¿Por qué viajar muy lejos es un problema de combustible en los viajes espaciales, dado que en el espacio una vez que alcanzaste la velocidad deseada, puedes apagar todos los motores y mantener la velocidad conservando el impulso?

Algunas razones:

1. Para alcanzar velocidades que lo llevarán a través de distancias tan grandes en un tiempo razonable, aún necesita mucho combustible.
2. Cuando llegue a su destino, debe poder reducir la velocidad lo suficiente como para entrar en órbita a su alrededor o aterrizar en él. Es probable que esto requiera al menos la cantidad de combustible que solía acelerar … y al recorrer largas distancias, es posible que no pueda predecir exactamente cuánto necesitará, lo que requiere que deje un margen de error.
3. Si desea regresar, deberá duplicar sus necesidades de combustible nuevamente.
4. Y, por último, también necesitará algo de combustible en caso de que se necesiten maniobras de corrección de rumbo.

En general, sin embargo, el combustible es menos el problema que la masa de reacción . Es por eso que muchas personas tienen la esperanza de que alguna forma de impulso sin reacción sea posible.

En comparación con simplemente quedarse en la Tierra, la cantidad de movimiento adicional que puede lograr (como tal) es bastante pequeña. Puede pensar en el combustible como utilizado para viajar de forma independiente (“escape”).

Esto significa escapar del pozo gravitacional relevante.

Primero, escapar de la Tierra: la velocidad equivalente es de 11 km / seg. Hecho con cohetes de fuerza bruta pura
A continuación, escape del sistema solar: la velocidad equivalente en la superficie de la Tierra es de 32 km / seg. Esto puede (solo) ser factible usando cohetes de fuerza bruta, pero la eslinga gravitacional que usa el movimiento de otros planetas es mucho menos costosa, y esta es la única forma en que se ha hecho.
La próxima apuesta por la libertad sería dramáticamente más dura: escapar de nuestra galaxia local requeriría 500 km / s. Inconcebible en la actualidad, y no es realmente significativo si consideramos que, incluso a la velocidad de la luz , tomaría más tiempo de lo que la humanidad ha existido para considerarse verdaderamente fuera de su esfera de influencia.
Ahora ya somos verdaderamente hipotéticos; aunque realmente no lo sabemos en detalle, las cosas parecen volverse energéticamente “más fáciles” nuevamente a medida que la escala se hace más grande. Escapar del grupo local solo tomaría entre 100 km / sy 350 km / s de velocidad residual. Más allá de este punto, se cree que un empuje relativamente pequeño (50 km / s residual) podría dejar su embarcación suelta y elegante,

No mantienes la velocidad mediante la conservación del impulso, porque la nave espacial no es un sistema cerrado: interactúas gravitacionalmente con el Sol y otros cuerpos. (El impulso total de la nave y el Sol todavía se conserva, pero esa es otra historia)

Esta interacción dobla su trayectoria, por lo que viaja con aceleración (tangencial) por trayectorias elípticas o hiperbólicas. Básicamente significa que el barco tiende a caer sobre el Sol y se ralentiza mientras viaja hacia el exterior.

El combustible es importante porque su velocidad determina su órbita (trayectoria), para obtener la trayectoria necesaria necesita obtener el vector de velocidad cerca de la Tierra (dirección y magnitud), y eso requiere mucho combustible.

Tenga en cuenta que, de forma predeterminada, viaja con la velocidad de la Tierra a 30 km / s alrededor del Sol. Ayuda con las trayectorias externas, pero hace que llegar a Venus o Mercurio sea igual de difícil: ¡no es fácil caer al sol! También significa que todas las trayectorias interplanetarias prácticas están en la misma dirección que viaja la Tierra.

Básicamente, es un problema de combustible porque todo se gasta solo para obtener la velocidad deseada.

Otro problema es el tiempo de viaje. Para el vuelo no tripulado a Marte usamos la velocidad más baja posible, ya que requiere la menor cantidad de combustible posible.

Para los planetas exteriores generalmente usamos más combustible del estrictamente necesario porque la trayectoria con la velocidad mínima es demasiado lenta. Y necesitamos llevar algo de combustible para reducir la velocidad a la llegada, por lo que es un compromiso complejo entre el costo del barco, el tamaño de la parte de aceleración, el tamaño de la parte de desaceleración y el tiempo de viaje.

Tenga en cuenta que un ejemplo común de una trayectoria de velocidad mínima se llama trayectoria de transferencia de Hohmann, pero no es la trayectoria mínima: para muchos cuerpos existen trayectorias aún más lentas, ver Red de transporte interplanetario – Wikipedia

Tienes toda la razón, siempre y cuando la velocidad deseada no sea muy grande, lo que significa que tienes muchísimo tiempo para un viaje muy largo. Sin embargo, si desea llegar lo antes posible, querrá seguir acelerando hasta la mitad y luego desacelerar para llegar al descanso, para aprovechar la reducción relativista de la distancia (ver Viaje relativista) y eso tomará MUCHO combustible, incluso si usaste el cohete perfecto (aniquilación de positrones y electrones en fotones disparando solo desde la parte trasera de la nave).

La única forma remotamente posible de lograrlo sería con un ramjet Bussard , que utiliza el medio interestelar como combustible. Y eso probablemente no funcione.

El problema es llegar a esa velocidad requerida, también conocida como delta-v. Saber cuál es ese requisito y saber exactamente cuándo y en qué dirección aplicar ese combustible es un problema extremadamente complejo que muchas veces requiere correcciones a mitad de camino debido a nuestra incapacidad para conocer con precisión todos los factores que influyen en el curso a nuestro destino seleccionado. Luego está la cuestión del tiempo. ¿Cuándo quieres llegar allí? Los cursos trazados a través de puntos LaGrange / libration son muchas veces los más eficientes en combustible pero rara vez los más rápidos. Con más combustible, llegarás más rápido. Por supuesto, si desea aterrizar en un cuerpo con una masa significativa y posiblemente atmósfera, se requiere aún más combustible.

Su uso de la palabra “viajar” me hace pensar que este es un viaje personal a un destino específico. Es posible que no comprenda cuánto combustible se necesita para escapar del pozo de gravedad de un planeta, y cuánto combustible se necesita para desacelerar para evitar el aterrizaje forzoso en su destino. E incluso Marte está bastante lejos la mayor parte del tiempo. Una nave espacial capaz de transportar con seguridad a una persona solo a Marte sería bastante pesada y, por lo tanto, requeriría aún más combustible que una sonda robótica. Y todo esto no permite el combustible extra para el viaje de regreso, lo que aumentaría exponencialmente el combustible que necesitarías para llevar en la pierna exterior.

El espacio es muy grande, y el viaje llevaría mucho tiempo, lo que significa que necesita protección contra la radiación. Eso también aumentaría el peso del combustible requerido, exponencialmente.

Hasta donde sé, el problema no es la cantidad de combustible con la que cargamos la nave espacial. Se trata de cuán inimaginablemente enorme es nuestra galaxia o simplemente nuestro sistema solar.

Voyager 1 junto con Voyager 2 son las dos naves espaciales que alguna vez alcanzaron el espacio interestelar que tomó aproximadamente 35 años. Ahora han pasado 40 años desde el lanzamiento de las naves espaciales y ambas han cubierto una distancia de más de 115.6 UA o 10,746,719,150 millas de distancia de la Tierra, que todavía es una gran brecha entre la distancia desde nuestro sol y nuestra estrella más cercana ( Alpha Centauri) excluyendo el Sol . Alpha Centauri está aproximadamente a 4.37 años luz de distancia o 275,392 UA. (Estamos hablando de una distancia mil veces mayor que la distancia cubierta por los Voyager.

Entonces para responder a tu pregunta. Sí, es un gran problema, ya que actualmente no tenemos los recursos en la Tierra para obtener la cantidad correcta de combustible para viajar muy lejos en el espacio y, por último, pero no menos importante. Dado que no estamos cerca de viajar en proyectos de velocidad de la luz, como llegar a las fronteras de nuestro sistema solar, llevará mucho tiempo.

Bueno, tenga en cuenta que incluso a las bajas velocidades de las sondas Voyager, están experimentando resistencia, y el viento solar aún está FUERA.

Más allá del arrastre por gases, a una velocidad significativa, tendrías una ligera presión en tu frente, que no se igualaría con una ligera presión en tu parte trasera.

Y como otros han señalado, querrá llegar más o menos, descanse con respecto a su destino, por lo que gastará combustible en el frenado, así como otros métodos para reducir la velocidad (baluns o similar

) … no intentes esto a 0.1c.

El propósito de tener una fuente de energía a bordo no es simplemente para propulsión.

Es cierto, como ha dicho, la ausencia de obstáculos viables en el espacio significa que el movimiento puede mantenerse casi perpetuamente.

Sin embargo, más adelante en el viaje, necesitará ese combustible por 3 razones principales:

1. Enciende quemadores cuando te acercas a un cuerpo grande, como un planeta, para realizar una maniobra gravitatoria de tiro de honda
2. Para ejecutar equipos como cámaras
3. Dejar un cuerpo con una velocidad de escape significativa una vez que se realiza la exploración

No pensemos que abandonar la Tierra es el fin de la necesidad de propulsión. Muchas misiones, como la famosa misión Cassini a Saturno, requieren correcciones secundarias de trayectoria cuando se identifican nuevos objetivos. Necesita una fuente de energía para tales intervenciones.

Existe el problema de qué tan rápido quieres ir. Requiere mucho más combustible para velocidades más altas. Otro problema es llegar a la velocidad en la que puedes navegar sin motores y salir de la atmósfera de la Tierra. Esto requiere una gran cantidad de combustible, y el combustible es muy pesado, por lo que cuanto más combustible hay en una nave espacial, más pesado es y más combustible requiere para despegar y acelerar.

Levantar es el uso principal de combustible. Una vez que una nave ha salido de la órbita de la Tierra, básicamente puede llegar a donde sea, aunque la velocidad puede ser lenta.

Porque muy lejos se mide la distancia que recorre la luz en un año x miles de millones.

En otras palabras, si desea viajar muy lejos, digamos a 3 mil millones de años luz de distancia, primero debe acelerar a la velocidad de la luz (imposible, ya que requiere más energía de la que existe) y luego viajar a esa velocidad durante 3 mil millones de años.

Todavía necesitas suficiente delta-v [1] para escapar de la Tierra, y dependiendo de qué tan lejos estés yendo, el Sol también. No importa cuánto tiempo o cuán lejos se desplace después de eso, todavía se necesita una gran cantidad de combustible para ponerse al día. Cuanto más lejos quiera ir, más delta-v necesitará, lo que significa más combustible. Y si desea detenerse cuando llegue allí, necesita aún más combustible, que debe llevar consigo en el lanzamiento, lo que significa que necesita aún más combustible para despegar y acelerar, y más combustible para ese combustible, y así sucesivamente exponencialmente. La ecuación del cohete [2] es despiadada.

Notas al pie

[1] Delta-v – Wikipedia

[2] Ecuación del cohete Tsiolkovsky – Wikipedia

Presumiblemente estás preguntando acerca de una nave espacial no tripulada. Depende de lo que esté haciendo y de cuánto tiempo quiera hacerlo. Si el objetivo es ir rápido en alguna dirección, el único combustible que le preocupa son los propulsores de maniobra.

Si desea detenerse o deslizarse en órbita, aterrizar en un cuerpo o cambiar de rumbo lejos de un pozo de gravedad, necesita tener mucho combustible no solo para los propulsores, sino también para los motores principales para estas maniobras. El combustible pesa mucho, cuanto más transportes, más grande será el cohete de refuerzo necesario para llegar al espacio y más combustible para el propulsor y el combustible del motor principal necesitarás si quieres hacer algo más que ir rápido.

En este punto, hay una cantidad óptima de combustible para transportar dependiendo de la misión. Todavía no tenemos un sistema de propulsión que sea capaz de permitirnos navegar por cualquier lugar que deseemos.

¿Por qué viajar muy lejos es un problema de combustible en los viajes espaciales, dado que en el espacio una vez que alcanzaste la velocidad deseada, puedes apagar todos los motores y mantener la velocidad conservando el impulso?

Claro, no hay problema simplemente yendo en una dirección cuando se gasta el combustible. Sin embargo, en ese momento, no hay forma de volver al punto de partida o de llegar a otro lugar que requiera una corrección del curso. También es el problema de parar cuando llegas a donde vayas, sin combustible.

Asumiendo que estamos hablando estrictamente de viajes una vez que esté en el espacio (sin despegar de un planeta u otro cuerpo), tiene razón … durante la mitad del viaje … más o menos.

Sin duda, es fácil hacer que su quemado alcance una cierta velocidad y apague el motor. El problema es que cuando llegas a donde quieres ir, tienes que gastar la mayor cantidad de combustible para reducir la velocidad. Además, si en algún momento de su viaje necesita viajar en otra cosa que no sea una línea recta, tendrá que quemar más combustible para hacer una maniobra. Esto podría suceder para evitar el pozo de gravedad de un determinado cuerpo, o para reaccionar después de ser arrastrado (aunque sea ligeramente) por la gravedad siempre presente.

El combustible se consume para superar la resistencia del aire y alcanzar la velocidad de escape, o la velocidad orbital. Una vez que haya escapado de la influencia de la Tierra, es posible que necesite escapar del Sol, dependiendo de su misión. También es posible que desee reducir la velocidad, si no está tratando de hacer un panqueque de acero en su destino.

Velocidad orbital

Un problema importante es que tiene que transportar más combustible, para soportar el peso de más combustible. No es lineal

Deberá poder detenerse y ajustar su rumbo una vez que alcance su objetivo. Eso requiere mucho combustible. La mayor parte del combustible también se usa en el lanzamiento.