Was ist der beste Treibstoff für einen Lander?

Darauf gibt es keine Antwort, unter der Maßgabe „Die Technik soll möglichst nahe an unserem jetzigen Stand sein“.

Ihre Anforderung ist ein SSTO, ein vollständig wiederverwendbares Orbit-zu-Oberfläche-zu-Orbit-Schiff.

Es gibt KEINEN möglichen chemischen Kraftstoffantrieb, der dies erreichen kann, bei irgendetwas wie der Art von Massenanteilen, die wir erreichen können. Sie müssten Ihren 11000-Pfund-Lander in die Lage versetzen, 300000 Pfund Treibstoff (Massenanteil 99,5%) aufzutanken, um dies zu erreichen. Und es müsste in der Lage sein, mit etwa 90 % dieser Masse zu landen!

SO kratzen Sie chemischen Kraftstoff.

Fortgeschrittene Kernwärme könnte die Arbeit erledigen, aber es gibt keine Möglichkeit, einen Reaktor UND die Abschirmung für Piloten UND den Wiedereintritt und das Fahrwerk in ein 11.000-Pfund-Paket zu packen, das stark genug ist. Auch nicht in einer 50-fachen Masse. Multi-Gigawatt-Reaktoren sind schwer , und das würde man brauchen, um SSTO von der Erdoberfläche aus zu starten.

Sie brauchen also ein Wunder. Nehmen Sie das Skylon-Konzept, machen Sie seine Motoren (die es noch nicht gibt) um weitere 50 % besser/stärker/leichter, erfinden Sie ein Wunder für das Fahrwerk, und Sie könnten in der Lage sein, dies zum Laufen zu bringen.

Also endlich, Ihr Kraftstoff. Unabhängig davon, ob Nuclear Thermal oder SABRE-Triebwerke abgeleitet sind, wird es für einen Teil des Flugregimes hauptsächlich flüssigen Wasserstoff und etwas flüssigen Sauerstoff geben.

Realistischerweise müssen Sie die Technologie etwa 50 bis 100 Jahre weiterentwickeln. Ermöglichen Sie einen halbkompakten, strahlungsarmen Fusionsreaktor, der als Energiequelle, Wasserstoff als Reaktionsmasse und nuklearbetriebenen plasmabeschleunigten Wasserstoff für Ihren Schub verwendet werden kann.

Wie oben erwähnt, können Sie für eine erdgroße Welt keinen Lander dieser Größe haben, der Apollo Lunar Landers wog trocken etwa 9.500 Pfund.

Das Beste, was Sie mit dieser großen Plattform tun können, ist ein Einweg-Lander mit einem Rover-Paket. Der Rover setzt aus, sammelt einige Proben (vielleicht ein paar Kilo) und kehrt dann zum Lander zurück und entlädt ihn.

Sobald die Proben an Bord sind, entfaltet und bläst die Sonde einen Höhenballon mit einem Transponder auf, der das Probenmodul auf etwa 60-70.000 Fuß (unter der Annahme eines erdähnlichen atmosphärischen Drucks) bringen sollte, wobei die Nutzlast am Ende eines langen hängt Linie.

Dann? Sie bräuchten ein zweites Fahrzeug mit einer Art „Luft“-Atmungsmotor, um die Nutzlast „einzuhängen“ und einzusammeln, sie einzuspannen und dann Raketen zu verwenden, um in LEO zu gelangen. Soweit ich weiß, wahrscheinlich eine dritte Rakete, um die Nutzlast von LEO zu bergen.

Sie würden wirklich wollen, dass sich diese Proben lohnen.

Wenn Sie ein frei fliegendes Fahrzeug wollen, wie MarvinKitfox sagte, wird Sie kein chemischer Treibstoff mit der heutigen Technologie in einer einzigen Stufe nach unten und wieder nach oben bringen, die Schwerkraft der Erde ist einfach zu stark. Aber je nachdem, was Sie tun möchten, können Sie sich Project Orion ansehen, das ein vorgeschlagenes Konzept zum Antreiben eines Raumfahrzeugs durch die Detonation kleiner Atombomben dahinter war. Erstaunlicherweise sollte das theoretisch funktionieren. Offensichtlich wurde es nie vollständig entwickelt, aber es sollte in der Lage sein, von der Erdoberfläche in den Orbit abzuheben, und ich denke, angesichts seiner Leistung wäre es auch in der Lage, aus dem Weltraum zu landen und dann wieder abzuheben. Offensichtlich gibt es einige Probleme mit der Strahlung, also landen Sie nicht in der Nähe von bewohnten Gebieten. Und ich weiß nicht, ob das Prinzip auf Ihre Landergröße herunterskaliert werden kann, Sie benötigen möglicherweise ein viel größeres Schiff. Aber anscheinend hätte es mit der heutigen Technologie entwickelt werden können. (Obwohl wir, wie es niemand getan hat, nicht 100% sicher sein können.)

Ein theoretischer Kandidat für zukünftige Kraftstoffe könnte metallischer Wasserstoff sein .

Eine weitere realistischere Option, wenn Sie über ein frei fliegendes Fahrzeug hinausblicken möchten, wäre ein Weltraumaufzug . Das ist mit der heutigen Technologie fast möglich, wir müssen nur in der Lage sein, viel längere Kohlenstoffnanoröhren herzustellen, und zwar wirtschaftlich. Oder Sie könnten sich andere Nicht-Raketen-Weltraumstartsysteme ansehen, die Ihren Anforderungen entsprechen könnten.