Энергозатраты на путешествие на Луну по сравнению с полетом на Марс

Требования к этому можно найти в Википедии , а вот общий бюджет. Они измеряются с точки зрения Delta-V, и это единственное, что действительно имеет значение.

Давайте возьмем это 1 за один раз. Общее требование для посадки на Марс с Луны равно сумме лунной космической скорости и орбиты выведения на Марс. Это 2,8+0,6 км/с или 3,4 км/с. Топливо, необходимое для попадания на НОО с Луны, составляет 2,74 км/с. Таким образом, чтобы добраться до Марса, требуется больше топлива, чем для того, чтобы добраться до Земли с Луны.

Однако, если вы используете подход с непрерывной тягой, цифры немного отличаются, и на самом деле полет на Марс предпочтительнее полета на Землю с Луны. Наверное, это имел в виду Кларк.

Есть еще несколько параметров, которые следует учитывать. Запуск из гравитационного колодца Земли является сложной задачей. Ракета Saturn 5 весом 6,2 миллиона фунтов (2800 тонн) может вывести 260 000 фунтов (120 тонн) на низкую околоземную орбиту (4% начальной массы на орбиту). Запуск с Луны может вывести на лунную орбиту больше полезной нагрузки с той же массой топлива. Лунный модуль весил 10 300 фунтов (4700 кг), включая 5200 фунтов (2400 кг) топлива, и мог достичь лунной орбиты с этой небольшой массой топлива (~ 50% начальной массы на орбите, хотя и с другим топливом / эффективностью).

Оказавшись на орбите, поскольку масса Луны ниже, ее скорость убегания также ниже, чем у Земли, как и скорость перехода на орбиту Марса. Кроме того, вы можете учитывать дельта-V, которую вы получаете от орбиты Луны вокруг Земли, которая составляет 1 км/сек в направлении марсианского путешественника за один раз в течение месяца.

Таким образом, от земли к земле (от поверхности Земли до поверхности Луны по сравнению с поверхностью Луны до поверхности Марса) неудивительно, что для полета с Луны на Марс потребуется меньше топлива, особенно если учесть, что вы можете использовать аэродинамический тормоз, чтобы замедлить корабль на Марсе. Однако это заняло бы гораздо больше времени. Это также предполагает, что вы можете изготовить ракету на Луне. Если вам нужно доставить ракету и ее топливо с Земли, в этом нет никакого смысла, за исключением того, что вы можете пролететь мимо Луны после запуска с Земли, используя ее орбитальную скорость для увеличения скорости вашего корабля по мере его приближения и прохождения, но поскольку Масса Луны мала, особого эффекта вы не получите.

С точки зрения Кларка, это было правдой тогда и правдой сейчас. Технологии движения не меняют дельта-V, а только время, в течение которого применяется дельта-V (при условии отсутствия безмассового движения) и форму переходной орбиты.

Иногда одна картинка, особенно нарисованная Рэндаллом, стоит тысячи слов :)

https://xkcd.com/681/ (классика xkcd "Гравити Уэллс")

Цитирую создателя:

На этой диаграмме показана «глубина» различных гравитационных колодцев Солнечной системы. Каждый колодец масштабируется таким образом, что подъем из физического колодца такой глубины - при постоянной гравитации на поверхности земли - потребует той же энергии, что и побег от гравитации этой планеты в реальности.

И да, это не отвечает на вопрос, но, возможно, помогает визуализировать одну из концепций, необходимых для понимания того, что происходит. Может быть, я должен был добавить это как комментарий...?

Я предполагаю, что большая часть этого уравнения связана с силой и материалом, необходимыми для достижения скорости убегания. Земля обладает гораздо более высокой гравитацией, не говоря уже о давлении воздуха (и атмосфере), через которое должен пройти любой космический корабль. Если я правильно помню, шаттл должен стартовать со скоростью примерно 5 км/сек^2, чтобы достичь точки Лагранжа 5. Хотя расстояние намного больше (Луна находится примерно в четверти миллиона миль от нас, а Марс — чуть меньше . 5 а.е.) теоретически можно было бы использовать все топливо, необходимое для ухода с Земли для путешествия с Луны на Марс посредством постоянного ускорения/торможения, или даже использовать Луну для рогатки (используя гравитацию небесного тела для достижения более высоких скорости с помощью сложной математики, соотношений, углов и одного очень напористого пилота). Математически наверное с цифрами проще, а не столько расход топлива и используемых расходных материалов; время полета потребует большого количества припасов, не говоря уже о топливе для отлета с Марса и обратного пути домой. Я знаю, что действительно огромная красная ракета и ускорители существуют только для того, чтобы достичь космической скорости, поэтому это заставляет задуматься, насколько хорошо они будут работать в космосе.

Может быть, нам стоит приобрести варп-двигатели а-ля Farscape.