Что может пойти не так, если кто-то пересилит ионный двигатель?

Ионный двигатель X-3 — самый мощный ионный двигатель из когда-либо созданных, он развивает поразительное усилие 5,4 Н при мощности 103 кВт. Его топливо - инертный газ ксенон, ионизированный и нагретый до плазмы. А что бы произошло, если бы кто-то использовал газообразный водород вместо ксенона, чтобы «превзойти» его? Пригодится ли это когда-нибудь для межпланетных путешествий?

введите описание изображения здесь

Источник

1: Зависит от двигателя. Детс? 2: Шрапнель, которая, вероятно, ничего не заденет и в конечном итоге упадет в звезду. 3: Зависит от ядерной бомбы и астероида — что-то среднее между неповрежденным, облученным астероидом и облученной шрапнелью.
2. Кроме того, некоторые взрывчатые вещества не взорвались бы (исключите большинство химических возгораний, и все в порядке, если только вы не берете с собой окислитель).
Один вопрос на пост, пожалуйста. Голосование за закрытие слишком широкое. Я также предлагаю вам дать некоторый контекст вашим вопросам, чтобы они не были закрыты по другим причинам. Например, ваш вопрос № 1 бессмысленен без дополнительных знаний о типе двигателя. Поскольку вы новый участник, я предлагаю вам потратить некоторое время на чтение вопросов на сайте, которые получили большое количество голосов, чтобы получить представление о том, какой вопрос считается хорошим в сообществе.
Кроме того, о ядерной бомбе как бы спрашивали раньше (в стиле Дня независимости): space.stackexchange.com/questions/19091/… Знал, что видел это где-то раньше :).
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не по теме, потому что вам нужно спрашивать по одному и давать более подробную информацию. Не отчаивайтесь, попробуйте еще раз.
@все, хорошо. Давайте сделаем это по одному.
Я добавил некоторую информацию к вашему вопросу и нажал голосование reopen. Вы также можете проголосовать за открытие. Было бы лучше, если бы вы добавили какое-то объяснение того, почему вы спрашиваете. Например, вам нужно знать уровень вакуума, размер камеры и тип насосов, чтобы понять влияние на камеру, но, может быть, вы хотите знать только о влиянии на двигатель? Кстати, @следует использовать только тогда, когда вы пытаетесь отправить флаг конкретному пользователю. Есть пользователь с именем все, но он еще не прокомментировал.
Я также проголосовал за повторное открытие, но этот вопрос все еще нуждается в доработке. Согласен с @uhoh, что стоит за этим вопросом? Какой нормальный расход и топливо для этого двигателя? Если вы спрашиваете о совершенно случайном происшествии, у вас не будет возможности ответить на вопрос, потому что никто никогда не думал об этом и не заботился об этом. Пожалуйста, отредактируйте, чтобы объяснить , почему вы спрашиваете об этом. Контекст важен, иначе это кажется совершенно случайным. «Что произойдет, если водяной буйвол выбежит на взлетно-посадочную полосу шаттла?»

Ответы (2)

Хотя @Hobbes указывает, что вы получаете меньший импульс на атом или на единицу заряда для более легких ионов, если предположить, что заряд равен +1, а ускоряющее напряжение постоянно, это еще не все.

Импульс частицы, ускоренной до кинетической энергии Е "=" д В является:

п "=" 2 м д В "=" 2 м Е .

Так атомы водорода дают 131 ≈ 11,4 раз меньше импульса или "пинка" на атом, или на единицу заряда от вашего высоковольтного источника.

Однако этот атом водорода весит в 131 раз меньше, чем атом ксенона . Таким образом, на килограмм топлива вы получаете 131 ≈ 11,4 раз больше импульса или «удара» на килограмм, поэтому, если бы все остальное было равным, водород был бы топливом с гораздо более высоким Isp, чем ксенон!

Водород — второй по сложности ионизации атом после гелия, но разница невелика. Начиная с газообразного водорода, вам нужно около 4,5 эВ только для того, чтобы разбить молекулу водорода на два нейтральных атома, плюс 13,6 эВ для ионизации каждого из них. Ксенон легче ионизируется при энергии всего 12,1 эВ.

Причина, по которой важно учитывать ионизацию для космического корабля, заключается в том, что масса ионного двигателя связана с источником питания и удерживающими плазму магнитами, необходимыми для создания в плазме большого тока электронов средней энергии, которые ионизируют атомы во время энергичного движения. столкновения.

Таким образом, переход от ксенона к водороду дает вам коэффициент Isp более чем в десять раз, и следующим шагом будет снижение массы вашего космического корабля за счет использования материала с низким потенциалом ионизации. Это отдельный вопрос.

Есть ли какие-то преимущества в ионизации молекул, а не атомов? Они могут быть такими тяжелыми, как вам нравится, ионизироваться так легко, как вам нравится, и выбраны для хорошего хранения.
@ Грег Я полагаю, это зависит от молекулы. Я не знаком с какими-либо случаями, кроме двухатомных вещей, таких как йод и водород, см. Каковы параметры нового электрического ракетного двигателя «Йод», разработанного РКК «Энергия»? а также МАРС-КАТ; Что такое амбиполярный двигатель Cubesat и как он работает? Почему бы вам не подумать о том, чтобы задать новый вопрос о топливе, хранящемся в виде более крупных молекул, я думаю, что где-то там может быть хороший вопрос!
Я думаю, что причина, по которой водород — плохая идея, заключается в давлении в баке. Если вы попытаетесь хранить водород, он займет в 131 раз больше места при том же давлении ксенона. Давление зависит от количества молекул, а не от их веса. Любая попытка сделать ионный двигатель из водорода убьет бюджет массы.
@Knudsen «Любая попытка ...» может быть не совсем правдой; есть и другие способы принести водород, и некоторые люди предлагают способы его сбора, хотя это совсем другой кусок воска. Говоря о воске, как можно хранить водород для электродвигателей без тяжелого сосуда высокого давления?
@ Грег, молекула может разрушиться и оставить остатки на сетках, когда она ударит их (как это делает небольшая часть ионов). Благородный газ наносит гораздо меньше вреда. Ртуть использовалась в первых ионных двигателях (лучшее соотношение массы к энергии ионизации и очень плотная для хранения), но помимо того, что она была раздражающе токсична, она засоряла сети.
Кроме того, для данной степени ионизации более легкий ион имеет более высокое отношение заряда к массе, чем более тяжелый, и, таким образом, будет больше ускоряться при данном напряжении. В этом отношении водород совершенно невозможен ; отношение заряда к массе ионизированного водорода в два раза больше, чем у ионов, генерируемых любым другим легкодоступным топливом (в значительной степени потому, что обычный водород почти полностью состоит из водорода-1, который, как оказалось, является единственным стабильным нуклидом без любые незаряженные нейтроны, массирующие его), и вам нужно всего лишь удалить один электрон из каждого атома, чтобы получить его таким образом.
@Викки, да, действительно! Однако меня основательно разгромили, спросив, были ли исследованы легкие газы, такие как водород или гелий, в качестве ионного двигателя? и поэтому я спросил в мета, что происходит со всеми минусами моих ответов здесь? Возможно, кто-то работает над ионным двигателем на основе легких частиц и не хочет, чтобы его преимущества предавались гласности, пока они не появятся на рынке? :-)

Использование водорода вместо ксенона сделало бы двигатель менее мощным. Двигатель работает за счет ускорения ионов. Когда вы заменяете тяжелые ионы ксенона очень легкими ионами водорода, тяга сильно снижается.

Есть ли вопрос об использовании более тяжелых ионов, чем ксенон?
Я так не думаю.
Как насчет замены ксенона радоном?
@AndrewMaxwellRockets До сих пор я обнаружил, что ксенон, ртуть (снято с производства), висмут, йод и аргон являются топливом, обычно используемым в ионных двигателях. Похоже, что bismuth.iodine лучше подходит для более компактного хранения. Аргон, потому что он дешевле и его больше. И ртуть использовалась, но ее было «трудно кормить, а загрязненные части легче». Кроме того, вот статья о радоне в ионных двигателях ! (Обратите внимание, что это дипломная работа в колледже, проверяйте все факты)
Радон бесполезен. Он распадается слишком быстро для любой космической миссии.
@Hobbes, когда я искал что-либо, связанное с радоном, мои поисковые запросы в Google были почти полностью заполнены фразами «Смягчение радона в вашем доме!» Хотя приятно знать, спасибо!! Я думаю, что ксенон как раз в этой "сладкой точке".
Да. Ксенон — самый тяжелый стабильный газ.
@Hobbes перепроверь мою математику ?
@AndrewMaxwellRockets Я бы не стал принимать ответ, пока эта проблема не будет решена.
Ксенон — самый тяжелый стабильный атомарный газ. Существует множество молекул тяжелее ксенона, которые при стандартных условиях являются газами. Хотя многие из них токсичны и вызывают коррозию (гексафторид вольфрама и тетраоксид осмия), некоторые довольно инертны (перфторбутан и пентафториодэтан). Хороший список тяжелых газов находится здесь: eugenebo.wordpress.com/2017/01/11/13-heaviest-gases .
Что может пойти не так, если кто-то пересилит ионный двигатель?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v