¿Por qué se necesitó un cohete para despegar de la Tierra pero solo transbordadores para despegar de los otros planetas?

Recuerdo que la gravedad en ambos planetas de Interestelar es comparable a la de la Tierra. 80% de la gravedad terrestre en el caso del planeta Mann y 130% en el caso del planeta Miller. Entonces, ¿por qué se necesitó un cohete para despegar de la superficie de la Tierra y llegar a la órbita de Endurance, pero solo transbordadores Ranger para despegar del planeta de Miller y Mann?

Veo una explicación aquí .

Pero si ese es el caso, ¿por qué usar un cohete para despegar de la tierra?

Vi la misma pregunta en la foto de Facebook hace unos días.
¿Tenía una respuesta?
Es un agujero en la trama. Creo que incluso Neil Tyson cuestionó esto en una de sus publicaciones de Twitter.
Veo una explicación aquí. Yo no.
@NGLN: Quise decir una explicación sobre los transbordadores Ranger, cohetes, módulos de aterrizaje, sus cargas útiles, etc. Perdónenme si no fui lo suficientemente claro.
Como nota al margen, la velocidad de escape solo es relevante para las trayectorias 'balísticas', es decir, si desea arrojar algo fuera de la tierra. - Es posible escapar de la tierra con velocidades mucho más bajas. Los ascensores desafían la gravedad terrestre sin ser muy rápidos. Ahora imagina un ascensor que sube hasta el espacio . Si hay un "empuje" continuo, no es importante alcanzar la velocidad de escape. - Ahora, ¿quién sabe cómo funcionan los motores de esos Landers y Rangers?

Respuestas (6)

La misma pregunta también se hizo en Quora , con varias respuestas interesantes, aunque es difícil decir cuál es la correcta y todas suenan bastante plausibles. Sin embargo, todos parecen estar de acuerdo en que tanto Lander como Ranger son muy capaces de realizar despegues planetarios y también podrían haber dejado la Tierra por su cuenta. Queda la pregunta de por qué eligieron un despegue asistido por cohetes para la tierra. Las respuestas más convincentes en el universo son:

  • Como Victor también dice en su respuesta , es posible que tengan que llevar mucha más carga y suministros para su viaje inicial al Endurance en preparación para su largo viaje. Para esto, podría ser necesario un impulso adicional.
  • Es posible que deseen ahorrar combustible , que se deja claro que es un recurso muy valioso. Entonces, ¿por qué no desperdiciar un cohete completo en la Tierra, donde podrían construir y configurar fácilmente uno y ahorrar combustible para los despegues, probablemente intensivos en combustible, para los planetas donde definitivamente se necesita?

Sin embargo, también se menciona una muy buena respuesta fuera del universo, que me gustaría más (ya que aprecio más el análisis que el fan-fiction, pero solo soy yo ;-)), incluso si es probable que se vea en conexión con las otras explicaciones:

  • El uso de un clásico despegue de un cohete de varias etapas y toda su representación en la película evoca en gran medida reminiscencias de las buenas y antiguas misiones espaciales , especialmente las misiones Apolo , que experimentamos en el pasado. Y esto es definitivamente lo que se pretende, ya que es esa actitud pionera de exploración espacial la que Cooper se queja de haberse extraviado en la pesimista sociedad de "cuidadores" de la humanidad . Y es esta esperanza e inspiración que la humanidad obtuvo de esas misiones que la película quiere recordar con esta descripción.

Como un pequeño apéndice, después de una discusión fructífera, logré reunir un cálculo para la velocidad de escape en el planeta de Miller en una respuesta a una pregunta relacionada en Physics.SE (similar al cálculo de jld en su respuesta aquí ) , dado que el planeta tiene solo alrededor del 96% de la velocidad de escape de la tierra. Entonces, de hecho, es un poco más fácil dejarlo que la tierra (e incluso más probable para Mannel planeta de , que siguiendo las restricciones calculadas tendría que tener solo más del 64% de la densidad de la tierra para ser más fácil de despegar). Pero sigo manteniendo la suposición anterior, que también podrían haber dejado la Tierra sin un cohete, si no hubieran tenido la carga adicional, las limitaciones de combustible y la obligación de mostrarnos un buen lanzamiento de cohete.

Si bien estoy de acuerdo en que el despegue del cohete evoca recuerdos de antaño, no hay razón para creer que esa es la única razón por la que se presentó. Para una película repleta de precisión científica, esto parece ser exagerado. Si bien fue una escena divertida, ciertamente fue necesaria. No había forma de que el Ranger pudiera transportarlos a ellos y todo su cargamento.
@AndrewMartin Claro, es por eso que dije junto con las otras respuestas ... Pero está bien, reformulé.
@AndrewMartin Si recupera su respuesta e incorpora los resultados de su pregunta de Física (que de hecho respaldan su suposición de que el despegue es más fácil), anularía libremente la votación y eliminaría esos comentarios de mi respuesta (ya que, aunque interesante, Todavía los consideraría irrelevantes para mi respuesta de todos modos). Después de todo, es su pregunta de física y no debería haber sido en vano, tenía razón acerca de que el despegue es más fácil, pero no acerca de su relación exacta con la densidad planetaria.
Para ser honesto, creo que la respuesta de @ jid cubre todo lo que hice, con mucho más detalle. Así que creo que probablemente sea mejor eliminar el mío. No se preocupe por el voto a la baja, simplemente me lanzaré a una serie de votaciones a la baja de sus respuestas :) (¡eso fue una broma, lo prometo!)
Aunque la gravedad es un factor cardinal para determinar la velocidad de escape, siento que la Resistencia Aerodinámica (ADR) también es un factor significativo. Se podría suponer que la atmósfera de la Tierra es mucho más densa debido a la presencia de la capa de ozono, los otros planetas pueden tener una atmósfera mucho menos densa que conduce a mucho menos ADR. Estoy estrictamente contemplando sin ningún fundamento y puedo estar muy equivocado. Pero solo quería presentar este punto e invitar a algunas críticas constructivas. Siéntete libre de señalar si me equivoco :)
@NapoleanWilson: No he estado en quora por un tiempo, pero me gusta esa respuesta fuera del universo. ;)
@NapoleanWilson: Aunque todavía hay una cosa que me molesta. Como se menciona en el enlace proporcionado por mí en la pregunta, también hay lanzaderas Lander que pueden transportar cargas útiles pesadas. ¿No podrían haber sido usados ​​en lugar de un cohete?
@rusk: Creo que la respuesta fuera del universo es lógica: es una escena épica, un despegue maravilloso, etc. Pero también es mucho más que solo evocar viejos recuerdos. No había forma de que dejaran la Tierra en un Ranger, con todos sus suministros. Simplemente no iba a suceder. Necesitaban la propulsión de los cohetes.
@rusk Solo que ellos (los Landers ) ya estaban en el espacio. Coop y los demás viajaban en un Ranger desde la tierra hasta el Endurance . ¿Tan mala planificación, tal vez? Pero, sinceramente, en este caso creo que todavía se puede tomar el argumento de la conservación del combustible. No está completamente explicado y supongo que todas las explicaciones posibles podrían funcionar hasta cierto punto, incluso si no es una sola para cada posible pregunta secundaria que uno pueda tener.
@Cool_Coder Eso suena razonable (aunque no soy un experto en física y ya tuve un momento difícil, pero divertido, para lograr esa velocidad de escape). Pero de todos modos, ya considero que la consideración de la velocidad de escape no es demasiado relevante para esta pregunta. Pero aún así, gracias por la información adicional, de hecho, dado que sabemos hasta cierto punto cómo se ve la atmósfera de Mann , uno podría razonar un poco más sobre su ADR.
También vale la pena señalar que ha habido propuestas del mundo real para aviones espaciales de una sola etapa que hacen uso de un motor scramjet para alcanzar velocidades muy altas en la atmósfera antes de ponerse en órbita, vea el Rockwell X-30 para un diseño que la NASA fue considerando en la década de 1980. Y para hacer despegar un avión sin pista, existen varios tipos de VTOL .
Por cierto, la página wiki dice que se esperaba que el Rockwell X-30 pudiera usar su scramjet en la atmósfera para alcanzar una velocidad de unas 25 veces la velocidad del sonido, lo que daría como resultado unos 8500 m/s. Entonces, una nave de este tipo ya estaría mucho más cerca de la velocidad de escape necesaria (que es de 11200 m/s en la Tierra, y jld menciona que sería de alrededor de 9930 m/s en el planeta de Miller), con la patada adicional lograda disparando cohetes en lugar de que usar el scramjet. Dado que el scramjet funciona tomando aire y calentándolo y expulsándolo a alta velocidad, no es necesario transportar tanto combustible.
Teniendo en cuenta que estuvieron en hipersueño/crioestasis la mayor parte del viaje, no necesitarían suficientes suministros para justificar la potencia/empuje adicional de los cohetes, que a su vez tienen que compensar su propio peso. Dado que solo aparecieron en un Ranger desnudo, que se muestra muy pequeño, la respuesta de Víctor y su primer punto son discutibles.

Esto es lo que imaginé después de ver la película:

Los transbordadores podían transportar personas y poca (o ninguna) carga dentro y fuera de la atmósfera de un planeta, pero se necesitaba un gran cohete para transportar toda la carga necesaria para el largo viaje a Saturno y al interior del agujero de gusano.

Pensé en esto al principio, pero luego vi una explicación sobre los transbordadores Lander (como se indica en el enlace) que pueden transportar cargas pesadas y, por lo tanto, podrían haberse utilizado en su lugar.
Estuvieron en hipersueño/criostatus durante la mayor parte del viaje. Suministros mínimos necesarios. No estaban despiertos, comiendo, bebiendo, respirando, durante 2 años.

Bien, varias personas han mencionado que la densidad del planeta tendrá un efecto en su velocidad de escape. Esto es cierto. La masa total del planeta es: M=(4π/3)R³ρ, donde ρ es su densidad media. La velocidad de escape al cuadrado es: v² = 2GM/R = (8πG/3)R²ρ = k²R²ρ, donde he definido k²=8πG/3. Entonces vemos que la ecuación para la velocidad de escape, en términos de su radio y su densidad, está dada por:

v = kR √(ρ)

La aceleración de la gravedad viene dada por g = GM/R²= (4πG/3)Rρ = (k²/2)Rρ

Kip Thorne da una estimación de la densidad media del planeta de Miller: ~10.000 kg/m³, en comparación con el valor de la Tierra de ~5.500 kg/m³. Además, sabemos que el planeta de Miller tiene 1,2 veces la aceleración debida a la gravedad en la Tierra: g₂=1,2g₁.

R₂ = 1,2R₁ρ₁/ρ₂

Esto nos da un radio de ~4200 km. La velocidad de escape se puede obtener insertando esto en nuestra primera ecuación, dándonos un valor de ~9930 m/s. Esto es aproximadamente el 90% de la velocidad de escape de la Tierra, por lo que es más fácil despegar del planeta de Miller que de la Tierra, aunque no mucho.

Entonces, ahora lo mismo para el planeta de Mann . ;-)
@NapoleonWilson No tengo información sobre el tamaño o la densidad de Mann, por lo que no puedo hacer nada con mucho rigor, pero es una buena apuesta que la velocidad de escape sea menor que la de la Tierra y la de Miller.
@jld: ¿No es la velocidad de escape de la Tierra 11,2 km/s?
@rusk Perdón por el error tipográfico, quise decir 9930 m/s. Edité mi respuesta para reflejar esto.
En realidad es 1.3 en lugar de 1.2. Perdón por la confusión, pero de todos modos no cambia demasiado en relevancia, la velocidad de escape es aún más baja.

Hay dos tipos de barcos que se utilizan con Endurance: el Ranger y el Lander, un poco más grande. Si va al sitio del modelo Endurance, se afirma que el módulo de aterrizaje puede transportar módulos enteros de Endurance. Por lo tanto, podrían usarse para traer cualquier cantidad de suministros de la Tierra. http://www.gannett-cdn.com/experiments/usatoday/2014/11/interstellar/interstellar.html

Entonces, las explicaciones de combustible/capacidades limitadas no pueden ser correctas, a menos que...

Las tres naves Ranger, Lander y Endurance utilizan algún tipo de propulsor de plasma muy potente, que necesita ser alimentado por un reactor de fusión Tokomak. La fusión debe ser una de las reacciones aneutrónicas (sin neutrones), o de lo contrario las naves se derretirían o requerirían radiadores gigantes, ya que los neutrones son calor residual en las reacciones de fusión. He3+Lithium es un buen candidato para la fusión aneutrónica. Pero Helium3 es excesivamente raro y extremadamente caro de producir. Así que esa podría ser la respuesta. La NASA no puede darse el lujo de desperdiciar helio3 para el trabajo de rutina, por lo que utiliza cohetes químicos anticuados para lanzarlos desde la Tierra, donde los productos químicos son muy baratos.

Una hoja de cálculo con los números: http://bit.ly/1vlpaVD

Esto es 100% especulación.

En realidad, el cohete lanzó DOS Rangers Y el subconjunto de acoplamiento entre ellos mientras estaban conectados al eje central de Endurance. Durante la primera secuencia de acoplamiento, puede ver el subensamblaje y el segundo Ranger conectado a la parte inferior del Ranger Cooper está volando.

Así que es muy probable que no pudieran levantar todo esto con un solo Ranger volador y necesitaran los cohetes para esa cantidad de carga.

Traté de agregar una pequeña conclusión (que supongo que en realidad estaba buscando) para que la respuesta aborde más la pregunta real. Si eso no refleja su intención original, siéntase libre de revertirlo. Pero en ese caso, es posible que desee abordar la pregunta real un poco más en la respuesta.

La mejor respuesta que he visto está aquí : reformula la película como una conspiración de Brands (y algunos otros como Mann) que Cooper frustra sin darse cuenta. Brand ya desarrolló su teoría antigravedad y equipó los transbordadores con impulsores antigravedad cuando Cooper partió en la misión.

Cuando despegan de la Tierra, usan un gran cohete para alcanzar la órbita. El planeta de Miller tiene 1,1 veces la gravedad de la Tierra, y no necesitan ningún cohete, el transbordador despega solo. Lo mismo sucede en el planeta de Mann dos veces. Eso solo es posible si ya tienen las unidades antigravedad instaladas y funcionando.

El Plan A nunca fue una alternativa, probablemente porque si los humanos no tuvieran comida en la Tierra tampoco la tendrían en el espacio. Y además de eso, todos los cultivos en la Tierra estaban infectados con Blight, por lo que Brand quería un nuevo comienzo.

¿Por qué se necesitó un cohete para despegar de la Tierra pero solo transbordadores para despegar de los otros planetas?
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