¿Cuáles son las ventajas del propulsor de yodo sólido y cómo se utiliza para la propulsión iónica?

Estaba leyendo sobre diferentes fuentes de propelente para propulsores de iones, siendo el xenón el más común. Sin embargo, en artículos más recientes he encontrado más y más menciones del uso de yodo sólido como propulsor de propulsores de iones.

Más específicamente:

https://en.wikipedia.org/wiki/Iodine_Satellite

https://en.wikipedia.org/wiki/Hall-effect_thruster

Una ventaja clave de usar yodo como propulsor es que proporciona una alta densidad multiplicada por un impulso específico, es tres veces más eficiente en combustible que el xenón que se usa comúnmente, puede almacenarse en el tanque como un sólido sin presión y no es un propulsor peligroso. 1U con 5 kg de yodo en un vehículo 12U puede proporcionar un cambio de velocidad de 4 km/s ΔV, realizar un cambio de altitud de 20 000 km, un cambio de inclinación de 30° desde LEO o un cambio de inclinación de 80° desde GEO. Durante las operaciones, el tanque se calienta para vaporizar el propulsor. Luego, el propulsor ioniza el vapor y lo acelera a través de campos magnéticos y electrostáticos, lo que resulta en un alto impulso específico.


Supongo que mis preguntas son:

  • ¿Cómo puede usar yodo sólido como sustituto del xenón? ¿Tiene que sublimarlo?
    • ¿ Hay alguna complicación derivada del uso de un combustible sólido ?
    • ¿Qué hace que el yodo sea tan eficiente para almacenar como combustible sólido ?
  • ¿Cuánto más eficiente será esto en términos de almacenamiento? ¿Cuáles son las ventajas?
    • ¿Cuánto mejor es el impulso específico que: Xenon/Krypton/Argon?
    • ¿Cuánto más fácil es almacenar que: Xenon/Krypton/Argon?
    • ¿Cuánto menos riesgoso es tener yodo que: Xenon/Krypton/Argon?
    • ¿Cuánto menos costoso es que: Xenon/Krypton/Argon?
  • ¿Es este Iodine Satellite el primero en probar esto?

Avíseme si esas preguntas deben desglosarse más, puedo hacer varias para manejar preguntas específicas sobre el propulsor de yodo, pero pensé que comenzaría con una pregunta general.

La respuesta a "¿Cómo puede usar yodo sólido como sustituto del xenón? ¿Tiene que sublimarlo?" se encuentra en la cita: "Durante las operaciones, el tanque se calienta para vaporizar el propulsor (yodo)". El yodo tiene un Punto de fusión (I2) 386,85 K ​(113,7 °C, ​236,66 °F) y un Punto de ebullición (I2) 457,4 K ​(184,3 °C, ​363,7 °F). Se sublima a temperatura ambiente, pero es posible derretirlo con un aumento de temperatura rápido y fuerte. Si la presión de vapor de 35 Pa a 298 K produce una tasa de flujo másico suficiente, la sublimación puede usarse sola.
@uwe cierto, eso es un buen trazo. Sin embargo, me preguntaba cómo calentaría un tanque para causar eso: ¿calentará, enfriará y luego volverá a calentar? ¿Se mantendrá a una temperatura constante? Esperaba que alguien explicara con más detalle cómo planeaban calentar el tanque y sacarlo de la fase sólida a algo utilizable, posiblemente con un diagrama, si está disponible.
@uhoh el primer enlace es esta pregunta: P. Los otros enlaces, sin embargo, los estoy leyendo ahora.

Respuestas (1)

Creo que hay un poco de confusión en los términos que la gente usa para el yodo en la comunidad de propulsión espacial. Para información más detallada recomiendo echar un vistazo a uno de estos artículos científicos Dietz et al. (2019) y Szabo et al. (2013) . Basaré mis respuestas en ellos.


El yodo no se utiliza en estado sólido para propulsión eléctrica (EP). A la gente le gusta usar la palabra "sólido" para anunciar que el propulsor se almacena en estado estólido, en lugar de un tanque presurizado de un gas como el xenón o el criptón. Eso sí, hay que sublimarlo calentando el recipiente de yodo.

Contras: hay que gastar energía para calentar el recipiente y obtener yodo en forma de gas. Además, para el yodo, otra desventaja es que es altamente reactivo/corrosivo.

Pros: El yodo en estado sólido es mucho más denso que, por ejemplo, un gas noble, ocupando menos volumen con la misma cantidad de propelente. Otra clara ventaja es que no necesita todas las tuberías y válvulas de alta presión que normalmente necesita para un sistema que utiliza un gas noble.

A pesar de la posibilidad de almacenarlo en estado sólido, el yodo también es atractivo como propulsor para EP por dos razones principales:

  • su masa atómica que es muy similar al xenón (126,90 amu vs 131,29 amu), que es importante para generar un gran empuje;
  • y su umbral de ionización ligeramente inferior al del xenón, lo que hace que se gaste menos energía para mantener el plasma dentro del propulsor.