El tamaño máximo al que la Tierra podría crecer antes de que los cohetes dejaran de funcionar

Límite de los cohetes de propulsión química: posibilidad de lanzamiento desde planetas más grandes que la Tierra

• Respuesta a la pregunta de si los cohetes de propulsión química pueden despegar incluso desde planetas más grandes con una densidad similar a la de la Tierra.
• Se explora la posibilidad de lanzamiento aumentando el radio y la masa de la Tierra.
• Se analizan el límite teórico de los cohetes de propulsión química y los problemas reales de ingeniería.

La ecuación del cohete y los límites de los cohetes de propulsión química

• Según la ecuación del cohete, en planetas más grandes se requiere una velocidad mayor, lo que implica un aumento en la relación de masas del cohete.
• La velocidad de escape de los motores químicos tiene un límite, y no es posible aumentar indefinidamente la relación de masas del cohete.
• En planetas más grandes que la Tierra, la relación empuje-peso del cohete debe ser mayor, lo que incrementa la masa en seco y reduce el Δv posible.

Límites prácticos de los cohetes de propulsión química

• Al aumentar el radio y la masa de la Tierra, la masa total del cohete crece de forma exponencial.
• Más allá de cierto nivel de gravedad, incluso los motores más potentes no pueden levantar su propio peso.
• Aunque los requisitos de Δv para los cohetes de propulsión química son teóricamente infinitos, en la práctica se vuelven imposibles debido a problemas estructurales y limitaciones de recursos.

Límite teórico de los cohetes de propulsión química

• En teoría, los cohetes de propulsión química podrían despegar desde un planeta de cualquier tamaño, pero en la práctica la relación de masas aumenta exponencialmente.
• Si el cohete se vuelve demasiado grande, surgen problemas estructurales y los motores dejan de poder levantar su propio peso.
• Si la masa del planeta es considerablemente grande en comparación con la del cohete, la velocidad de escape del cohete disminuye y ya no puede proporcionar el Δv necesario para salir al espacio.

Opinión de GN⁺

• Este artículo explora en profundidad los límites de los cohetes de propulsión química y enfatiza que, a medida que aumenta el tamaño del planeta, la dificultad del lanzamiento crece de forma exponencial.
• Al considerar la relación de masas del cohete y sus límites estructurales, sugiere que en planetas mucho más grandes que la Tierra podría ser imposible despegar con cohetes de propulsión química.
• El artículo ofrece un tema interesante para quienes se interesan por la exploración espacial y la ingeniería de cohetes, y puede estimular el debate sobre el futuro de los sistemas de lanzamiento espacial.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Uno de los problemas abiertos en la ciencia de cohetes temprana era si, dada una concepción teórica de cohete, existía una combinación de propelentes con suficiente velocidad de escape. En el artículo de Goddard se analiza cuánto tendría que crecer un cohete para ofrecer un rendimiento equivalente reduciendo la velocidad del propelente. Al final, se llegaba a una situación en la que habría que quemar toda una montaña de pólvora para alcanzar apenas unas decenas de millas de altitud. Para los primeros pioneros de la cohetería, fue una grata sorpresa y un alivio descubrir que vivimos en un planeta donde la gravedad y la química permiten los cohetes orbitales. El resto era solo un problema de ingeniería.
• Un punto interesante que podría afectar la ecuación de Drake es que sugiere que el tiempo promedio de supervivencia de una civilización podría ser menor en planetas de alta gravedad. Esto se debe a que su capacidad para volverse multiplanetaria y superar catástrofes a gran escala podría verse limitada.
• Esto plantea la pregunta de si, en un planeta como un gigante gaseoso donde una atmósfera de hidrógeno rodea un núcleo rocoso, sería posible una nave que respirara hidrógeno hasta llegar al borde del espacio, o si, con una atmósfera de nitrógeno o dióxido de carbono lo bastante gruesa, sería posible volar aerodinámicamente o incluso flotar hasta alcanzar un punto donde la gravedad fuera significativamente menor que a nivel de la superficie.
• Se plantea imaginar qué tipo de desafío sería alcanzar la velocidad de escape desde un planeta oceánico.
• Con una primera etapa lo suficientemente alta y hot staging, incluso podría funcionar en una Tierra mucho más grande. Puede que la primera etapa tuviera que extenderse mucho más allá de la atmósfera.
• Pregunta sobre si existe una ecuación, similar a la de Drake, que incluya el factor de que un planeta sea lo bastante pequeño como para poder escapar de él. Es bastante deprimente pensar en lo rara que podría ser la vida inteligente y capaz de viajar por el espacio, pero por otro lado también resulta fascinante imaginar que varios viajeros espaciales podrían estar viviendo al mismo tiempo, a unos pocos años luz de distancia, en un pequeño rincón del universo.
• Casi no se mencionaron los cohetes nucleares térmicos, pero es una tecnología que teóricamente vale la pena considerar.
• Pregunta sobre qué avances tecnológicos serían imposibles para una civilización que no puede ir al espacio.
• Parece que el artículo sobre un planeta de 1.55R⊕ despierta curiosidad y da pie a una discusión interesante.
• Se olvidaron los cálculos prácticos sobre ondas de choque, pero no es un problema que pueda calcularse fácilmente. Según la experiencia en la Tierra, las ondas de choque generadas por el escape de motores supersónicos ejercen una presión enorme sobre las estructuras, y a la escala mencionada nada resistiría lo suficiente. Por ahora no sabemos ni podemos predecir si será posible fabricar materiales mucho más resistentes. El lanzamiento a nivel del mar es importante; por el momento solo recuerdo dos cohetes espaciales lanzados desde lugares con altitudes muy distintas. El lanzamiento a gran altitud podría ser una solución al problema de las ondas de choque, pero tiene otras limitaciones.