Почему спутники Starlink будут использовать криптон вместо ксенона для электрического движения?

В пресс-ките для первого запуска Falcon 9 Starlink и развертывания первых 60 спутников, запланированных на 15 мая 2019 года, говорится:

Благодаря плоскопанельной конструкции с несколькими высокопроизводительными антеннами и одной солнечной батареей каждый спутник Starlink весит примерно 227 кг, что позволяет SpaceX максимизировать массовое производство и в полной мере использовать возможности запуска Falcon 9. Для корректировки положения на орбите, поддержания заданной высоты и спуска с орбиты спутники Starlink оснащены двигателями Холла, работающими на криптоне. (выделение добавлено)

Большинство электрических силовых установок, о которых я слышал, используют ксенон. В то время как более легкий криптон будет иметь более высокий Isp при данном ускоряющем напряжении, я предполагаю, что ксенон имеет немного более низкий потенциал ионизации, и поэтому его легче ионизировать.

Мощность постоянного тока для электромагнитов для удержания и источник питания RF для возбуждения плазмы могут доминировать над весом ионного двигателя (в зависимости от конкретной конструкции и принципа), поэтому для этих стройных и легких космических кораблей я бы подумал, что будет лучше. более низкий потенциал ионизации ксенона, который предположительно может быть ионизирован с меньшей энергией электронов.

Вопрос: Почему спутники SpaceX Starlink будут использовать криптон вместо ксенона для электрического движения?

Да, я теряю свой день в этой литературе! Теперь я занимаюсь этим более свежим (публикация 2019 г.) прикладным анализом затрат и выгод криптона, ксенона и их смесей для ионных двигателей космических кораблей , который, вероятно, является наиболее актуальным и полным ответом на этот точный вопрос.

Ответы (2)

По той же причине SpaceX часто поступает по-другому: Криптон намного дешевле.

Сателлиты предназначены для контроля расходов. Например, каждый из них будет маневрировать с двигателями на эффекте Холла — ионными двигателями, в которых топливо ускоряется электрическим полем. Обычным топливом для такого двигателя является ксенон, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками. Однако спутники Starlink будут использовать другой благородный газ: криптон. У него меньшая плотность, поэтому топливные баки спутника должны быть больше, и он обеспечивает меньшую производительность, чем ксенон. Но криптон можно купить всего за одну десятую стоимости ксенона, что важно, если компания хочет заправить тысячи спутников.

Цена и производительность

Я нашел совершенно разные ценовые котировки для двух:

Ксенон указан как 1200 долларов за кг, что означает, что SpaceX получает свой криптон примерно за 120 долларов за кг. В источнике этой цитаты из Википедии также указан криптон по цене 300 долларов за кг.

Этот ответ SE также дает цену Xe в этом регионе.

На Alibaba я нашел кого-то, продающего криптон по $ 2/кг, но на Alibaba никогда не знаешь, что получишь. Итак, я сделал еще несколько копаний.

Разница в цене объясняется способом производства . Один процесс (сжижение воздуха) дает смесь Kr-Xe:

Используя общепринятые методы, большинство этих станций производят смесь KrXe, содержащую примерно 93% Kr и только 7% Xe.

Таким образом, Kr примерно в 10 раз больше, чем Xe, что делает разницу в цене в 10 раз логичной.

В 1998 г. производство ксенона оценивалось в 5000-7500 м 3 /год. Исходя из этого ответа , 1 кг = 170 л, значит 5000 м 3 это 29,4 т.

Так что есть еще одна причина не использовать Xe: 10 000 спутников, несущих по 3 кг топлива каждый, потребуют всего мирового запаса Xe на 1 год, что приведет к скачку цены. Лучше использовать что-то более обильное.

Это просто звучит правильно.
Источник для этого является мотивацией?
Тому, кто проголосовал против этого вчера, сегодня его голоса были отменены и снова проголосовали против: не могли бы вы объяснить, что не так с моим ответом?
@Hobbes В последнее время я наблюдаю странную картину одиночных, молчаливых и озадачивающих голосов. На других сайтах SE гораздо больше подобных вещей, я думаю, что это заметно здесь, в Space SE, только потому, что это было чертовски редко.
некоторые ссылки в этом ответе могут показаться вам интересными

Я ожидаю, что они сделали математику и обнаружили, что общая стоимость была меньше, даже с уменьшенной тягой/ваттной эффективностью, уменьшенным сроком службы двигателя и увеличенным резервуаром и массой солнечной струны. Стоимость ксенона огромна, а поставки очень ограничены.

Когда НАСА строит корабль, им приходится растянуть закупку топлива на несколько лет, потому что его просто не хватает каждый год, чтобы удовлетворить длительную миссию, такую ​​как DAWN, и несколько других применений ксенона.

SpaceX, вероятно, не может позволить себе ждать так долго или тратить так много. Они могут использовать ксенон для более долгоживущего и более медленно развертываемого спутника второго поколения.

Это интересный ответ, но все утверждения в настоящее время не поддерживаются . «Стоимость ксенона огромна, а поставки очень ограничены», безусловно, может быть правдой (и в меньшей степени сказано о гелии), но ему нужен вспомогательный источник, и «Когда НАСА строит корабль, им приходится растягивать свое топливо. покупка в течение нескольких лет». просто трудно поверить, учитывая его бюджет. Поэтому я только что спросил: какая часть ксенона всего мира используется в космических полетах? Это много? Это стоило много? и я процитировал вас там.
Большая часть моей информации здесь из первых рук. Я знаю, что НАСА распределяет свои закупки, потому что я разработал для них двигатели. Дело не в бюджете, а в том, что каждый год производится недостаточно, чтобы удовлетворить длительную миссию, такую ​​как DAWN, и несколько других применений Xenon. Следовательно, они должны планировать заранее и выполнять несколько поставок в течение срока действия программы.
Ой!! Теперь я понимаю, что вы имеете в виду. Понятно. Да, это имеет общий смысл. В случае со SpaceX это может быть не только решение по управлению цепочкой поставок, но и снижение затрат. В последнее время в новостях мы слышим о замедлении производства автомобилей, например, из-за проблем с доступностью компьютерных чипов. Перейдя на криптон, они избегают привязки к дефицитному ресурсу. Я сделал небольшое редактирование, чтобы включить это в ваш ответ, но, пожалуйста, не стесняйтесь редактировать дальше. Спасибо!
Стратегические закупки также необходимы при составлении бюджета по статьям с длительными сроками реализации. Я знаю о программе Министерства обороны США, которая была вынуждена покупать определенные компоненты боеприпасов для удовлетворения потребностей в течение следующих 50 лет (IIRC). Почему? Американский поставщик ключевого ингредиента прекратил свою деятельность более 10 лет назад, спустя много времени после того, как была разработана первоначальная система. Подрядчик из США был вынужден использовать тщательно проверенного неамериканского производителя химикатов (с согласия и под надзором Министерства обороны США). Поскольку химическое вещество было тщательно протестировано партиями, никаких дополнительных проблем с безопасностью или качеством не возникало. Ключевые материалы требуют планирования, которое соответствует бюджетному циклу и административному подтверждению.
Почему спутники Starlink будут использовать криптон вместо ксенона для электрического движения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 4v