Tanto Mars One como la NASA han sugerido enviar naves de suministro no tripuladas a Marte como parte de una misión o colonización tripulada. Estas cargas útiles pueden tomar todo el tiempo que deseen, sin estar limitadas por los límites de tiempo de exposición a la radiación humana. En cambio, lo que desea minimizar es el total necesario para llegar a Marte.
Puedo pensar en dos posibilidades que ya se han utilizado:
1) quemaduras múltiples al estilo MOM en el perigeo, que culminan en una inyección transmarciana.
2) Tirachinas lunares , quizás en múltiplos.
Es posible que estos dos enfoques se puedan combinar. También podría haber otras posibilidades, como comenzar con una transferencia de baja energía a EML-2, que aparentemente es la más baja . destino en el espacio local .
¿Cómo minimizas llegar a Marte?
EDITAR: como señala Mark Adler, es muy posible que sea más eficiente usar propulsión eléctrica, lo que requeriría una mayor pero daría como resultado una masa de lanzamiento más baja. Sin embargo, para evitar que esta pregunta sea demasiado amplia, supongamos que está utilizando un motor de alto empuje. Tal vez más tarde descubra cómo formular correctamente la pregunta subyacente: "¿Cuál es la forma más económica de enviar 1000 kg a Marte?"
¿Cómo minimizas Δv para llegar a Marte?
La respuesta es simple: espere hasta 2018 o 2035. Esos son los mínimos locales en el Δv necesario para llegar a Marte. El mínimo requerido Δv varía en gran medida. Hay un mínimo local aproximadamente cada dos años en el que las transferencias a Marte se vuelven factibles, pero incluso esta cantidad varía considerablemente. Hay una variación de ~15 años además de este ciclo de ~2 años.
Llegar a Marte puede costar mucho si eres extremadamente persistente en cuanto a llegar a Marte ahora mismo. El Δv disminuye drásticamente si está dispuesto a esperar un par de años. El Δv cae por otro factor de dos además de esa disminución ya drástica si está dispuesto a esperar un par de décadas.
No creo que esa sea realmente la pregunta que quieres hacer. Las trayectorias de energía más baja son las que sugieres, que logran la mayor parte de la energía para llegar a Marte con quemaduras impulsivas cortas muy cerca de la Tierra. Eso requiere sistemas de propulsión térmica nuclear o química que pueden gastar gran parte del propulsor en muy poco tiempo.
Lo que desea para la carga de Marte son trayectorias de bajo empuje que le permitan utilizar sistemas de propulsión eléctrica mucho más eficientes. Esos consumen más energía y en general que aquellos que pueden usar el efecto Oberth, pero a pesar de eso requieren una masa de lanzamiento más baja debido a la muy alta .
Según este reciente artículo de Scientific American , existe una forma más económica de llegar a Marte que la tradicional transferencia Hohmann . El diseño de la misión se basa en una captura balística para eliminar la quema de inserción orbital de Marte.
La premisa de una captura balística: en lugar de apuntar a la ubicación en la que Marte estará en su órbita donde la nave espacial se encontrará con él, como se hace convencionalmente con las transferencias de Hohmann, una nave espacial se lanza casualmente a una órbita similar a la de Marte para que vuele adelante. del planeta Aunque los costos de lanzamiento y crucero siguen siendo los mismos, se elimina la gran necesidad de reducir la velocidad y dar en el blanco marciano, como en el escenario de Hohmann. Para la captura balística, la nave espacial navega un poco más lento que el propio Marte mientras el planeta recorre su vuelta orbital alrededor del sol. Marte finalmente se acerca sigilosamente a la nave espacial, enganchándola gravitacionalmente en una órbita planetaria.
Estructura de las transferencias de captura balística a Marte.
Como esto agrega al menos varios meses al tiempo total de viaje, probablemente no sea la mejor apuesta para misiones tripuladas, pero para posicionar previamente sus 100 toneladas métricas de agua y equipos de construcción en la órbita de Marte, debería funcionar bien.
Tengo un par de advertencias sobre el artículo de Scientific American. El autor dice que "captura balística" es sinónimo de "transferencia de baja energía", mientras que AFAIK la primera es simplemente un subconjunto de la última. Además, parece implicar que este enfoque elimina por completo la ventana de lanzamiento de varios días cada dos años, pero el documento en realidad solo establece que la ventana de lanzamiento es más flexible.
El artículo subyacente es Edward Belbruno & Francesco Topputo, Earth-Mars Transfers with Ballistic Capture (2014)
Lectura adicional:
Walter Hohmann, The Attainability of Heavenly Bodies (Washington: NASA Technical Translation F-44, 1960) Koon, Lo, Marsden & Ross, Dynamical Systems, the Three-Body Problem and Space Mission Design (2006)
Además de las posibilidades descritas en su publicación, también puede aprovechar el hecho de que (gran simplificación más adelante) las órbitas alrededor de los puntos de Lagrange son posibles, pero muy inestables, lo que le permite "elegir la inestabilidad que desea" y dejar el punto de Lagrange en casi cualquier dirección, sin necesidad de mucho combustible. La desventaja es que esas trayectorias pueden tomar mucho tiempo. Consulte wiki: Red de transporte interplanetario y transferencia de baja energía para obtener más detalles.
Kuldeep Barad
Jerard Pucket
Kuldeep Barad