¿Qué tal recolectar hielo de agua de los anillos de Saturno?

Para una transferencia de Hohmann a Saturno, obtengo 15,7 km/s para ambas quemas. El tiempo de transferencia también es una fórmula simple. Obtengo aproximadamente 6 años .

Comparar con el hielo lunar. Se tarda aproximadamente 2,8 km/s en llegar, y el tiempo de viaje sería de unos pocos días , incluso desde la órbita terrestre baja.

Como sugiere la otra respuesta, podría compararse con la superficie de la Tierra. Si estamos usando un marco de referencia lejos de la superficie de la Tierra, entonces está subiendo casi 12,8 km/s (EDITAR: corregido por un error de novato, LEO obtiene Oberth). Pero esto se complica. Los primeros 9 km/s están limitados por la física atmosférica. Aunque, salir de la luna también tiene un requisito similar de empuje a peso impuesto a los cohetes por el arrastre de la gravedad.

Estos números no son totalmente justos para Saturno. Si utilizo el borde de los anillos (casi el anillo "F"), obtengo una velocidad orbital de 16,6 km/s. Para extraer estos anillos, deberás seguir una trayectoria hiperbólica y luego hacer tu último quemado de Hohmann cuando estés cerca de tu destino, dentro del pozo de gravedad de Saturno. Esto reducirá el Delta V que necesitará para la quema final. Eso reducirá un poco la quemadura final. Rompiendo los 15,7 km/s, la quema de inserción inicial es de 10,3 km/s y la quema de circularización heliocéntrica es de 5,4 km/s. Así que tendríamos que corregir todo esto por el efecto Oberth, que es un multiplicador de$\sqrt{1 + \frac{2 V_\text{esc}} {\Delta v}}$, supuestos de la esfera de influencia, yada yada. Eso reduce los números anteriores a (respectivamente) 5,8 km/s y 1,4 km/s. Chico, ese fue un cálculo desagradable, pero el total llega a aproximadamente 7,2 km/s .

Comentario:

Es cierto que extraer el hielo lunar implicaría desafíos que los anillos de Saturno no tienen. Pero si el destino está cerca de la Tierra, esos desafíos serían más factibles que los impulsores nucleares, iónicos o de cualquier otro tipo que implicaría un transportador de Saturno. Una compensación similar podría presentarse para otras fuentes más cercanas que Saturno, por ejemplo, los asteroides troyanos de Júpiter.

No discutiré la calidad del hielo de Saturno. Es probable que sea más puro que las fuentes alternativas. También puede ser en trozos de tamaño conveniente. Es importante destacar que (a su favor) puede ser entregado por unidades con una baja relación empuje-peso. Cualquier valor serviría para esto, aunque podría haber alguna penalización de Delta V debido a la reducción del efecto Oberth. La energía solar se vería gravemente penalizada debido a la distancia del sol. Las fuentes de energía nuclear son muy superiores a esa distancia. 9.5 AU --> al cuadrado significa 90 veces menos energía por unidad de área que cerca de la Tierra.

El verdadero problema es justificar ese marco de tiempo de 6 años. ¿Quién va a esperar 12 años para recuperar su inversión? Ahora te concedo que, debido a la ausencia de una penalización por arrastre de gravedad , es posible que un barco de tamaño monstruoso pueda transportar grandes cantidades de hielo. Debido a que no está lidiando con ninguna transición de superficie a órbita, su nave podría ser frágil y su motor podría tener un empuje bajo. Dado eso, lo único que escala directamente con la carga útil es el propulsor. Si podemos obtener velocidades de reacción de unos 30 km/s, entonces es creíble que hacer el viaje de ida y vuelta funcionaría... aunque solo si se puede canibalizar el agua como propulsor, y con márgenes algo bajos.

Entonces, claro, hay un caso de negocios en un escenario muy específico donde tenemos un mercado maduro para el agua en el espacio, alguien podría reducir los costos de adquisición al hacer una nave espacial hinchada de aspecto ridículo que recorre la ruta de la órbita de Saturno a la Tierra. Todavía no estoy convencido de que sea mejor que otras alternativas más allá de la línea de congelación, pero la mayoría de ellas tienen agrupación angular. Una empresa puede querer entregas más de una vez al año, y para eso, los troyanos de Saturno versus Júpiter (por ejemplo) brindan cierta diversidad estacional. Pero la ventaja es nula excepto con cantidades extremadamente grandes. Eso plantea la pregunta: ¿cómo es posible que la depreciación compita con el hielo lunar? si puedesejecutar transbordadores regulares desde los polos lunares a la órbita, eso parece más económico a menos que su inflada nave Saturno pueda tener un costo mucho menor (porque el esquema lunar tiene una frecuencia de viaje mucho más alta). Tal vez podría Realmente no podemos decir. La mayor variable será su tasa de rendimiento. Si exige una tasa de rendimiento del 6%, entonces está reduciendo el valor del hielo a la mitad en 12 años. Es por eso que es difícil de vender, pero esa no es realmente la parte científica.

Adición: Encontré el ejemplo de una "nave espacial hinchada" que tenía en mente. Lo vi en Atomic Rockets. Aquí está la fuente original . Aparentemente tenían a Phobos en mente.

Tengo algunos problemas con sus suposiciones improvisadas. Si Fobos tiene agua, ¿por qué Eros no? No sé estas cosas. Dudo que alguien más conozca la composición a granel o la dificultad de refinar el agua preciosa debajo de la superficie de tales cuerpos del sistema interno. Yo mismo, me gustaría imaginar esa "nave espacial" con la vejiga siendo 100 veces su tamaño relativo superior. Estas cosas harán que un globo aerostático se vea delgado.

Se me ocurre que la respuesta a esta pregunta depende de lo que quieras obtener por tu dinero. Si solo está interesado en el hielo en sí, en una fuente de agua para usar en la Tierra o en LEO, entonces son preferibles otras opciones.

Sin embargo, si desea obtener mayores rendimientos de su inversión en forma de beneficios complementarios que tienen valor en sí mismos, tanto comercializables como de otro tipo, entonces Saturn parece ser una opción mucho mejor. El sistema de anillos, incluidas algunas de sus lunas más pequeñas, es un objetivo mucho más fácil desde una perspectiva de ingeniería para operaciones tripuladas o parcialmente tripuladas.

Esto va más allá de la reducción en el procesamiento requerido para hacer uso del agua in situ o para el mercado, e incluye cosas tales como el entorno de radiación, los ciclos diurnos/nocturnos disponibles/períodos orbitales amigables para el ser humano y los recursos utilizables, uno de los cuales es la generación de electricidad Si el interés es una infraestructura industrial polivalente a largo plazo, Saturno es una fuente mucho más favorable que la luna o incluso los asteroides troyanos.

Con un examen potencialmente serio de este tipo de uso de recursos por parte de entidades como Planetary Resources e incluso el gobierno de los Estados Unidos , es importante no solo considerar qué es mejor o incluso factible, sino qué tiene la mayor probabilidad de ser financiado o capitalizado. y realmente ocurriendo. Bajo esta luz, los esfuerzos multipropósito podrían ser el camino a seguir.

No puedo ver cómo Saturno alguna vez vencería a Ceres como fuente de agua para aplicaciones del sistema solar interno. Necesitas un cañón de riel o algo así para sacar cosas de Ceres y alguna forma de cortar trozos de hielo del suelo, pero la velocidad de escape es bastante baja. Luego, puede usar un remolcador de empuje bajo en el vacío para colocar trozos de hielo (no es necesario rodearlos con un barco) en una trayectoria hacia donde los desee.

No es fácil llegar a Saturno . La Tierra ya está llena de agua, no necesitamos transportar hielo de 10 UA de distancia a casa para tomarnos otro whisky con hielo. El agua llena los océanos y las nubes y los hielos polares y el subsuelo e incluso dentro de nosotros mismos. En realidad, es un problema que tenemos demasiada agua, las inundaciones y los tsunamis son causas comunes de muerte catastrófica. El agua de Saturno se usaría donde está. Construiríamos la fábrica X allí en lugar de llevar a casa las materias primas.