Ile paliwa na Marsa

[neuroleptyk]

Czy musimy produkować paliwo na Marsie, jeżeli tak to ile ton? Czy konieczne jest 1100t ? Temat poświęcony jest na odpowiedzi na te pytania.

Proponuje pewne założenia, zgodnie z którymi wyprodukowanie 27t paliwa zredukowałoby całkowitą masę statku opuszczającego LEO, z chemicznym napędem na wodór z 1809t do 1350t, względem tego gdyby całe paliwo dostarczyć z LEO. Napęd na wodór będzie użyty na drodze LEO-LMO-LEO
Statek właściwy 50t + 10t statek do transportu między powierzchnią Marsa a LMO - nazwijmy go w skrócie ST, do tego napęd i transport paliwa na powrót na Ziemię, oraz oddzielny transport paliwa i napędu na ruch LMO-Mars-LMO.
Po dotarciu na LMO następuje separacja ST + napęd i paliwo, odpowiednio dobrana do założeń ilość, napęd będzie na metan. Zakładałem tu Δv =4,1 km/s w każdą stronę - czyli LMO-Mars bez hamowania w atmosferze.
Bez tankowania na Marsie ST wymaga 99 t paliwa, z tankowaniem 27t - nie 2x, bo bez tankowania potrzebujemy 2 stopnie, więc i dodatkowe 7 t na zbiorniki i napęd stopnia pierwszego, który przenosi stopień drugi LMO-Mars.

Statek właściwy - 50t
ST - 10t
LEO-LMO - Δv 5,7 km/s
LMO-Mars - Δv 4,1 km/s
Ve LOX/LCH4 - 3628 m/s
Ve LOX/LH2 - 4412 m/s
A-Współczynnik ciągu do wagi silnika - 150 , 396 marsjański
B-Współczynnik całkowitego ciągu do wagi całkowitej na powierzchni Marsa - minimum 1,2
C-Współczynnik masy paliwa do masy zbiornika paliwa - 18
D-Masa silnika 1,5 t
Liczba silników = sufit z całkowitej wagi na powierzchni Marsa *1,2/ A marsjański.

Uwagi
Aby otrzymać odpowiedzi trzeba rozwiązać równania niejawne, ale łatwe jest otrzymania przybliżonych wartości - precyzja taka by C było w przedziale 17,999-18
Nie zakładałem nadmiarowej liczby silników, parametry silnika Raptor - w silnikach na wodór zmieniłem tylko Impuls specyficzny, co może nie jest do końca realistyczne, gdyż taka wersja może być cięższa.

Rozważyłem jeszcze wariant z nuklearnym napędem rakietowym Ve 8000m/s, zmniejszając stosunek ciągu do wagi silników do 1/10 chemicznych, więc ~ 2x lepszy niż podaje np. wiki
Masa całkowita statku opuszczającego LEO odpowiednio w wariancie bez tankowania na Marsie 765t, z tankowaniem 503 t, gdzie odpowiednio 1809t i 1350t dla chemicznego napędu na wodór.

Do Marsa na kopach

[stefan4]

Czy mógłbyś wyjaśnić staranniej skróty i oznaczenia?

LEO i LMO to zapewne orbita Ziemi i orbita Marsa. A co oznacza początkowe ,,L''?

neuroleptyk
> napęd i transport paliwa na powrót na Ziemi

To sugeruje, że statek grzeje silniki na drodze z Marsa do Ziemi. Ale przecież, żeby zejść z orbity Marsa do orbity Ziemi, wystarczy wzlecieć nad Marsa i jednorazowo dać kopa w kierunku stycznym do orbity Marsa tak, żeby wyhamować ruch po orbicie razem z Marsem. Reszty dokona grawitacja Słońca. Oczywiście trzeba potem, już na orbicie Ziemi, dać kopa nr 2, żeby nie spaść na Słońce.

Drogę z orbity Ziemi do orbity Marsa można by w zasadzie pokonać podobnie

[neuroleptyk]

L - oznacza niska
Ve - ekwiwalentna prędkość gazów wylotowych = Impuls specyficzny wyrażony w sekundach x stała przyspieszenia ziemskiego ~9,8066 m/s^2

Użyłem wartości Δv, które znalazłem - każda kwestia jest do dyskusji, raczej Δv = 4,1 km/s z LMO na Marsa jest mało prawdopodobna, jednak nie chciałem zaczynać od optymistycznego wariantu, można to porównać później dla obliczeń dla Δv = 0 km/s albo jeszcze innej wartości. Czyli np. dla Δv = 0 km/s LMO-Mars porównać wariant bez paliwa z Ziemi dla TS - tzn. puste zbiorniki na zatankowanie na Marsie oraz napęd vs bez tankowania, czyli z dodatkowym paliwem na odcinek Mars-LMO, oczywiście zmieni to też wartości innych parametrów.