico. , más naves espaciales en el vehículo de lanzamiento, etc. Y para escapar de la Tierra, debe considerar cosas como el impacto de la radiación de la espiral lenta a través de los cinturones de radiación. En resumen, no es tan simple.

Hay un propulsor de iones llamado vehículo propulsado por iones. Hay alrededor de 36 videos públicos en línea levantando su fuente de alimentación contra la gravedad de la Tierra. También está patentado por ese motivo, la patente de EE.UU. 10.119.527. Anteriormente, la propulsión iónica no tenía una relación suficiente entre empuje y peso, excepto en el espacio o con energía externa. También hay 3 videos de él que llevan pequeños tanques/cilindros propulsores adicionales, en mi canal YT, por lo tanto, es probable que también funcione bien en el espacio. La nave liviana se encuentra actualmente en la etapa de prototipo aproximado. Una vez que los sistemas de dirección y estabilización estén terminados, volará a mayores altitudes, pero hasta ahora solo ha volado unos pocos metros de altura. Actualmente no es adecuado para cargas útiles más grandes.

Tecnología interesante y les deseo lo mejor, pero no funcionará para un lanzamiento propulsado por cohete desde la superficie de la Tierra ya que no tiene suficiente empuje.
¿Tiene alguna información de apoyo?
¿Es más caro enviar un cohete químico desde la superficie de la Tierra a una órbita o desde esta órbita a Marte?
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