Ion Drives impulso específico algo así como una falsa economía?

He estado trabajando en un experimento mental con un amigo mío, y algunas de mis preguntas anteriores ya han sido respondidas (muy útilmente) aquí :)

Sin embargo, este es el problema actual que tengo: Engines.

Así que mi proyecto es un 'barco' bastante grande, que no necesita llegar a ningún lado particularmente rápido, pero no puede ser demasiado lento. Como los cohetes químicos requerirían grandes cantidades de combustible, parecía que la mejor solución era optar por un motor de iones.

Sin embargo, debido a la masa de la nave, esto significó apilar algunos VASIMR. Lo cual, en lo que respecta a Xenon (o cualquier propulsor), es bastante bueno. La aceleración constante (muy pequeña) recogerá gradualmente las cosas. Si puede generar 200MW de potencia.

Y aquí es donde golpeo la siguiente pared, y la 'falsa economía'. Para generar ese tipo de energía, se necesitarían 150 000 m3/h de hidrógeno (en un generador de hidrógeno). No puedo encontrar información sobre el uso de combustible nuclear, pero sospecho que no es insustancial. Aparentemente, también se trata de 800 acres de paneles solares.

Entonces, si bien el motor de iones es mucho más eficiente en combustible en lo que respecta al propulsor, parece cambiar eso por otro tipo de combustible. Lo cual está bien para sondas a pequeña escala que pueden utilizar energía solar, pero no para los grandes.

Así que me he topado con una pared, donde incluso para viajes de corto alcance (como Marte o el cinturón de asteroides), no parece que tengamos la capacidad de llevar una nave a nuestro destino.

He escrito esto principalmente para explicar mi proceso hasta el momento y, por lo tanto, para hacer la pregunta:

¿Cuál sería la forma de propulsar una nave con una masa de muchos cientos (quizás miles) de toneladas, desde LEO hasta LMO o el cinturón de asteroides? Dentro de la vida de las personas a bordo, preferiblemente jaja. Porque estoy perplejo.

¿Qué es un generador de hidrógeno?
Generador de energía de pila de combustible de hidrógeno. Ni idea de cómo funciona.

Respuestas (3)

¿Está quemando el hidrógeno en una celda de combustible para obtener la energía para un motor de iones? No creo que eso sea sabio. Obtendrías más delta/v usando el hidrógeno y el oxígeno en un cohete convencional.

Una masa de combustible de reactor nuclear no creo que sea prohibitiva. Según este sitio , generar 200 MW durante un año requeriría unas 5 toneladas de combustible. Estás trayendo mucho más xenón que esto para tu masa de reacción. A una escala lo suficientemente grande, la energía nuclear es una obviedad para una nave interplanetaria.

Nota: la cifra de 5 toneladas es para combustible poco enriquecido; para aplicaciones espaciales, probablemente desee utilizar un mayor enriquecimiento, lo que reduciría la masa de combustible requerida.

Usé hidrógeno principalmente como ejemplo, pero también como algo que al menos tiene una posibilidad razonable de ser recolectable de otros lugares del sistema solar. Las fuentes de combustible exóticas se agotarán y serán mucho más difíciles de reemplazar (¿creo?)
Si está "quemando" el hidrógeno en cualquier cosa , necesitará traer algún tipo de oxidante con usted. La pila de combustible no es una excepción.
@niurin: no sé por qué no podríamos encontrar grandes cantidades de uranio en el cinturón de asteroides: delta-v más pequeño para sacarlo que cualquier fuente de hidrógeno que se me ocurra.
No hay pilas de combustible que funcionen solo con hidrógeno, también necesitan oxígeno.
Si desea recolectar combustible, un cohete térmico nuclear puede ser mejor. O, una vez más, química.
El problema de volverse nuclear no es la masa del combustible nuclear (que es muy pequeña) sino la masa del propio reactor nuclear, que es mucho más. ¿Tiene fuentes con cifras de la masa esperada de un reactor nuclear espacial de 200MW?

Sí, los motores de iones son algo así como una economía falsa en el sentido de que dependen de la energía eléctrica además de su masa y su propulsor (por ejemplo, xenón).
Entonces, en comparación con un motor de cohete químico donde la masa del motor, el empuje, el impulso específico, más el propulsor (y la masa de los tanques para almacenarlo) es casi todo lo que necesita para planificar una nave espacial hipotética, aquí tiene que agregar la masa de la cosa de la que obtendrás energía eléctrica.

Algunas cifras de la nuclear:

Sin embargo, recuerde que la energía nuclear generalmente produce mucho calor además de la energía eléctrica, por lo que es posible que necesite algunos radiadores grandes. Otra cifra para KRUSTY en el mismo enlace da 335 kg para 1 kw y 1120 kw para 10 kw para todo el paquete (no solo el reactor) incluidos los componentes de rechazo de calor.
Esto es mucho peor que 191 kw/ton y más como 10kw/ton.
La parte alentadora es que el reactor de 10kw no necesitaba una masa 10x en comparación con el de 1kw. Puede ser que @ 200MW un reactor nuclear tenga una relación potencia/peso mucho mejor.
Tenga en cuenta que la masa de combustible nuclear es solo un porcentaje muy pequeño del peso en las cifras anteriores.

Algunas cifras para la energía solar:

  • ¡Puede obtener hasta 500kw/ton! Ver esta pregunta .

Creo que puede obtener 200MW, en incrementos de 300kw, a 150kw/ton, por lo que 1333 toneladas en total, con un área de 785000 metro 2 (este escalado linealmente desde 20kw con 78.5 metro 2 ), con tecnología algo "probada" (ver UltraFlex , MegaFlex ).

La tecnología de paneles solares THINS a la que se hace referencia en la pregunta anterior podría funcionar incluso mejor (500 kw/ton) pero no encontré la cifra sobre k w / metro 2 , solo k w / metro 3 (que es cuando se almacenan los paneles).

No sé cuánto sería problemático ensamblar tantos de ellos.
De hecho, levantar 1333 toneladas es problemático, pero ya estás asumiendo una nave espacial de miles de toneladas, así que... También tu cifra de 200MW significaría tener 1000 VASIMIR (1 VASIMIR = 200kw)... así que supongo que ya pesarán bastantes toneladas. !

"También su cifra de 200MW significaría tener 1000 VASIMIR (1 VASIMIR = 200kw)" Sí, terminé con algo así como 5000N de empuje. Lo que solo termina (si mis cálculos son correctos) empujando 5 toneladas a 1 m/s2. Entonces, 1000 toneladas (o dos ISS) serían... ¿0,005 m/s2? Esto todavía suena extremadamente lento, pero para ser honesto, no he tenido la oportunidad de calcular cuánta aceleración real se suma durante un viaje real. Parece que, para una nave de 1000 toneladas (sin combustible), tardaría unos 200 días en llegar al cinturón de asteroides. O unos 80 días para llegar a Marte. ¡No estoy seguro si eso es bueno o malo!
0,005 m/s2 pueden sumar hasta 6000 m/s en aproximadamente 14 días, donde 6000 m/s es aproximadamente el deltaV que necesita desde LEO hasta la órbita baja de Marte (me imagino que una nave estelar tan grande se construiría en LEO y luego simplemente regresaría y adelante entre LEO y la órbita baja de Marte). ¡80 días a Marte es bueno! ¿Cómo conseguiste eso? Tenga en cuenta que 6000 m/s deltaV es para transferencias de órbita "estándar" entre la Tierra y Marte utilizando cohetes químicos. Con una aceleración muy baja, es posible que necesite MÁS de 6000 m/s.
Lo siento, hice la tontería y lo hice por distancia, en lugar del deltaV requerido. Todavía no estoy acostumbrado a pensar en términos de deltaV. Para un barco de 1.000.000 kg, obteniendo 0,005 m/s2, ¿cuánto tardaría en llegar de LEO a LMO? -- y sí, la nave comenzaría y terminaría en órbitas, nunca sería lanzada desde la tierra, ¡demasiado caro!
Si sabe que obtiene 0,005 m/s2, la masa es irrelevante. No sé qué camino puede seguir con una aceleración tan pequeña. He leído en otro lugar de este sitio que dijo que el impulso iónico podría tardar un 50% más que el químico en las trayectorias de Marte. Sin embargo, no tengo ninguna fuente en este momento con una trayectoria de Marte planificada para motores iónicos. La respuesta de Starfish Prime da uno (separar la carga útil que podría no ser su idea).
Una cosa que no dije en mi respuesta (pero presente en Starfish Prime one) es que la energía solar está influenciada por la distancia del Sol (a la distancia de Marte, obtienes alrededor de la mitad de la energía solar, es decir, la irradiancia).

Un perfil de misión pensado para el VASIMR implica inicialmente viajar más cerca del sol para aprovechar el flujo solar más fuerte para hacer funcionar el motor a alta potencia, liberar una carga útil en una larga trayectoria de inercia y reducir la velocidad del vehículo de lanzamiento para regresar a la Tierra. .

Concepto de eyector VASIMR

La idea todavía está un poco a medio cocer en la actualidad (el rendimiento del motor aún no está allí, las proporciones de masa son demasiado altas, no es práctico recuperar el barco de lanzamiento, no se pensó en regresar del destino) pero muestra que es posible utilizar un cohete impulsado eléctricamente sin necesidad de reactores nucleares.

En este caso, el tiempo de vuelo es de 3 años, lo que debería estar cómodamente dentro de la vida de cualquier tripulación, aunque esa vida puede reducirse un poco al pasar 3 años en el espacio interplanetario...

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