Что дороже отправить химическую ракету с поверхности Земли на орбиту или с этой орбиты на Марс?

Я пытался понять, насколько рентабельным будет использование ионного двигателя для запуска миссии. Но поскольку эти двигательные установки не могут быть использованы для выхода из гравитационного поля Земли из-за их малой тяги, мы должны использовать химические ракеты, чтобы добраться с Земли до орбиты. Итак, я хотел понять, насколько на самом деле возможна экономия при использовании сначала жидкостных ракетных двигателей, а затем ионного двигателя.

Дороже , вероятнодолгое путешествие. Просто потому, что устройство, которое может добраться туда и поддерживать себя в рабочем состоянии и поддерживать связь, является *причудливой технологией* (включая ваш запланированный ионный двигатель!!). Требуется больше дельта-V, чтобы поднять себя с поверхности, но это сравнительно простые двигатели и технологии, всего много тонн. Может быть, лучше определить, что вы подразумеваете под «дорого». Стоимость в долларах?

Ответы (2)

К сожалению, ваша схема использования ионного двигателя после побега с Земли не так уж сильно спасает, так как, условно говоря, лишний пинок с траектории побега с Земли на перелет на Марс уже достаточно дешев.

Это разница в 390 м/с delta-v, которую может обеспечить химическая верхняя ступень LH2/LOX с долей полезной нагрузки 91%. Таким образом, вы максимально рассчитываете на экономию ~ 10%.

Но и ионный двигатель не может спасти все это. Это слишком медленно, чтобы сжечь все еще близко к Земле, поэтому теперь вы смотрите на скорость ~ 2900 м / с, чтобы совершить такой же маневр в межпланетном пространстве. Конечно, это по-прежнему чистая победа при доле полезной нагрузки 93%, но это немного.

Тем не менее, использование ионного двигателя на этапе «движения по инерции» к Марсу все же имеет свои преимущества. Это меняет игру для того, какие планетарные выравнивания можно использовать, а это означает, что можно запланировать более удобные обратные поездки (обратное выравнивание Хомана для возвращения с Марса, как известно, требует длительного пребывания). Это также может уменьшить скорость, с которой человек сталкивается с Марсом.

Другая интерпретация: если вы предлагаете использовать ионный двигатель для подъема начальной низкой орбиты на траекторию отступления, в теории это имеет большее значение. Прямой химический импульс ~ 3200 м / с имеет долю полезной нагрузки только 48%, в то время как спиральная стоимость ~ 7800 м / с с ионным двигателем имеет гораздо лучшую долю полезной нагрузки 82%.

Окей, это имеет смысл. Но если ионные двигатели не снижают значительно затраты из-за их высокого КПД, а также производят низкую тягу, почему они так популярны в качестве двигательной установки до такой степени, что люди считают ее будущим двигателей? Это из-за того, что он может обеспечить ускорение на протяжении всего космического путешествия, чего не могут химические ракеты?
Да. А для других маршрутов их эффективность становится гораздо более очевидной. Миссию Dawn, например, было бы очень трудно осуществить без ионного двигателя.
Ионные приводы @ryan не снижают стоимость. Что они делают, так это увеличивают общую мощность . Вы можете двигаться дальше и быстрее с ионным двигателем при ограниченном бюджете массы. Просто нужно терпение, его много . и кучу денег, потому что ионный двигатель, электрические системы и долгосрочное покрытие сети DSN — все дорого.
@Ryan Другая часть ответа заключается в том, что ионные двигатели, вероятно, могут быть увеличены для увеличения тяги без фундаментальных изменений конструкции. Скорее всего, они никогда не смогут взлететь или спуститься, но они вполне могут получить 10-кратную текущую тягу, не сталкиваясь с теоретическими препятствиями.
Ионные двигатели @Ryan позволяют включать гораздо больше дельта-v в заданный размер полезной нагрузки, но со значительными компромиссами. Если вы можете получить достаточную дельта-V с помощью химических двигателей, это просто очень энергоемкая система с ограниченной тягой, что означает длительное время транзита (в течение которого вам все равно придется платить членам вашей команды). Если вы не можете получить достаточную дельта-V с химическими двигателями, но можете выдержать низкую тягу ионных двигателей, они меняют правила игры, но они не всегда являются лучшим или дешевым подходом.
@OscarSmith, вы рассматриваете вариант ядерно-электрических ракет?
@ChristopherJamesHuff Я полагаю, что большая дельта-v от ионных двигателей может сделать орбитальный маневр на траекторию ухода намного дешевле, чем химические ракеты, даже если длительное время в пути может увеличить затраты.
@Ryan, для такого небольшого количества delta-v может даже не быть никакой массовой экономии, и сам ионный двигатель определенно не дешевле. Вам нужно путешествие достаточно продолжительное, чтобы производительность ионного двигателя перевесила добавленную сухую массу двигателя, его энергосистем и солнечных батарей для его питания, и вам нужен способ извлечь выгоду из уменьшения массы: более дешевая ракета-носитель. , больше космических кораблей на ракете-носителе и т. д. А для побега с Земли вам необходимо учитывать такие вещи, как радиационное воздействие медленной спирали, проходящей через радиационные пояса. Короче, не все так просто.

Существует ионный двигатель, называемый ионным двигателем. В Интернете есть около 36 общедоступных видеороликов, на которых он поднимает свой источник питания против земной гравитации. По этой причине он также запатентован, US Pat. 10 119 527. Ранее ионный двигатель не имел достаточного отношения тяги к массе, кроме как в космосе или с внешней мощностью. На моем канале YT также есть 3 видеоролика о том, как он несет небольшие дополнительные топливные баки/цилиндры, поэтому, вероятно, он также будет хорошо работать в космосе. Легкий корабль в настоящее время находится на стадии грубого прототипа. Как только системы рулевого управления и стабилизации будут готовы, он будет летать на больших высотах, но пока что он поднялся всего на несколько метров. В настоящее время он не очень подходит для больших полезных нагрузок.

Интересная технология, желаю им удачи, но для ракетного старта с поверхности Земли она не подойдет, так как не имеет достаточной тяги.
У вас есть какая-либо подтверждающая информация?
Что дороже отправить химическую ракету с поверхности Земли на орбиту или с этой орбиты на Марс?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v