¿Podrías volar aviones en Júpiter?

Me parece que el truco es adentrarse más en Júpiter para obtener una atmósfera más densa, no intentar escalar para reducir la atracción gravitacional.

Al requerir sustentación para igualar la atracción gravitacional, nos preocupamos por:

Dónde$S$es el área de la superficie del ala,$v$la velocidad,$m$la masa del avión,$g$gravedad y$\rho$densidad.

Básicamente, esto establece lo que cabría esperar: más gravedad hace que sea más difícil volar y una mayor presión lo hace más fácil.

Para la atmósfera joviana, véase, por ejemplo, Wikipedia .

Júpiter realmente no tiene una superficie, al menos hasta que llegas al fondo del núcleo de hidrógeno metálico.

"el nivel de presión de 10 bares, a una altitud de unos 90 km por debajo de 1 bar con una temperatura de alrededor de 340 K, se trata comúnmente como la base de la troposfera"

Teniendo en cuenta que el radio de Júpiter es de más de 70.000 km, esta altitud seguirá teniendo efectivamente la misma gravedad que el nivel de 1 barra, es decir, alrededor de 2,5 g.

Con 10 veces la presión y la misma temperatura que la Tierra, pero una composición de hidrógeno, la densidad atmosférica general seguirá siendo más baja en alrededor de un tercio.

Entonces, a esa altitud, tienes tu trabajo cortado. Sin embargo, me parece factible; no muy diferente de volar a la gravedad terrestre a 0,25 atmósferas, que es alrededor de 50.000 pies.

Sin embargo, aquí no es lo mismo volar a 50.000 pies: recuerda que la presión es 10 veces mayor. Esto tendrá implicaciones en la ingeniería estructural.

Alternativamente, si uno sigue profundizando, el comportamiento puede parecerse más al de un submarino en un líquido: construya un recipiente a presión que tenga flotabilidad neutra.

Observación de seguimiento.

El principal problema de volar es que no hay ningún lugar donde aterrizar. El "avión" deberá mantener el "vuelo" indefinidamente o descender a un nivel en el que tenga una flotabilidad neutra.

Algo que otras respuestas no parecen haber mencionado todavía: Júpiter tiene vientos bastante salvajes. La mancha roja que ves en las imágenes es una tormenta que es literalmente del tamaño de la Tierra. Entonces, siento que la pregunta importante aquí no es si podrías diseñar una nave que pueda moverse en la atmósfera de Júpiter, sino si puede permanecer estable. De este artículo que encontré después de escribir "vientos de Júpiter" en Google:

Júpiter tiene bandas de viento y corrientes en chorro que se entrecruzan a lo largo de la superficie del planeta y giran a diferentes velocidades, a veces con diferencias de hasta 220 millas por hora (100 metros por segundo). Muchos pensaron que estas corrientes podrían existir en el exterior del planeta, un poco como los vientos en la Tierra. Pero ahora, los investigadores creen que las corrientes en chorro en realidad se extienden profundamente dentro del planeta.

Enlace: https://www.theverge.com/2018/3/7/17085462/nasa-juno-spacecraft-jupiter-fluids-winds

En general: diría que el vuelo propulsado está en el borde exterior de lo factible en Júpiter. ¿Cómo diseñarías un avión para Júpiter?

1) Dirigible usando hidrógeno calentado para sustentación. Si bien podría administrar la flotabilidad, el resultado final no sería utilizable. No estoy seguro de cómo se supone que funcionan sus ciudades flotantes, pero incluso usar el unobtanium para levantar todavía tiene un problema. Aterrizar estos puede ser imposible debido a la alta velocidad del viento (350 kph siendo común).

Si se permite que las ciudades se muevan con las corrientes de aire, todavía tienes problemas para controlar el vuelo en el espacio intermedio para evitar que te desvíen del rumbo. Debido al tamaño de Júpiter, el vuelo del globo será muy lento para cubrir fracciones significativas de la circunferencia planetaria.

2) Avión. Necesita una relación de masa de sustentación / fuselaje superior a 2,5 para mantenerse en el aire y transportar carga. Un avión de carga pesada C-5 Galaxy tiene un peso máximo de despegue de 769 000 lbs y un peso seco de 380 00 lbs una relación de 2.02 : 1 -- s, A 747-400 es 2.22:1, Airbus A310-300F es también 2.21:1

Por lo tanto, si se presta un poco más de atención a mejores materiales, etc., es probable que una relación de elevación de más de 2.5 sea factible (aunque un poco costosa), aunque la capacidad neta de carga probablemente no sea bastante baja.

Sin embargo, todavía tienes un diseño bastante marginal. Hay algo que puedas hacer? Sí, ayude al avión a despegar y aterrizar como lo hacen en un portaaviones. Puede ser caro, pero es más barato que construir puentes aéreos.

¿Qué pasa con el combustible? Para una atmósfera de hidrógeno, necesita llevar un oxidante. Pero tienes un problema real, el peso realmente está trabajando en tu contra. Al quemar hidrocarburos en la tierra, transporta solo una pequeña fracción de masa de los productos finales de la combustión. Tanto el C02 como el H2O son principalmente oxígeno por peso, por lo que obtienes la mayor parte de la masa de la atmósfera. Y en la tierra, una relación de elevación de 2.2 le permite transportar mucho combustible (quizás 30 toneladas más o menos) y aún así transportar una cantidad razonable de carga. En Júpiter, la física y la química trabajan bastante en tu contra.

Tal vez sea hora de hacer un avión nuclear. La fuerza aérea de EE. UU. quería algunos de estos en los días previos al misil balístico intercontinental para poder mantener los aviones en vuelo durante semanas seguidas. La planta nuclear que les gustaba usaba un reactor de sal fundida, sin un recipiente de contención de alta presión, y otras ventajas hacían que esto pareciera al menos factible. Un 747 requiere alrededor de 90 MW para despegar, alrededor de 45 MW para navegar; esto es poco en comparación con una planta nuclear comercial.

De todos modos, GE construyó un pequeño reactor de sales fundidas (2,5 MW) para realizar pruebas y, en general, se consideró viable. Desafortunadamente, no pude encontrar ningún dato sobre la masa de este reactor experimental. De hecho, volaron el reactor, aunque no lo usaron para operar el avión.

También para aquellos que cruzan los dedos, Lockheed Martin afirma tener un pequeño reactor de fusión disponible en un prototipo de 100 MW para 2025. La única afirmación de tamaño que he visto se menciona en el artículo en el sentido de que cabría en un camión.

Entonces, diría que el vuelo propulsado está en el borde exterior de lo factible en Júpiter. En particular, los diseños más grandes pueden ser factibles ya que una planta nuclear no necesariamente se amplía de manera lineal. Dado el gran tamaño de Júpiter, los aviones serían ciertamente muy deseables para reducir los tiempos de transporte.

Finalmente, algunas cosas que serían deseables para volar en Júpiter: la velocidad del sonido sería aproximadamente 3 veces la de la atmósfera normal de la Tierra (a la misma temperatura) porque las moléculas son muy ligeras y la viscosidad. El hidrógeno tiene menos de la mitad de la viscosidad del aire, aunque el helio es un poco más alto que el aire, la mezcla total debe ser un poco menos de la mitad del aire. Por lo tanto, puedes navegar mucho más rápido con el mismo consumo de energía.

Los aviones utilizables en Júpiter son muy, muy poco probables.

Según esta hoja informativa de la NASA , se produce una presión atmosférica de 1 bar en un radio ecuatorial de unos 71 km, pero la gravedad local es de unos 2,5$g$s. A esta altitud, la densidad atmosférica es aproximadamente 0,13 de la de la Tierra, y la temperatura local es de aproximadamente -108 °C.

Para bajar la gravedad local a 1 g, es necesario elevarse a una altura de

Da la casualidad de que esto ocurre a una presión atmosférica de 0,1 bar y una temperatura de -161 °C.

Ignorando los efectos de la temperatura, esto sugiere que la densidad de la atmósfera joviana a 0,1 bar será aproximadamente 0,013 de la de la Tierra al nivel del mar. Como comparación,

muestra una densidad similar que ocurre a unos 90 km para la atmósfera terrestre.

Dado que el límite de la NASA para el espacio exterior es de 100 km, es difícil ver cómo podría funcionar cualquier avión, ya sea más ligero o más pesado que el aire. La atmósfera es demasiado delgada en altitudes con una gravedad razonable.

No hay ninguna razón por la que una nave no pueda moverse a través de un fluido usando ese fluido como masa de reacción y usando la dinámica de fluidos para tener formas que sean más difíciles o más fáciles de atravesar por el fluido en varias orientaciones.

Eso cubre tanto la natación como el vuelo , y la apariencia de cualquier cosa que funcione para la presión, la gravedad y otras propiedades del fluido elegidas podría ser algo que caracterizaría nuevamente como algo diferente.

Una forma básica de planeador tendrá un efecto deslizante. Agregue suficiente potencia y cualquier cosa puede volar, independientemente de la aerodinámica. Entre los dos hay un diseño práctico.

Para obtener ideas plausibles de SF sobre la nave, debe ser más específico con respecto a la profundidad (composición y presión exterior) y el rango de entornos operativos. Una respuesta anterior asumía casi vacío. Sería más probable que visualice alta densidad, todo, el camino hasta el estado supercrítico.

podrías volar un avión especialmente diseñado en júpiter, pero no sería como uno que vuela en la tierra. La altitud es una cuestión de diseño, ¿flota en algún límite de densidad? o utilizar los principios de elevación? Una vejiga de gas menos denso flotaría, pero tendría que ser lo suficientemente fuerte para no ser aplastada. Esta no es realmente una cuestión de 'puedo', sino de '¿qué parámetros deben determinarse para que un avión vuele?'

Como su pregunta hace esto, yo diría:

• Una forma más redondeada o esférica, posiblemente como un huevo, para distribuir mejor las fuerzas sobre el casco.

• Alas delta rígidas, como un B2 Stealth, en lugar de alas de pájaro sobresalientes como un avión comercial.

• La propulsión probablemente serían motores de cohetes para obtener la fuerza necesaria para moverse en la sopa atmosférica.