Каковы преимущества твердого йодного топлива и как его использовать для ионных двигателей?

Я читал о различных источниках топлива для ионных двигателей, наиболее распространенным из которых был ксенон. Однако в более поздних статьях я нахожу все больше и больше упоминаний о том, что твердый йод используется в качестве топлива для ионных двигателей.

Более конкретно:

https://en.wikipedia.org/wiki/Iodine_Satellite

https://en.wikipedia.org/wiki/Hall-effect_thruster

Ключевым преимуществом использования йода в качестве топлива является то, что он обеспечивает высокую плотность, умноженную на удельный импульс, он в три раза более эффективен по топливу, чем обычно летающий ксенон, его можно хранить в баке в виде твердого вещества без давления, и он не является опасный пропеллент. 1U с 5 кг йода на аппарате 12U может обеспечить изменение скорости на 4 км/с ΔV, изменение высоты на 20 000 км, изменение наклонения на 30° от LEO или изменение наклонения на 80° от GEO. Во время работы бак нагревается для испарения топлива. Затем двигатель ионизирует пар и ускоряет его с помощью магнитных и электростатических полей, что приводит к высокому удельному импульсу.

Я думаю, что мои вопросы:

  • Как можно использовать твердый йод вместо ксенона, нужно ли его сублимировать?
    • Существуют ли какие-либо осложнения, возникающие при использовании твердого топлива?
    • Что делает йод таким эффективным для хранения в качестве твердого топлива?
  • Насколько это будет эффективнее с точки зрения хранения, в чем преимущества?
    • Насколько удельный импульс лучше, чем у ксенона/криптона/аргона?
    • Насколько его легче хранить, чем: ксенон/криптон/аргон?
    • Насколько менее рискованно иметь йод, чем: ксенон/криптон/аргон?
    • Насколько это дешевле, чем: ксенон/криптон/аргон?
  • Является ли этот йодный спутник первым, кто проверил это вещество?

Дайте мне знать, если эти вопросы следует разбить побольше, я могу задать несколько, чтобы ответить на конкретные вопросы по йодному топливу, но я решил начать с одного общего вопроса.

Ответ на вопрос «Как можно использовать твердый йод вместо ксенона, нужно ли его сублимировать» дан в цитате: «Во время работы бак нагревается для испарения топлива (йода)». Йод имеет температуру плавления (I2) 386,85 К (113,7 ° C, 236,66 ° F) и температуру кипения (I2) 457,4 К (184,3 ° C, 363,7 ° F). Он возгоняется при комнатной температуре, но его можно расплавить при быстром и сильном повышении температуры. Если давление пара 35 Па при 298 К обеспечивает достаточный массовый расход, можно использовать только сублимацию.
@uwe правда, это довольно хороший ход. Тем не менее, мне было интересно, как вы будете нагревать резервуар, чтобы вызвать это - вы будете нагревать, охлаждать, а затем снова нагревать? Будет ли поддерживаться постоянная температура? Надеялся, что кто-нибудь объяснит более подробно, как они планировали нагреть резервуар и перевести его из твердой фазы во что-то пригодное для использования, возможно, со схемой, если таковая имеется.
@uhoh первая ссылка - это вопрос: P. Однако другие ссылки я сейчас читаю.

Ответы (1)

Я думаю, что есть небольшая путаница в терминах, которые люди используют для обозначения йода в сообществе космических двигателей. Для получения более подробной информации рекомендую заглянуть в одну из этих научных статей Dietz et al. (2019) и Szabo et al. (2013) . Я буду основывать свои ответы на них.

Йод не используется в твердом состоянии для электродвигателей (ЭР). Людям нравится использовать слово «твердое», чтобы рекламировать, что топливо хранится в неподвижном состоянии, а не в резервуаре под давлением с газом, таким как ксенон или криптон. Да, вы должны сублимировать его, нагревая емкость с йодом.

Минусы: Приходится тратить энергию на нагрев емкости и получение йода в газообразном виде. Кроме того, еще одним недостатком йода является его высокая реакционная способность / коррозионная активность.

Плюсы: йод в твердом состоянии намного плотнее, чем, например, благородный газ, занимая меньший объем при том же количестве топлива. Еще одно явное преимущество заключается в том, что вам не нужны все трубы и клапаны высокого давления, которые обычно требуются для системы, использующей благородный газ.

Несмотря на возможность хранения в твердом состоянии, йод также привлекателен в качестве топлива для ЭП по двум основным причинам:

  • его атомная масса очень похожа на ксенон (126,90 а.е.м. против 131,29 а.е.м.), что важно для создания высокой тяги;
  • порог ионизации у него несколько ниже, чем у ксенона, что позволяет тратить меньше энергии на поддержание плазмы внутри двигателя.
Каковы преимущества твердого йодного топлива и как его использовать для ионных двигателей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v