Wie weit könnten Sie mit Ultra Safe Nuclear-Antrieben und Wasserstofftreibstoff zum Mars kommen und im Notfall trotzdem zur Erde zurückkehren?

Die NPR-Nachricht (Audio + Transkript) Könnte Atomkraft bei der Reise zum Mars helfen? enthält folgendes:

VISHAL PATEL: Wenn Sie zum Mars fliegen wollen, ist Atomkraft eine kluge Wahl.

BRUMFIEL: Vishal Patel ist Nuklearraketenwissenschaftler bei einer Firma namens Ultra Safe Nuclear Corporation. Sie arbeiten an einer Version einer Rakete, die einen Kernreaktor verwenden würde. Der Reaktor würde Wasserstoffgas erhitzen und es aus einer Düse schießen. Es ist viel effizienter als ein chemischer Motor. Eine Atomrakete könnte eine Hin- und Rückmission in nur der Hälfte der Zeit ermöglichen, die mit herkömmlichen Raketen benötigt wird. Es würde Astronauten auch ermöglichen, nach Hause zurückzukehren, wenn sie zu Beginn ihrer Reise auf einen Notfall stoßen. Patel erkennt an, dass der Start eines Kernreaktors von der Erde die Menschen nervös machen könnte. Aber, sagt er, die Ultra Safe Nuclear Corporation arbeite hart daran, sie ultrasicher zu machen.

Frage: Mit dem, was über die Leistung des Motors der Ultra Safe Nuclear Corporation bekannt ist oder vorgeschlagen wird, wenn Wasserstoff als Reaktionsmasse verwendet wird, und einer vernünftigen Schätzung, wie ein Einwegtransport 1 einer kleinen Besatzung zum Mars aussehen könnte, wie weit könnte man von der Erde entfernt sein und noch zur Erde zurückkehren können?

Um es einfach zu halten, ist es in Ordnung, wenn Sie davon ausgehen möchten, dass der Erdabfang ausreichend ist und das Raumschiff selbst mit interplanetarer Geschwindigkeit sicher wieder eintreten kann (wie dies bei Probenrückgabekapseln der Fall ist).

Ich glaube nicht, dass wir genug Informationen haben, um die Frage zu beantworten. Das nukleare Element gibt nur die Menge an Energie an, die an Bord ist. Um ein Ionentriebwerk einzuschalten, braucht man Strom, aber auch Treibstoff, der dabei hilft, Schub und ISP zu bestimmen. Ohne diese Informationen können wir meiner Meinung nach nicht ausreichend raten.
@ChrisR Ich frage mich immer, wer "wir" sind, wenn Leute sagen "wir wissen es nicht". Ich denke, jede Person kann mit ihrem eigenen Wissen sprechen (z. B. "Ich weiß nicht"), sollte aber nicht a priori entscheiden, dass niemand genug wissen kann , um eine Antwort zu verfassen. Ich glaube, dass dieses Problem eine einfache Delta-V-Berechnung ist, um die Erde erneut abzufangen; man braucht nur einen trockenen bis totalen Massenanteil und einen Isp, oder? Soweit ich weiß, würden Ionenmotoren hier nicht in eine Antwort einfließen.
Eine Delta-V-Berechnung beinhaltet nur die Orbitalmechanik, daher ist die Auswahl des Triebwerks und sein ISP irrelevant. Wenn Sie also eine spezifische Antwort auf das betreffende Triebwerk wünschen, müssen Sie die Masse des Fahrzeugs, die Schubleistung und den ISP berücksichtigen. (Quelle: meine Diplomarbeit über Hin- und Rückflüge zum Mars mit Low-Thrust-Antrieb)
@ChrisR danke für das Semantik-Tutorial; Man bestimmt zuerst, wie viel Delta-v an jedem Punkt aus der Orbitalmechanik benötigt wird, und bestimmt dann, wie viel Delta-v verfügbar ist, indem man an jedem Punkt einen Trocken-/Gesamtmassenanteil und Isp annimmt, um zu entscheiden, ob/wann es möglich ist. (Quelle: Wissen) Und auch hier sind Niedrigschub- oder Ionentriebwerke irrelevant; das ist nuklearer thermischer Antrieb. Wir können dies erraten aus "Der Reaktor würde Wasserstoffgas erhitzen und es aus einer Düse schießen."
Das Gerede über das Aufheizen von Wasserstoff zeigt deutlich, dass es sich um eine nukleare Thermalrakete mit festem Kern handelt, und wir werden die gleiche Leistung wie jede andere nukleare Thermalrakete mit festem Kern erzielen.
@ikrase warte, beantworte das nicht, ich stelle es als neue Frage!

Antworten (1)

Den ganzen Weg?

Das ist nicht wirklich eine sinnvolle Frage. Wenn Sie genügend Delta-V haben, um zum Mars und zurück zu gelangen, haben Sie auch genügend Delta-V, um zum Mars und zurück zu gelangen. Sofern Sie sich nicht auf einer Flugbahn mit kontinuierlichem Schub befinden, sind die Abbruchmodi nicht durch Entfernung oder Zeit begrenzt, sondern durch das verbleibende Delta-V.

„Ultra Safe Nuclear“ klingt wie eine Variante einer nuklearen Thermalrakete . Diese verhalten sich ähnlich wie herkömmliche chemische Raketen, nur etwas effizienter. Sobald Sie die Trans-Mars-Injektionsverbrennung beendet haben, gibt es keine Option "umdrehen und zurückgehen". Möglicherweise können Sie auf dem Mars eine Art Schwerkraftunterstützung leisten, um eine schnellere Rückkehr zu erzielen, aber wahrscheinlicher würden Sie abbrechen, indem Sie eine Umlaufbahn mit einem Zeitraum von zwei Jahren einrichten.

Wenn man einige Zahlen aus einer Delta-V-Karte des Sonnensystems zieht , erfordert die Trans-Mars-Injektion aus der niedrigen Erdumlaufbahn etwa 3,6 km/s Delta-V. Die Orbitalmechanik ist symmetrisch, so viel Delta-V müssten Sie also umdrehen und zurückgehen. Wenn Sie nur für eine einfache Fahrt zum Mars aufgetankt sind, haben Sie nur noch genug Treibstoff für die treibende Erfassung: 2,1 km/s, nicht genug für einen "Umkehr"-Abbruch.

Danke für die Bearbeitung! Übrigens habe ich in der Frage angegeben, dass das Treibmittel nur für eine Richtung ausreicht. Kernkraft wird für bemannte Missionen verwendet, weil Menschen verderblich sind und manchmal verrückt werden, aber Vorräte und Treibstoff für eine Rückkehrmission würden vermutlich vorzeitig über unbemannte Roboterlieferungsmissionen auf dem Mars gelandet.
Wenn Sie sich kurz nach dem TMI für einen Abbruch entscheiden und über ausreichend Delta-V verfügen, können Sie den TMI effektiv rückgängig machen und in viel weniger als zwei Jahren zurückkehren. Je länger der Zeitrahmen „bald“, desto mehr Delta-v benötigen Sie für „ausreichend“, daher gibt es meines Erachtens keinen vernünftigen Weg, die Frage zu beantworten.
Es ist Zeit, den Song „I’ve Got The Need For Delta V“ zu singen.
Wie weit könnten Sie mit Ultra Safe Nuclear-Antrieben und Wasserstofftreibstoff zum Mars kommen und im Notfall trotzdem zur Erde zurückkehren?
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