¿Dónde deben colocarse los impulsores de iones en una estación espacial giratoria de la variedad con mancuernas torcidas?

He estado trabajando en un modelo de una instalación de gravedad artificial propuesta por Joe Carroll, basado en este documento . Es un documento conceptual inicial y no explica todo, así que estoy tratando de averiguar cómo manejar algunas cosas.

Calcula que la mayoría de las necesidades de reactivación de la estación podrían lograrse con impulsores iónicos de tamaño medio. Entonces, coloqué dos unidades de este tipo en la estación de modo que puedan permanecer apuntando retrógrados a lo largo de su órbita mientras toda la estación gira en un plano coplanar con su plano orbital.

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Arriba, el círculo rosa indica el plano de rotación, el verde el plano orbital y los puntos rojos son los impulsores de iones en los brazos que giran alrededor del módulo en el centro de masa de la estación.

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Esto da una imagen más clara de los brazos, con una vista que mira más hacia abajo del eje que conecta todos los módulos entre sí.

Esto es claramente un trabajo en progreso. Lo que me gustaría resolver aquí es cómo deberían ser esos auges. Deben girar alrededor del módulo central sobre un riel para permanecer mirando hacia atrás mientras el resto gira. Las unidades tendrán que encenderse durante largos períodos de tiempo, lo que significa que una tenue rociada de xenón caliente flota sobre el eje de conexión y los módulos exteriores cuando pasan a través de la columna de escape de las unidades iónicas.

¿Presentaría eso un peligro, durante meses o años? ¿Las unidades de iones tendrían que disparar en pulsos para evitar ese problema, disparando solo cuando los módulos estén limpios?

Hay otros problemas de reactivación relacionados con las necesidades repentinas de grandes reactivaciones debido a fallas o al aumento de la resistencia de las tormentas solares. Por ahora solo quiero manejar este problema.

Vaya, ¡debe ser agradable poder dibujar cosas geniales! ¡Todavía estoy usando PowerPoint!
@uhoh Lo compensa un poco por no poder hacer matemáticas o códigos sofisticados :)
Asegúrese de comprobar la rigidez de los brazos de los propulsores de iones, especialmente la interfaz brazo/carril. Si esos brazos pueden flexionarse de un lado a otro ("menearse"), podrían encontrarse con el problema de inestabilidad de giro que tuvo la nave espacial Ulysses con sus brazos flexibles (en realidad, segmentos de antena de radio dipolo) alineados a lo largo de su eje de giro.
Supongo que orientar la estación para que gire en el plano de babor/estribor-cenit/nadir, y fijar el motor de refuerzo apuntando hacia atrás a lo largo del eje de balanceo, ¿no es una opción?
@RussellBorogove Bueno, el documento especifica esta orientación. De esa manera, los paneles solares pueden ser bastante simples, simplemente se cuelgan de los módulos y solo giran sobre un solo eje. Pero me pregunto sobre la posibilidad de necesitar impulsar la estación de manera más agresiva, lo que sería más fácil en la configuración que mencionas.
Tratando de imaginarlo, parece que los paneles solares funcionarían de la misma manera en el otro sentido, por lo que es posible que no haya interpretado bien esa parte. Lo tuve así durante un tiempo y lo cambié. Una cosa es que significaría que solo podría encender los motores durante ciertas partes de la órbita donde se alinean correctamente. No sé si hacer que esta cosa preceda es factible o vale la pena.
Dudo que el procesamiento valdría la pena. Tendría que torcer el vector de momento angular de la estación 180 ° y luego continuar hasta la orientación original, una vez por órbita. Para mí, eso suena como una gran cantidad de propulsor, o enormes barras de torsión hambrientas de energía.
@TomSpilker Sí, su giro hace que quiera permanecer en la misma orientación; ni siquiera había pensado en eso cuando lo mencioné antes. No es como la precesión de la ISS.
Oh, hay otra razón para hacerlo girar de esta manera. El plan es usar su giro para liberar las naves acopladas a los módulos exteriores de modo que sean arrojadas hacia atrás y pierdan suficiente velocidad progresiva para estar en una trayectoria de salida de órbita. Esto ahorra combustible y eleva la estación a una órbita más alta.
¿Cómo se acoplan los vehículos a los módulos exteriores? ¿Despintas la estación?
@TomSpilker Propone algo que él llama 'captura de trapecio'. La embarcación entrante tiene que encontrarse con un aparato de agarre en el extremo de un cable y luego subirse con un cabrestante a un puesto de atraque en el módulo en el extremo de ese brazo. Siente que si la embarcación se alinea con precisión durante la aproximación, esto es factible y un objetivo valioso porque a medida que la técnica madure y se construyan estaciones giratorias de mayor diámetro, la misma aproximación podría usarse para agarrar barcos que van a una velocidad mucho menor que la orbital. y para impartir mucha más velocidad a las naves que son lanzadas desde el extremo de un brazo lejos del planeta.
Hay referencias a eso dispersas en el documento vinculado en la pregunta, quizás lo más interesante en la página 17, en la sección 'Derivados operativos'.
Ah, ya veo. gracias kim Este parece ser un concepto que con el tiempo se transforma de una estación espacial a una combinación de estación espacial y gancho aéreo.
Sí, vale la pena modelar :)

Respuestas (1)

En esta respuesta a ¿Qué sistema de propulsión no contaminaría la superficie al aterrizar en un cuerpo celeste prístino? Estimé aproximadamente que la dispersión angular de un haz de iones de un motor de iones podría ser de 1° o menos en función de la temperatura del plasma. Una pequeña fracción de los iones que pasan más cerca de los cables de la rejilla de aceleración podrían desviarse más, pero sería una pequeña parte de la corriente total.

La pérdida de coseno al inclinar los propulsores incluso a 15 ° de distancia (arriba y abajo, fuera del plano) desde la dirección retrógrada deseada es inferior al 4 %, y a 30 ° es inferior al 14 %, por lo que podría estar bien simplemente haciendo eso. .

Algunos propulsores de iones (p. ej., los propulsores de efecto Hall ) pueden no tener rejillas, por lo que la dispersión en el haz de iones podría ser mucho mayor. Si hubiera un "halo" en un ángulo grande, tendría que inclinarlo mucho para minimizar la corriente en el plano. En ese caso, puede agregar una rejilla de alto voltaje positivo para desviar el borde del halo lejos del plano de rotación.

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También puede considerar la pulsación mencionada. Dado que el haz debería ser bastante angosto, tendría que estar apagado solo una pequeña fracción del tiempo, por lo que no habría un gran impacto en el empuje promedio. Si se trata de una pérdida del 20 % (apagado de 36 ° dos veces en cada rotación de 360 ​​°), puede hacer que los motores sean un 20 % más fuertes.

Sin embargo, apagar y volver a encender el plasma una vez por minuto, por ejemplo, puede ser un poco estresante, ya que provocará algunos ciclos térmicos de los componentes del motor. Tal vez para algunos tipos de motores en cuadrícula, puede simplemente reducir sustancialmente el voltaje de aceleración, o tal vez usar otro deflector electrostático de algún tipo, pero si eso falla, tiene un problema. Así que, para empezar, creo que sería mejor asegurarse de que la mayoría de los iones no pasen demasiado cerca de los componentes de la nave espacial y tomar la pérdida de coseno.

Problemas de haces de iones golpeando cosas

Suponiendo que esté utilizando los iones de argón o criptón más baratos y más abundantes (en comparación con el xenón) y tenga un fuerte voltaje de aceleración de 100 kV, serán bastante dañinos para los componentes sensibles. Con esa energía, ambos arrojarán átomos de las superficies que golpean y se implantarán debajo de la superficie, causando más daño. No creo que la dosis total atraviese un casco, pero podría enloquecer una ventana, una lente de cámara o un panel solar. Cualquier cosa que requiera transparencia o que tenga una capa de película delgada importante está en riesgo.

La carga (y descarga catastrófica) de cualquier cosa que no esté bien conectada a tierra también es un problema a tener en cuenta, pero cualquier cosa con clasificación espacial ya podrá manejar algo de flujo de iones en el espacio. Es la naturaleza de alta energía de este haz de iones lo que lo hace diferente del entorno espacial normal, y su capacidad para erosionarse e implantarse es diferente.

Esto parece todo lo que necesito, un buen análisis. Sin embargo, esperaré un poco antes de aceptar, por si acaso.
¿Cuánto tiempo cree que tardaría un haz de iones en atravesar una pulgada de aluminio si se disparara directamente a él a toda velocidad en el vacío? (estadio principal)
@MagicOctopusUrn un Coulomb es 6E+18 pero un mol es 6E+22. Suponiendo un rendimiento de pulverización catódica de 1 átomo por átomo, y sin hacer ningún cálculo, podemos estimar que a 1 amperio por cm ^ 2 le llevaría un día. Pero el flujo de un motor de iones sería mucho más bajo que eso incluso en la salida, y decenas de metros de distancia, incluso más bajo. Yo diría que no te preocupes por eso.
Así que no pongas tu brazo delante a menos que seas un robot a más de 10 metros de distancia. Entiendo ;). Buena visualización aproximada de lo poderosos que son.
error de tipografía; un mol es 6E+23, no 6E+22. Hay 10^5 segundos en un día, y eso es 10^23/10^18. Así que corregir el error tipográfico no cambia mi estimación.
¿Dónde deben colocarse los impulsores de iones en una estación espacial giratoria de la variedad con mancuernas torcidas?
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