Wie groß müsste eine bemannte Aufstiegsstufe zum Mars sein?

Für eine bemannte Mission zum Mars, die keine Einwegreise ist, brauchen wir eine Aufstiegsstufe, die von der Marsoberfläche aus die Umlaufbahn erreichen kann. Wie groß müsste dieser sein, um zB 3 Astronauten in den Orbit zu transportieren?
Wir haben Beispiele für die Erde (Sojus kommt mir als eine Art Minimallösung mit 600 Tonnen Last in den Sinn) und den Mond (die LM-Aufstiegsstufe hatte ungefähr die Größe eines Autos) gesehen. Eine Mars-Aufstiegsstufe würde irgendwo zwischen diesen Extremen liegen, aber wo?
Wäre es machbar, die Abstiegs- und Aufstiegsstufen von der Erde mit einer einzigen Trägerrakete zu starten, oder müsste sie im Orbit zusammengebaut werden?

Nur um das klarzustellen, Sie sprechen von einer von der Erde gestarteten Rakete, die auf der Erde vollgetankt ist?
Ja in beiden Punkten.
Auf jeden Fall wäre ein Mars Assent-Fahrzeug, das für 3 bis 4 Besatzungsmitglieder ausgelegt ist, groß. wahrscheinlich das größte fahrzeug, das für die marsmission benötigt wird. Das ist, wo ich denke, dass ein oder möglicherweise zwei Starts der kommenden SLS-Rakete ins Spiel kommen werden. Wenn sie die Fracht von Block 2 bis dahin zum Fliegen bringen können, würden sie wahrscheinlich die 140-Tonnen-Auftriebskapazität der SLS maximieren, wenn sie gerade das Mars Assent-Fahrzeug starten . es ist möglich, aber es wäre sehr teuer und herausfordernd. Dies ist einer der Gründe, warum die NASA vorhersagt, dass eine bemannte Mission zum Mars erst in den 2030er oder 2050er Jahren stattfinden wird.

Antworten (4)

Okay, also fangen wir mit einem Schiff an, das irgendwie auf dem Mars gebaut und betankt wurde, und arbeiten uns von dort zurück. Dieses praktische Delta-v-Diagramm von Wikipedia zeigt uns einen guten Ausgangspunkt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Okay, das Delta v zum Low Mars Orbit beträgt etwa 4,1 km/s. Das Delta V, um von dort zur Erde zu gelangen, beträgt 2,9 km/s (Erde C3 bis Low Mars Orbit). Unterm Strich müssen Sie 3 Personen und Vorräte heben und mit einem Delta v von etwa 6,0 km / s versorgen. Ich bin kein Experte in der Kategorie Zubehör, also lasst uns einfach eine Zahl auswählen, sagen wir, lasst uns eine voll beladene Dragon-Kapsel tragen. Wikipedia gibt ungefähr 7500 kg an, was wahrscheinlich ein fairer Ausgangspunkt ist. Das ist nicht ganz so viel wie für einen Erdstart erforderlich, würde aber einem Falcon 9-Start vom Mars zur Erde ähneln. Nennen wir es halb eins. In der Tat, The Case for Marsgibt an, dass etwa 96 Tonnen Treibstoff benötigt werden, um die Reise für 4 zu machen. Nur wenige (nicht existierende) Raketen können das zu LEO bringen, geschweige denn zur Marsoberfläche. Dennoch gibt es eine Alternative, die keine Orbitalmontage beinhaltet.

Der Schwerpunkt liegt auf 2 Punkten. Betanken Sie zunächst die Rakete auf der Marsoberfläche. Wenn Sie Wasserstoff von der Erde nehmen, können Sie ihn leicht mit Kohlendioxid kombinieren und haben Methan und Sauerstoff, was ein sehr guter Raketentreibstoff ist. Und das erfordert nur 16 Tonnen Kraftstoff, nicht schlecht zu handhaben. Zweitens, schicken Sie die Rückholrakete zuerst auf die Marsoberfläche, lassen Sie sie für die Rückreise nach Hause tanken, und Sie müssen nur nahe genug am Schiff landen, um dort auf die Oberfläche zu gelangen, was nicht allzu schwierig sein sollte wie Sie haben eine große Auswahl an Bordfunktionen, um dorthin zu gelangen, wo Sie hin müssen.

Es ist nicht ganz reziprok. Es wird etwas mehr brauchen, um den Mars zu verlassen, als es braucht, um auf dem Mars zu landen. Wenn man bedenkt, wie böse die Raketengleichung ist, kann dies nicht ignoriert werden.
Die Wahrheit ist, dass zum größten Teil nur ein Fallschirm benötigt wird, um auf dem Mars zu landen, und viel mehr, um abzuheben, aber das Delta v wird nur geringfügig größer als 4,1 sein, um in die Marsumlaufbahn zu gelangen.
Ja, aber ich nahm an, dass Sie die Delta-V-Zahl von diesem Bild genommen haben. Es braucht immer ein bisschen mehr, um nach oben zu gehen als nach unten, und diese Zahl ist für nach unten.
Liegt das am atmosphärischen Widerstand?

Ich habe die von @PearsonArtPhoto bereitgestellten Daten in die Raketengleichung mit Isp = 304 Sekunden (Merlin 1C im Vakuum) eingesetzt und erhalte eine Startmasse von 262 Tonnen, um einen Drachen in die Marsumlaufbahn zu bringen. Ein Falcon 9v1.0 wiegt 333 Tonnen.
Um von der Marsoberfläche direkt zur Erde C3 zu gelangen, erhalte ich eine Startmasse von 3713 Tonnen oder das 1,3-fache des Gewichts einer Saturn V. Sie brauchen also wirklich ein Mars Orbit Rendezvous auf der Rückreise.

Schöne Analyse, aber haben Sie das Gewicht einer ganzen Dragon-Rakete oder nur der Kapsel verwendet? Ich bin mir nicht sicher, warum Ihre Startmasse so hoch ist. Es scheint, als würde ein Saturn 5 ausreichen. Mit einer Trockenmasse von 200 Tonnen (geschätzte Saturn 5-Trockenmasse) und einer Nassmasse von 2970 Tonnen und einem ISP von 304 erhalte ich 8043 km/s dV. Das ist mehr als genug für die Rückreise zur Erde C3 laut dV-Karte. Ich verwende diesen Rechner: strout.net/info/science/delta-v
Es ist eine Weile her, aber ich glaube, ich habe das geladene Gewicht einer Dragon-Kapsel + Kofferraum verwendet.

Die Mars-Aufstiegsstufe müsste ungefähr 22.000 kg wiegen, wenn man von einem Aufstiegsfahrzeug ausgeht, das dem vollständigen Apollo-Mondlandegerät (LM) sehr ähnlich ist, einem zweistufigen Fahrzeug mit Raketentriebwerken mit hypergolischem Treibstoff.

Ich stütze dies auf das Delta von ungefähr 4 km / s, das v astronautix.com für das LM beschreibt, und multipliziere die Masse des LM mit 1,5, um die Erhöhung der Besatzung auf drei zu berücksichtigen.

Wäre es machbar, die Abstiegs- und Aufstiegsstufen von der Erde mit einer einzigen Trägerrakete zu starten, oder müsste sie im Orbit zusammengebaut werden?

Wie Hobbes und PearsonArtPhoto berechnet haben, ist es nicht möglich, von der Erde aus zu starten, da keine Raketen bereitstehen, nicht einmal von United Launch Alliance oder SpaceX, BlueOrigin oder Bigelow Space Exploration.

Die Frage ist, warum nicht im Weltraum zusammenbauen?

Darüber hinaus verzerrt der Transport von Wasserstoff von der Erde zum Mars die Tatsache, dass 90 % der bekannten sichtbaren Materie im Universum Wasserstoff (H2) ist, das leichteste Element, das wir kennen. Warum es von der Erde nehmen, wo die Wasserstoffressourcen wirklich begrenzt sind. Es ist interessant, die Nachfrage nach Wasserstoffautos auf unserem Planeten zu sehen - das H2 aus Wasser H2O durch Elektrolyse zu extrahieren - und gleichzeitig zu befürchten, dass der nächste Krieg um Wasserressourcen gehen wird ...

Zweifellos ist Wasserstoff eine gute Wahl für die Energiespeicherung im Weltraum (wo es viel H2 gibt).

Zurück zur Weltraummontage, es gibt eine ursprünglich für 2014 geplante Fabrik im Orbit, die jetzt leider auf 2015 verschoben wurde: Bigelow Inflatable Space Module .

Das Bigelow BA330-Projekt sollte ursprünglich zu einem riesigen Fabrikhabitat zusammengesteckt werden. Ich erinnere mich jetzt, dass es Complex Alpha für 16 und Complex Bravo für 32 Arbeiter hieß. Hersteller-Website, erwähnt auch das Jahr 2014 für den Start .

Ich bin mir nicht sicher, welche Frage Sie beantworten, aber es ist nicht die ganz oben. Siehe die Kommentare darunter, wenn das unklar ist, aber die Frage bezieht sich auf Aufstiegsstufen von der Marsoberfläche. Ihr erster Punkt ist auch ziemlich strittig, wenn Sie dann die Orbitalmontage erwähnen. Der Delta IV Heavy von ULA ist dann ein perfekt geeigneter Trägerraketen, natürlich unter der Annahme mehrerer Starts, um zuerst alle erforderlichen Vorräte in die Erdumlaufbahn zu befördern. Und es gibt andere Startsysteme, die betriebsbereit sind und in der Tragfähigkeit Delta IV-H nahe kommen, wohlgemerkt, nicht amerikanisch, wie Proton-M oder Ariane 5.
Auf die Gefahr hin, dass sich ein Lynchmob versammelt, warum warten wir nicht einfach, bis wir eine Fabrik auf dem Mond errichten, die ganze (oder mindestens 90+%) Raumschiffe für den Mars bauen kann?
Es hat einen gewissen Sinn, der Mond könnte für erstaunliche Epik verwendet werden. Wir wollen es natürlich nicht missbrauchen - und es ist noch eine riesige Distanz, also müssen wir die Bemühungen beschleunigen, vielleicht die Bemühungen hin zu einer großen Gesamtwelt verlagern statt Egoismus - sollte ein Schub sein, weil Krieg teuer ist (wie von der chinesischen Politik gesehen). im Mittelalter um Krieg zu verhindern, z. B. lieber Frieden kaufen, was manchmal billiger sein kann ... obwohl Geld sowieso nicht mag, sollte vielleicht alles Geld und Gold / der zugrunde liegende Wert zum Mond geschossen werden ... dann wird die Menschheit es sicher tun dauert nicht lange, um sich auf dem Mars niederzulassen, haha).
Die Marsoberfläche ist in Bezug auf die Delta-V-Anforderungen näher als die Mondoberfläche.
Wie groß müsste eine bemannte Aufstiegsstufe zum Mars sein?
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