Ist ein Elektrotreibstoffschlepper von LEO in die Mondumlaufbahn wirtschaftlich machbar?

Ist es wirtschaftlich sinnvoll, einen elektrisch betriebenen Treibstoffschlepper einzusetzen, um ein Mondlandeprogramm mit Treibstoff zu versorgen?

Ich stelle mir eine Architektur vor, bei der eine 25-Tonnen-Nutzlast, hauptsächlich Treibstoff, in LEO gestartet wird, die dann Ionentriebwerke verwendet, um zum Mond zu gelangen, um Raumfahrzeuge zu betanken, die bei der Monderkundung verwendet werden.

Ist diese Architektur sinnvoll und gibt es dazu Studien?

Wenn ich ein Investor in solche Dinge wäre, würde ich abwarten, wie sich die Revolution der billigen wiederverwendbaren Riesenwerfer entwickelt. Die Kosten für den Start von Treibstoff stürzen derzeit dramatisch ab. Warten wir ab, ob Starship/Superheavy ein Erfolg wird, bevor wir die Berechnung anstellen.
Eine Frage: Welche Art von Kraftstoff? Die nützlichsten verfügbaren Brennstoffe sind kryonisch (LOX, LH2, flüssiges Methan); Diese sind nicht dafür bekannt, dass sie über lange Zeit effektiv gelagert werden können, und Ionentriebwerke sind eine sehr langsame Straße. Sie müssten sich nicht nur mit dem Problem des Abdampfens während der Reise befassen, sondern ich würde mich auch fragen, wie sich der zufällige Schub dieses Abkochens mit dem Schub des Ionentriebwerks vergleichen lässt.
Wenn Sie Strom für Ionenschub haben, haben Sie dann nicht Strom für Kryokühlung?

Antworten (1)

Die grundlegende Tatsache ist also, dass das Delta-V von LEO zu LLO (niedrige Mondumlaufbahn) bei Verwendung eines Systems mit hohem Schub etwa 4 km / s beträgt und bei Verwendung eines Systems mit niedrigem Schub etwa 8. Quelle

Verwenden Sie also so etwas wie einen Vakuum-Raptor-Motor ( ICH S P 382s) benötigen Sie ein Massenverhältnis von etwa 2:1. Das heißt, für jede Tonne, die Sie an LLO liefern möchten, benötigen Sie 2 Tonnen Methalox in LEO. Mit einem Ionenmotor ( ICH S P sagen wir 5000er, obwohl sie sehr unterschiedlich sind), das Massenverhältnis beträgt 0,17, also benötigen Sie 170 kg Xenon (wirtschaftlich ist es wahrscheinlich besser, ein Krypton zu verwenden und etwas weniger Energieeffizienz zu akzeptieren, aber was auch immer).

Ein Ionenschlepper benötigt auch große Sonnenkollektoren (die Verwendung eines Spaltreaktors in LEO ist aus mehreren Gründen im Allgemeinen verpönt), sodass seine „Trockenmasse“ höher sein kann.

Aus Sicht des Kraftstoffs vergleichen Sie also die Kosten (in LEO) von zwei Tonnen Methalox mit 170 kg Krypton. Alternativ benötigen Sie einschließlich Fracht 3 Tonnen, um eine Tonne Fracht mit einem Chemiemotor und 1,2 Tonnen mit dem Ionenmotor zu liefern. Ein größeres Differential, wenn Sie den Schlepper ohne Aerobraking zurückziehen möchten (abhängig von der "trockenen" Masse des Schleppers).

Andererseits wird der Ionenschlepper auch viel langsamer sein. Monate oder Jahre pro Hin- und Rückfahrt, höchstwahrscheinlich im Vergleich zu ein paar Tagen für Chemikalien. Dies ist wichtig, wenn der Schlepper teuer zu bauen oder zu starten ist. Sie benötigen mehr davon, um die gleiche Anzahl Tonnen/Jahr an LLO zu liefern. Dies könnte leicht der dominierende Faktor sein, zumal der Chemieschlepper mehr oder weniger von der Stange war (z. B. ein abgespecktes SpaceX-Raumschiff).

Langfristig ist es mit ziemlicher Sicherheit eine bessere Lösung, Treibmittel auf dem Mond oder auf einem Asteroiden herzustellen. Wenn Sie Eis auf dem Mond finden können, ist dies relativ einfach. Wenn nicht, können Sie Aluminiumstaub und flüssigen Sauerstoff aus Gestein herstellen, wenn Sie genug Energie haben, oder Wasser von Ceres einschiffen.

Ist ein Elektrotreibstoffschlepper von LEO in die Mondumlaufbahn wirtschaftlich machbar?
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