¿Masa mínima de un satélite similar a la Tierra para disuadir seriamente los viajes espaciales?

Un pequeño aumento en la gravedad de la superficie puede ser suficiente... el tamaño del aumento depende de los niveles tecnológicos con los que esté preparado para trabajar.

Los problemas que causa el aumento de la gravedad son dos.

En primer lugar, las velocidades orbitales. La velocidad de un cuerpo en una órbita circular alrededor de un planeta es$v \approx \sqrt{GM \over r}$(dónde$G$es la constante gravitacional,$M$es la masa del planeta y$r$es el radio orbital, medido desde el mismo centro del planeta), que puedes usar para ver que a 200 km sobre la Tierra tu velocidad orbital será de aproximadamente 7,78 km.s. Suponiendo que su Supertierra 1.5G tenga la misma densidad promedio que la Tierra, las velocidades orbitales para la misma altitud equivalente aumentarán aproximadamente 1.5x.

Cualquier lanzamiento de cohete desde su mundo deberá impulsarse a una velocidad de 11,68 km/s. La mayoría de los problemas en cohetería se reducen a la ecuación del cohete , que se puede escribir como$\Delta_v = v_e \ln{\left( m_0 \over m_f \right)}$dónde$\Delta_v$es el cambio máximo de velocidad del cohete,$v_e$es su velocidad de escape,$m_0$es su masa inicial cuando está lleno de combustible y$m_f$es su masa final cuando todos los tanques están secos.

Dada la misma tecnología de cohetes que la Tierra,$v_e$será lo mismo en Superearth pero para aumentar$\Delta_v$en un 50 % necesitas aumentar la relación de masa del cohete en ~1,65. Esto significa que sin aumentar el peso de ningún otro componente, el cohete necesita transportar un 65 % más de combustible en la Supertierra que en la Tierra. Ese es un gran problema de ingeniería en sí mismo... podría agregar etapas adicionales a su cohete, pero será una ingeniería incómoda y la cantidad de cohete necesaria para poner un objeto pequeño en el espacio será enorme, al igual que los costos.

Las etapas inferiores del cohete necesitarán un 65 % más de empuje para mantener el mismo nivel de aceleración en el ahora mucho más pesado cohete... y además de eso, necesita un 50 % más de empuje que el mismo cohete. en la Tierra simplemente para vencer la gran fuerza de la gravedad!

El empuje del cohete se define como$F = \dot{m} v_e$, dónde$\dot{m}$es la masa de combustible que está lanzando a través del motor por segundo, y$v_e$es la velocidad de escape. Si sigues igual$v_e$(por ejemplo, usa la misma tecnología de cohetes químicos que usamos en la Tierra) tiene que aumentar$\dot{m}$. Puede hacerlo agregando más motores de cohetes (caros, complejos, más cosas que pueden salir mal) o motores de cohetes más grandes (más caros, diferentemente complejos). También te enfrentas al problema de que tienes que quemar tu combustible mucho más rápido para alimentar esos nuevos motores, por lo que para no quedarte sin combustible necesitas transportar mucho más, lo que requiere un cohete más grande con motores más grandes. para levantarlo... se puede ver a dónde va todo esto.

La cohetería química simplemente no va a ser suficiente aquí. Necesitas algo que tenga una velocidad de escape mucho más alta$v_e$, y eso significa que necesitas cohetes nucleares.

Parece completamente posible aumentar la velocidad de escape en un 50 % usando energía nuclear... incluso el diseño más simple, el cohete térmico nuclear (que ha sido probado en la vida real, pero nunca ha volado) puede lograrlo. Tener una relación empuje-peso lo suficientemente alta como para despegar es un poco más desafiante, pero aún podría ser posible. En el límite, siempre puedes alcanzar el Proyecto Orión . Tal nave podría incluso ser capaz de despegar de la superficie de un mundo 2G, aunque la cantidad de ojivas nucleares que necesitaría transportar y la cantidad de lluvia radiactiva que generaría sería... alarmante y ciertamente causaría problemas políticos.

Sospecho que su gente bien podría permanecer en tierra hasta que diseñen un sistema de lanzamiento láser que funcione . Un lanzador láser lo suficientemente potente ciertamente está más allá de nuestras capacidades tecnológicas actuales, y si su Supertierra tiene una atmósfera particularmente densa, será aún más desafiante para sus habitantes. ¡Sin embargo, no es necesariamente imposible!

Entonces, para cubrir sus observaciones específicas:

El combustible más eficiente es demasiado peligroso de manejar. El combustible más eficiente es raro o muy difícil de extraer en este satélite.

El combustible nuclear no es tan peligroso, pero podría estar completamente ausente en su luna gigante gaseosa. Si su luna se formó lo suficientemente lejos en su sistema planetario, tendrá mucha agua, pero poca cantidad de metales y tal vez el uranio y el torio estén casi ausentes.

La aceleración necesaria para alcanzar la velocidad de escape mataría a cualquier persona dentro del cohete/bucle de lanzamiento/dispositivo de propulsión exótico.

Probablemente no. La aceleración podría ser sorprendentemente baja, con un sistema de lanzamiento lo suficientemente inteligente.

La atmósfera misma impide los lanzamientos de cohetes.

Una atmósfera espesa al estilo venusiano sería un poco letal para los lanzamientos desde la superficie, pero es posible que puedas construir globos a gran altura, como previó Landis , y construir tus sitios de lanzamiento de cohetes allí. No será suficiente por sí solo, pero combinado con una alta gravedad (y, de hecho, una mayor gravedad parece probable que produzca una atmósfera mucho más espesa) ciertamente haría las cosas más difíciles.