Valor de empuje para la misión espacial desde la órbita de la Tierra hasta la órbita de Venus

Un par de consideraciones

Repliqué tu cálculo hiperbólico de Hohmann para la Tierra y obtuve 3,46 km/s. Cerca de su valor.

Pero para la parte de Venus, los números parecen estar mal. Suponiendo una órbita de transferencia helocéntrica con ábside en el semieje mayor de Venus y la Tierra, y una órbita circular para Venus, la velocidad relativa debería ser de 2,71 km/s, lo que da como resultado una velocidad hiperbólica de 10,63 km/s a 6151 km de pericita. Teniendo en cuenta que la velocidad de pericita de una órbita de Venus de 6151 km x 50 000 km es de 9,70 km/s, ese es un requisito delta-v de solo 0,93 km/s.

No es necesario realizar la maniobra completa de 3,46 km/s en órbita terrestre en una sola quemada. Haciendo una quema parcial, todavía estás en una órbita terrestre elíptica, y puedes esperar algunas horas o días para llegar al perigeo para la siguiente parte. Un tiempo relativamente corto en comparación con la transferencia interplanetaria. La quema "marginal" es de solo 0,28 km/s además de la velocidad de escape al final, lo que lo coloca en una trayectoria de escape hiperbólica sin bucles. En el lado de Venus, la quema única marginal similar para la captura es de 0,35 km/s. El resto se puede hacer en incrementos.

Una regla general para los tiempos de combustión de la trayectoria de escape es considerar la aceleración radial en un marco de referencia giratorio:

Si bien esto es instantáneo, por supuesto, se puede usar para cálculos de límite superior, ya que la aceleración radial solo disminuirá a medida que crezca la distancia.

A una velocidad de escape tangencial a 400 km de altitud, eso es 8,7 m/s² en un marco de referencia giratorio. Al observar períodos cortos de tiempo, la altitud crece cuadráticamente. Menos de 15 km durante 1 minuto, 60 km durante 2 minutos, 240 km durante 4 minutos. (Nuevamente, este es un límite superior. La altitud real crece un poco más lentamente, así que considere esto como un margen de seguridad adicional). A partir de esto, la estimación de Steve Linton de un par de minutos parece muy razonable. Para obtener cuánto costo adicional agrega esto, intente hacer su cálculo hiperbólico para, digamos, 500 km.

Obtener el costo marginal de 0,28 km/s en un par de minutos le brinda requisitos de aceleración en el rango de 1 a 5 m/s². Como esta quemadura marginal dividida en partes es algo inconveniente, parece aplicable apuntar a alrededor de una G de aceleración.

En una primera aproximación, el empuje no importa. Si se necesitan 3 minutos en lugar de 2 para aplicar el delta-V para pasar de la órbita terrestre a una transferencia de Venus, no hay probabilidades.

Más allá de esa primera aproximación, existen diferencias principalmente en la dirección en que un menor empuje aumenta el impulso total (esencialmente, delta-V) que se necesita. El principal es el efecto Oberth , que significa, en este contexto, que quieres acelerar lo más cerca posible de la Tierra o de Venus. Si su empuje es muy bajo, su órbita habrá aumentado notablemente antes de que se complete la maniobra.

Si su empuje es extremadamente bajo (por ejemplo, un motor de iones), entonces se necesitan trayectorias completamente diferentes: la transferencia de Hohmann supone que puede aplicar el delta-V sin hacer una gran órbita alrededor del Sol.

Con respecto a los valores de empuje en misiones anteriores a Venus, aquí hay algunos ejemplos.
Muchas de las primeras sondas rusas de la serie "Venera" ("Venus") fueron lanzadas por el lanzador de la familia R-7 con la etapa superior " Block-L ", que aceleró las sondas en dirección a Venus. Tenía un empuje de 65,41 kN, una masa bruta de 5100 kg (11 200 lb), una masa sin combustible de 1080 kg (2380 lb) y un impulso específico de 340 s.

La próxima generación de Veneras tenía una etapa superior " Bloque-DM " con un empuje de 83,61 kN, un peso en vacío de 3.420 kg (wiki en ruso)/2.140 kg (wiki en inglés), una masa propulsora de 15.050/15.220 kg y un impulso específico de 361/363,5 s.

Los "Mariners" habían utilizado la etapa superior " Agena-D " con un empuje de 71 kN.

Pero todas o estas son etapas de partida.

Y aquí está el mapa de Delta-V, ampliamente conocido en Internet. Fuente (Aunque parece que lo vi aquí en SpaceExploration-SE).