Delta-V von Ionentriebwerken

Was für die Leistung von Raketentriebwerken zählt, ist eine Kennzahl namens spezifischer Impuls: http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_impulse . Im Fall der Dawn-Motoren sind das 3100er. Ein typisches chemisches Raketentriebwerk kann irgendwo zwischen 250 und 400 Sekunden erreichen, man könnte also sagen, dass die Dawn-Triebwerke etwa 10-mal besser abschneiden als typische chemische Triebwerke.

Eine Möglichkeit, einen bestimmten Impuls zu interpretieren, besteht darin, ihn zu verwenden, um die Zeit auszudrücken, die die Rakete durch Schub über der Startrampe schweben könnte, unter der Annahme, dass sie immer das gleiche Gewicht wie ihre ursprüngliche Treibmittelmasse wiegt. Eine ideale Chemierakete kann also ca. 5-6 Minuten, bevor das Treibmittel ausgeht. Dawns-Triebwerke (wenn sie genug Schub erzeugen könnten) könnten 52 Minuten lang schweben! Da in dieser Zeit die Schwerkraft das Fahrzeug mit ca. 10 m/s^2, die Dawn-Triebwerke können über 30 km/s Delta V für ihre eigene Treibmittelmasse ausgleichen!

Das Raumschiff hat 425 kg Xenon-Treibmittel und eine Gesamtnaßmasse von 1240 kg, dh über ein Drittel des Raumfahrzeugs besteht aus Treibmittel. Angesichts der theoretischen max. Delta V und die Raumfahrzeugmasse Das 10 km/s effektive Delta V des Raumfahrzeugs ist in der richtigen Größenordnung. Einschließlich der Massenabnahme während des Stoßens können wir noch etwas mehr herausholen. Diese Seite hat einen Delta-V-Rechner: http://www.strout.net/info/science/delta-v/

Wenn ich eine Nassmasse von 1240 kg, eine Trockenmasse von 815 kg und einen spezifischen Impuls von 3100 s eingebe, erhalte ich ein delta v von 12,758 km/s.

Um Ihre Frage zu beantworten: Ja, es ist durchaus möglich, eine beträchtliche Menge zu erreichen$\Delta V$mit einem elektrischen Antriebsgerät, solange Sie sich genügend Zeit nehmen und genügend Treibmittel haben. EP ist im Allgemeinen geringer Schub, aber hoch$I_{sp}$. Ich gehe davon aus, dass sie genug Zeit haben und/oder einen Transfer mit geringem Schub statt einer traditionelleren Methode geplant haben, also werden wir das nicht in Betracht ziehen. Stellen wir stattdessen sicher, dass die Treibmittelkosten nicht lächerlich sind. Von der Dawn-Wikipedia-Seite werden die folgenden Werte übernommen:

Strahlruder Isp: 3100s.

Nassmasse des Raumfahrzeugs: 1240 kg.

Also verwenden wir einfach die Tsiolskovsky-Gleichung mit$\Delta V = 10$km/s, um die benötigte Treibmittelmasse zu ermitteln:

$m_f = m_{wet}e^{-\Delta V/(gI_{sp})} \approx 1240kg e^{-10000/31000}=898kg$

was einer Treibladungsmasse von knapp 341kg entspricht. Dies ist für einen großen S/C auf einer großen Mission angemessen. Es gibt jedoch eine Behauptung im Wiki, dass der s / c einen früheren Rekord von 4,3 km / s mit weniger als 67 kg übertroffen hat. Ich bin mir nicht sicher, ob sie behaupten wollen, dass Dawn auch weniger als 67 kg verbraucht hat, oder ob sie behaupten, dass Dawns EP mehr Isp hat. Die erstere Behauptung wäre angesichts dieser Berechnung höchst verdächtig, also nehme ich an, dass sie die letztere meinen.