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Estimador de combustible para una misión de tránsitos de exoplanetas

Este estimador traduce un presupuesto de Δv en una masa de propelente aproximada mediante la ecuación ideal del cohete. Puede utilizarse en estudios de concepto de una plataforma espacial que deba realizar inserciones, mantenimiento orbital, desaturación o correcciones de trayectoria para apoyar una misión fotométrica de tránsitos. La entrada clave es el Δv total asignado al conjunto de maniobras. También se especifican el impulso específico del sistema de propulsión, la masa seca que debe quedar después de consumir el propelente y un margen de contingencia. La salida principal es la masa de propelente cargada incluyendo el margen, junto con la masa inicial correspondiente y la fracción de propelente. El cálculo es ideal y no sustituye un presupuesto de masas y maniobras por fases.

Presupuesto de Δv y propulsión

m/s
s
kg
%
Resultado
—
kg de propelente con margen
Propelente ideal—
Masa inicial con margen—
Fracción de propelente—
Relación de masas ideal—

1. Suma el Δv de la misión
Incluye las maniobras que realmente dependen de este sistema de propulsión y evita mezclar Δv ya cubierto por otra etapa.

2. Introduce el impulso específico
Usa un Isp representativo del motor y del modo de operación previstos.

3. Define la masa seca
Es la masa que queda después de consumir el propelente modelado: estructura, carga útil, subsistemas y reservas que no se gastan.

4. Añade contingencia
Aplica un margen porcentual a la masa de propelente ideal para reflejar incertidumbres de diseño de primer nivel.

5. Comprueba la fracción de masa
Una fracción elevada puede indicar que el concepto necesita más Isp, menos Δv o una arquitectura distinta.

m₀ / m_f = exp(Δv / (g₀ · Isp)) mprop,ideal = m_f · [exp(Δv / (g₀ · Isp)) − 1] mprop,margen = mprop,ideal · (1 + M)

Se usa g₀ = 9,80665 m/s². m_f es la masa seca final, m₀ la masa antes de la maniobra ideal e Isp el impulso específico en segundos. M es el margen expresado como fracción.

Qué significa el resultado

La masa de propelente aumenta de forma no lineal con el Δv. Un impulso específico mayor reduce la masa necesaria para el mismo Δv y masa final.

La ecuación ideal no incluye pérdidas gravitatorias o de apuntamiento, propelente residual inaccesible, cambios de Isp, tanques, blowdown ni secuencias multietapa. Es adecuada para una primera estimación.

Datos: Δv de 300 m/s, Isp de 230 s, masa seca de 900 kg y 15 % de margen.

Cálculo: relación de masas = exp[300 / (9,80665 × 230)] ≈ 1,1422. Propelente ideal = 900 × (1,1422 − 1) ≈ 128,0 kg. Con margen: 128,0 × 1,15 ≈ 147,2 kg.

Resultado: la carga de propelente estimada es de unos 147,2 kg y la masa inicial con ese margen sería de aproximadamente 1.047,2 kg.

¿El Δv debe incluir margen antes de introducirlo?

Puedes incluir margen en el Δv o usar el margen de propelente de la herramienta, pero evita aplicar la misma incertidumbre dos veces. En un presupuesto formal se suelen separar las reservas de Δv y las de masa.

¿La masa seca incluye el propelente?

No. Aquí representa la masa final que permanece después de consumir el propelente modelado. Si introduces una masa que ya contiene ese mismo propelente, el resultado se distorsiona.

¿Puedo usar propulsión eléctrica?

Sí, como estimación ideal si introduces el Isp correspondiente, pero las misiones con propulsión eléctrica también están limitadas por potencia, empuje bajo y duración de maniobra, aspectos que esta calculadora no modela.

¿Por qué el margen se aplica después de la ecuación?

Así se muestra por separado el requerimiento ideal y una reserva simple de propelente. En diseño detallado el margen puede integrarse de otra forma dentro del presupuesto de masas.

¿La herramienta calcula el tamaño del tanque?

No. El volumen de tanque depende de densidad, condiciones de almacenamiento, presurización, ullage y margen de llenado, por lo que requiere un cálculo adicional.