¿Qué tamaño tendría que tener una etapa de ascenso tripulada para Marte?

Para una misión tripulada a Marte que no sea un viaje de ida, necesitaremos una etapa de ascenso que pueda alcanzar la órbita desde la superficie de Marte. ¿Qué tan grande tendría que ser esto para transportar, por ejemplo, 3 astronautas a la órbita?
Hemos visto ejemplos para la Tierra (Soyuz me viene a la mente como una especie de solución mínima con 600 toneladas cargadas) y la Luna (la etapa de ascenso del LM era aproximadamente del tamaño de un automóvil). Una etapa de ascenso a Marte caería en algún lugar entre estos extremos, pero ¿dónde?
¿Sería factible lanzar las etapas de descenso + ascenso desde la Tierra en un solo lanzador, o sería necesario ensamblarlo en órbita?

Para que quede claro, ¿está hablando de un cohete lanzado desde la Tierra, con todo el combustible en la Tierra?
Sí en ambos cargos.
De otra manera, un vehículo de aprobación de Marte diseñado para transportar de 3 a 4 miembros de la tripulación sería grande. probablemente el vehículo más grande necesario para la misión a Marte. Ahí es donde creo que entrarán uno o posiblemente dos lanzamientos del próximo cohete SLS. Si pueden hacer que la carga del Bloque 2 vuele en ese momento, probablemente estarían maximizando la capacidad de elevación de 140 tonos del SLS simplemente lanzando el vehículo de aprobación de Marte. . es posible, pero sería muy costoso y desafiante. es una de las razones por las que la NASA predice que una misión humana a Marte no ocurrirá hasta los años 2030 o 2050.

Respuestas (4)

De acuerdo, entonces comencemos con una nave construida y alimentada de alguna manera en Marte, y sigamos nuestro camino de vuelta a partir de ahí. Este conveniente gráfico delta v de Wikipedia nos muestra un buen punto de partida:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Bien, entonces el delta v a la órbita baja de Marte es de aproximadamente 4,1 km/s. El delta V para llegar a la Tierra desde allí es de 2,9 km/s (Tierra C3 a órbita baja de Marte). La conclusión es que necesita levantar a 3 personas y suministros y proporcionarles un delta v de aproximadamente 6,0 km/s. No soy un experto en la categoría de suministros, así que elijamos un número, digamos, llevemos una cápsula Dragon totalmente cargada. Wikipedia da alrededor de 7500 kg, lo que probablemente sea un buen punto de partida. Eso no es tanto como se requiere para un lanzamiento a la Tierra, pero sería similar al lanzamiento de un Falcon 9 de Marte a la Tierra. Llamémoslo la mitad de uno. De hecho, The Case for Marsestablece que se requieren alrededor de 96 toneladas de combustible para hacer el viaje para 4. Pocos (ninguno existente) cohetes pueden llevar eso a LEO, y mucho menos a la superficie marciana. Aún así, existe una alternativa que no implica el ensamblaje orbital.

El enfoque clave es de 2 puntos. En primer lugar, alimenta el cohete en la superficie de Marte. Si toma hidrógeno de la Tierra, puede combinarlo fácilmente con dióxido de carbono y obtener metano y oxígeno, que es un muy buen combustible para cohetes. Y eso requiere solo 16 toneladas de combustible, no está mal de manejar. En segundo lugar, envíe el cohete de regreso a la superficie de Marte primero, deje que se alimente para el viaje de regreso a casa, y simplemente tiene que aterrizar lo suficientemente cerca de la nave para llegar a la superficie, lo que no debería ser demasiado difícil, ya que tendrá una amplia gama con capacidades a bordo para llegar a donde necesita ir.

No es del todo recíproco. Se necesitará algo más para salir de Marte de lo que se necesitaría para aterrizar en Marte. Dado lo desagradable que es la ecuación del cohete, esto no puede ignorarse.
La verdad es que solo se necesita un paracaídas en su mayor parte para aterrizar en Marte, y mucho más para despegar, pero el delta v será solo un poco mayor que 4.1 para entrar en la órbita de Marte.
Sí, pero supuse que estabas quitando la figura delta-v de esa imagen. Siempre se necesita un poco más para subir que para bajar y ese número es para bajar.
¿Se debe esto a la resistencia atmosférica?

Ingresé los datos proporcionados por @PearsonArtPhoto en la ecuación del cohete, con Isp=304 segundos (Merlin 1C en el vacío), y obtuve una masa de lanzamiento de 262 toneladas para poner un Dragón en la órbita de Marte. Un Falcon 9v1.0 pesa 333 toneladas.
Para llegar desde la superficie de Marte directamente a la Tierra C3, obtengo una masa de lanzamiento de 3713 toneladas, o 1,3 veces el peso de un Saturno V. Así que realmente necesitas una cita en la órbita de Marte en el viaje de regreso.

Buen análisis, pero ¿usó el peso de un cohete Dragon completo o solo la cápsula? No estoy seguro de por qué su masa de lanzamiento es tan alta. Parece que un Saturn 5 sería suficiente. Con una masa seca de 200 toneladas métricas (masa seca estimada de Saturno 5) y una masa húmeda de 2970 toneladas métricas, y un ISP de 304, obtengo 8043 km/s dV. Esto es más que suficiente para el viaje de regreso a la Tierra C3 según el mapa dV. Estoy usando esta calculadora: strout.net/info/science/delta-v
ha pasado un tiempo, pero creo que usé el peso cargado de una cápsula Dragon + baúl.

La etapa de ascenso a Marte necesitaría una masa de aproximadamente 22.000 kg, suponiendo un vehículo de ascenso muy similar al módulo de aterrizaje lunar (LM) completo de Apolo, un vehículo de dos etapas que utiliza motores de cohetes propulsores hipergólicos.

Me baso en el delta de aproximadamente 4 km/s que describe astronautix.com para el LM, y multiplico la masa del LM por 1,5 para tener en cuenta el aumento de la tripulación a tres.

¿Sería factible lanzar las etapas de descenso + ascenso desde la Tierra en un solo lanzador, o sería necesario ensamblarlo en órbita?

Como calcularon Hobbes y PearsonArtPhoto, no es factible partir de la Tierra ya que no hay cohetes listos, ni siquiera de United Launch Alliance o SpaceX, BlueOrigin o Bigelow Space Exploration.

La pregunta es, ¿por qué no montar en el espacio?

Además, llevar hidrógeno de la Tierra a Marte distorsiona el hecho de que el 90% de la materia visible conocida en el universo es hidrógeno (H2), el elemento más ligero que conocemos. ¿Por qué tomarlo de la Tierra donde los recursos de hidrógeno son realmente limitados? Es interesante ver la demanda de automóviles de hidrógeno en nuestro planeta, extrayendo el H2 del agua H2O a través de la electrólisis, y al mismo tiempo temer que la próxima guerra sea sobre los recursos hídricos...

Sin duda, el hidrógeno es una buena opción para el almacenamiento de energía en el espacio (donde hay mucho H2).

Volviendo al montaje espacial, hay una fábrica en órbita originalmente planeada para 2014, ahora lamentablemente pospuesta para 2015: el módulo espacial inflable Bigelow .

El proyecto Bigelow BA330 originalmente debería conectarse para producir un enorme hábitat de fábrica. Ahora recuerdo que se ha llamado Complejo Alfa para 16 y Complejo Bravo para 32 trabajadores. sitio web del fabricante, también menciona el año 2014 para el lanzamiento .

No estoy seguro de qué pregunta está respondiendo, pero no es la de arriba. Vea los comentarios debajo, si eso no está claro, pero la pregunta es sobre las etapas de ascenso desde la superficie marciana. Su primer punto también es bastante discutible, si luego menciona el ensamblaje orbital. El Delta IV Heavy de ULA es un lanzador perfectamente capaz, por supuesto, suponiendo múltiples lanzamientos para llevar primero todos los suministros necesarios a la órbita terrestre. Y hay otros sistemas de lanzamiento que están operativos y se acercan a Delta IV-H en capacidad de elevación, eso sí, no estadounidenses, como Proton-M o Ariane 5.
A riesgo de provocar que se reúna una turba de linchamiento, ¿por qué no esperamos hasta que establezcamos una fábrica en la Luna que pueda construir naves espaciales completas (o al menos el 90+%) para Marte?
Tiene algún sentido, la luna podría usarse para una increíble épica. No queremos abusar de ella, por supuesto, y todavía es una gran distancia, por lo que debemos acelerar, tal vez cambiar los esfuerzos hacia un gran mundo en general en lugar del egoísmo, debería ser un impulso, porque la guerra es costosa (como lo ve la política china en la época medieval para evitar la guerra, por ejemplo, preferir comprar la paz en su lugar, que en ocasiones puede ser más barato... aunque de todos modos no le gusta el dinero, tal vez todo el dinero y el oro / valor subyacente deberían ser disparados a la luna... entonces seguramente la humanidad lo hará no tardaré en instalarme en marte jaja).
La superficie de Marte está más cerca en términos de requisitos delta-v que la superficie lunar.
¿Qué tamaño tendría que tener una etapa de ascenso tripulada para Marte?
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