¿Dirigible dirigible en la Tierra, pero un planeador en Marte?

¿Se podría crear suficiente área de superficie con un dirigible para perder velocidad usando la atmósfera de Marte para tener un aterrizaje suave controlado para minimizar la necesidad de retrocohetes? La pista tendría que estar en su lugar. Mientras flota en la Tierra, tendría que comportarse como un planeador de alta velocidad en Marte.

El escudo térmico de abajo en la segunda imagen es un globo de alta tecnología fabricado por la NASA. ¿Podría agregarse a la nariz de una aeronave híbrida construida o inflada en trabajos espaciales para descender desde la órbita sin necesidad de un fuerte escudo térmico?

Con un lanzamiento estratosférico, ¿podría un dirigible como el de la primera imagen alcanzar velocidades orbitales como un cohete?

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https://www.newscientist.com/article/dn10288-inflatable-cushions-to-act-as-spacecraft-heat-shields/ ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

https://www.nasa.gov/centers/ames/orgs/exploration-tech/entry-systems-div/hiad.html

https://www.newscientist.com/article/dn10288-inflatable-cushions-to-act-as-spacecraft-heat-shields/

El dirigible no podía estar en órbita en primer lugar, porque la presión interna haría que se rompiera en el vacío del espacio.
La presión fuera del dirigible en el espacio sería ~0. Entonces estarías bajando una bolsa de aire gigante vacía. Si estuviera tratando de hacer esto en Marte, la presión allí es el 0,6% de la presión del aire de la Tierra, por lo que tratar de llenarlo más provocaría una ruptura. No puede hacer esto sin una carcasa rígida para proteger el dirigible de una ruptura. Y entonces no sería precisamente útil como dirigible.
Si su objetivo es crear una gran estructura en Marte, no entiendo por qué necesita pasar por el galimatías de tener un dirigible. El dirigible en sí no tiene ningún propósito útil, y establecer una estructura tan grande en Marte sería mucho más difícil que simplemente construirla allí en primer lugar.
¿Cómo piensas bajarlo?
Si no está destinado a tener una flotabilidad significativa, tal vez sería más fácil no llamarlo "dirigible".
@Antzi, ¿cómo debería llamarse?
@Muze No entendiste mi punto, me temo. ¿Cómo, sin disparos constantes de cohetes, pretende bajar ese dirigible de la órbita geosincrónica al suelo? Sin alguna estructura de soporte (como un ascensor espacial) no permanecerías "geosincrónico" a medida que el dirigible desciende.
Ha agregado mucho material a la pregunta que hace que sea más difícil de responder. Esta es ahora una propuesta completa de sistema de transporte y hábitat, pero no tiene claro gran parte de la física detrás de esto. Para aprender de este sitio, debe hacer preguntas específicas y considerar bien la respuesta antes de hacer preguntas relacionadas.
Necesitas reducir la velocidad. Está tratando de diseñar sistemas completos antes de aprender la ciencia y las matemáticas detrás de todo esto. Eso es realmente lo que necesitas aceptar. Tus visiones imaginativas no llegarán a nada a menos que aprendas la ciencia para hacerlas realistas. Es difícil pero vale la pena. El sistema lo ha frenado porque ese es el ajuste que necesita hacer y está tratando de que lo haga; es por eso que no puede hacer nuevas preguntas en este momento. Eso sucede automáticamente cuando obtienes suficientes votos negativos.
Esos votos se deben a que las preguntas no muestran investigación, tienden a ser muy amplias y también poco claras porque a menudo no sabes lo suficiente sobre la ciencia involucrada para expresarte con claridad. Puede ser difícil para ti ser metódico al respecto cuando tu cabeza sigue llenándose de ideas, pero eso es lo que realmente te ayudaría aquí. Pregunte sobre la pieza más pequeña que pueda identificar como una pregunta en lugar de ampliar las cosas. Realmente trate de verificar las cosas por su cuenta primero, aprenda dónde y cómo hacerlo. Entonces dale tiempo. Diseñar sistemas requiere muchos años de entrenamiento y no hay atajos.
Eso no es un dirigible en la primera imagen, es el concepto Reaction Engines A2 para el proyecto LAPCAT.

Respuestas (1)

Desafortunadamente, mi respuesta no contendrá el "sí" o el "no" cruciales, por la sencilla razón de que uno depende de parámetros finos y probablemente requiera un buen estudio de la NASA para una respuesta real. Pero la respuesta que puedo dar sin eso actualmente es "Muy probablemente".

1) cuestión de sostener el dirigible en el vacío. Ese es un "sí" fácil. Si el diferencial de presión nominal de la envolvente del dirigible es de 500 Pa, ínflelo a 200 Pa y permanecerá inflado en el vacío. Cualquier riesgo de explosión puede ser manejado a través de una válvula de seguridad pasiva muda. Y la presión se puede proporcionar desde un tanque de gas presurizado. Permítanme decir que si su presión objetivo es de 0.006 bar, entonces un pequeño tanque de presión inflado a (bastante estándar) 100 bar puede llenar un volumen enorme. No importa almacenar combustible líquido o incluso sólido y desviar los productos de combustión enfriados hacia la envoltura.

2) Bajarlo a la atmósfera. Este es uno en el que puedo encogerme de hombros con impotencia y decir "tal vez". Sabemos que los objetos lo suficientemente ligeros (relación de superficie a masa lo suficientemente alta) pueden volver a entrar desde LEO a la atmósfera sin quemarse. ¿Qué tan ligero? ¿Qué proporción? ¿Dónde dibujar el borde? El perfil de reentrada probablemente implicaría la inserción en una órbita relativamente alta, donde el dirigible perdería la mayor parte de su velocidad orbital debido a la resistencia atmosférica, incluso antes de caer por debajo de la altitud de la órbita baja, y mantener la flotabilidad, reducir la velocidad de descenso hasta tal punto, que la elevación del arieteel calentamiento sería lo suficientemente bajo debido a que el medio es lo suficientemente escaso como para que el sobre no se queme. Este es el punto crucial: tener la resistencia lo suficientemente alta a altitudes lo suficientemente altas como para que la compresión adiabática del medio no pueda dañar la envoltura antes de que disminuya la velocidad hasta la velocidad terminal. Y este es un cálculo para un buen artículo de científicos profesionales, no para una publicación en un sitio de preguntas y respuestas.

3) Descenso atmosférico. Absolutamente factible; calentar el contenido de la envoltura regularía la flotabilidad, lo que permitiría ajustar la velocidad de descenso y permitir un aterrizaje suave.

¿Se podría usar un dirigible así en Marte? Posiblemente así; aunque no es realmente útil como aeronave (con aire tan delgado, el ascensor sería patético y el tamaño requerido lo convertiría en víctima de vientos extremadamente rápidos), pero el sobre podría reutilizarse como una capa de caparazón de una cúpula de colonia, no una presión completa de 1 bar pero parcial para permitir que las capas internas tengan un delta de presión más bajo hasta que la más interna proporcione la presión total. Además, debido a la necesidad de mantener todo muy ligero (para el freno de aire), casi no habría carga útil: la envolvente en sí sería la carga útil real, con solo una cantidad mínima de sistemas activos para guiar el descenso.

Pero, siempre que podamos hacer un dirigible lo suficientemente liviano y duradero para soportar el aerofrenado, este sería un método muy viable de entrega del material de construcción del domo, probablemente mucho más robusto que los módulos de aterrizaje motorizados con material desinflado.

... aunque no entiendo por qué querrías ponerlo en la órbita síncrona de Marte. Un "giro" completamente inútil.
# 2 estás asumiendo terriblemente mal. No hay absolutamente ningún beneficio de la inserción orbital en la órbita geosíncrona. Está perdiendo la oportunidad tanto para el freno de aire como para los beneficios del efecto Oberth de una inserción en órbita baja; desperdicias mucho combustible para una circularización completamente innecesaria, y aún más para desorbitar la nave desde allí. En serio, juegue algún programa espacial Kerbal para obtener la intuición básica de cómo funciona todo junto. La órbita síncrona es un lugar realmente horrible en cuclillas en el medio entre cualquier altitud útil.
Si el dirigible fuera a ralentizar su descenso como en la Tierra al 1% de la densidad del aire, tendría que ser lo suficientemente grande y ligero para que un viento de 100 mph lo afectara como un viento de 100 mph afecta a un dirigible en la Tierra. Mismas propiedades, mismas dependencias. Si lo hace lo suficientemente denso para ser inmune al viento marciano, lo está haciendo lo suficientemente denso como para quemarse al volver a entrar o, en el mejor de los casos, estrellarse contra la superficie a una velocidad muy alta.
@Muze: y #3: está la cuestión de la integridad estructural y el costo de enviarlo al espacio y la órbita de Marte. Hágalo demasiado delgado en relación con su tamaño y será desgarrado por las fuerzas aerodinámicas. Hágalo lo suficientemente grueso y grande y pesará cientos de toneladas y no habrá un cohete para llevarlo a Marte.
En primer lugar, reducir la velocidad a tal velocidad orbital que tenga una velocidad terrestre de cero en el momento del aterrizaje definitivamente lo arruinaría en el reingreso; la densidad del aire crece con el exponente de la altitud; su velocidad en el momento en que comienza a frenar con aire sería demasiado alta para perderla antes de que la densidad crezca lo suficiente como para quemarla. Y sería muy ineficiente intentarlo desde la órbita síncrona de todos modos.
Póngalo en órbita de Pe de unos 200 km. Seguirá perdiendo velocidad orbital con cada paso de Pe hasta que se circularice; luego continuará perdiendo velocidad y altitud; con suerte, perderá velocidad lo suficientemente rápido y altitud lo suficientemente lento para cuando esté a punto de ingresar a capas más gruesas, ya está por debajo de la velocidad suficiente para quemarlo.
He respondido algunos comentarios en mi pregunta.
@SF. El límite de esta idea de perder lentamente la velocidad orbital en cada paso es que debe haber una órbita cuando tenga suficiente velocidad para dar la vuelta al planeta nuevamente (~ km/s) y luego otra cuando no la tenga. En ese punto, llegará a la superficie dentro de media órbita, lo que le da alrededor de 45 minutos para disipar toda esa energía en el mejor de los casos, y en realidad mucho menos tiempo debido al rápido aumento de la densidad.
@djr: Eso supone una nave espacial clásica y densa. Con una velocidad de órbita baja de Marte de 3361 m/s, a un promedio de 100 gramos por m ^ 2 de superficie, 1 m ^ 2 disipará 546 kJ de energía durante estos 45 minutos. Eso es un promedio de alrededor de 200W/m^2. La nave debe soportar la irradiación solar LEO de aproximadamente 1400 W/m^2. Y tiene un gran volumen de refrigerante convectivo (gas flotante) en su interior para lidiar con el exceso de calor.
@SF. Mi comentario fue sobre la dinámica orbital y no hace ninguna suposición sobre la nave espacial. Incluso una "nave espacial tipo dinastato" tiene que reducir la velocidad desde velocidades orbitales hasta casi detenerse en cuestión de minutos. Es posible que disipar la energía sea un desafío menor para esta forma, pero como notó antes, mantener esa forma y no convertirse en confeti será un problema a velocidades hipersónicas.
@djr: Cuestión de cuántos minutos. El apagón de plasma típico dura como máximo 2-3 minutos y la energía disipada se convierte en megavatios. Esta forma hace que la resistencia atmosférica importe mucho antes, a altitudes mucho más altas y densidades más bajas; distribuyendo la disipación de energía durante mucho más tiempo y con una densidad de aire mucho más baja, a diferencia de la cápsula de reentrada que depende del ablator y el tiempo corto para no permitir el calor dentro, esta prolonga el descenso a propósito. Sin embargo, no tendría ninguna posibilidad en la Tierra, pero 3,3 km/s no son 8 km/s y con el v 2 en energía cinética esto hace un mundo de diferencia.
@SF. Tienes razón: el pico de calor importa para quemar, y eso podría ser muy diferente para este tipo de cuerpo. Lo que objeté fue algo que leí en tu comentario que en realidad no estaba allí: dijiste "esperemos que pierda velocidad lo suficientemente rápido y altitud lo suficientemente lento para cuando esté a punto de ingresar a capas más gruesas, ya está por debajo de la velocidad suficiente para quemarlo " e interpreté esto en el sentido de "perder velocidad lo suficientemente lento como para que pueda ingresar de manera segura". Estaba señalando que esto no es perder 1 m/s en cada órbita durante meses (como en aerocaptura), todo sucede en minutos.
Supongo que sabes todo eso, el punto estaba realmente dirigido a @Muze, quien posiblemente no lo sepa.
¿Dirigible dirigible en la Tierra, pero un planeador en Marte?
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