Domanda:
Cosa rende in particolare costoso il lancio di oggetti dalla Terra nello spazio?
kR105
2013-07-17 05:08:22 UTC
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Mi sono sempre chiesto questo. È perché il carburante è troppo costoso? Perché l'attrezzatura verrà eliminata?

Due risposte:
#1
+23
Erik
2013-07-17 07:03:57 UTC
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Tre fattori importanti:

  1. L'energia richiesta è grande ( http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_orbital_energy). Per un'orbita bassa come quella in cui si trova la ISS, si tratta di un'aggiunta di circa 33 MJ / kg dalla superficie all'orbita, e questo trascura la resistenza atmosferica.
  2. L'equazione del razzo ( http://en.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation). In poche parole, non devi solo bruciare carburante per fornire delta-V al tuo carico utile, ma devi anche bruciare carburante per fornire delta-V al carburante che devi bruciare per fornire delta-V al tuo carico utile. Sì, questa è una relazione esponenziale.
  3. Complessità. Il sistema che usi per convertire rapidamente questa energia in delta-V (deve essere rapido se stai usando la missilistica) è complicato e deve essere affidabile. Con la nostra tecnologia attuale, i sistemi affidabili e complessi sono costosi da progettare e da utilizzare.

Diverse tecnologie attuali cercano di affrontare questi fattori per ridurre i costi. Ad esempio, la maggior parte dei lanci spaziali viene lanciata verso est per ridurre il delta-V / fabbisogno energetico, elemento n. 1, per una missione.

Le tecnologie future potrebbero cercare di affrontare questi problemi e quindi ridurre questi costi. Ad esempio, gli ascensori spaziali potrebbero eliminare il n. 2 separando la fonte di energia dal carico utile.

Ridurre la complessità o aumentare la nostra capacità di affrontare la complessità, l'elemento n. 3, può / ridurrebbe anche i costi. Per molte missioni, l'utilizzo di robot al posto degli esseri umani rimuove interi sistemi (supporto vitale, sistemi di rientro) e quindi riduce drasticamente i costi. Questa è un'arma a doppio taglio, poiché potrebbe essere necessario aggiungere alcuni nuovi sistemi (intelligenza artificiale, manipolatori abili).

Infine, ci sono anche altri fattori più piccoli da considerare:

  • Il carburante e gli altri materiali utilizzati sono, come hai suggerito, anche costosi. I sistemi aerospaziali hanno generalmente requisiti di materiali estremi. Il metallo deve essere una lega specifica, i componenti criogenici devono essere di elevata purezza, ecc. Questo si somma.
  • La fabbricazione di componenti richiede in genere precisione e tolleranze ridotte, che aumentano i costi.
  • I veicoli e i sistemi sono generalmente costruiti in piccole quantità. I vantaggi economici della catena di montaggio di Henry Ford non si applicano.
  • I sistemi sono generalmente appaltati e gestiti da entità statali. Queste entità hanno il vantaggio di generare grandi quantità di fondi tramite la tassazione, ma hanno lo svantaggio di inefficienze dovute alla mancanza di una motivazione di profitto.
Forse questo fa parte della "complessità", ma i componenti devono essere lavorati con estrema precisione per un volo stabile e un funzionamento affidabile.
Buon punto @DonBranson: Ho aggiornato la mia risposta per includerlo.
È interessante notare che il numero 1 non è un grosso problema, 33MJ è uguale a 8,6 kWh ... che anche a tariffe residenziali è ~ $ 1,6. Il problema è il numero 2: siamo estremamente inefficienti dal punto di vista energetico per ottenere massa utile nello spazio.
Non è grande in termini di costi, ma se ci pensi in termini di densità di energia (MJ / kg, con idrogeno compresso a circa 150 MJ / kg) è un grosso problema. Se solo avessimo una lunga prolunga ...
Manca dalla lista il fatto (piuttosto ovvio) che i razzi sono sacrificabili. Renderli riutilizzabili è difficile a causa dei 3 grandi motivi sopra indicati, ma comunque - se SpaceX o qualcun altro riuscisse a farlo accadere, il costo per lancio diminuirebbe sicuramente molto.
Il carburante per un Falcon 9 è dell'ordine di $ 300.000. Peanuts rispetto all'hardware che stai buttando via ad ogni lancio.
Come accennato da altri, l'energia non è una spesa così grande. È la navicella spaziale usa e getta.
#2
+6
geoffc
2015-07-03 05:53:09 UTC
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Gettare via l'attrezzatura utilizzata in ogni lancio rende sicuramente i lanci più costosi. (SpaceX prevede di recuperare il primo stadio. Questo sforzo ha spinto ULA a suggerire Vulcan come un modo per recuperare parzialmente il blocco motore e ArianeSpace a suggerire ADELINE per recuperare il blocco motore).

Il carburante stesso è costoso per un proprietario di casa, ma è solo una piccola parte del costo di lancio.

I veicoli stessi sono costosi da sviluppare, pericolosi, difficili da testare completamente e si scopre che sono davvero scienza missilistica.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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