Questão:
Consumo de energia para viajar para a Lua vs. Marte
herzbube
2013-07-22 00:35:23 UTC
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Acabei de ler o "Prelude to Space" de Clarke. No capítulo XXVII, o personagem Taine dá uma palestra onde afirma

Parece paradoxal, mas é mais fácil fazer a jornada de 64 milhões de quilômetros de uma base lunar até Marte do que cruzar o quarto de milhão de milhas entre a Terra e a Lua. É claro que leva muito mais tempo, mas [...] não consome mais combustível.

Minha pergunta é: essa afirmação ainda pode ser considerada verdadeira, olhando pela perspectiva de hoje avanços da ciência? Em "Prelúdio", quando Clarke fala em "combustível", ele se refere a foguetes movidos a fissão nuclear. Já que essa tecnologia não aconteceu, a afirmação possivelmente deveria ser abstraída para "mas não requer mais energia ". Ao responder à pergunta, uma base lunar teórica deve ser levada em consideração.

Se você está falando sobre aterrissagem: Marte tem uma atmosfera que é uma fonte barata de delta-V. No entanto, isso só importa na comparação de um quilograma para quilograma: se você tiver que manter [picolés de carne] (https://www.youtube.com/watch?v=8Dd_qiuWxPs) vivos, mais quilogramas serão necessários conforme você avança.
Quatro respostas:
#1
+12
PearsonArtPhoto
2013-07-22 01:01:22 UTC
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Os requisitos para isso podem ser encontrados na Wikipedia e aqui está o orçamento geral. Eles são medidos em termos de Delta-V, que é a única coisa que realmente importa.

Vamos considerar um de cada vez. O requisito total para pousar em Marte vindo da Lua é a soma da velocidade de escape lunar e da Órbita de Inserção de Marte. Isso é 2,8 + 0,6 km / s, ou 3,4 km / s. O combustível necessário para atingir o LEO da lua é 2,74 km / s. Portanto, é necessário mais combustível para chegar a Marte do que para ir da lua à Terra.

No entanto, se você usar uma abordagem de empuxo contínuo, os números são um pouco diferentes e, de fato, favorecem a viagem a Marte em vez da viagem à Terra da Lua. Provavelmente é a isso que Clarke se referia.

Clarke também pode estar falando sobre a viagem Terra-Lua (que tem um delta-V maior do que a Lua-Marte). Ou seja, ele poderia estar dizendo "uma vez que você vai da Terra à Lua, você está quase no caminho para Marte", não "quando você está na Lua, é mais fácil chegar a Marte do que a Terra "
Acho que a questão não era "Lua para Marte vs. Lua para a Terra", mas "Lua para Marte vs. Terra para Lua". Como a viagem da Terra à Lua já foi concluída, faz sentido comparar a viagem de Marte a ela.
@vsz e Micah: Sim, você está certo, é da Terra para a Lua, não da Lua para a Terra. No entanto, gosto desta resposta porque contém alguns fatos concretos e fornece um link para a Wikipedia, onde posso tentar entender mais coisas por conta própria (embora provavelmente irei falhar).
#2
+7
craig
2013-07-23 03:45:06 UTC
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Existem alguns outros parâmetros a serem considerados. Lançar fora do poço gravitacional da Terra é um desafio. Um foguete Saturn 5 de 6,2 milhões de libras (2.800 toneladas) poderia colocar 260.000 libras (120 toneladas) em órbita baixa da Terra (4% da massa inicial em órbita). O lançamento da lua pode colocar mais carga útil na órbita lunar com a mesma massa de propelente. O módulo lunar pesava 10.300 libras (4700 kg) incluindo 5200 libras (2.400 kg) de combustível e poderia atingir a órbita lunar com essa pequena massa de combustível (~ 50% da massa inicial em órbita, embora com diferentes combustíveis / eficiências).

Uma vez em órbita, como a massa da Lua é menor, sua velocidade de escape é menor do que a da Terra e também sua velocidade de transferência de órbita de Marte. Além disso, você pode fatorar o delta-V que obtém da órbita da lua ao redor da Terra, que é 1 km / s na direção de um viajante de Marte em um determinado momento durante o mês.

Então do solo ao solo (da superfície da Terra à superfície da Lua vs. superfície da Lua à superfície de Marte), não é nenhuma surpresa que a Lua a Marte exigiria menos propelente, especialmente considerando que você poderia aerofrake para desacelerar a nave em Marte. No entanto, demoraria muito mais. Isso também presume que você pode fabricar um foguete na lua. Se você tiver que trazer o foguete e seu combustível da Terra, não há nenhum ponto, exceto que você pode ser capaz de passar pela lua após um lançamento na Terra, usando sua velocidade orbital para aumentar a velocidade de sua nave conforme ela se aproxima e passa, mas porque o A massa da lua é baixa, você não consegue muito efeito.

Da perspectiva de Clarke, era verdade naquela época e é verdade agora. As técnicas de propulsão não alteram o delta-V, apenas o tempo em que o delta-V é aplicado (assumindo que não há propulsão sem massa) e a forma da órbita de transferência.

#3
+4
szulat
2015-05-12 21:05:10 UTC
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Às vezes, uma imagem, especialmente aquela desenhada por Randall, vale mais que mil palavras :)

https://xkcd.com/681/ (xkcd classic "Gravity Wells ")

Citando o criador:

Este gráfico mostra a" profundidade "de vários poços de gravidade do sistema solar. Cada poço é dimensionado de forma que sair de um poço físico dessa profundidade - em gravidade constante da superfície da terra - levaria a mesma energia que escapar da gravidade desse planeta na realidade

fragment of "Gravity Wells" by Randall Munroe, under CC-BY-NC

E sim, não responde à pergunta, mas talvez ajude a visualizar um dos conceitos necessários para entender o que está acontecendo. Talvez eu devesse ter adicionado como um comentário ...?

Se você expandiu isso e disse que o tamanho da gravidade é o que importa e como as duas viagens se comparam, você tem uma resposta completa. Eu concordo que a ilustração é útil.
Um ponto que não percebi ser abordado é a equação do foguete. Ou seja, ao escapar de um poço de gravidade, você precisa aumentar não apenas sua carga útil final, mas todo o combustível necessário para obter a carga útil e o combustível para escapar da velocidade. Da lua, você poderia concebivelmente evitar muito ou tudo isso lançando com um impulsionador / catapulta em massa.
Um gráfico interessante, mas para fins de órbitas de transferência, não é preciso / enganoso.
Heinlein apresenta a catapulta em "The Moon is a Harsh Mistress".
#4
+2
Jersey
2013-07-22 20:16:20 UTC
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Presumo que grande parte desta equação tem a ver com a força e o material necessários para atingir a velocidade de escape. A gravidade da Terra é muito maior, para não mencionar a pressão do ar (e uma atmosfera) que qualquer nave espacial deve passar. Se bem me lembro, um ônibus espacial tem que decolar a algo como 5km / s ^ 2 para alcançar o ponto 5 de Lagrange. Enquanto a distância é muito maior (a Lua está a cerca de um quarto de milhão de milhas de distância, enquanto Marte está a pouco. 5 UA's) você poderia teoricamente usar todo o combustível necessário para deixar a Terra para a viagem da Lua a Marte por meio de aceleração / desaceleração constante, ou mesmo usar a Lua para um estilingue (usando a gravidade de um corpo celeste bem para alcançar velocidades via matemática complicada, proporções, ângulos e um piloto muito corajoso). Matematicamente, é provavelmente mais fácil em números, mas não tanto no consumo de combustível e nos suprimentos usados; o tempo de viagem exigiria uma grande quantidade de suprimentos, sem falar de combustível para deixar Marte e a viagem de volta para casa. Eu sei que o foguete vermelho realmente enorme e os impulsionadores estão lá apenas para alcançar a velosidade limitada ao espaço, então isso faz você se perguntar como eles se sairiam bem no espaço.

Talvez devêssemos obter drives de dobra a la Farscape.



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