Mars Sample Return Earth Return Orbiter: ¿qué sistema de propulsión para qué?

La misión MSR Earth Return Orbiter utiliza una combinación híbrida de propulsión eléctrica solar y propulsión química. La propulsión eléctrica solar (SEP) se usa en el "Módulo principal" y la Propulsión química (CP) se usa en el "Módulo de inserción orbital" (OIM). Este diseño híbrido parece haber sido el resultado de una amplia exploración de conceptos y compensaciones, como se indica en este documento: http://electricrocket.org/2019/927.pdf

El Ariane 64 lanza la nave espacial en una trayectoria de escape terrestre. Luego, el sistema SEP se usa para completar la transferencia a Marte. La nave espacial llegará a Marte con un exceso de velocidad hiperbólico positivo, y el OIM se utiliza para realizar una maniobra impulsiva de inserción en la órbita de Marte en una órbita altamente elíptica. Después de MOI, el OIM se descarta y el sistema SEP se usa para todas las maniobras principales restantes (incluida la transferencia a LMO, Mars Escape y la transferencia de regreso a la Tierra). El escenario general de la misión se muestra en la siguiente figura:

Ilustración del concepto de misión ERO

Los sistemas SEP altamente eficientes permiten la reducción de la masa de lanzamiento, generalmente con el compromiso de un tiempo de transferencia adicional. Sin embargo, una misión totalmente CP probablemente no sea factible debido a los grandes requisitos delta-v (y, por lo tanto, la masa propulsora) asociados con la transferencia a LMO y viceversa, lo que probablemente excedería la capacidad de lanzamiento del Ariane 64.

El documento indica que se seleccionó este concepto de propulsión híbrida porque es un buen compromiso entre reducir la masa de lanzamiento con SEP altamente eficiente y reducir la duración de la misión con el OIM para acortar el crucero de ida.

El documento también brinda un desglose de los estados y pasos de la misión de referencia, lo que brinda una indicación útil de qué sistema de propulsión se está utilizando para qué maniobra, y debería responder a sus preguntas restantes. Para leer esta tabla, simplemente verifique qué tipo de propulsor se está consumiendo para cada estado o paso ("Xe" o corresponde a una quema EP, BiProp/RCS corresponde a una quema CP). Usando la información de masa proporcionada, podría aproximar el delta-v considerado para cada maniobra/fase si hace algunas suposiciones adicionales sobre el impulso específico de cada sistema de propulsión.

Estado de la nave espacial y línea de tiempo a lo largo de la misión de referencia completa

Referencia: Sutherland, O., et al. "Mars Sample Return-Earth Return Orbiter: el próximo concepto de misión de propulsión eléctrica interplanetaria de la ESA". 36ª Conferencia Internacional de Propulsión Eléctrica, Viena, Austria. 2019.