¿Qué especificación de rendimiento sería más baja para Krypton que para Xenon en propulsores de efecto Hall?

Los propulsores de efecto Hall no utilizan fuertes campos magnéticos ni energía de radiofrecuencia para calentar electrones a alta energía para la ionización del gas. En cambio, dependen de una corriente continua de electrones acelerados a unos pocos cientos de voltios que fluyen a través del volumen de gas para la ionización. Dado que Krypton tiene un potencial de ionización más alto que Xenon ( aproximadamente 14,0 frente a 12,1 eV ), la eficiencia de ionización será menor o requerirá una potencia de cátodo más alta.

Además, los electrones de mayor energía necesitarán un campo magnético mayor para contenerlos, lo que aumenta la corriente de la bobina y la masa del circuito magnético. Los electrones de mayor energía también erosionarán el propulsor más rápidamente, reduciendo la vida útil.

La mayor velocidad de Krypton (a un potencial de aceleración dado) significa mayor Isp, pero menor empuje general y/o eficiencia energética. Con la propulsión eléctrica, cambias la relación empuje-potencia y el Isp. Todo se puede ajustar según el impulso de la misión y los plazos. Los propulsores Hall tienen un Isp más bajo, pero más empuje, mientras que los propulsores iónicos tienen un Isp mucho más alto, pero un empuje mucho más bajo. Entonces, para misiones largas con alto impulso (como Dawn), use sistemas de iones, mientras que las cosas orbitales tienden a negociarse mejor con los sistemas Hall.

Otro cambio está relacionado con el par producido por un propulsor de corriente Hall. A medida que los iones se aceleran a través del plasma, el campo magnético radial que atrapa los electrones del plasma dará un pequeño empujón a los iones que salen. Esto da como resultado un par a lo largo del eje de empuje. No es grande porque la relación carga/masa de los iones de xenón es muy baja, pero es lo suficientemente grande como para compensarla. El criptón tiene una mayor relación carga/masa, por lo que la desviación angular será mayor. Esto aumentará el par en relación con el empuje y requerirá más compensación. Dependiendo de cuántos propulsores estén usando, podría complicar el mantenimiento orbital.

fuente y fuente

Mayor potencia requerida para la misma eficiencia de empuje

Confirmando la respuesta de @ RocketDocRyan, se requiere una mayor potencia para la misma eficiencia de empuje para el criptón que para el xenón.

Mayor tasa de erosión

La tasa de erosión podría ser una especificación secundaria que es peor (más rápida) para el criptón que para el xenón.

Según Starlink de Wikipedia (constelación de satélites); Hardware satelital :

Los satélites Starlink utilizan propulsores de efecto Hall con gas criptón como masa de reacción[44][64] para elevar la órbita y controlar la actitud. ⁶⁵ Los propulsores Krypton Hall tienden a exhibir una erosión significativamente mayor del canal de flujo en comparación con un sistema de propulsión eléctrica similar operado con xenón , pero a un costo de propulsor más bajo. ⁶⁶

⁶⁵ ESA artes: KHT - Krypton Hall Thrusters - Identificación, evaluación y prueba de propelentes alternativos para sistemas de propulsión eléctrica

⁶⁶ Teslarati: los abogados del satélite Starlink de SpaceX refutan la última crítica "defectuosa" de OneWeb

De aquí:

Tradicionalmente, el xenón siempre ha sido el propulsor elegido para aplicaciones EP debido al compromiso óptimo entre rendimiento y facilidad de manejo. Aunque el xenón tiene varias ventajas técnicas, su alto precio sufre una notable fluctuación, lo que plantea serias preocupaciones presupuestarias. Para reducir el costo del propulsor, se debe identificar una alternativa más económica al xenón, manteniendo los niveles de rendimiento del propulsor, sin ignorar las consideraciones cruciales del nivel del sistema.

El plan del proyecto KHT se centra en una campaña experimental para probar, con criptón puro y con diferentes mezclas de Kr-Xe, un propulsor de efecto Hall de 5 kW, el Sitael-HT5k, diseñado para operar con xenón. Los principales objetivos de la campaña de pruebas son: (i) caracterización del rendimiento de los propulsores y comparación con el xenón como punto de referencia; (ii) evaluación de la evolución de la erosión de las paredes del canal; (iii) validación de un modelo de erosión y rendimiento de pedidos reducidos; (iv) extrapolación del efecto de los propulsores alternativos en el tiempo de vida y el desempeño de EOL; (v) evaluación de las implicaciones a nivel del sistema relacionadas con el uso de propulsores alternativos.

La unidad propulsora HT-5k mostró un funcionamiento estable con los propulsores alternativos seleccionados en una amplia gama de voltajes de descarga (250-600 V) y potencias (2-7 kW). El propulsor era capaz de alcanzar altas eficiencias de empuje también con criptón puro. En general, con la transición de xenón puro a criptón puro, la máxima eficiencia de empuje mostró un cambio hacia niveles de potencia más altos (4000-4500 W para Xe puro; ~6500 W para Kr puro). El propulsor mostró una tendencia de corriente de descarga estable sin problemas de apagado o sobrecalentamiento. Las mediciones de la pluma indicaron que la divergencia del haz depende de la cantidad de criptón en la mezcla: cuanto mayor sea el porcentaje de criptón, mayor será la divergencia del haz.Como era de esperar, las mezclas de Kr puro y Kr demostraron aumentar significativamente la tasa de erosión inicial del canal cerámico.