¿Qué podría salir mal si alguien dominara un motor de iones?

El motor de iones X-3 es el motor de iones más potente que se haya fabricado y genera una asombrosa fuerza de 5,4 N, utilizando 103 kW. Su combustible es gas xenón inerte, ionizado y calentado a plasma. Ahora, ¿qué pasaría si alguien usara gas hidrógeno en lugar de xenón para "dominarlo"? ¿Sería eso útil algún día, para viajes interplanetarios?

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1: Depende del motor. ¿Detalles? 2: Metralla, que probablemente no golpearía nada y eventualmente caería en una estrella. 3: Depende de la bomba nuclear y el asteroide, en algún lugar entre un asteroide irradiado intacto y metralla irradiada
2. Además, algunos explosivos no detonarían (excluya la mayoría de la combustión química y estará listo, a menos que lleve el oxidante).
Una pregunta por publicación, por favor. Votar para cerrar como demasiado amplio. También te sugiero que le des un poco de contexto a tus preguntas para evitar que se cierren por otras razones. Su pregunta #1, por ejemplo, no tiene sentido sin más conocimiento sobre el tipo de motor. Dado que es un colaborador nuevo, le sugiero que dedique un tiempo a leer las preguntas en el sitio que son altamente votadas para tener una idea de lo que la comunidad considera que es una buena pregunta.
También el nuclear se ha preguntado antes (estilo del día de la independencia): space.stackexchange.com/questions/19091/… Sabía que lo había visto en algún lugar antes :).
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque debe hacer una pregunta a la vez y dar más detalles. No te desanimes a intentarlo de nuevo.
@todos, está bien. Hagámoslo uno a la vez.
Agregué información a su pregunta e hice clic en reopenvotar. También puedes votar para reabrir. Sin embargo, sería mejor si agregara alguna explicación de por qué está preguntando. Por ejemplo, necesita saber el nivel de vacío y el tamaño de la cámara y el tipo de bombas para comprender el efecto en la cámara, pero ¿quizás solo quiera saber sobre los efectos en el motor? Por cierto, @solo debe usarse cuando intenta enviar una bandera a un usuario específico. Hay un usuario llamado todos pero aún no han comentado.
También voté para reabrir, pero esta pregunta aún necesita trabajo. De acuerdo con @uhoh, ¿qué hay detrás de esta pregunta? ¿Cuál es el caudal normal y el propulsor de este motor? Si está preguntando sobre una ocurrencia totalmente aleatoria, no habrá forma de responder la pregunta porque nadie lo habrá pensado o preocupado. Edite para explicar por qué está preguntando esto. El contexto es importante, de lo contrario esto parece algo completamente aleatorio. "¿Qué pasaría si un búfalo de agua corriera hacia la pista del transbordador?"

Respuestas (2)

Si bien @Hobbes señala que obtiene menos impulso por átomo o por unidad de carga para iones más ligeros, suponiendo que la carga es +1 y el voltaje de aceleración es constante, esa no es toda la historia.

El momento de una partícula acelerada a una energía cinética mi = q V es:

pag = 2 metro q V = 2 metro mi .

Así que los átomos de hidrógeno dan 131 ≈ 11.4 veces menos impulso o "patada" por átomo, o por unidad de carga de su suministro de alto voltaje.

Sin embargo, ese átomo de hidrógeno pesa 131 veces menos que un átomo de xenón . Entonces, por kilogramo de propulsor, obtienes 131 ≈ 11.4 veces más impulso o "patada" por kilogramo, por lo que si todo lo demás fuera igual, ¡el hidrógeno sería un propulsor Isp mucho más alto que el xenón!

El hidrógeno es el segundo átomo más difícil de ionizar después del helio, pero la diferencia no es enorme. Comenzando con el gas H2, necesita alrededor de 4,5 eV solo para romper una molécula de hidrógeno en dos átomos neutros, más 13,6 eV para ionizar cada uno. El xenón es un gas más fácil de ionizar con solo 12,1 eV.

La razón por la que es importante considerar la ionización para una nave espacial es porque la masa de un motor de iones está ligada a la fuente de alimentación y a los imanes de confinamiento de plasma necesarios para producir la alta corriente de electrones de energía media en el plasma que ionizan los átomos durante la energía. colisiones

Entonces, pasar de xenón a hidrógeno le da un factor de diez en Isp, y el siguiente paso sería reducir la masa de su nave espacial usando un material de bajo potencial de ionización. Esa es una pregunta aparte.

¿Habría alguna ventaja en ionizar moléculas en lugar de átomos? Podrían ser tan pesados ​​como desee, ionizarse tan fácilmente como desee y seleccionarse para almacenarse bien.
@Greg Supongo que depende de la molécula. No estoy familiarizado con ningún caso más allá de las cosas diatómicas como el yodo y el hidrógeno, vea ¿ Cuáles son los parámetros del nuevo motor de cohete eléctrico Iodine desarrollado por RSC Energia? y también MARS-CAT; ¿Qué es un propulsor ambipolar de Cubesat y cómo funciona? ¿Por qué no considera hacer una nueva pregunta sobre el propulsor almacenado como moléculas más grandes? ¡Creo que podría haber una buena en alguna parte!
Creo que la razón por la que el hidrógeno es una mala idea es por la presión de los tanques. Si intenta almacenar su hidrógeno, ocupa 131 veces el espacio a la misma presión que el xenón. La presión se preocupa por el número de moléculas, no por sus pesos. Cualquier intento de hacer un propulsor de iones de hidrógeno acabará con el presupuesto de masa.
@Knudsen "Cualquier intento ..." puede no ser exactamente cierto; hay otras formas de traer hidrógeno, y algunas personas mencionan formas de cosecharlo, aunque eso es otra bola de cera. Hablando de cera, ¿ cuáles son las formas de almacenar hidrógeno para la propulsión eléctrica sin un recipiente de alta presión?
@Greg, una molécula podría descomponerse y dejar residuos en las rejillas cuando las golpea (como lo hace una pequeña proporción de los iones). Un gas noble hace mucho menos daño. El mercurio se usó en los primeros motores de iones (mejor proporción de masa a energía de ionización y muy denso para almacenar), pero además de ser molestamente tóxico, llenó las rejillas.
Además, para un grado dado de ionización, un ion más liviano tiene una mayor relación carga-masa que uno más pesado y, por lo tanto, acelerará más para un voltaje dado. A este respecto, el hidrógeno oscila totalmente ; la carga a masa del hidrógeno ionizado es completamente el doble de la disponible a partir de los iones generados por cualquier otro combustible fácilmente disponible (en gran parte porque el hidrógeno común es casi en su totalidad hidrógeno-1, que resulta ser el único nucleido estable sin cualquier neutrón sin carga que lo amase), y solo necesita eliminar un electrón de cada átomo para que quede así.
@Vikki, ¡sí, de hecho! Sin embargo, fui completamente derrotado preguntando ¿Se han explorado gases ligeros como el hidrógeno o el helio para la propulsión de iones? y entonces pregunté en meta ¿ Qué está pasando con todos los votos negativos en mis respuestas aquí? ¿Quizás alguien está trabajando en un motor de iones basado en especies ligeras y no quiere que se publiquen las ventajas hasta que lleguen al mercado? :-)

El uso de hidrógeno en lugar de xenón haría que el motor fuera menos potente. El motor funciona acelerando iones. Cuando reemplaza los iones de xenón pesados ​​con iones de hidrógeno muy ligeros, el empuje se reduce mucho.

¿Hay alguna pregunta sobre el uso de iones más pesados ​​que el xenón?
No me parece.
¿Qué pasa con la sustitución de xenón por radón?
@AndrewMaxwellRockets Hasta ahora, he descubierto que el xenón, el mercurio (descontinuado), el bismuto, el yodo y el argón son propulsores que se usan comúnmente en los propulsores de iones. Parece que el yodo de bismuto son opciones para un almacenamiento más pequeño y compacto. Argón porque es más barato y más abundante. Y se usó mercurio, pero era "difícil de alimentar y las partes contaminadas eran más fáciles". Además, ¡aquí hay un artículo sobre el radón en los propulsores de iones ! (Tenga en cuenta que es una tesis universitaria, verifique todo)
El radón es inútil. Se descompone demasiado rápido para casi cualquier misión espacial.
@Hobbes mientras buscaba cualquier cosa relacionada con el radón, mis búsquedas en Google se inundaron casi por completo con "¡Mitigación del radón en su hogar!" Aunque es bueno saberlo, gracias!! Supongo que Xenon está justo en ese "punto óptimo".
Sí. El xenón es el gas estable más pesado.
@Hobbes ¿revisar dos veces mis cálculos ?
@AndrewMaxwellRockets Me abstendría de aceptar una respuesta hasta que se resuelva este problema.
El xenón es el gas atómico estable más pesado . Existe una amplia variedad de moléculas más pesadas que el xenón que son gases en condiciones estándar. Si bien muchos son tóxicos y corrosivos (hexafluoruro de tungsteno y tetraóxido de osmio), algunos son bastante inertes (perfluorobutano y pentafluoroyodoetano). Una buena lista de gases pesados ​​está aquí: eugenebo.wordpress.com/2017/01/11/13-heaviest-gases
¿Qué podría salir mal si alguien dominara un motor de iones?
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