¿Podrían actualizarse el Dragon V2 de SpaceX o el Boeing Starliner para viajar más allá de LEO?

Un informe reciente de la Oficina de Responsabilidad Gubernamental (GAO) ha arrojado dudas sobre la capacidad de Orion MPCV para cumplir con sus requisitos con su presupuesto ya excesivo. Orion ha estado en desarrollo desde 2006 y probablemente continuará hasta 2023 con costos superiores a $ 20 mil millones antes de que la tripulación vuele en él.

Según tengo entendido, los contratos de tripulación comercial SpaceX recibirán hasta $ 2.6 B y Boeing recibirá hasta $4.2 B para el desarrollo del diseño y las pruebas de Dragon 2 y Starliner. Entonces, lo que me pregunto es qué modificaciones se necesitarían hacer en estas naves espaciales para permitirles volar más allá de LEO, digamos al espacio cis-lunar. Las modificaciones necesarias en las que puedo pensar incluyen: sistemas de soporte vital para permitir misiones más largas, protección contra la radiación para la tripulación y electrónica resistente a la radiación, escudo térmico más grande para permitir un reingreso mucho más rápido y estructuras más robustas para mayores cargas g al ingresar. ¿Sería posible modificar los diseños actuales para incluir estos requisitos o estos cambios requerirían el desarrollo de una nave espacial completamente nueva que sería tan costosa como la Orión?

La respuesta aquí space.stackexchange.com/questions/8307/… dice que el escudo térmico de un Dragon 2 podría resistir el reingreso de una misión lunar. Diría que será mucho más fácil y mucho menos costoso modificarlos que comenzar nuevos proyectos con nuevas naves espaciales.

Respuestas (2)

Las naves de carga de la tripulación de la ISS no tienen instalaciones reales para estadías prolongadas. No hay baño, por ejemplo.

Por supuesto, cualquier misión seria más allá de LEO en una cápsula probablemente incluirá un módulo hab de algún tipo que no es algo de lo que CST-100 o Dragon estén excluidos.

Gwynne Shotwell, al hablar sobre Red Dragon, mencionó que los sistemas de comunicación en el espacio profundo eran uno de sus grandes problemas.

SpaceX afirma que su escudo térmico está sobrediseñado para el reingreso de LEO con margen suficiente para misiones de mayor retorno de energía. Qué altura, seguro que experimentarán para averiguarlo en alguna misión.

Sí, pero ¿en qué se diferencia esto del Orión?
La nave de carga de la tripulación de la ISS no tiene instalaciones reales para estadías prolongadas , eso si excluye Soyuz. Ha estado en exitosas misiones tripuladas de varias semanas mucho antes de que se creara la ISS.

Es el problema del volumen el que hay que solucionar para salir de LEO. LEO significa que puede reabastecerse y abortar de regreso a la Tierra en caso de emergencia. Con Cis lunar o más lejos, tiene una serie de problemas de escala no lineales que van en forma escalonada que aumentan en gran medida la masa y el volumen necesarios para "llevar todo con usted". Ninguno de estos se puede expandir de una manera que sea significativa, independientemente de los puntos buenos sobre las limitaciones que los comentarios señalan como la protección contra la radiación. Para resolver el problema del volumen y la masa, dada la ecuación del cohete y las limitaciones que impone en los lanzamientos y la masa para orbitar en cada lanzamiento, básicamente no hay forma de construir una nave con capacidad para el espacio profundo sin hacerlo en sección y ensamblarlo en LEO como la ISS. Una vez que todas las piezas están juntas y se ha comprobado que funcionan, es necesario enviar más suministros y combustible, junto con un segundo módulo de propulsión debido a una falla que conduce a la pérdida total de propulsión que en la lejanía conduce a la pérdida total de la tripulación, lo cual es inaceptable. Lo mismo ocurre con otras funciones críticas, por lo que debe traer piezas de repuesto y las herramientas y la experiencia para reemplazarlas. En la ISS, se quitan y reemplazan, y se envían de regreso a la Tierra para su reparación, lo que no es una opción para mucho más allá de LEO. Las estimaciones para un viaje de 900 días (para permitir que los planetas se alineen y usen un combustible razonable) requieren alrededor de ocho misiones Cygnus de capacidad extendida completamente cargadas, que transportan 3500 KG y tienen 25 m ^ 3 cada una, todas conectadas entre sí. Esto significa que incluso si las cápsulas de Boeing o SpaceX pudieran conectarse entre sí de esta manera, necesitarían aproximadamente la misma cantidad de 8 a 10, todas conectadas entre sí. Esto NO permite hábitats MARS en tierra o vehículos de ascenso/descenso. Digamos que casi DUPLICAMOS la masa y el volumen necesarios para eso. Eso hace que se envíen 8-9 misiones con tres años de anticipación para posicionarse previamente en la órbita de Marte LUEGO 10 lanzamientos ensamblados en LEO para ir con una tripulación de 6. Entonces, NO, no se pueden expandir de manera significativa para permitir que los ocupantes vivan. más allá de LEO sin otras 10 misiones, todas conectadas entre sí para brindar apoyo.

¿Puede agregar algunos enlaces (a la estimación del viaje de 900 días, por ejemplo)?
No tengo un enlace porque está escrito. Es de mi clase SYS-635. La referencia es del módulo de diseño de órbitas de análisis y diseño de misiones de vuelos espaciales tripulados, por el Dr. Wiley Larson, ISBN 978-0-07-236811-6, capítulo 9, tabla 9-12 a 9-15. La fase de las órbitas planetarias hace que solo haya ventanas de lanzamiento 7 veces cada 26 meses en ciclos repetidos de 15 años. La Tabla 9-12 muestra que el requisito delta V más bajo es un promedio de 8,5 km/seg y requiere una estadía prolongada en Marte en la próxima fecha de lanzamiento del 27/7/20 con una duración de ida de 207 días, estadía en Marte de 517 días y 203 días de regreso.
Utilizando los mismos años de lanzamiento, la Tabla 9-13 muestra un Delta V de 12,515 km/s con una duración total de 864 días desde el lanzamiento el 20/8/20. La Tabla 9-14 muestra 450 días de misión con una estadía en Marte de 40 días y 15.943 Km/seg. Esta es la duración de misión más corta posible. Una opción de misión es una asistencia de gravedad de Venus para reducir el delta V a 10.832 km/s, pero la duración de la misión sigue siendo de 594 días con una fecha de lanzamiento del 9/6/20.