¿Pueden servir cinco recargas de la segunda etapa del BFR para llegar a la Luna? ¿A Marte? ¿Los cinco en órbita terrestre?

En primer lugar, veamos qué es el delta V para una etapa superior BFR completamente cargada en órbita. Dadas las tablas de Delta V que se muestran, y suponiendo 150 toneladas, se muestra un delta V de 6,2 km/s. Se asumen 150 toneladas porque esa es la masa para LEO provista. Según tengo entendido, estos números provienen de un camión cisterna que orbita la Tierra acercándose a la carga útil y repostándola.

Me parece que la misión a la Luna implicaría al menos algo de recarga en LEO y algo en una órbita elíptica. No estoy seguro de la cantidad de recargas, pero sospecho que hay más que el estándar (¿5?) que se requiere para una misión en el espacio profundo, digamos a Marte. El Delta V para aterrizar en la Luna desde LEO es de 5,9 km/s aproximadamente. Por lo tanto, un BFR podría llegar desde LEO a la superficie de la Luna, pero no podría regresar sin repostar. No puedo encontrar el delta V exacto requerido para llegar a la Tierra desde la superficie de la Luna, pero es de alrededor de 2,74 km/s. Por tanto, la órbita elíptica debe utilizar unos 2,5 km/s de delta V, y estar completamente cargada, para llegar a la Luna sin repostar. Eso es completamente posible, pero será una órbita significativamente elíptica, algo del orden del cinturón GEO, por lo que puedo decir.

Supongo que lo que sucederá es que los camiones cisterna alimentarán el BFR con destino lunar en LEO y luego completarán el cohete cuando esté en la órbita de transferencia correcta. Así al menos lo entendí yo. Sospecho que se necesitarán tantas misiones para reabastecer el BFR en la órbita elíptica como para reabastecerlo en LEO, aunque habrá menos combustible por carga, el resto se perderá para que coincida con la órbita del cohete de carga útil.

En cuanto a Marte, el Delta V necesario para llegar a Marte es de unos 4,3 km/s. No estoy seguro de lo que se necesita para aterrizar el BFR en Marte, pero parece perfectamente razonable que un BFR completamente cargado pueda llevar 150 toneladas a Marte, desde LEO.

Por supuesto, todo lo relacionado con las configuraciones y misiones planificadas de SpaceX Starship aún es tentativo y está sujeto a cambios. Sin embargo, hay algunos puntos que vale la pena establecer:

• A pesar de la animación, un petrolero en una misión de reabastecimiento de combustible no puede acercarse a reabastecer completamente una nave estelar. El Starship quema alrededor de 1100 toneladas de combustible para poner 150 toneladas de carga útil (más el barco) en LEO.
• Contrariamente a la intuición, una misión a la superficie lunar y el regreso son en realidad más difíciles en términos de delta-V que una misión a Marte, porque no se puede aerofrenar y no se puede esperar (al menos a corto plazo) fabricar metano/combustible LOX en la Luna. (No hay suficiente carbono o hidrógeno accesible). Tampoco tiene mucho sentido aterrizar todo el cohete, con todo el combustible necesario para regresar a la Tierra, en la Luna, en lugar de dejar la mayor parte en órbita.

No tengo cifras para los nuevos diseños, pero las capacidades básicas del BFS se describen en wikipedia . La masa seca del BFS es de 85 toneladas. La masa propulsora para una carga completa es de 1100 toneladas y la carga útil a LEO del BFR se cotiza en esa página como 100 toneladas o más. Creo que escuché 140 en otros lugares, pero no recuerdo dónde y eso podría ser solo para la variante del camión cisterna.

Entonces puede entregar su BFS a LEO con 100 toneladas de lo que quiera a bordo. Eso podría ser combustible sin usar (en cuyo caso podría usar la variante de camión cisterna, que es un poco más liviana en sí misma (sin soporte vital, ventanas, ...) por lo que puede transportar más) pero es más probable que sea la carga útil de su misión. Así que probablemente llegues a LEO sin combustible. Cada vuelo de reabastecimiento de combustible a LEO transporta de 100 a 150 toneladas de propulsor, por lo que se necesitan entre siete y once para llenar los tanques por completo.

La presentación muestra un BFS completamente reabastecido (aunque esto no está claro, podría estar tan reabastecido como puede en 5 vuelos) para tener un delta-V de entre 6 y 9 km/s dependiendo de la carga útil. Una misión en la superficie lunar y de regreso es de aproximadamente 9 km/s, una misión en la superficie de Marte (que planea repostar allí antes del regreso) es de aproximadamente 4,8 km/s (más si desea acortar la transferencia). Por lo tanto, repostar completamente en LEO es suficiente para llegar a Marte, pero no lo suficiente para llevar una carga útil a la Luna y de regreso.

Para administrar la misión lunar, el concepto es agregar un par de transferencias de reabastecimiento de combustible en una órbita terrestre elíptica alta (GTO o incluso un poco más alta). Esto entregará menos combustible por lanzamiento del camión cisterna (ya que se quemará más para llegar allí), pero reduce el delta-V desde el último reabastecimiento de combustible hasta el final de la misión en aproximadamente 2,5 km/s.