Был ли концептуальный автомобиль, использующий как солнечные паруса, так и ионные двигатели? Увеличивает или уменьшает добавленная масса каждой системы общие возможности дельта-V космического корабля?
Вдохновленный научной фантастикой
Как сказал С.Ф., солнечный парус можно использовать в качестве параболического зеркала, чтобы направлять свет на электрический двигатель, а также обеспечивать движение. По мере того, как двигатели удаляются от Солнца, парус будет регулироваться, поддерживая ионный двигатель на 100%, но площадь поверхности паруса будет уменьшаться.
вступление
Это сложный вопрос, прежде всего потому, что солнечные паруса выигрывают от малой массы космического корабля, а с добавлением электрической двигательной установки вы увеличиваете массу, уменьшая эффективное ускорение и общие возможности дельта-V.
Системная архитектура и вспомогательные системы
Солнечные паруса . Солнечные паруса требуют, чтобы фотоны получали ускорение, и по мере того, как космический корабль с солнечным парусом движется дальше от Солнца, эффективность парусов при движении космического корабля вперед значительно возрастает. Вспомогательные системы, необходимые для развертывания паруса, имеют относительно малую массу по сравнению с химическими или электрическими силовыми установками. Для силовой установки солнечного паруса у вас есть масса развертываемых стрел, майларового паруса, механизма развертывания и системы управления парусом.
Метрика интернет-провайдера Solar Sail:
Где:
Это быстро показывает, что по мере увеличения массы космического корабля (сочетание солнечного паруса и электрической двигательной установки вместе) снижается общая метрика ISP системы.
Электрическая двигательная установка — это чрезвычайно сложные и продуманные системы, поскольку их производительность зависит от нескольких переменных, включая мощность, массу космического корабля, IPS двигателя и т. д. Хотя я ни в коем случае не являюсь экспертом в системах EP, им требуется множество вспомогательных систем. по сравнению с химической или солнечной двигательной установкой.
Заключение
Это подводит меня к моему последнему замечанию: объединение этих двух систем вместе порождает новые проблемы, связанные с тем, как управлять ими независимо друг от друга. Когда вы комбинируете солнечный парус и космический корабль с электрической силовой установкой, вместе вам нужен способ поддержки систем солнечных парусов, а также систем электрической силовой установки (структурно, аппаратно, электрически), и это значительно увеличивает общую массу и сложность космического корабля. В конечном итоге все сводится к сложности конструкции и увеличению или уменьшению добавленной массы каждой системы общих возможностей космического корабля Detla V.
Код Python для отношений с интернет-провайдерами :
Вы можете поиграть с представлением о взаимосвязях между двумя системами.
'''
Requirements:
- Python: 2.7 or 3.6
- Python Numpy
'''
def solarSailISP(characteristic_acceleration, mission_duration_days, mass_ratio):
import numpy as np
gravity = -9.80665
delta_v = characteristic_acceleration*mission_duration_days*86400.0
isp = (delta_v/gravity)/(np.log(mass_ratio))
return isp
def engineISP(delta_V, mass_ratio):
import numpy as np
gravity = -9.80665
isp = (delta_V/gravity)/(np.log(mass_ratio))
return isp
solarsail_isp = solarSailISP(0.001, 500, 0.1)
electric_isp = engineISP(3200, 0.3)
print("Solar Sail Propulsion System ISP: {} sec").format(solarsail_isp)
print("Electric Propulsion System ISP: {} sec").format(electric_isp)
У Ikaros были солнечные батареи, встроенные в солнечный парус.
В парус, напоминающий воздушного змея, также встроены солнечные батареи для выработки электроэнергии. Ожидалось, что во время этого полета он не выработает большой мощности, а скорее послужит испытательным стендом для будущих ионных двигателей, которые не только используют солнечные элементы для производства электроэнергии, но и перемещаются под парусами.
Предпринимаются некоторые усилия по созданию тонкопленочных фотогальванических элементов, обладающих большой площадью поверхности при малой массе, что улучшит альфа -канал . И для солнечных парусов вы также хотите максимизировать площадь поверхности при минимизации массы.
Таким образом, две технологии имеют общие цели. Японский Икарос был захватывающей миссией.
Я не знаю ни одного проекта, сочетающего эти две концепции. Как отмечалось в различных комментариях, есть некоторое совпадение в том, что обе конструкции представляют собой конструкции с малой тягой/непрерывной работой, но они имеют разные оптимальные траектории, поэтому для данного летательного аппарата, как правило, было бы лучше, если бы он был легче и мог оптимизироваться для одного типа тяги.
Системы управления ионным двигателем на массивном солнечном парусе могут иметь смысл, или если есть какая-то волшебная ткань, которая может быть как солнечным парусом, так и солнечной панелью. И то, и другое будет зависеть от крупномасштабной добычи ресурсов в космосе и выходит далеко за рамки текущих планов.
Что касается второй половины вашего вопроса, большинство конструкций солнечных парусов получают большую часть тяги от света, хотя солнечный ветер может сыграть свою роль, в любом случае тяга уменьшилась бы только на некоторую измеримую долю скорости света, и сама функция солнечный парус означает, что он не может намного превысить скорость убегания Солнечной системы (0,001% c), потому что он покидает звезду, обеспечивающую тягу.
Судно со смешанной тягой очень плохой конструкции может разрушить поддерживающую конструкцию паруса из-за чрезмерных усилий, но парус все равно будет создавать тягу во время этого процесса.
OKEANOS был проектом JAXA примерно в 2010 году, сочетающим в себе солнечный парус и ионный двигатель. Авторы собирались отправить его к троянским астероидам Юпитера с возможным возвращением образцов на Землю.
Парус должен был быть изготовлен из полиимидной пленки толщиной 10 мкм и размером 40 х 40 м (1600 м). ) покрыты 30 000 солнечными панелями толщиной 25 мкм, способными генерировать до 5 кВт на расстоянии Юпитера...
Есть статья , раскрывающая конструкцию и траекторию космического корабля.
Космический корабль разгоняется ионными двигателями вокруг афелии...
Планировалось 3 пары ксеноновых двигателей с удельным импульсом 7000 сек, каждый двигатель давал тягу 26,1 мн при потребляемой мощности 1600 Вт. Кроме ионных двигателей и солнечного паруса планировалась двухкомпонентная химическая РКС.
К сожалению, проект ОКЕАНОС не был выбран JAXA для запуска, хотя он был вторым финалистом для запуска японской миссии в 2026 году. Так что нужно подождать.
ооо
Рикки-Тикки-Тави
КрисР
КрисР
Рикки-Тикки-Тави
СФ.
КрисР