Viabilidad del dirigible al vacío de Marte

Hay un artículo publicado por la NASA en el que discuten la practicidad de usar un dirigible o dirigible evacuado en Marte. Sus puntos principales son que, dado que la presión exterior es mucho más baja, esto podría construirse con una red de materiales existentes en una gran esfera. También predicen que:

A través de un análisis más profundo del modelo de aeronave de vacío, se puede demostrar que la aeronave de vacío teóricamente puede transportar más del doble de la carga útil que un dirigible modelo del mismo tamaño, un radio de 40 metros, en la atmósfera marciana.

Sin embargo, me parece que los números no cuadran...

Si 1 metro cúbico de atmósfera en la Tierra tiene una masa de aproximadamente 1,225 kg/m^3 (snm) y la atmósfera de Marte (snm) es el 0,6 % de eso, entonces cada metro cúbico de vacío solo puede desplazar 0,00735 kg de marciano. atmósfera. Ahora claro, la gravedad de Marte también es menor, pero todavía no estoy muy seguro de cómo alguien podría construir una estructura sólida por menos de 0,018 kg que pueda contener el vacío, incluso en el entorno de baja presión de Marte. ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿Dónde fallaron mis suposiciones?

Creo que la comparación es con un dirigible en Marte (lleno de helio), no en la Tierra.
@SF. Oh, ya veo lo que significa. Eso responde a una de mis preguntas, gracias!
Solo por flotabilidad, el hidrógeno / helio tienen casi el mismo rendimiento que el vacío. Supongo que la cita sobre la carga útil proviene del análisis de la arquitectura general de la misión. En particular, un dirigible estándar necesitaría llevar gasolina de repuesto para compensar las pérdidas en el transcurso de la misión, que podrían acumularse rápidamente.
Tu error es simplemente multiplicar 1.225 con 0.6 %. Tienes que considerar la diferente mezcla de gases de las atmósferas de la Tierra y Marte. En Marte hay principalmente dióxido de carbono, en la Tierra principalmente nitrógeno. La densidad del CO2 es mayor que la del aire. La temperatura más baja de Marte aumenta la densidad.

Respuestas (1)

Por el bien de esta respuesta, voy a usar los números que obtengo de la NASA y Wolfram Alpha. Estos son:

Density of Earth Atmosphere: 1.204 kg/m^3
Density of Martian Atmosphere: .020 kg/m^3
Density of Helium on Mars: .001458 kg/m^3
Density of Helium on Earth: .1663 kg/m^3

Volume of a 40m radius sphere: 268083 m^3

Estos suponen una presión de 1 atm y 20 grados C en la Tierra y 6,36 mbar y 210 grados K ​​en Marte (perdón por la confusión de unidades).

Eso significa que la nave Helio desplaza:

Earth: (1.204 - .1663) * 268083 = 278185 kg
Mars:  (.020 - .001458) * 268083 = 4971 kg

Y la nave de vacío se desplaza:

Earth: 1.204 * 268083 = 322772 kg
Mars:  .020 * 268083 = 5362 kg

Estos números cambiarán drásticamente dependiendo de la temperatura, que puede variar ampliamente en Marte, por lo que aunque no obtuve el mismo resultado que obtuvo la NASA, es muy posible que estén asumiendo una temperatura más fría que el promedio.

Algo que no anoté antes pero que creo que es bastante importante: la densidad de un vacío no cambia (por definición), por lo que el peso de la nave no variará con la temperatura, mientras que la nave de helio tendrá que agregar o eliminar el helio para mantener una presión estable. Esto significa que funcionará mucho mejor a medida que se enfríe en comparación con la nave de helio, que se vuelve más densa a medida que disminuye la temperatura.

El estudio de la NASA en realidad puede estar contrastando con un gas de elevación menos potente dado que el hidrógeno y el helio podrían ser difíciles de transportar a la superficie marciana en grandes cantidades.
¿Se sabe que el hidrógeno tiene fugas especialmente? ¿filtrarse? a través de las sólidas paredes de los tanques de combustible.
Para el editor anónimo que intenta agregar material a esta respuesta: sería mejor editar material adicional con el consentimiento del autor a través de un comentario, de ahí mi voto de rechazo.
Un editor anónimo agregó un elemento adicional a la publicación, que he rechazado: Mencionó que debido a que la cantidad de partículas no aumenta/disminuye con el cambio de temperatura, la temperatura no debería importar. Algo sobre este argumento no me sentó bien, pero no tengo el tiempo en este momento para trabajar en ello, por lo que la edición ha sido rechazada. Si el editor vuelve aquí, estoy totalmente de acuerdo con @Puffin: si no está de acuerdo con el contenido de una pregunta, entonces es necesario un comentario. Editar el contenido sin el permiso del autor se siente bastante grosero.
@Baldrickk Helium es aún peor.
@Lex At Mars puedes producir hidrógeno electrolizando agua. El helio sería más difícil de conseguir y se filtra a través de materiales aparentemente sólidos incluso más que el hidrógeno. En la Tierra, el helio proviene de pozos de gas natural, como un contaminante menor en el gas natural. La descomposición radiactiva en el interior de la Tierra produce partículas alfa que arrastran electrones y se convierten en átomos de helio neutros, que se abren paso lentamente hacia la corteza cercana a la superficie. Lo mismo sucedería en Marte, pero sin la infraestructura de gas natural para cosecharlo.
Una diferencia entre un globo estándar y un "globo de vacío" es el estado de tensión de los materiales de la envoltura. Un globo estándar puede tener la totalidad de la envoltura en tensión. Un globo de vacío, esencialmente una gran cámara de vacío, está necesariamente comprimido, y los miembros de compresión pueden pandearse, cosa que no pueden hacer los miembros de tensión. La estructura para soportar las cargas de compresión es más pesada, por volumen contenido, que una que soporte cargas de tracción, por lo que se pierde parte de la ventaja de no tener gas contenido, lo cual no era tan significativo de todos modos.
Los dirigibles de hidrógeno se utilizan en la novela Red Mars de Kim Stanley Robinson. Es divertido verlo siendo considerado en la realidad.
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