ИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ!

[KBOB]

AlexB14
Спасибо.

Original research от Википедии:

NASA envisages delivering about 34 metric tons of useful cargo to LLO in a single flight with a chemically propelled vehicle. To make that trip, about 60 tonnes of LOX-LH2 propellant would be burned. A comparable OTV would need to employ 5 VF-200 engines powered by a 1 MW solar array. To do the same job, such OTV would need to expend only about 8 metric tonnes of argon propellant.

В свете вышесказанного, никто не подскажет навскидку, сколько будет приблизительно весить мегаваттный блок СБ?

Ну, если приблизительно, то 1000кВт * 15кг = 15000кг. Но это несколько упрощённо, без механизма развёртывания, токоотводящих проводов и прочей "фурнитуры".

А сколько весят СБ на МКС и какая у них мощность?
Вот тут указано
http://en.wikipedia.org/wiki/ISS_Solar_Arrays
Масса сегмена СБ 15824кг, мощность 32.8 kW, то-есть 500 кг/кВт!

Читайте внимательно - 32.8 kW это мощность только одного "крыла"(wing). Сам wing со всей фурнитурой весит ~1090кг, кстати. То есть 33кг/кВт...

Действительно!
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/217/01.shtml
Причем площадь получается примерно 10м2/кВт, то-есть 1МВт СБ будет весить 30-40т и иметь размер 100х100м, а большая масса сегментов СБ на МКС из-за того, что там имеются аккумуляторы на случай захода МКС в тень Земли.

[Птыц]

Такое ощущение, что при дальнейшем росте мощности ЭРД в следующем энергетическом диапазоне 100кВт-1мВт ещё какой-то рост массы ЭРД наблюдаться будет. А вот дальше при мощностях 1-10мВт - не похоже. :wink:

Не понял вас. Не будет наблюдаться рост массы или же не будет наблюдаться улучшения соотношения масса/мощность?

Если вы говорите о соотношении масса/мощность, то, честно говоря, полученные три точки (2.4, 1.9 и 0.9) и разности между ними (0.5 и 1.0) не говорят о том, что функция стремится, например, к 0.8. Но пусть масса мощного ЯРД будет 0.8 кг/кВт. Таким образом наши оценки расходятся всего в два раза (у меня было 0.4 кг/кВт).  

[Птыц]

Тему "Василий." открывал как тему использования ЭРД в пилотируемых полетах. И для них ЭРД+СБ уж никак не подходят.

Нет, в основном для непилотируемых, людям будет слишком долго разгоняться. Для пилотируемых тоже предлагал по поводу Марса, но там пока нельзя создать должной энергетической установки, поэтому пока речь идёт только о непилотируемой космонавтике.

Тогда, извините что я вас не понял  

[AlexB14]

Не понял вас. Не будет наблюдаться рост массы или же не будет наблюдаться улучшения соотношения масса/мощность?

Если вы говорите о соотношении масса/мощность, то, честно говоря, полученные три точки (2.4, 1.9 и 0.9) и разности между ними (0.5 и 1.0) не говорят о том, что функция стремится, например, к 0.8. Но пусть масса мощного ЯРД будет 0.8 кг/кВт. Таким образом наши оценки расходятся всего в два раза (у меня было 0.4 кг/кВт).  

Стоп! Мы говорим, имхо, о массе ЭРД. Расположив средние массы ЭРД в диапазонах 0,1-1кВт, 1-10кВт и 10-100кВт на логарифмической шкале масса-мошность я вижу, что кривая резко загибается в сторону оси мощностей. Для следующего энергетического диапазона 100кВт-1МВт ещё можно найти точку на графике. Она будет где-то 0,2-0,3 кг/кВт. А вот в диапазоне 1МВт-10МВт точка может расположиться только на 0кг/кВт. Понятно, что масса ЭРД не может быть физически равна нулю. Скорее это означает, что она будет не существенна на фоне массы источника энергии. А в случае ЯЭУ этот рост тоже будет далеко не линейным .
Ваши выводы строятся на линейном изменении массы ЭРД и их мощности. А это нонсенс, так как с ростом мощности растут все энергомассовые характеристики ЭРД, в том числе тяговый КПД. :wink:

[AlexB14]

Нет, в основном для непилотируемых, людям будет слишком долго разгоняться. Для пилотируемых тоже предлагал по поводу Марса, но там пока нельзя создать должной энергетической установки, поэтому пока речь идёт только о непилотируемой космонавтике.

Тогда, извините что я вас не понял  

Птыц! Должен сказать, что Вам достался како-то весьма мягкотелый "Василий.". Я бы на его месте так просто не сдался :lol: . Ну сами представьте. Подлетаете это Вы к объекту своего внимания на ЖРД/РД-0410, а там Вас ожидают уже пара-тройка модулей ОС, один-два танкера с горючкой на быструю дорогу обратно и один-два грузовичка с потребными Вам инструментами и запасами типа "поесть-попить-подышать". При чём всё это добралось самостоятельно, использовав лишь толику массы РТ (по сравнению с массой ПН). Скажите, сделает этот факт Ваше пилотируемое путешествие комфортнее? Естественно по сравнению с тем вариантам, как если бы Вы, как улитка, "всё своё везли с собой". :wink:

[vekazak]

http://www.ntv.ru/novosti/170232/

[Salo]

Интересно как этот двигатель соотносится с предшественником, который работал на азоте и даже на атмосферном воздухе:
http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=ru&base=bse&page=showid&id=86264

Янтарь-1 - наименование советских высотных автоматических ионосферных лабораторий, запущенных с помощью серийных отечественных геофизических ракет для исследования особенностей работы электростатических ракетных двигателей (ЭРД) в космических условиях. В процессе испытаний измерялись плотность ионного тока из ионосферы на поверхность лаборатории и её электрический потенциал, разрядный ток ЭРД, ток ионного пучка и др. В 1966—1971 запущено 4 "Я.-1". В качестве рабочего тела ЭРД применялись аргон, азот и воздух (зафиксированная скорость истечения реактивной струи 40, 120 и 140 км/сек, соответственно).

http://www.technicamolodezhi.ru/archive/element.php?DataBase=&PATH=05_1971_0024

[Птыц]

AlexB14, если вам еще не лень продолжать  

Стоп! Мы говорим, имхо, о массе ЭРД.

ЯРД -- это была опечатка.

Расположив средние массы ЭРД в диапазонах 0,1-1кВт, 1-10кВт и 10-100кВт на логарифмической шкале масса-мошность я вижу, что кривая резко загибается в сторону оси мощностей. Для следующего энергетического диапазона 100кВт-1МВт ещё можно найти точку на графике. Она будет где-то 0,2-0,3 кг/кВт.
 А вот в диапазоне 1МВт-10МВт точка может расположиться только на 0кг/кВт.

Трудно прогнозировать, исходя из всего трех точек. С тем же успехом можно предположить и 0.8 и 0.01 кг/кВт. Или даже возрастание удельной массы. Тем более, что все выводы мы делаем только на примере двигателей на эффекте Холла. :wink:

Ваши выводы строятся на линейном изменении массы ЭРД и их мощности. А это нонсенс, так как с ростом мощности растут все энергомассовые характеристики ЭРД, в том числе тяговый КПД. :wink:

Другого приближения пока нет. Тем более, что КПД уже сейчас около 60%

[Птыц]

Птыц! Должен сказать, что Вам достался како-то весьма мягкотелый "Василий.". Я бы на его месте так просто не сдался :lol: .

А разве он сдавался? :shock:
Просто ЭРД -- не самый лучший метод разгона пилотируемого корабля. Хотя, кто знает, что будет лет через 20 (хотя без ЯЭУ, ИМХО, не обойтись).

Ну сами представьте. Подлетаете это Вы к объекту своего внимания на ЖРД/РД-0410, а там Вас ожидают ...

А кто-то отказывается? :wink: Просто каждое техническое средство должно использоваться там, где надо.

[Veganin]

Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий

"Этот двигатель весит менее 200 граммов, включая управляющую электронику и даже топливо (порядка 100 г). Он может быть легко интегрирован в спутник размером всего 10 х 10 х 10 сантиметров, а ведь это известный и набирающий популярность формат CubeSat.
Запас рабочего тела в MicroThrust представляет собой не газ, а ионную жидкость. Этим двигатель тоже отличается от предшественников. Авторы устройства выбрали состав EMI-BF4, применяемый в ряде областей техники в роли электролита.
Во время работы устройства данная жидкость за счёт капиллярных сил поступает в микроскопические кремниевые сопла. Более тысячи таких отверстий на каждый квадратный сантиметр расположены на поверхности крошечных чипов, составляющих сердце двигателя.
На конце сопла ионы извлекаются из жидкости за счёт сильного электрического поля. Для его генерации чипы снабжены решётчатыми электродами. К ним прикладывается напряжение в четыре тысячи вольт.
Ионы покидают чипы со скоростью порядка 10–11 км/с или даже выше, создавая тягу до 100 микроньютонов (при удельном импульсе примерно в 3000 секунд). При этом полярность поля ежесекундно меняется, так что для формирования реактивной струи в новой конструкции используются и положительные, и отрицательные ионы.
Ускорение, развиваемое подобным аппаратом, очень невелико. Но за шесть месяцев работы устройства MicroThrust всего 100 миллилитров топлива смогут перенести 10-сантиметровый спутник с околоземной орбиты к Луне, утверждают авторы проекта. При этом скорость такого «исследователя» будет постепенно увеличена с начальных 6,7 до 11,7 км/с.
Сейчас европейские учёные занимаются доводкой конструкции двигателя. По их словам, на отладку и тесты уйдёт ещё год. И уже известны пилотные миссии, в которых будет использован новый привод."

Схемы, фото, видео и полный текст статьи здесь
Хорошая разработка, на мой взгляд. И главное, финансируется.
А факеловские разработки имеют финансирование или за счет энтузиазма и собственных средств все делается?

[Veganin]

Там же:

«Мода» на все микро в космической отрасли сегодня очень популярна. Взять те же микроспутники. У них и двигатели для коррекции орбиты должны быть миниатюрные. Размером со спичечный коробок.
Но и в таком минимальном пространстве белорусские исследователи умудрились вмонтировать от 50 до 100 отдельных сопел, управляемых интеллектуальной электронной системой. Понятно, что все параметры в таких условиях должны быть выдержаны очень четко. Для этого используются специальные микротехнологии. Разрабатывается и импульсный ракетный двигатель, в котором топливо сжигается максимально быстро, почти как при взрыве.

Хоть и не ионный.

[zandr]

https://nauka.tass.ru/nauka/20267359

В МАИ разработали двигатель для малых спутников связи и навигации
МОСКВА, 18 марта. /ТАСС/. Ученые Московского авиационного института (МАИ) разработали двигатель для низкоорбитальных спутников связи и навигации, который позволит им более трех лет оставаться на орбите. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

"Специалисты Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ разработали высокочастотный ионный двигатель с электродами из углерод-углеродного композиционного материала. Это наиболее подходящий тип двигателя для низкоорбитальных малых космических аппаратов. Спутники малых орбит в диапазоне от 250 до 300 километров являются очень перспективными для космической отрасли. Работа на таких высотах значительно упрощает космические задачи, включая навигацию, дистанционное зондирование Земли и связь", - говорится в сообщении.

Как пояснили в институте, на низких орбитах остатки атмосферы тормозят космический аппарат, в результате чего он довольно быстро снижается. Срок активного существования низкоорбитальных спутников колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев. Продлить работу можно при помощи двигателей. Существующие жидкостные ракетные двигатели способны увеличить этот срок до года, однако в этом случае масса целевой аппаратуры на борту спутника будет стремиться к нулю.

"Установка МАИ решает эту проблему. Расчетное время ее работы составляет 28 тысяч часов - более трех лет - при этом она обладает достаточной тягой, чтобы парировать сопротивление набегающего потока атмосферных газов. Предполагается, что двигатель будет работать на ксеноне или криптоне. Специалисты НИИ выбрали в качестве материала электродов углерод-углеродный композит, благодаря чему удалось добиться устойчивости к эрозии", - рассказали в вузе.