Llama a esto un experimento mental.
Las naves espaciales a la órbita terrestre y más allá se lanzan tradicionalmente por medio de uno o más motores de cohetes. El principio fundamental es que un cohete se mueve expulsando el vapor de una combustión de alta energía. Esta energía es adecuada para mover el cohete así como cualquier cosa (¡dentro de lo razonable!) en proximidad física...
La limitación obvia de este enfoque es que la nave espacial que puede transportar un cohete es una fracción minúscula de la masa combinada del cohete y su combustible.
Digamos que una nave espacial lanzada es capaz de volver a entrar con clasificación humana. ¿Cuál es la proporción típica de su propulsor de reentrada y escudo térmico como fracción de
(Las cifras probablemente variarán de un motor de lanzamiento a otro; un rango aproximado será suficiente en la respuesta. Por ejemplo, del 3 % al 5 % de la carga útil y del 0,9 % al 1,2 % de la masa propulsora).
Está buscando la fracción de masa del propulsor .
Por supuesto, depende de los componentes y variará de un motor a otro como sugieres, pero para una respuesta rápida, en promedio:
Las fracciones de masa del propulsor suelen estar entre 0,8 y 0,9.
Depende de algunas elecciones hechas por el diseñador de la nave espacial. Si sigue una trayectoria de reentrada de salto de elevación, la nave espacial puede escapar potencialmente sin un escudo térmico (ya que el fuselaje sirve como disipador de calor) y solo tiene una pequeña cantidad de propulsor para salir de órbita. (alrededor del 10% de la masa de la nave espacial es el propulsor de reentrada en este caso)
Si se usa una trayectoria de reentrada balística, entonces los flujos de calor aumentan enormemente porque toda la energía cinética de la nave espacial se descarga en el aire a través del calentamiento por ondas de choque. Debido a esto, con los materiales existentes, los escudos térmicos ablativos son los únicos diseños que funcionan para esta trayectoria de reingreso, lo que significa que el escudo térmico es devorado por el reingreso. (aquí podría ser que casi el 25% de la masa de la nave espacial podría ser el escudo térmico/propulsor desorbitado. Depende del calor específico y el calor de vaporización del material del escudo térmico. Actualmente, el estado del arte aquí es el material PICA-X SpaceX usa en sus cápsulas Dragon)
Si se usa una trayectoria de reentrada motorizada, donde la nave espacial usa empuje inverso para reducir la velocidad a lo largo de toda la trayectoria, las cargas de calor experimentadas durante la reentrada pueden reducirse en gran medida, ya que si se hace correctamente, la mayor parte de la energía cinética de la nave espacial puede descargarse a altitudes superiores a 200 000 ft, convirtiendo una reentrada hipersónica en una reentrada ligeramente hipersónica. Sin embargo, el costo del propulsor de tal trayectoria es alto. Los motores de cohetes actuales, con un Isp máximo de 465, impulsarían a la nave espacial a casi un 90% de propulsor si se elige este modo de reentrada.
rana tóxica