Viagem a Marte Durante a Oposição
Durante a oposição de Marte, existe uma abertura de 2 meses e meio. Esse é o momento de menor distancia da Terra e Marte.
Velocidade e Trajetória
Uma espaçonave convencional que sai da atmosfera terrestre possui em média 28.000 km/h ou 7,8 km/s para atingir uma trajetória para marte ela deve superar uma propulsão de 40.000 km/h ou 11,2 km/s, apenas para sair da influencia gravitacional da terra sobre a espaçonave.
Mantendo essa velocidade chegaria em marte em aproximadamente 7 meses e 21 dias.
Na oposição de Marte a distancia esta a 57,6 milhões de quilômetros. E na trajetória hiperbólica estaria a 28,8 milhões de quilômetros. Ou seja, a nave atingiria esse ponto a 720 horas ou 30 dias a uma velocidade de 40.000 Km/h.
Logo para chegar em um mês, a nave precisaria sair da atmosfera a uma velocidade de 28.000 km/h, ganhar a propulsão referente a velocidade de 120.000 km/h e reduzir a velocidade para 54.812 km/h em 28,8 milhões de quilômetros de Marte.
A propulsão no espaço.
A propulsão química ou propulsão térmica nuclear, são as alternativas atuais para ganho de empuxo.
A energia química é convertida em energia cinética. Concentração dos reagentes, temperatura e pressão significa, controle das reações químicas.
Um combustível deve reagir mais rapidamente quando o espaço é menor, a temperatura e pressão são maiores. Logo levar o combustíveis em estado solido, congelado estabelece formas para controlar o consumo, sendo rápido na medida que a temperatura e pressão aumenta, como uma prensa.
Então no combustível de hidrogênio liquido, uma prensa garante a eficiência da combustão, a segurança diminuindo os riscos de pré-ignição e desempenho melhorado do motor, permitindo uma resposta rápida e eficiente.
Combustível e Energia
Então em um modelo que use hidrogênio liquido para ganhar energia até marte:
Para atingir 28.000 km/h: 37,75 GJ
Para aumentar de 28.000 km/h para 120.000 km/h: 695,13 GJ
Para reduzir de 120.000 km/h para 54.812 km/h: 145,0 GJ
Energia Total Necessária: 877,88 GJ
Densidade Energética do Hidrogênio Líquido: 8.5 MJ/L
Volume Total de Combustível Necessário: Aproximadamente 103,280 litros
Armazenamento do combustível
O maior tanque de hidrogênio líquido da NASA, com capacidade de aproximadamente 2,034 milhões de litros. O tanque de hidrogênio líquido da NASA pode oferecer a propulsão inicial ate a saída da atmosfera.
Usamos 98.839 litros para ida e 103.280 litros para a volta totalizando um total de 202.119 litros.
Massa Total da Nave
O peso total do hidrogênio líquido necessário para a viagem de ida e volta seria aproximadamente 14.317,5 kg.
Considerando que cada tanque pesa aproximadamente 15% do peso do hidrogênio que armazena, o peso total dos tanques, incluindo o hidrogênio líquido e os próprios tanques, seria aproximadamente 16.503,016 kg para a viagem de ida e volta.
Então significa que a massa da nave aumentará em 16.503,016 kg devido ao peso do tanque e combustível. Usando a cápsula Dragon da SpaceX que tem 12.000 kg adicionando o peso dos combustível e tanques 16.503 kg, temos uma nave com a capacidade de ir a Marte em 1 mês.
Com o peso ajustado, incluindo o oxidante de oxigênio liquido temos 148.224 kg, uma diferença de 131.721 kg ao peso total da nave.
Conclusão
Isso foi só para criar algo melhor do que ir a Marte em dois meses, ainda existem fatores importantes a serem considerados, desde desvios de trajetória até o suporte de vida dentro da aeronave. Em uma situação de emergência, onde haverá a falta de combustível os tripulantes deveriam obter o hidrogênio liquido direto do solo marciano.
Tentei não usar tecnologias de fusão nuclear em um motor, embora essa diminua significativamente o peso de combustível na aeronave.
O custo total poderia facilmente passar dos US$ 100 bilhões. Uma viagem nessa escala certamente contribui para a sociedade, ciência, tecnologia e economia em longo prazo. O tempo é relativamente menor, e significa, que o consumo durante o trajeto é menor e que a coleta de recursos é mais rápida, assim algo prático e não tão longe da realidade.
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