¿Es realista la minería espacial y el desarrollo como se muestra en el programa de televisión "The Expanse"?

Respuesta corta: tal vez, si permite un motor como el que se usa en la serie.

Respuesta larga:

Las naves espaciales en The Expanse no usan transferencias Hohmann. En cambio, simplemente comienzan a acelerar continuamente hasta el punto de intercepción con su objetivo, girando a la mitad y desacelerando nuevamente. Esto reduce tanto las distancias recorridas (porque su ruta está mucho menos arqueada) como aumenta la velocidad de viaje promedio, lo que reduce el tiempo de viaje en gran medida.

Este tipo de viaje está disponible porque los barcos no usan "motores de cohetes químicos convencionales", sino algo llamado epstein-drive. Este es, según los libros, un motor de fusión de alta eficiencia.

¿Cuán eficiente tendríamos que hacer que esta cosa hiciera maniobras como en la serie? Hagamos algunos números:

Un viaje típico en los libros es del orden de un viaje de dos semanas, acelerando con 1/3 g, volteándose a mitad de camino. (esta maniobra nos llevaría de la Tierra a Júpiter, si Júpiter/Tierra está aproximadamente a su distancia media).

1/3 g ~ 3 m/s²
2 semanas ~ 1 206 600 segundos

Entonces, para que esta maniobra funcione, necesitamos suficiente combustible para
1.206.600s * 3m/s² = 3.628.800 m/s delta V.
(A modo de comparación: nuestros cohetes actuales son como un 90% de combustible y logran hacer ~10.000 m/s delta V).

Obviamente, nuestros cohetes no pueden hacer esto en absoluto. ¡Pero recuerda la unidad Epstein! Las unidades Fusion se encuentran en un estado de desarrollo muy temprano aquí en la Tierra real... pero Wikipedia nos da algunos números para un prototipo aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_rocket

Allí se indica una velocidad de escape de 700 km/s, veamos qué nos da esto:

La velocidad de escape/gravedad terrestre nos da el impulso específico de un motor, que básicamente nos dice cuánto combustible tenemos que gastar para cambiar nuestra velocidad en una cantidad determinada.

Usando este sitio:
http://www.quantumg.net/rocketeq.html
podemos averiguar cuánto delta V obtenemos para un cohete de peso X, con combustible y disponible y un Impulso específico de z.

Utilizando el motor de fusión de Wikipedia obtenemos un impulso específico de 70.000. Pero, ¿qué pasa con la masa del barco y la masa del combustible? Para facilitar la imaginación, usemos un Boeing 747 como ejemplo:
Un 747 vacío pesa 178 756 kg y tiene un peso máximo de 396 890 kg. Asumiendo que todo el peso extra es combustible, obtenemos un delta V de 547,179 m/s. Eso es solo el 15% del delta V que necesitamos.

Entonces, no hay un viaje de empuje continuo directo a Júpiter ... pero siempre podemos agregar una fase de inercia en el medio. y si queremos "solo" ir de Marte al cinturón de asteroides... y suponer que nuestro motor de fusión de Wikipedia se puede actualizar un poco...

Así que la respuesta es: tal vez no exactamente como en The Expanse . Pero si conseguimos que algún tipo de motor de fusión funcione, usaremos maniobras mucho más cercanas al viaje de expansión que a nuestras actuales transferencias Hohmann en modo "ahorro de combustible".

Comenzaré mencionando los tiempos y la aceleración dados en los libros de esta serie. La afirmación es que este transportador de hielo es capaz de una aceleración continua de 1/3 G y, de hecho, es posible una aceleración mucho mayor (mencionado en el intento de escapar de los misiles entrantes, pero no se dan números). También se afirma que el barco realiza 2 viajes de ida y vuelta al año.

Dado que se usa una aceleración constante relativamente alta, una órbita elíptica no es un buen modelo para este viaje.

No sé cómo modelar órbitas con aceleración continua, así que recurriré al viaje en línea recta solo para demostrar lo que hace posible 1/3G.

Ceres y Saturno tienen radios orbitales de 445 410 000 km y 1509 Gm (según Wikipedia), lo que da una separación de 1954 Gm en la distancia más lejana. Suponiendo que el barco acelera durante la primera mitad de la distancia a 1/3G y luego gira para aplicar la misma aceleración en reversa, obtenemos un tiempo de viaje en línea recta de 25,4 días mediante el siguiente método:

t=sqrt(2x/a) donde x es 977Gm y a es 9.8/3

t=1093767 segundos, que son 12,7 días para la mitad de un viaje de ida

Debemos duplicar este tiempo nuevamente para obtener el viaje de ida y vuelta de 51 días, lo suficientemente pequeño como para lograr la afirmación de los autores de 2 viajes de ida y vuelta al año.

Los tiempos de viaje calculados nos permiten comparar esto con los tiempos de transporte marítimo existentes, como 2 semanas a 1 mes para cruzar el Pacífico, como se indica en el siguiente sitio: https://www.reference.com/business-finance/long-cargo- barco-china-estados-unidos-b7c6214e137c2e0a

Si los tiempos de viaje se pueden comparar con los tiempos de viaje de los buques de carga existentes, también se pueden comparar los problemas de carrera asociados. Con solo 2 veces más de ida y vuelta, creo que se pueden comparar.

¿Quién paga la atención médica en el mar mientras trabaja en un buque de carga? ¿Qué sucede si renuncio a mi trabajo a la mitad de un viaje? ¿Mi empleador está obligado a dejarme en el mismo puerto en el que me recogió? ¿Cuestiones de motín y disciplina? ¿Alguna otra consideración?

Soy consciente de una serie de problemas con mi respuesta, como la trayectoria de viaje que pasa por el sol, la imposibilidad de igualar las velocidades orbitales de origen o de destino y el desconocimiento general de la mecánica orbital en un problema orbital. Pero estos numerados solo tenían la intención de dar un orden de magnitud para discutir los efectos del viaje en las opciones de carrera.

http://expanse.wikia.com/wiki/Epstein_Drive

Consulte este artículo para obtener detalles sobre estos motores.

 Thrust: 1,000,000 N
Specific Impulse (Isp): 1,100,000 seconds
Exhaust Velocity (Vex): 11,000,000 m/second (~3.7% of light speed)
Mass Flow (mdot): 0.09 kg/second
Thrust Power: 5,500,000 MWatt
Engine's Thrust to Weight Ratio: ~140
Propellant mass fraction (yacht's mass fueled / mass empty): ~4