¡Tanques de combustible voladores! ¿Qué nave espacial del espacio profundo tenía la mayor fracción de masa de combustible?

Deborah Netburn de Los Angeles Times acaba de escribir una retrospectiva realmente agradable; 'OK. ¡Vamos a hacerlo!' Una historia oral de cómo nació la misión Cassini de la NASA a Saturno con muchas fotos y citas de los colaboradores de la nave espacial.

¡Algunas de las imágenes realmente me sorprendieron! Todos ven una nave espacial de manera diferente, pero desde una perspectiva de tamaño, Cassini es dos grandes cosas; un tanque de combustible gigante para ir lejos de casa y un plato gigante para mantenerse en contacto con casa y posiblemente para proteger la nave espacial de los impactos directos de las partículas del anillo durante las maniobras más atrevidas.

Esto me hizo buscar las masas húmedas y secas de Cassini. En la página de Wikipedia de Cassini-Huygens , veo una masa de lanzamiento de 5712 kg y una masa seca de 2523 kg. No estoy seguro de si ambos incluyen el módulo de aterrizaje Huygens o no.

Si solo uso esos dos números, obtengo aproximadamente el 56% de la masa como combustible, pero no estoy seguro de si este es el uso correcto de los números debido a cómo influye Huygens, así que pensé en plantearle la pregunta al expertos, y dejar que usted decida cómo manejar las matemáticas:

Pregunta: ¿Qué nave espacial del espacio profundo tenía la mayor fracción de masa de combustible?

Casini 1

arriba: "Ingenieros y técnicos del JPL trabajan para completar el montaje de apilamiento de la nave espacial Cassini en 1996". Desde aquí _ Ken Lubas / Los Angeles Times

Casini 4

arriba: "Partes de la nave espacial Cassini se ensamblan en el JPL en 1996". Recortado, desde aquí . Iris Schneider / Los Ángeles Times

Casini 2

arriba: "Un diagrama de la nave espacial Cassini y la sonda Huygens". Desde aquí _ Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. ¡Abre en una nueva ventana a tamaño completo para que puedas ver los detalles y leer las descripciones!

¿Espacio profundo significa más allá de la luna? Entonces, ¿Pioneros, Voyagers y cualquiera de las misiones interplanetarias?
@RussellBorogove sí, eso es exactamente lo que quise decir.
Creo que la cifra de masa seca no incluye a Huygens (319 kg), pero no puedo asegurarlo. Por ejemplo, para obtener la capacidad ∆v total de la ecuación de Tsiolkovsky, debe ejecutar los números dos veces, una vez con la masa de Huygens y el gasto de combustible previo al despliegue, una vez sin Huygens y el resto del combustible.
@RussellBorogove suena como un proyecto bastante divertido. Necesitaría una tabulación bastante completa y precisa de las maniobras de propulsión que distinguiera entre motor principal y propulsor, por suerte estoy trabajando en eso.
De la página de wikipedia sobre Cassini-Huygens: Cassini tenía una masa seca de 2150 kg, Huygens pesa 350 kg y había 3132 kg de propulsor. La masa total de lanzamiento, incluido el adaptador de carga útil, fue de 5600 kg, que no suma, por lo que probablemente alguien se tomó la libertad de redondear algunos números.

Respuestas (1)

No estoy preparado para una encuesta completa y exhaustiva de todos los posibles concursantes, por lo que me he centrado en orbitadores relativamente recientes. Encontré algunos que vencieron a Cassini. Las cifras que he encontrado hasta ahora son ocasionalmente un poco contradictorias o ardillas: las masas se redondean de manera diferente aquí y allá, algunas fuentes brindan el tanque de diseño mientras que otras brindan la cantidad real de propulsor volado, por ejemplo, o incluyen presurizante u otros consumibles masa en masa propulsora, por lo que cualquiera de estos puede estar desviado en un par de por ciento.

Supuse que el ganador sería un orbitador de Júpiter o Saturno, ya que tienen el mayor requisito de ∆v para la inserción orbital, pero varios orbitadores de Venus y Marte parecen vencer a Cassini.

El orbitador Venus Magellan es el líder con un cabello por debajo del 70%: 2414 kg de propulsor en una masa total de lanzamiento de 3449 kg.

MAVEN encabeza la lista de orbitadores de Marte con un 66 %. Necesitará gastar algo de combustible para lograr varias "inmersiones profundas" en la atmósfera marciana superior, y la intención es que se mueva a una órbita circular alta para servir como un relé de comunicaciones una vez que se complete su misión científica.

Mangalyaan/MOM tuvo que hacer su propia quema de inyección trans-Mars (!), por lo que requirió una fracción de propulsor del 63%, con 852 kg de propulsor en 1337 kg de masa de lanzamiento.

ExoMars es 63% sin Schiaparelli o 54% con el módulo de aterrizaje incluido.

Juno parece empatar con Cassini en un 56 % (2032 kg de propulsores, 3625 kg de masa de lanzamiento).

Extrañamente, solo puedo encontrar la masa propulsora + presurizante combinada para MESSENGER , poniéndola en algo menos del 54%.

Mars Reconnaissance Orbiter le sigue de cerca con un 52%.

Mars Odyssey es alrededor del 46%.

Venus Express es alrededor del 44%.

Galileo es alrededor del 41%; como Cassini-Huygens, es complicado por ser una configuración de orbitador más sonda.

Marte Express , 40%.

Aktsuki , 38%.

Topógrafo global de Marte , 34%.

A pesar de que el sistema de propulsión de iones de Dawn logra entre 6 y 10 veces el impulso específico de los propulsores bipropulsores almacenables, todavía tiene una respetable fracción de masa del 35%.

New Horizons solo necesitaba hacer pequeñas correcciones de rumbo, sin inserciones en órbita, por lo que solo transportaba el 16% de su masa en combustible.

Esto es sorprendente y absolutamente contrario a lo que esperaba inicialmente, pero en retrospectiva tiene sentido. Había pensado que cuanto más lejos esté la nave, mayor será la fracción de combustible. Pero, por supuesto, generalmente son las asistencias gravitatorias (y el tiempo) las que se usan para la distancia, y el combustible se usa para la captura y las maniobras orbitales posteriores. Esto coloca a MAVEN y MOM en la parte superior y New Horizons en la parte inferior de esta compilación, a pesar de que New Horizons está aproximadamente 30 veces más lejos del sol.
También me sorprende, habría pensado que la captura en Júpiter era la misión más cara.
No es tanto la asistencia de la gravedad como la etapa superior del lanzador (a menudo un Centaur o Fregat) lo que te lleva a tu objetivo. Todavía me sorprende mucho que los orbitadores Marte/Venus consuman tanto combustible.
¿Qué pasa con Polyus , el satélite anti-anti-ICBM militar soviético que se lanzó en Energia en 1987? Tenía una masa de lanzamiento de 80 toneladas y debe haber sido la nave espacial más masiva que jamás haya orbitado la Tierra, en un solo lanzamiento. Supongo que la mayor parte era combustible para maniobrar.
@RussellBorogove Debería ser un satélite anti-ICBM-satélite, para ser claros. Y el @ para ti Russell.
@LocalFluff OP pidió una nave espacial profunda; Polyus no califica. Tampoco puedo encontrar especificaciones de masa detalladas para él, pero me sorprendería si tuviera una relación de masa propulsora de más del 25%.
@LocalFluff: Polyus tuvo que hacer su propia quema de circulación, lo que no pudo hacer, lo que resultó en un reingreso antes de completar una órbita.
Obtengo un 39% para Dawn usando números de Dawn :
1 , 217.7 − 747.1 1 , 217.7 = 0.386
Supongo que no se trata tanto de cuánto propulsor necesita una sonda, sino más bien de cuánto propulsor puede tomar una sonda, dadas las capacidades del vehículo de lanzamiento y la trayectoria elegida. Al menos para Cassini, el final de la misión estuvo dictado por las reservas de combustible disponibles, y supongo que eso también es válido para muchos otros orbitadores.
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