La pregunta ¿Qué tan útil es colocar un asteroide en la órbita de la Luna? cita un artículo de noticias que dice que la administración Obama se opone a una misión de alunizaje debido al costo de tal misión:
La administración de Obama se opone a otro alunizaje, diciendo que tal misión sería demasiado costosa. En cambio, quiere concentrarse en capturar un asteroide y colocarlo en la órbita de la Luna para una futura exploración.
Pero poner un asteroide en órbita lunar e ir allí a visitarlo tampoco es precisamente barato (aunque la delta-v para llevar el asteroide a la órbita lunar no sea tan grande y todo salga a la perfección, aún queda la costo de llegar primero al asteroide en su órbita original y luego llegar a la órbita lunar para hacer algo con él). Enviar robots para realizar la exploración y posiblemente la extracción del asteroide casi seguramente reduciría el costo, pero ese mismo argumento también se aplica a una misión de alunizaje: la tecnología ha avanzado mucho desde la década de 1960, por lo que podemos hacer mucho con los robots. hoy que no podíamos hacer razonablemente o incluso en absoluto en aquel entonces. La diferencia de capacidad entre las primeras misiones de la sonda de aterrizaje planetario y las misiones recientes a Marte, por ejemplo, lo demuestra bien.
Todo esto me hizo preguntarme. Si asumimos por un segundo que nos gustaría ir a la Luna de alguna manera, entonces, aproximadamente, ¿cuánto más alto sería el costo monetario solo para aterrizar en la Luna y volver a la órbita lunar, en comparación con solo establecer un (razonablemente) órbita lunar estable?Probablemente sea seguro decir que agregaría un poco al costo de la misión, pero ¿cuánto? Ignoremos el asunto de la capacidad EVA humana; la gente tampoco va a caminar por la superficie de la luna desde una órbita lunar (aunque aterrizar personas en la Luna sin la capacidad humana de EVA parece un poco tonto, por decirlo suavemente; no hay mucho que pueda se puede hacer con el control remoto local de la Luna que no se puede hacer a través de un enlace Tierra-Luna, si solo tiene suficiente potencia y sensibilidad del receptor para un enlace descendente de buena calidad desde la Luna), y mucho se puede hacer sin enviar humanos tampoco a la órbita lunar o a la superficie lunar.
Una buena respuesta exploraría esto desde el ángulo de las misiones tripuladas y no tripuladas. Las cifras de orden de magnitud son lo suficientemente buenas.
1,87 km/seg Δv entre la órbita lunar baja y la superficie. Por lo tanto, necesita 3,74 km/seg más algo de reserva porque las quemaduras suicidas son para KSP, no para la vida real.
Hacer un viaje desde la órbita terrestre baja a la órbita lunar baja es de 4,04 km/seg Δv y creo que el regreso es de 1,40 km/seg Δv.
Por lo tanto, su Δv total es 5,44 para el viaje a la órbita lunar baja (y menos si va a una órbita más alta, no sé qué tan alto puede llegar y permanecer en órbita) frente a 9,18+ km/seg Δv para el aterrizaje . La tiranía de la ecuación del cohete dice que el último viaje es MUCHO más difícil.
Editar: FraserOfSmeg proporcionó un enlace que otorga $ 1.2M / kg a la superficie lunar. Hay un dato aún más interesante allí: la misma compañía está cobrando $ 198K / kg a la órbita lunar. (Editar: ya no enumeran el precio para orbitar, solo para la superficie). Por lo tanto, el costo de aterrizar desde la órbita aumenta el precio seis veces. Además, mirando las etapas de ascenso de los módulos de aterrizaje lunar Apolo, tenían más del 50% de combustible. Incluso si podemos reutilizar el motor de descenso, eso significa mucho más peso involucrado. Usando los números de Apolo combinados con los de Astrobotic, obtengo $ 2.2M/kg devuelto a la órbita lunar. Por tanto, el precio de una misión de aterrizaje/retorno es once veces superior al de una misión orbital.
Encontrar una buena ecuación para esto es casi imposible. El costo por kilogramo puede disminuir constantemente de 1 a 10 kg, pero luego aumentar a partir de entonces, ya que necesita un sistema modular/lanzador diferente para llevar la masa a la superficie (razonamiento especulativo).
Habiendo dicho todo esto, Astrobotic le da un costo por kilogramo a la superficie de la luna a $ 1.2 millones. Eso no es específicamente para una carga útil tripulada, pero la mayor parte de la diferencia de costos sería del lado del diseño/construcción (y el hecho de que necesita lanzar muchos kilos para una misión tripulada). Las estimaciones típicas del costo por kilogramo a LEO están en el rango de $ 10,000. En cuanto al costo en el ínterin de la órbita lunar pero sin aterrizar, me imagino que sería algo muy similar a la cantidad adicional de propulsor necesaria para llegar a la órbita. Si eso termina siendo 20 kilogramos de propulsor, entonces estás hablando de $ 200,000 adicionales.
No puede dar cifras exactas porque la masa de propelente requerida se basa en la masa seca del sistema.
Así es como sugeriría costar una misión como esta:
1) Calcular la masa requerida para operaciones en órbita alrededor de la luna
2) Agregue la masa requerida para las operaciones de superficie (si corresponde)
3) Agregar masa para reingreso a tierra (si corresponde)
4) Agregue masa propulsora para descender y aterrizar en la luna (si corresponde)
5) Agregue la masa propulsora para el despegue desde la luna y las maniobras en órbita que conducen al reingreso a la Tierra (si corresponde)
6) Agregar masa propulsora para la inserción en la órbita lunar
7) Agregar Calcular la masa requerida para el lanzamiento
8) Costo total de lanzamiento x $ 10,000 es costo de vuelo
9) Agregar costos de diseño\construcción\prueba
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