Delta-V des propulseurs ioniques

David Fourman

Delta-V des propulseurs ioniques


J’ai donc récemment commencé un podcast avec un cohôte. Il s’agit de vols spatiaux. Nous avons rencontré une question que nous n’avons pas pu résoudre en raison d’informations contradictoires sur Internet.

En termes simples: le vaisseau spatial Dawn peut-il réellement atteindre un delta-V de 10 km / s avec ses propulseurs ioniques seuls?

Mon cohôte semble penser que c’est beaucoup trop de changement de vitesse pour la poussée des ions xénon. Je ne sais pas moi-même quoi conclure.

Si, par hasard, vous avez une réponse plus concluante, nous aimerions l’entendre.

Notre podcast peut être trouvé sur notre site Web avec toutes les autres informations, juste au cas où vous êtes intéressé: www.theorbitalmechanics.com

Kyle Kanos

CCAR à Colorado Univ dit « environ 15 km / s » tandis que Wikipedia dit « plus de 10 km / s » . Est-ce le type d’informations contradictoires que vous voulez dire?

David Hammen

Pourquoi penseriez-vous que? C’est une simple question de brancher les nombres dans l’équation de la fusée. Une impulsion spécifique de 3100 secondes, une masse sèche de 741 kg et une masse de carburant initiale de 425 kg donnent un delta-V de 13,78 km / s.

David Fourman

@KyleKanos Nous avons trouvé des sources qui en disaient beaucoup moins que cela. Je devrais les retrouver, mais je pense que la réponse ci-dessous de David Hammen est assez concluante. Au milieu du spectacle, nous avions assez de mal à trouver quelle était la masse de carburant avec beaucoup d’autres informations. C’était un événement impromptu donc je n’ai pas apporté de vrais chiffres avec moi. J’ai simplement supposé que ce que j’avais lu était correct.

CuriousOne

@DavidFourman: Vous pouvez toujours contacter la NASA à propos de ces détails, si vous pensez que les informations accessibles au public sont insuffisantes. En tant qu’organisme fédéral, ils utilisent l’argent des contribuables pour financer ces expériences scientifiques et ils sont tenus par la loi d’informer le public. Je pense que cela inclut des données triviales sur la conception et les performances du vaisseau spatial. Il y a certaines choses qu’ils ne peuvent pas vous dire, mais celles-ci sont principalement liées aux lanceurs (il y a des lois de contrôle des exportations en place et vous auriez besoin d’une autorisation pour ces informations). Envoyez un e-mail à l’un des membres du projet et demandez!

Réponses


 CuriousOne

Ce qui importe pour les performances des moteurs-fusées, c’est une figure de mérite appelée impulsion spécifique: http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_impulse . Dans le cas des moteurs Dawn, c’est 3100. Un moteur-fusée chimique typique peut atteindre quelque part entre 250 et 400, donc on pourrait dire que les moteurs Dawn fonctionnent environ 10 fois mieux que les moteurs chimiques typiques.

Une façon d’interpréter une impulsion spécifique est de l’utiliser pour exprimer le temps que la fusée pourrait survoler la rampe de lancement en poussant, en supposant qu’elle pèserait toujours le même poids que sa masse propulsive d’origine. Une fusée chimique idéale peut donc planer env. 5-6 minutes avant que le propulseur ne s’épuise. Les moteurs Dawns (s’ils pouvaient produire suffisamment de poussée) pouvaient planer pendant 52 minutes! Étant donné que pendant ce temps, la gravité accélère l’engin avec env. 10 m / s ^ 2, les moteurs Dawn peuvent compenser plus de 30 km / s de delta v pour leur propre masse propulsive!

Le vaisseau spatial a 425 kg de propulseur au xénon et une masse humide totale de 1240 kg, soit plus d’un tiers de l’engin est propulseur. Étant donné le max théorique. delta v et la masse de l’engin spatial le delta v efficace de l’engin spatial à 10 km / s est dans le bon stade. Y compris la diminution de masse pendant la poussée, nous pouvons en obtenir un peu plus. Cette page a une calculatrice delta v: http://www.strout.net/info/science/delta-v/

Si j’entre une masse humide de 1240kg, une masse sèche de 815kg et une impulsion spécifique de 3100s j’obtiens un delta v de 12.758km / s.

David Fourman

Merci pour le commentaire. Une chose que j’aimerais faire est un segment sur dV. Après tout, vous n’allez pas loin avec la science des fusées à moins que vous ne vous y attaquiez. Nous visons à être un peu plus techniques que les 3 autres podcasts sur le vol spatial, mais ni moi ni mon co-hôte ne sommes des professionnels, juste des passionnés. Je vais rassembler et rassembler toutes les informations dont j’ai besoin pour faire un bon segment sur le sujet. J’ai toujours voulu y creuser.


 ALB

Pour répondre à votre question: oui, il est parfaitement possible de réaliser un

Δ V

avec un appareil de propulsion électrique tant que vous prenez suffisamment de temps et que vous avez suffisamment de propulseur. EP est en général faible poussée mais élevé

je s p

. Je suppose qu’ils ont suffisamment de temps et / ou prévu un transfert à faible poussée plutôt qu’une méthode plus traditionnelle, donc nous n’envisagerons pas cela. Au lieu de cela, assurons-nous que le coût du propulseur n’est pas ridicule. À partir de la page wikipedia de Dawn, les valeurs suivantes sont prises:

Thruster Isp: 3100s.

Masse humide du vaisseau spatial: 1240 kg.

Nous utilisons donc simplement l’équation de Tsiolskovsky avec

Δ V = dix

km / s pour trouver la masse de propulseur requise:

m F = m w e t e Δ V / ( g je s p ) 1240 k g e 10000 / 31000 = 898 k g

qui est une masse propulsive d’environ 341 kg. Ceci est raisonnable pour un grand s / c sur une mission majeure. Il y a cependant une affirmation sur le wiki que le s / c a dépassé un record précédent de 4,3 km / s en utilisant moins de 67 kg. Je ne sais pas s’ils veulent ou non prétendre que Dawn a également utilisé moins de 67 kg ou s’ils prétendent que l’EP de Dawn a plus d’Isp. La première affirmation serait très suspecte compte tenu de ce calcul, donc je suppose qu’elles signifient la seconde.

 

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