Pregunta:
¿Qué hace que el lanzamiento de objetos desde la Tierra al espacio sea especialmente costoso?
kR105
2013-07-17 05:08:22 UTC
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Siempre me he preguntado sobre esto. ¿Es porque el combustible es demasiado caro? ¿Porque el equipo se tirará a la basura?

Dos respuestas:
#1
+23
Erik
2013-07-17 07:03:57 UTC
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Tres grandes factores:

  1. La energía requerida es grande ( http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_orbital_energy). Para una órbita baja como en la que se encuentra la ISS, se trata de una adición de aproximadamente 33 MJ / kg desde la superficie a la órbita, y eso descuida la resistencia atmosférica.
  2. La ecuación del cohete ( http://en.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation). En pocas palabras, no solo debe quemar combustible para proporcionar delta-V a su carga útil, también debe quemar combustible para proporcionar delta-V al combustible que necesita quemar para proporcionar delta-V a su carga útil. Sí, esta es una relación exponencial.
  3. Complejidad. El sistema que usa para convertir rápidamente esta energía en delta-V (debe ser rápido si está usando cohetes) es complicado y debe ser confiable. Con nuestra tecnología actual, los sistemas complejos y confiables son costosos de diseñar y operar.

Varias tecnologías actuales intentan abordar estos factores para reducir los costos. Por ejemplo, la mayoría de los lanzamientos espaciales se lanzan hacia el este para reducir los requisitos de energía delta-V, elemento n. ° 1, para una misión.

Las tecnologías futuras pueden tratar de abordar estos problemas y, por lo tanto, reducir estos costos. Por ejemplo, los ascensores espaciales podrían eliminar el n. ° 2 al separar la fuente de energía de la carga útil.

Reducir la complejidad o aumentar nuestra capacidad para lidiar con la complejidad, elemento n. ° 3, también puede reducir los costos. Para muchas misiones, el uso de robots en lugar de humanos elimina sistemas completos (soporte vital, sistemas de reentrada) y, por lo tanto, reduce drásticamente los costos. Sin embargo, esta es una espada de doble filo, ya que es posible que sea necesario agregar algunos sistemas nuevos (inteligencia de máquina, manipuladores hábiles).

Por último, también hay otros factores más pequeños a considerar:

  • El combustible y los otros materiales utilizados son, como sugirió, también costosos. Los sistemas aeroespaciales generalmente tienen requisitos de materiales extremos. El metal debe ser una aleación específica, la criogenia debe ser de alta pureza, etc. Esto suma.
  • La fabricación de componentes generalmente requiere precisión y pequeñas tolerancias, las cuales aumentan el costo.
  • El vehículo y los sistemas generalmente se construyen en pequeñas cantidades. No se aplican las ventajas económicas de la línea de montaje de Henry Ford.
  • Los sistemas generalmente son contratados y operados por entidades estatales. Estas entidades tienen la ventaja de generar grandes cantidades de fondos a través de impuestos, pero tienen la desventaja de las ineficiencias debido a la falta de ánimo de lucro.
Quizás esto sea parte de la "complejidad", pero los componentes deben mecanizarse con extrema precisión para lograr un vuelo estable y una operación confiable.
Buen punto @DonBranson: He actualizado mi respuesta para incluir esto.
Es interesante notar que el número 1 no es tan importante, 33MJ es lo mismo que 8.6 kWh ... que incluso a tarifas residenciales es ~ $ 1.6. El problema es el número 2: somos extremadamente ineficientes en cuanto a energía para llevar masa útil al espacio.
No es grande en términos de costo, pero si lo piensa en términos de densidad de energía (MJ / kg, con hidrógeno comprimido a aproximadamente 150 MJ / kg), es un gran problema. Si tan solo tuviéramos un cable de extensión largo ...
Falta en la lista el hecho (bastante obvio) de que los cohetes son prescindibles. Hacerlos reutilizables es difícil debido a las 3 grandes razones mencionadas anteriormente, pero aún así, si SpaceX u otra persona logra hacerlo, el costo por lanzamiento seguramente bajaría mucho.
El combustible para un Falcon 9 es del orden de $ 300,000. Cacahuetes en comparación con el hardware que desperdicias en cada lanzamiento.
Como han mencionado otros, la energía no es un gasto tan grande. Es la nave espacial desechable.
#2
+6
geoffc
2015-07-03 05:53:09 UTC
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Tirar el equipo utilizado en cada lanzamiento definitivamente hace que los lanzamientos sean más costosos. (SpaceX planea recuperar la primera etapa. Este esfuerzo ha llevado a ULA a sugerir Vulcan como una forma de recuperar parcialmente el bloque del motor, y ArianeSpace a sugerir ADELINE para recuperar el bloque del motor).

El combustible en sí es caro para el propietario de una vivienda, pero es solo una pequeña fracción del costo de lanzamiento.

Los vehículos en sí mismos son costosos de desarrollar, peligrosos, difíciles de probar por completo, y resulta que realmente son ciencia espacial.



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