¿Cuáles son las formas de suministro de energía de baja masa para un propulsor de iones de 4,5 kW?

Estoy en el proceso de diseñar una nave espacial para un proyecto y estoy en la etapa de elegir el sistema de propulsión.

Voy a utilizar un propulsor de iones Boeing 702 (que requiere 4,5 kW) para la propulsión, para llevar una nave espacial de la Tierra a Marte. Por lo tanto, necesito saber formas de generar 4.5kW y la masa (la masa debe minimizarse) de lo que sea que suministre esta energía.

Entonces, su pregunta realmente es más bien "Necesito 4,5 kW de electricidad para mi propulsor, ¿qué alternativas de baja masa hay para obtener esa potencia de salida?"
¿Hacia dónde va tu nave espacial? Esto afectará significativamente el tamaño de la matriz solar requerida.
Sí, necesito una potencia de salida de 4,5 kW y necesito saber la masa de lo que sea que esté suministrando esa potencia, es decir, la masa de los paneles solares/generador/etc.
Va a Marte desde la Tierra. Haré estas modificaciones en la publicación.
Uno se pregunta si la energía transmitida es una opción aquí.

Respuestas (2)

Las baterías y las celdas de combustible probablemente estén agotadas debido a la larga duración de una misión Tierra-Marte.

Aquí hay algunos números de salida de masa y potencia para generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG); el más eficiente en masa de estos funciona con aproximadamente 5 W / kg, por lo que está buscando alrededor de una tonelada de RTG para hacer funcionar su propulsor al máximo. Los RTG son atractivos para las misiones planetarias exteriores porque la energía solar disminuye con el cuadrado de la distancia, pero solo vamos a Marte, por lo que es probable que la energía solar sea una mejor opción.

Según Wikipedia, los paneles solares pueden producir hasta 300 W/kg a la distancia de la Tierra. No está claro en ese artículo qué tan prácticas son las celdas en esa relación de potencia a masa, o qué parte de la masa es mecánica estructural/de despliegue en comparación con las celdas reales, por lo que su kilometraje puede variar considerablemente si va más allá de la "parte posterior del sobre". diseño de la nave espacial, pero vamos con ese número.

En la órbita de Marte, 1.666 AU, solo obtendrá alrededor del 35% de eso, alrededor de 100 W / kg, ¡todavía mucho mejor que los RTG! Entonces, su panel solar tendrá una masa del orden de 50 kg. Es posible que desee llevar paneles solares adicionales como seguro contra la degradación, o simplemente hacer funcionar el propulsor de iones a menor potencia más adelante en la misión si es necesario.

Si tiene mucha paciencia, puede haber un punto óptimo en el que un panel solar más pequeño más una batería grande puedan hacer funcionar el propulsor a plena potencia durante períodos de tiempo limitados con una inversión de masa menor que un panel solar grande. Esto significará que, por ejemplo, los ajustes orbitales deberán realizarse en más encendidos más breves que si pudiera mantener el propulsor constantemente.

Si es un propulsor de iones, ¿seguimos usando el término "quemaduras" o debería ser más bien "explosiones" o algo así?
"Impulsos", supongo, sería el término técnico, pero los tecnicismos nunca impidieron que un término colorido pero ya no preciso siguiera en uso.

Una búsqueda rápida en Google descubre que el motor de iones de 2,3 kW de la misión Dawn está alimentado por una matriz solar de 36,4 m ^ 2 que genera 10,3 kW a 1 AU, disminuyendo a aproximadamente 4,6 kW en Marte. Entonces, dependiendo de cuánta potencia se necesite para usos que no sean de propulsión, probablemente podría salirse con la suya con unos 50-60 m ^ 2. Debería ser fácil encontrar la masa aproximada de ese tamaño de matriz.

¿Cuáles son las formas de suministro de energía de baja masa para un propulsor de iones de 4,5 kW?
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