Где должны располагаться ионные двигатели на вращающейся космической станции типа кривобокой гантели?

Я работал над моделью искусственной гравитации Джо Кэрролла, основанной на этой статье . Это первоначальный концептуальный документ, и в нем не все изложено, поэтому я пытаюсь понять, как справиться с некоторыми вещами.

Он подсчитал, что большая часть потребностей станции в перезагрузке может быть достигнута с помощью ионных двигателей среднего размера. Итак, я разместил на станции два таких привода так, что они могут оставаться направленными назад на протяжении всей ее орбиты, в то время как вся станция вращается в плоскости, компланарной плоскости ее орбиты.

введите описание изображения здесь

Выше розовый кружок обозначает плоскость вращения, зеленый — плоскость орбиты, а красные точки — ионные приводы на штангах, вращающихся вокруг модуля в центре масс станции.

введите описание изображения здесь

Это дает более четкое представление о стрелах, а также о том, что вид ниже шахты, которая соединяет все модули вместе.

Это явно незавершенная работа. Здесь я хотел бы разобраться, какими должны быть эти стрелы. Они должны вращаться вокруг центрального модуля на рельсе, чтобы оставаться обращенными назад, пока остальные вращаются. Приводы должны будут работать в течение длительного периода времени, а это означает, что слабые брызги горячего ксенона струятся по соединительному валу и внешним модулям, когда они проходят через выхлопной шлейф ионных двигателей.

Будет ли это представлять опасность в течение нескольких месяцев или лет? Должны ли ионные приводы срабатывать импульсами, чтобы избежать этой проблемы, срабатывая только тогда, когда модули очищены?

Есть и другие проблемы с перезагрузкой, связанные с внезапной потребностью в больших перезагрузках из-за сбоев или повышенного сопротивления из-за солнечных бурь. Пока я просто хочу решить эту проблему.

Боже, должно быть здорово уметь рисовать крутые вещи! Я все еще использую PowerPoint!
@uhoh Это несколько компенсирует невозможность заниматься сложной математикой или кодом :)
Обязательно проверьте жесткость стрелы ионных двигателей, особенно соединения стрелы с рельсом. Если эти стрелы могут изгибаться вперед и назад («покачиваться»), они могут столкнуться с проблемой нестабильности вращения, которая была у космического корабля «Улисс» с его гибкими стрелами (фактически, сегментами дипольной радиоантенны), выровненными вдоль оси вращения.
Я предполагаю, что ориентировать станцию ​​так, чтобы она вращалась в плоскости левый/правый борт-зенит/надир, и фиксировать разгонный двигатель, направленный назад по оси крена, не вариант?
@RussellBorogove Ну, в документе указана эта ориентация. Таким образом, солнечные панели могут быть довольно простыми, они просто подвешены к модулям и вращаются только вокруг одной оси. Но я задаюсь вопросом о возможности более агрессивного усиления станции, что было бы проще в конфигурации, которую вы упомянули.
Пытаясь изобразить это, кажется, что солнечные батареи в другом случае работали бы примерно так же, поэтому я, возможно, не очень хорошо интерпретировал эту часть. У меня так было некоторое время, и я изменил его. Во-первых, это означало бы, что вы можете запускать двигатели только на определенных участках орбиты, где они правильно выровнены. Я не знаю, возможно ли прецессирование этой штуки и стоит ли оно того.
Сомневаюсь, что прецессия того стоила. Вам нужно будет скрутить вектор углового момента станции на 180°, а затем вернуться к исходной ориентации один раз за орбиту. Для меня это звучит как много топлива или огромные, прожорливые торсионные стержни.
@TomSpilker Да, это вращение заставляет его оставаться в той же ориентации - я даже не думал об этом, когда упоминал об этом раньше. Это не то же самое, что прецессировать МКС.
О, есть еще одна причина крутить это таким образом. План состоит в том, чтобы использовать его вращение, чтобы освободить корабли, пристыкованные к внешним модулям, чтобы они отбрасывались назад и теряли достаточную скорость проградации, чтобы выйти на траекторию схода с орбиты. Это экономит топливо и выводит станцию ​​на более высокую орбиту.
Как транспортные средства стыкуются с внешними модулями? Вы презираете станцию?
@TomSpilker Он предлагает то, что он называет «захватом трапеции». Прибывающее судно должно встретиться с помощью захватного устройства на конце троса, а затем лебедкой подняться к причалу у модуля на конце этого рычага. Он считает, что если судно выровнено точно во время подхода, это осуществимо и достойная цель, потому что по мере развития техники и создания вращающихся станций большего диаметра тот же подход можно использовать для захвата кораблей, движущихся со скоростью, намного меньшей, чем орбитальная. и придать гораздо большую скорость кораблям, отброшенным с конца руки от планеты.
Есть ссылки на это, разбросанные по бумаге, связанной с вопросом, возможно, наиболее интересно на странице 17, в разделе «Операционные производные».
Ах я вижу. Спасибо, Ким. Похоже, это концепция, которая со временем трансформируется из космической станции в комбинацию космической станции и небесного крюка.
Да, стоит моделировать :)

Ответы (1)

В этом ответе на вопрос Какая двигательная установка не загрязнила бы поверхность при посадке на нетронутое небесное тело? Я приблизительно подсчитал, что угловое распространение ионного луча от ионного двигателя может составлять 1° или меньше в зависимости от температуры плазмы. Небольшая часть ионов, проходящих через ближайшие провода ускоряющей сетки, может отклоняться дальше, но это будет небольшая часть общего тока.

Потеря косинуса при наклоне двигателей даже под углом 15° (вверх и вниз, вне плоскости) от желаемого ретроградного направления составляет менее 4%, а при 30° — менее 14%, так что вы можете просто сделать это. .

Некоторые ионные двигатели (например, двигатели на эффекте Холла ) могут не иметь решеток, поэтому разброс ионного пучка может быть намного шире. Если бы был «ореол» под большим углом, вам пришлось бы сильно наклонять его, чтобы минимизировать ток в плоскости. В этом случае вы можете добавить положительную высоковольтную сетку, чтобы отклонить край гало от плоскости вращения.

введите описание изображения здесь

Вы также можете рассмотреть упомянутую пульсацию. Поскольку луч должен быть довольно узким, он должен был бы отклоняться лишь на небольшую долю времени, чтобы не было сильного удара по средней тяге. Если это потеря 20% (отклонение на 36° дважды при каждом повороте на 360°), вы можете просто сделать двигатели на 20% мощнее.

Однако выключение и повторное зажигание плазмы, например, раз в минуту, может быть немного напряженным, так как это вызовет некоторое термическое циклирование компонентов двигателя. Возможно, для некоторых типов двигателей с сеткой вы можете просто существенно снизить напряжение ускорения или, возможно, использовать другой какой-либо электростатический дефлектор, но если это не сработает, у вас возникнут проблемы. Поэтому я думаю, что было бы лучше для начала просто убедиться, что большинство ионов не проходят слишком близко к компонентам космического корабля, и учесть косинусные потери.

Проблемы, связанные с попаданием ионных лучей в предметы

Предполагая, что вы используете более дешевые и более распространенные ионы аргона или криптона (по сравнению с ксеноном) и у вас есть здоровенные 100 кВ ускоряющего напряжения, они будут довольно разрушительными для чувствительных компонентов. При такой энергии они будут распылять атомы с поверхностей, с которыми сталкиваются, и внедряться под поверхность, вызывая больший ущерб. Я не думаю, что общая доза проест корпус, но она может вывести из строя окно, объектив камеры или солнечную панель. Все, что требует прозрачности или имеет важное тонкопленочное покрытие, подвергается риску.

Зарядка (и катастрофический разряд) всего, что не заземлено, также является проблемой, о которой нужно знать, но все, что рассчитано на космос, уже сможет справиться с некоторым потоком ионов в космосе. Именно высокая энергия этого ионного луча отличает его от обычной космической среды, а также его способность разрушаться и имплантироваться.

Кажется, это все, что мне нужно, хороший анализ. Я подожду немного, прежде чем принять, на всякий случай.
Как вы думаете, сколько времени потребуется ионному лучу, чтобы проесть дюйм алюминия, если выстрелить прямо в него на полной мощности в вакууме? (основной стадион)
@MagicOctopusUrn Кулон равен 6E+18, а моль — 6E+22. Предполагая, что выход распыления составляет 1 атом на атом, и без каких-либо математических расчетов, мы можем оценить, что при 1 ампер на см ^ 2 вам потребуется день. Но поток от ионного двигателя будет намного ниже даже на выходе, а в десятках метров и того меньше. Я бы сказал, не беспокойтесь об этом.
Так что не кладите руку перед ним, если вы не робот на расстоянии более 10 метров. Понятно ;). Хорошая грубая визуализация того, насколько они сильны.
опечатка; моль - это 6E+23, а не 6E+22. В сутках 10^5 секунд, а это 10^23/10^18. Так что исправление опечатки не меняет мою оценку.
Где должны располагаться ионные двигатели на вращающейся космической станции типа кривобокой гантели?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v