Elon Musks Schätzung der ITS-Reisezeit zum Mars

Was ist das Einzigartige am ITS, das die Reisezeit so viel kürzer machen würde? Existiert die beschriebene Antriebsmethode heute noch?

Die aktuelle Manifestation des ITS ist Starship , und die Leistungsschätzungen eines solchen Fahrzeugs sind seit der öffentlichen Enthüllung des ITS erheblich geschrumpft (es ist ein sehr anderes Fahrzeug, obwohl es kein Vergleich von Äpfeln zu Äpfeln ist). Das Antriebssystem aller Erscheinungsformen von ITS/BFR/Starship ist nicht gerade revolutionär. Es verwendet chemische Raketentriebwerke auf die gleiche Weise wie die Apollo-Missionen vor über 50 Jahren (allerdings mit anderen Treibmitteln und deutlich besserer Kosten- und Masseneffizienz). Die Langzeitspeicherung, der Transfer und die eventuelle Verwendung von kryogenen Treibmitteln im Weltraum ist ein Schlüsselfaktor für die Visionen von SpaceX für Starship, und dies ist keine gut erforschte Technologie (obwohl der Transfer von Flüssigkeiten mit Raumtemperatur im Weltraum Routine ist).).

Die Einzigartigkeit eines vollgetankten Raumschiffs (im Orbit) liegt in seinen Manövrierfähigkeiten ($\Delta V$). Unter Verwendung der Raketengleichung und der aktuellen Starship-Spezifikationen:

• 100 t Nutzlast + 120 t Trockenmasse + 1200 t Treibstoff + 380 s$I_{sp}$ $\to$ $\Delta V$= ~$6900m/s$, stellt sich heraus, dass dies kein Mem war

Hier ist ein Porkchop-Plot für das Transferfenster von ~2028 Erde zum Mars$\Delta V<6.9$ $km/s$:

Was zeigt, dass 80 Tage nicht ganz möglich sind. Das Beeindruckende$\Delta V$of Starship wirkt Wunder, um die Breite eines Transferfensters zu erweitern, aber die Tyrannei der Raketengleichung diktiert, dass es die Transferperiode nicht wesentlich verkürzen kann.

FWIW, hier ist die Beziehung von$\Delta V$Zu$C3$für dieses Beispiel (250 km Parkbahn angenommen). Die graue Region ist die typische C3-Reichweite für Raumfahrzeuge, die zum Mars geschickt werden:

Wahrscheinlich ist der Schlüsselbegriff hier Pork Chop Plot . Die verlinkte Seite enthält eine aus dem Jahr 2005 für den Mars, wo die niedrigste C3-Abfahrt 15,5 und 400 oder so Tage betrug, aber eine Verdoppelung auf 30 Tage eine Übertragung in 125 Tagen bewirkte, indem die Erde schneller verlassen und bei der Ankunft mehr Energie verbrannt wurde.

Für wissenschaftliche Nutzlasten ist es im Allgemeinen sinnvoll, die minimale Treibstoffladung zu verwenden und so viel Ausrüstung wie möglich einzupacken und die zusätzlichen Tage abzuwarten.

Für Menschen müssen sie essen und atmen, also muss gerechnet werden, um Verbrauchsmaterialien zu entfernen und Kraftstoff hinzuzufügen. Im Schweinekotelett-Plot von 2005 erhält der Wert von 15,5 C3 bis 16 Zugang zu einem neuen Minimum im unteren Teil des Plots, das von 400 auf 200 Tage abfällt und auf 16,5 auf 175 Tage ansteigt. Für Menschen wird der physikalisch optimale Transfer also wahrscheinlich nie die beste Wahl sein, es wird nur eine Frage von Kompromissen.

Mit SpaceX, das Starship zur All-in-One-Lösung für den Mars gemacht hat, haben sie einen Hitzeschild, der (hoffentlich) robust genug ist, um wieder in die Erde einzutreten, und genug Leistung hat, um die Erdumlaufbahn eigenständig zu erreichen (viele Mars-Designs gehen von Ionen aus Motoren). Sie haben also ein Design, das verbrauchbar / platzbeschränkt ist, aber eine überschüssige Leistung für den Abflug hat und auf dem Mars zu Aerobrake / Aerocapture fähig ist, was eine Hochenergieführung besser möglich macht als bei einem größeren, aber geringeren Schub / weniger robusten Fahrzeug.

Das möglicherweise kritischste Raumschiff verwendet kryogenes Methan und Sauerstoff, sodass jeden Tag im Weltraum etwas durch Verdunstung verloren geht. Starship hat also weitere Möglichkeiten, beim Abflug Treibstoff zu verbrennen, um den Transit zu beschleunigen, oder mehr Ersatztreibstoff mitführen zu müssen, um mehr Verdunstung auszugleichen.

Es ist möglich, dass ihnen der 90-Tage-Transit durch Verdunstung aufgezwungen wird und nicht ein echtes Merkmal des Designs ist. Im Moment (Januar 2022 vor dem ersten suborbitalen Starship-Flug) stehen Außenstehenden nicht genügend Informationen zur Verfügung, um nützliche Mathematik auf die Frage anzuwenden.