Bombas Knudsen - ¿Se han utilizado en exploración espacial?

Encontré otro túnel de información de Wikipedia, comenzando con el primer enlace y avanzando hasta el último :

Entonces, después de leer todo (hasta llegar a mi límite de conocimiento al comenzar los trabajos)...

La bomba Knudsen, también conocida como "bomba de transpiración térmica" o "compresor Knudsen", es una bomba de gas que no utiliza piezas móviles. En su lugar, utiliza la transpiración térmica, el fenómeno por el cual las moléculas de gas se desplazan desde el extremo frío al extremo caliente de un canal estrecho.

Wikipedia tiene un enlace a un documento sobre el uso de esto para controlar la actitud , pero ¿alguna vez se ha usado?

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El documento parece concluir que es posible en una órbita de 150 km de altura, pero no más allá de los 200 km. Entonces, ¿esto se ha hecho? ¿Más información (en términos más sencillos) sobre cómo funcionaría este sistema de control de actitud? Ese papel era sin duda denso para mi cerebro.

Mi impresión general es que se trata de un método no mecánico relativamente barato para transferir líquidos/gases, que utiliza un caudal bajo y gradientes de temperatura. Si termina escalando haciendo una serie de ellos, se logrará un rendimiento cada vez mayor junto con otros beneficios (y, por supuesto, complicaciones).

Mi pregunta principal es:

  • ¿Se ha utilizado este principio de una bomba no mecánica en la exploración espacial?
  • Si no tiene:
    • ¿Por qué no?
    • Cuáles pueden ser las aplicaciones de esto en términos de exploración espacial.
  • Si tiene:
    • ¿Cuál fue la solicitud (esto no tiene que estar relacionado con los papeles)?
    • ¿Se ha considerado seriamente la aplicación de la actitud más allá de lo teórico?

Relacionado: ¿Es factible el desnatado atmosférico para el propulsor?

Respuestas (1)

Las bombas Knudsen no se utilizan en la exploración espacial porque no funcionan a las altitudes requeridas por casi todos los satélites y no funcionan en absoluto cuando están completamente fuera de la atmósfera.

En cuanto a por qué no, es difícil analizar la conclusión prevista del resumen más allá de "puede ser posible a ciertas altitudes", pero considere también algunos comentarios sobre Knudsen Pumps de la introducción de ese mismo documento:

"... deméritos como la baja presión y la severa condición para que el sistema de bombeo funcione. [...] Los investigadores tienen muchas dudas sobre el uso del compresor Knudsen en el espacio, ya que un gas en el espacio está altamente enrarecido".

En otras palabras, no funcionará sin al menos algo de atmósfera. La conclusión de los autores es que "es posible una altitud de 150 km, mientras que el uso a 200 km es difícil". Presumiblemente después de 200 km ya no funciona en absoluto. Por lo tanto, es completamente inútil para cualquier sonda o satélite en el espacio interestelar o alrededor de un cuerpo con una atmósfera delgada.

Ahora compare esa banda operativa estrecha (150 a 200 km) con el rango (aproximado) de la órbita terrestre baja (LEO) - 160 a 2000 km. (Como referencia, la altitud de la órbita geosíncrona es de 35.786 km).

En otras palabras, el efecto Knudsen teóricamente apenas podría funcionar en el extremo inferior de LEO, y absolutamente no funcionará para órbitas más altas. Y esa órbita extremadamente baja no es deseable para casi ninguna aplicación, porque tiene una resistencia atmosférica significativamente mayor que las órbitas más altas. El artículo de Wikipedia sobre la descomposición orbital señala que:

"Debido al arrastre atmosférico, la altitud más baja sobre la Tierra a la que un objeto en una órbita circular puede completar al menos una revolución completa sin propulsión es de aproximadamente 150 km (90 millas)".

Por lo tanto, las bombas Knudsen solo funcionan en altitudes apenas más allá del rango en el que aún se requiere vuelo propulsado (por debajo del cual son totalmente innecesarias), pero no en rangos más altos donde la resistencia atmosférica ya no es una preocupación importante (por encima del cual son totalmente inútiles). ).

Dado el costo de desarrollar y probar cualquier tecnología de exploración espacial, no sorprende que una con muy, muy pocas aplicaciones haya sido ignorada en gran medida a favor de soluciones que funcionan en una gama mucho más amplia de condiciones.

Ni siquiera consideré cómo se crearía o mantendría en el espacio el gradiente de temperatura necesario para que la bomba funcionara. Pero cualquier método de calefacción/refrigeración requeriría un consumo adicional de masa y energía, y esa fuente también podría usarse para otros métodos de control, incluidos los que podrían ser más eficientes para sus masas relativas.
¿No hay un gradiente de temperatura natural del sol? El lado que da al sol es caliente, el opuesto es el lado frío.
@MagicOctopusUrn Sí, pero no es controlable ni constante: la orientación de su nave podría estar fijada al sol (poco probable) y producir una fuente de energía constante, pero lo más probable es que esté frente al planeta y, por lo tanto, gire constantemente. También podría pasar a través de la sombra del planeta, haciendo que la bomba quede inutilizable regularmente (aunque eso podría solucionarse). Es probable que cualquier colector para usar ese calor deba estar separado de la bomba en sí, y probablemente articulado para el control, lo que agrega complejidad y peso, lo que compensa el atractivo de la bomba "sin partes móviles".
¡Grandes puntos! ¿Podría usarse en L1 para mantener la estación, ya que el gradiente sería mucho más constante (y controlable)? Podría orientar la nave en cualquier dirección para obtener el gradiente deseado para empujar la nave en cualquier dirección concebible, ¿verdad? Simplemente usando los rayos del sol. Entonces obviamente necesitarías tu propia fuente de atmósfera (en lugar de tu propia fuente de calor). Supongo que eso frustra el propósito, sería más fácil traer monopropulsor en ese punto...
@MagicOctopusUrn Acabas de describir un propulsor de iones : D
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