¿Por qué algunos científicos quieren una base lunar para futuros viajes espaciales? ¿Cuáles son las ventajas de una base lunar en comparación con una base terrestre?

La distancia entre la luna y la tierra es de solo 384.400 km. Entonces, si podemos viajar (desde la luna) a otro planeta, también podemos viajar (desde la tierra) al mismo planeta. Pero he leído que algunos científicos quieren una base lunar aunque podemos tener una base terrestre. ¿Por qué? Cuáles son las ventajas de una base lunar.

Una de las cosas que sé es que debido a que la gravedad es más baja en la luna, se necesitaría menos combustible para salir de la órbita, por lo que sería más barato viajar a otros planetas.
Si colocamos observatorios en el lado oculto de la Luna, reducimos (en gran medida) la cantidad de ruido (en forma de radiación electromagnética no deseada) causado por la actividad humana, que interfiere con una observación muy delicada.
La luna está más cerca de casa. Puede ayudar a facilitar nuestros desarrollos para volvernos independientes en otros mundos debido a que la base lunar tiene acceso directo, más o menos, a los recursos de la Tierra.
@Dries sí, pero ¿cómo llegaría el combustible a la luna? Solo para velas ligeras esto se mantendría. (o si se descubre petróleo o uranio en la luna)
Sin responder a la pregunta (que no encaja bien con la Física), señalaré que hay razones de ingeniería y razones sociales/políticas y razones de ingeniería que surgen en respuesta a los límites sociales/políticos.
@anna v se sabe que existe agua (en forma de hielo) en la luna. El hidrógeno y el oxígeno son los principales componentes del combustible de muchos cohetes modernos y la combinación de combustible preferida para las misiones en el espacio profundo que utilizan propulsores químicos. Por lo tanto, uno podría tener un depósito de combustible de origen local en la luna.

Respuestas (4)

La razón por la que muchos científicos quieren crear una base lunar no es por las distancias en el espacio, sino por los pozos de gravedad. La cantidad de energía que escapa del pozo de gravedad de un cuerpo en el espacio depende de la masa de dicho cuerpo. Por ejemplo, la cantidad de energía necesaria para despegar de la Tierra e ir a la órbita terrestre baja es MUCHO más alta que la cantidad de energía necesaria para despegar de la Luna y alcanzar la órbita terrestre baja. La Luna tiene una masa mucho menor y, por lo tanto, un pozo de gravedad mucho menor.

El práctico XKCD 681 da un ejemplo muy intuitivo de la cantidad de energía que se necesita para salir del pozo de gravedad de un planeta (¡o de la luna!).

XKCD 681

La cantidad de combustible que necesita un cohete para "escapar" del planeta se muestra en la profundidad del pozo en este gráfico. En la parte inferior derecha puedes ver que el pozo de gravedad de la Tierra es mucho más profundo que el de la Luna.

Otro ejemplo fácil es en los costos de combustible. Esta imagen muestra los costos de combustible de las misiones Apolo a la Luna:

Presupuesto de combustible Apolo

No se deje engañar por la barra rota para el lanzamiento. Si realmente dibujara este gráfico a escala, sería imposible leerlo, ya que los costos de combustible de lanzamiento fueron alrededor del 96% de los costos de combustible para toda la misión. Esto significa que la misión Apolo usó el 96% de su combustible despegando y entrando en la órbita terrestre baja. Con el 4% restante de combustible, los astronautas fueron a la Luna, entraron en órbita, aterrizaron, despegaron y volaron de regreso a la Tierra.

En resumen, tener una base lunar que produzca combustible a partir de los recursos disponibles en la Luna (probablemente hielo de agua) significaría que podrías ahorrar enormes cantidades de combustible en todas las misiones en el espacio. En lugar de tener que lanzar todo el combustible que necesitará en una misión desde la Tierra (donde el lanzamiento es muy costoso), simplemente puede repostar en la Luna.

De hecho, si la minería de asteroides alguna vez se vuelve una realidad, probablemente será más barato importar metal de los asteroides para usarlo en la órbita terrestre que enviar el metal desde la Tierra porque, aunque los asteroides están mucho más lejos, la energía requerida para moverse de ida y vuelta es mucho más bajo que un lanzamiento desde la superficie de la Tierra al espacio, o como dice la vieja máxima: "Una vez que alcanzas la órbita, estás a medio camino de cualquier lugar".

Sin embargo, llegar a la luna para repostar sigue siendo muy caro, más caro que ir a Marte. Y si bien es más barato en términos de delta-v llevar propulsor desde la superficie de la Luna a LEO, que desde la superficie de la Tierra a LEO, en la superficie de la Tierra tenemos enormes cantidades de infraestructura, también es muy difícil poner infraestructura en la Luna.
@BlakeWalsh, ¿cómo es que llegar a la luna es más caro que llegar a Marte? ¿Estás hablando de los costos de combustible?
@ben Es combustible, pero no se trata del costo del combustible en sí, sino del tamaño del cohete necesario para tener tanques lo suficientemente grandes como para contener tanto combustible. , que utiliza combustible acelera y desacelera, lo que se conoce como "delta-V": cambio de velocidad. Extra delta-V necesita combustible extra, además tienes que volver atrás y recalcular todo lo que hiciste hasta ahora, para permitir transportar ese combustible, para que se acumule muy rápido, busca la "ecuación del cohete".
@ben Porque puedes usar la atmósfera de Marte para reducir la velocidad. Para aterrizar en la luna se requieren aproximadamente 5670 m/s de delta-v, desde LEO. Para encontrarse con la atmósfera de Marte se requiere un mínimo de 4270 m/s. Luego debe considerar el escudo térmico y las estrategias de frenado (es decir, paracaídas o lo que sea), pero en general ese tipo de cosas son mucho más livianas que llevar propulsor. Si envías una nave a la luna que tiene el blindaje necesario para aterrizar en Marte, definitivamente no puedes ganar porque usarías menos combustible yendo directamente a Marte.
@BlakeWalsh eh, ¡nunca había considerado eso! Parecía contrario a la intuición que salir del pozo de gravedad de la Tierra podría consumir menos energía, pero no había considerado la desaceleración en Marte. ¿Cambia la situación si hay un arranque para entrar en la órbita marciana antes de descender (similar a la misión de estilo Apolo) en lugar de ir inmediatamente al descenso o aerofrenado?
@ben si. Cuanto más se frena la nave en Marte usando motores de cohetes en lugar de lanzarse a la atmósfera, menos favorable es. SpaceX Starship probablemente usaría 600 m/s para aterrizar. Tenga en cuenta que gran parte de la velocidad que tiene una nave cuando llega a un mundo se debe a la gravedad de ese mundo, la velocidad de escape de la luna es de aproximadamente 2,4 km/s, por lo que una nave que se acerca a la superficie de la Luna irá al menos tan rápido y tiene que quemar al menos esa cantidad de velocidad. Los objetos diminutos como los asteroides cercanos a la Tierra e incluso las diminutas lunas de Marte requieren menos propulsor para aterrizar que la luna.

Si podemos hacer que una parte de la producción de combustible funcione en la luna, esto podría ser de gran ayuda. Por ejemplo, si podemos extraer agua que se puede dividir en hidrógeno y oxígeno con energía solar.

Dada la producción local de combustible, tenemos un suministro de combustible en un pozo de gravedad mucho menos profundo.

La menor gravedad y la falta de atmósfera parecen muy adecuadas para el lanzamiento de cohetes. La suposición es que los recursos disponibles que no tendrían que traerse de la Tierra se podrán obtener en La Luna a un costo menor. Sin embargo, la infraestructura requerida para hacer un uso efectivo de los recursos lunares al nivel de sofisticación necesario para una gran instalación de lanzamiento espacial, y la distancia a los principales centros de la industria de alta tecnología para apoyarla, significa que es probable que hacerlo siga siendo prohibitivamente costoso en el futuro previsible. futuro.

Se deben lograr muchos pasos preliminares hipotéticos para que La Luna sea demostrablemente mejor o más barata que otras opciones para instalaciones de lanzamiento espacial, es decir, mejor que los lanzamientos directos en curso desde la Tierra o desde instalaciones orbitales.

Una razón podría ser que el clima es mejor en la Luna.

Los lanzamientos de cohetes desde la Tierra se ven complicados por el clima, lo que podría provocar aplazamientos del lanzamiento. Mientras tanto, la mecánica celeste sigue adelante, ajena a las insignificantes nubes en una parte de un pequeño planeta, por lo que las ventanas de lanzamiento son limitadas. Ir a la Luna es menos sensible al clima porque la Luna está unida a la Tierra. Entonces, hay menos problemas climáticos para el posterior lanzamiento interplanetario desde la Luna.

Existe el clima espacial , aunque ese término puede aplicarse solo a la atmósfera superior de la Tierra. No obstante, lanzar desde la Luna a la luz del sol lo expone a cosas arrojadas por el Sol durante una eyección de masa coronal durante una fase crítica en la que una falla en la computadora podría plantear un problema grave que no podría simplemente apagar y reiniciar.
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