¿Los viajes espaciales a Marte serán asequibles en nuestras vidas?

Answer 1

No creo que SpaceX haga esto. Pero hay otras líneas de desarrollo que podrían hacerlo posible. No puedo decir con seguridad. Pero algunos de ellos parecen suficientemente prometedores. En particular, Skylon: dentro de una o dos décadas, podríamos tener el equivalente de aviones que vuelan al espacio utilizando su tecnología. Eso podría ser el comienzo de una nueva era en el vuelo espacial, como innovadora, tal vez, como la invención del avión jet para aviones ordinarios.

VUELO DIRECTAMENTE A LA ÓRBITA

Este es un proyecto del Reino Unido, llamado Skylon, un avión que puede volar directamente a la órbita. Se lanzaría desde una pista ordinaria, como un avión, la pista debe fortalecerse, pero por lo demás es normal. Y no necesita cohetes propulsores, lleva todo su combustible a bordo.

El concepto del artista de despegar en órbita.

Quema una mezcla de hidrógeno y oxígeno, pero en las primeras etapas obtiene el oxígeno de la atmósfera. Lo hace mediante un sistema extraordinario que enfría el aire entrante a 140 ° C en una centésima de segundo, por lo que puede absorber el aire y seguir utilizando materiales ligeros.

Tiene una reducción masiva de las necesidades de combustible porque respira aire en las primeras etapas de su vuelo.

Esto se encuentra en desarrollo activo en este momento, están trabajando de manera lenta pero constante hacia sus objetivos. Así que algún día podría pasar.

Aeronaves a la órbita

Un globo lleno de hidrógeno o helio podría elevarse casi indefinidamente, si la piel es lo suficientemente clara, incluso cerca de los límites de la órbita terrestre baja.

Este es un método de muy bajo costo porque no se necesita gastar combustible para realizar el levantamiento.

El plan JP Aerospace para hacer aeronaves que se elevarían a plataformas orbitales a 200,000 pies, de modo que son 60 km, en la mesosfera , por encima de la estratosfera, cerca de las condiciones de vacío.

Tienen el récord actual de altitud para una aeronave para una aeronave no tripulada pero maniobrable de 95,085 pies, o 29 km.
El dirigible aeroespacial de JP vuela al borde del espacio, rompiendo el récord mundial de altitud existente

La altura máxima alcanzada con cualquier globo lanzado en tierra hasta el momento es de 56 km con un experimento de la NASA Bu60-1

Este es el globo volador más alto jamás visto a 56 km, en el borde del espacio.
ISAS | GLOBOS: Investigación sobre globos para flotar a más de 50 km Altitud / Característica especial

El plan de JP Aerospace para construir aeronaves que despegan a un nivel más alto que el globo aerostático más alto de la historia: aeronaves enormes hechas de materiales tan ligeros que no podrían inflarse a nivel del suelo.

Estas serían verdaderamente aeronaves orbitales, que se aceleran lentamente a Mach 20 y mayores.

Cuando partieran de su estación base a 200,000 pies (60 kms), simplemente estarían flotando. Es casi un vacío dentro de la nave, pero aún así, debido a que está lleno de hidrógeno o helio, contenido por la piel, entonces los átomos más ligeros de hidrógeno o helio flotarán en el vacío más denso de oxígeno / nitrógeno que se encuentra afuera.

LEO comienza a alrededor de 160 km en órbita terrestre baja

Se acelerarían para orbitar lentamente durante varios días, utilizando propulsores de iones. Primero, usan una combinación de elevación y velocidad, y eventualmente viajan a una velocidad orbital a niveles demasiado altos para obtener una elevación notable.

Esta idea de que las aeronaves de Mach 20+ se aceleran para alcanzar la velocidad orbital puede parecer absurda al principio, como lo hice cuando lo leí por primera vez. Pero cuanto más lo piensas, más empieza a tener sentido.

El aire es tan delgado en esas alturas que los globos apenas lo notarán.

Lanzamos varios globos a LEO en el programa Echo, por lo que no hay problema con los globos una vez que llegan a LEO. El problema es la transición entre alta altitud y LEO. Para eso, queremos conocer los vuelos en globo suborbital. Esos son raros.

Un experimento inicial envió a uno de estos globos a un salto suborbitario que sobrevivió durante la mayor parte del salto y finalmente se desintegró. Cuando explotó, esto se debió principalmente a que cometieron un error y dejaron demasiada gasolina.

Eso no es mucho a modo de datos experimentales, ya que parece ser el único ejemplo de un vuelo de globo suborbital hasta la fecha. También eso es con un pequeño globo, no con las aeronaves de escala enorme de kilómetros de JP Aerospace.

Aún así, los datos que existen, son razonablemente prometedores de que las altas velocidades de los globos no serán un problema siempre que estén muy por encima de la mayor parte de la atmósfera en condiciones cercanas al vacío LEO en el momento en que se aproximen a las velocidades orbitales. En cualquier caso, JP Aerospace no considera que este sea su principal desafío.

Puedes escuchar a John Powell, el hombre mismo hablar de ello en una reciente charla de Spaceshow, y decidir por ti mismo.

También tienen una filosofía muy interesante, es una compañía que hace su desarrollo en el carril lento. Han estado trabajando para lograr esto durante décadas y han financiado su desarrollo a través de los descubrimientos que han hecho en el camino.

Obtenga más información aquí: Invitado: John Powell. Temas: Actualizaciones sobre JP Aerospace y el programa Dirigible a la órbita.

LAZO DE LANZAMIENTO O PISTA DE MAGLEV A LA ÓRBITA

Existen varias ideas sobre cómo, básicamente, conducir la mayor parte del camino a la velocidad orbital en una pista Maglev.

Un tren Maglev es natural para la aceleración a velocidades súper rápidas de kilómetros por segundo, ya que no tiene combustible a bordo, obtiene toda su energía de la vía, por lo que no es necesario acelerar el combustible. Y además, como no hay contacto físico con la pista, la fricción puede ser casi cero.

Primero, existe la idea de algunos investigadores para una pista MagLev larga que acelera una nave espacial dentro de una pista evacuada por la ladera de una montaña, continuamente hasta que alcanza velocidades orbitales cuando sale del tubo. Creen que esto podría costar $ 20 mil millones para construir y costaría alrededor de $ 50 por kilogramo para poner la carga en órbita, y el proyecto tardaría unos diez años en completarse. Para más detalles, vea Maglev Track podría lanzar una nave espacial en órbita .

Eso es para carga.

También podría enviar pasajeros, pero necesitaría una línea ferroviaria más larga y aceleraciones más lentas, demoraría más en construir y costaría más. Tu “pista” puede tener que subir al cielo de esta manera:

La pista de Maglev podría lanzar una nave espacial en órbita .
Esta pista está magnéticamente elevada.

Entonces, más exótica, es la idea de una especie de “pasarela Maglev” que se eleva hacia el cielo bajo una fuerza centrífuga “. Hay muchas ideas como esta, pero esta es una de las más sencillas y prácticas.

El bucle se mueve continuamente como un camino móvil desde una estación final a la otra y de regreso. El bucle se eleva lejos de la Tierra por el efecto centrífugo de la pasarela en movimiento. Este efecto centrífugo eleva la porción central de la pista a unos 80 km. Entonces, como antes, los vehículos aceleran a lo largo de la pista hasta que alcanzan la velocidad orbital, y se liberan de la pista para lanzarse a la órbita,

Ver Launch Loop (wikipedia)

Algo sorprendente acerca de estas estructuras dinámicas sostenidas puramente por la energía cinética del líquido o las partículas que se mueven rápidamente: hay tanta energía en el sistema y tan poca pérdida, que si deja de suministrar energía, la perderá solo gradualmente. Es más bien como la energía almacenada en un volante o un giroscopio. Deja de suministrar energía y el volante sigue girando, no se detiene al instante. Merecen una atención especial, y no son tan descabellados y locos como podría pensar cuando los encuentra por primera vez.
Para otras ideas como esta, vea la sección Estructuras Dinámicas en Wikipedia .

Hay varias otras ideas como esta, que podrían o no ocurrir en el futuro.

Creo que también hay problemas, si es tan fácil volar al espacio como volar a otro continente. ¿Estamos listos para ese futuro?

Si sucedió en este momento, creo que la respuesta es no. Es probable que muchas cosas tengan que cambiar antes de que podamos estar seguros, y la economía funcione bien y no tenga guerras en el espacio, en un mundo donde es fácil para cualquier persona viajar al espacio con la misma facilidad con que puede volar a otro continente.

Y con tal poder disponible para casi cualquier persona, en todo el mundo, también podríamos estropear el sistema solar a lo grande, para el caso, también arruinar la Tierra. Si vuelves a poner el moderno avión a reacción en el mundo de la Primera Guerra Mundial, dales cazas y aviones a reacción a todos los países involucrados, el resultado sería un caos total.

Pero hemos logrado adaptarnos a los viajes intercontinentales relativamente fáciles, creo que también nos adaptaremos a los viajes espaciales fáciles, siempre y cuando la transición no sea demasiado rápida.

Entonces, aunque naturalmente frustrante para los entusiastas del espacio, creo que podría ser para bien, que estos proyectos necesitan un largo tiempo de ejecución de al menos algunas décadas. Quizás para cuando sean posibles, y luego se reduzcan los precios, estaremos mejor capacitados para enfrentar las consecuencias.

Míralo con más detalle aquí:

Proyectos para llegar al espacio tan fácilmente como cruzamos los océanos: un millón de vuelos al año, tal vez, ¿estaremos listos?

(Esta respuesta consiste principalmente en algunos extractos de ese artículo más largo que escribí)

Answer 2

Asequible es tanto relativo como subjetivo. La mayor parte del mundo no podía permitirse un viaje en taxi por Nueva York, por lo que necesitamos algún tipo de base para la comparación.

Vamos a utilizar los viajes de avión como la comparación. Entonces, la pregunta podría reformularse para ser algo como “¿Los viajes espaciales a, por ejemplo, Marte, se volverán asequibles, en nuestras vidas, en la forma en que los viajes aéreos internacionales de primera clase son asequibles, hoy?”

La respuesta a eso es no.

Compañías como Virgin Galactic pueden, en nuestras vidas, obtener un rápido viaje balístico al espacio para que los turistas tengan el mismo costo relativo que un boleto de primera clase a través del Atlántico, hoy. Pero, con tu ejemplo, está claro que te refieres a un viaje que realmente alcanza la órbita o incluso la velocidad de escape y se dirige a otro lugar en el sistema solar.

Necesitaríamos avances extremadamente radicales en tecnología para hacerlo posible en los próximos 70 años. Con la tecnología de las naves espaciales de hoy (que no ha cambiado radicalmente en los últimos 40 años), los gobiernos no pueden permitirse el envío de personas a Marte, sin importarles a las personas que pagan por enviarse ellos mismos.

Requiere un gran gasto de combustible para escapar de la tierra. No hay alternativas en el horizonte que cambien eso. Aquí hay una analogía para indicar escala. La energía necesaria para enviar el vehículo de Apolo a la luna fue equivalente a lo que produce la Presa Hoover en aproximadamente 2.5 minutos. La presa Hoover proporciona energía eléctrica a aproximadamente 1.3 millones de personas.

Solo para alcanzar la órbita baja de la Tierra (LEO) se requiere un gran costo. El Falcon de SpaceX es uno de los cohetes más avanzados disponibles. Parece que el costo de la carga útil será de aproximadamente $ 5000 por kg. Amplíe eso y costaría $ 350,000 levantar a una persona de tamaño promedio. Eso es sólo el costo para llegar a LEO. Si quieres hacer algo allí arriba o ir a otro lugar, costará más.

Tendríamos que reducir el costo de la carga útil en un factor de 100 para que el costo sea aproximadamente equivalente a un boleto de primera clase a través del Atlántico.

Answer 3

Si usa la ecuación de cohetes, puede averiguar la cantidad de propelente que necesita para entrar en órbita. Con esto, podría establecer un límite inferior en el costo de llegar al espacio.

Esto da la relación de la masa inicial a la masa final. Entonces, reste 1 para obtener la masa de propelente en comparación con su masa de carga útil. Para una velocidad de expulsión del propulsor de 5,000 para el oxígeno líquido y el propulsor de hidrógeno, esto equivale a aproximadamente 3,76 kg de propelente por cada kg de carga útil que se lanza a la órbita.

Luego, con el costo del propelente, podemos calcular el piso en el precio de poner 1 kg en órbita, específicamente la órbita terrestre baja. Vi una cita en Wikipedia que da números utilizables desde 2001. El precio del hidrógeno líquido fue de $ 0.98 por galón y el oxígeno líquido fue de $ 0.67 por galón. No utiliza cantidades iguales de ambos, por un factor dictado por la densidad, la masa de la fórmula y las relaciones de reacción química. Sin embargo, encontré que esta relación es de 0.98, y parece variar dependiendo de la referencia, por lo que llamaré la relación de volumen 1 por ahora. Luego, promediando las densidades y los precios, puedo obtener un valor de $ 3.60 / kg. Correcto por inflación para obtener $ 4.75 / kg. Aunque, estoy seguro de que ha aumentado mucho más que esto porque los precios de la energía se han inflado a un ritmo más rápido que el IPC general.

Por lo tanto, este propulsor es costoso de manera similar al gas, pero necesitará mucho para llevar a una persona al espacio. Si se imagina que solo consume un humano de 70 kg, deberá comprar 263.2 kg de propelente, por un precio de $ 1,250.20. Estos números son conservativamente bajos. Más realista, los enviarás en una nave espacial. He visto el peso de la carga útil de la nave Soyuz para llegar a unos 1,666 kg por persona. Esta cifra pondría el precio en alrededor de $ 30,000 de propelente.

SpaceX ha hecho afirmaciones audaces sobre la reducción de los costos de lanzamiento. Algunos han especulado que el precio que anuncian en su Falcon Heavy pondría el precio de poner la carga útil en LEO en alrededor de $ 1,500 por kg. Esto pondría los costos totales en aproximadamente 80 veces el costo del propelente, que mis cálculos simples estiman en alrededor de $ 18 por kg.

El argumento común es que la mayoría de las otras formas de transporte cuestan alrededor de 3 veces el costo de su energía / combustible. No creo que esto sea universalmente cierto, y con la física de los lanzamientos de cohetes, es difícil creer que pueda ser cierto para los lanzamientos espaciales, aunque podría estar más cerca, y SpaceX quisiera hacerlo más cercano.

Retomemos la discusión al mínimo. Imagine que los costos de lanzamiento son solo 3 veces el costo del propelente, lo que nos pone a $ 54 por kg. Ni siquiera nos preocuparemos por el costo de la estación espacial y el soporte vital allí. Imaginemos que la carga útil es de 200 kg por persona, apenas suficiente para un traje espacial y una silla. Eso todavía nos pone a $ 10,000 por persona. Básicamente, las leyes de la física le impiden ir por debajo de esto. Eso es aproximadamente el PIB mundial per cápita.

Incluso una visión extremadamente optimista del desarrollo del espacio privado vería a alguien lanzado con una carga útil de 1,000 kg por persona con $ 1,500 por kg para los costos de elevación a una estación espacial LEO, que asciende a $ 1.5 millones por persona. Esto es optimista pero plausible para un marco de tiempo de 5-10 años. Para algunas personas eso es asequible.

Personalmente, no consideraría $ 10k para unas vacaciones asequibles, por lo que respondí de manera concluyente que los viajes espaciales no serán asequibles para el resto de mi vida.