Qual é o tamanho máximo que a Terra poderia ter antes que foguetes deixassem de funcionar

Limites dos foguetes de propulsão química: possibilidade de lançamento em planetas maiores que a Terra

• Resposta à pergunta sobre se foguetes de propulsão química ainda podem ser lançados de planetas maiores, com densidade semelhante à da Terra.
• Explora a viabilidade de lançamento à medida que o raio e a massa da Terra aumentam.
• Discute os limites teóricos dos foguetes de propulsão química e os problemas práticos de engenharia.

Equação do foguete e limites dos foguetes de propulsão química

• Segundo a equação do foguete, planetas maiores exigem velocidades mais altas, o que implica aumento da razão de massa do foguete.
• A velocidade de exaustão dos motores químicos tem limites, e não é possível aumentar indefinidamente a razão de massa do foguete.
• Em planetas maiores que a Terra, a relação empuxo/peso do foguete precisa ser mais alta, o que aumenta a massa seca e reduz o Δv possível.

Limites práticos dos foguetes de propulsão química

• À medida que o raio e a massa da Terra aumentam, a massa total do foguete cresce exponencialmente.
• Acima de certo nível de gravidade, até os motores mais potentes não conseguem erguer o próprio peso.
• As exigências de Δv para foguetes de propulsão química são teoricamente ilimitadas, mas na prática se tornam inviáveis por causa de problemas estruturais e limites de recursos.

Limites teóricos dos foguetes de propulsão química

• Em teoria, foguetes de propulsão química poderiam ser lançados de planetas de qualquer tamanho, mas na prática a razão de massa aumenta exponencialmente.
• Quando o foguete fica grande demais, surgem problemas estruturais e os motores deixam de conseguir erguer o próprio peso.
• Se a massa do planeta se tornar grande em comparação com a do foguete, a velocidade de exaustão do foguete diminui e ele deixa de fornecer o Δv necessário para chegar ao espaço.

Opinião do GN⁺

• Este texto explora em profundidade os limites dos foguetes de propulsão química e destaca que, à medida que o tamanho do planeta aumenta, a dificuldade de lançamento cresce exponencialmente.
• Ao considerar a razão de massa e os limites estruturais do foguete, ele sugere que, em planetas muito maiores que a Terra, lançamentos com foguetes de propulsão química podem se tornar impossíveis.
• O texto oferece um tema interessante para quem se interessa por exploração espacial e engenharia de foguetes, além de poder estimular discussões sobre o futuro dos sistemas de lançamento espacial.

[GN⁺]

Opiniões do Hacker News

• Uma das questões em aberto na ciência de foguetes inicial era se existia alguma combinação de propelentes com velocidade de exaustão suficiente para viabilizar os conceitos teóricos de foguete. No artigo de Goddard, discute-se o quanto um foguete precisaria crescer para manter desempenho equivalente ao reduzir a velocidade do propelente. No fim, chega-se a uma situação em que seria necessário queimar o explosivo de uma montanha inteira para alcançar algumas dezenas de milhas de altitude. Para os pioneiros iniciais da astronáutica, foi uma surpresa agradável e um alívio perceber que vivemos em um planeta em que a gravidade e a química tornam possíveis foguetes orbitais. O resto era apenas uma questão de engenharia.
• Um ponto interessante que pode afetar a equação de Drake é que o tempo médio de sobrevivência de civilizações em planetas de alta gravidade pode ser menor. Isso porque sua capacidade de se tornarem multiplanetárias e de superar catástrofes em grande escala pode ser limitada.
• Levanta-se a questão de que, se em um planeta como um gigante gasoso uma atmosfera de hidrogênio envolvesse um núcleo rochoso, talvez fosse possível uma nave espacial que respirasse hidrogênio até alcançar as bordas do universo; ou, se uma atmosfera de nitrogênio ou dióxido de carbono fosse espessa o suficiente, talvez fosse possível voar aerodinamicamente ou até flutuar até alcançar um ponto em que a gravidade fosse significativamente menor do que no nível da superfície.
• Foi sugerido imaginar que tipo de desafio seria atingir a velocidade de escape em um planeta oceânico.
• Com um primeiro estágio alto o bastante e hot staging, isso poderia funcionar até mesmo em uma Terra muito maior. O primeiro estágio talvez precisasse se estender muito além da atmosfera.
• Pergunta-se se existe uma equação, semelhante à equação de Drake, que inclua o fator de um planeta ser pequeno o suficiente para permitir fuga. É bastante deprimente pensar em quão raras podem ser formas de vida inteligentes e viajantes do espaço, mas, por outro lado, é interessante imaginar que vários viajantes espaciais possam estar vivendo ao mesmo tempo, a poucos anos-luz uns dos outros, em um pequeno canto do universo.
• Houve pouca ou nenhuma menção a foguetes nucleares térmicos, embora seja uma tecnologia que valha a pena considerar teoricamente.
• Pergunta-se quais avanços tecnológicos se tornariam impossíveis para uma civilização incapaz de ir ao espaço.
• O texto sobre um planeta de 1.55R⊕ desperta curiosidade e parece uma discussão interessante.
• Esqueci os cálculos práticos sobre ondas de choque, mas esse não é um problema fácil de calcular. Pela experiência na Terra, as ondas de choque geradas pela exaustão de motores supersônicos exercem uma pressão intensa sobre estruturas e, na escala mencionada, nada resistiria por tempo suficiente. No momento, não sabemos se será possível fabricar materiais muito mais resistentes, e não há como prever isso. O lançamento ao nível do mar é importante e, por ora, só me lembro de dois foguetes espaciais lançados de locais com altitudes muito diferentes. Um lançamento em grande altitude pode ser uma solução para o problema das ondas de choque, mas há outras limitações.