Ist es teurer, eine chemische Rakete von der Erdoberfläche in eine Umlaufbahn oder von dieser Umlaufbahn zum Mars zu schicken?

Ich versuchte zu verstehen, wie kosteneffektiv es wäre, eine Mission mit einem Ionenmotor anzutreiben. Da diese Antriebssysteme jedoch aufgrund ihres geringen Schubs nicht dazu verwendet werden können, das Gravitationsfeld der Erde zu verlassen, müssen wir chemische Raketen verwenden, um von der Erde in den Orbit zu gelangen. Also wollte ich verstehen, wie viel Einsparungen tatsächlich möglich sind, wenn man zuerst Flüssigkeitsraketentriebwerke verwendet, gefolgt von der Verwendung eines Ionentriebwerks.

Teurer dürfte die lange Anreise werden . Ganz einfach, weil ein Gerät, das dorthin gelangen und sich selbst am Leben erhalten und kommunizieren kann, *fancy tech* ist (einschließlich Ihres geplanten Ionenantriebs !!). Mehr benötigtes Delta-V bedeutet definitiv, sich von der Oberfläche zu heben, aber das sind vergleichsweise einfache Motoren und Technologien, nur eine Menge Tonnen davon. Definieren Sie vielleicht besser, was Sie mit "teuer" meinen. Dollarkosten?

Antworten (2)

Leider spart Ihr Plan, nach der Erdflucht einen Ionenmotor zu verwenden, nicht allzu viel, da der zusätzliche Kick von einer Erdfluchtflugbahn zu einem Marstransfer relativ gesehen bereits ziemlich billig ist.

Es ist ein Delta-V-Unterschied von 390 m/s, den eine chemische LH2/LOX-Oberstufe mit einem Nutzlastanteil von 91 % liefern kann. Sie sehen also höchstens eine Ersparnis von ~10%.

Aber ein Ionenmotor kann das alles auch nicht speichern. Es ist zu langsam, um die Verbrennung noch in Erdnähe durchzuführen, also sehen Sie sich jetzt ~2900 m / s an, um das gleiche Transfermanöver im interplanetaren Raum durchzuführen. Sicher, es ist immer noch ein Nettogewinn bei einem Nutzlastanteil von 93 %, aber das ist nicht viel.

Die Verwendung eines Ionentriebwerks während der "Segelphase" in Richtung Mars hat jedoch immer noch seine Vorzüge. Es ändert das Spiel dafür, welche Planetenausrichtungen verwendet werden können, was bedeutet, dass bequemere Rückreisen geplant werden können (die Hohmann-Rückkehrausrichtung für die Rückkehr vom Mars erfordert notorisch einen langen Aufenthalt). Es kann auch die Geschwindigkeit verringern, mit der man auf den Mars trifft.

Eine andere Interpretation: Wenn Sie vorschlagen, einen Ionenmotor zu verwenden, um eine anfängliche niedrige Umlaufbahn in eine Fluchtbahn zu heben, spricht das theoretisch mehr. Der direkte chemische Impuls von ~3200 m/s hat nur einen Nutzlastanteil von 48 %, während die steigenden Kosten von ~7800 m/s mit einem Ionenmotor einen viel besseren Nutzlastanteil von 82 % haben.

Ah okay, das macht Sinn. Aber wenn Ionentriebwerke aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades die Kosten nicht signifikant senken und zudem einen geringen Schub erzeugen, warum sind sie dann als Antriebssystem so beliebt, dass die Menschen darin die Zukunft des Antriebs sehen? Liegt es daran, dass es während einer Weltraumreise Beschleunigung liefern kann, was chemische Raketen nicht können?
Ja. Und für andere Routen wird ihre Effizienz viel deutlicher. Die Dawn-Mission zum Beispiel wäre ohne einen Ionenantrieb nur sehr schwer durchführbar.
@ryan-Ionenlaufwerke reduzieren die Kosten nicht . Was sie tun, ist die Gesamtleistungsfähigkeit zu erhöhen . Mit einem Ionenantrieb können Sie mit einem begrenzten Massenbudget weiter und schneller fahren. Brauche nur Geduld, viel davon . und eine ordentliche Schaufel Geld, denn der Ionenantrieb und die Elektrik sowie die langfristige DSN-Netzabdeckung sind allesamt teuer.
@Ryan Ein weiterer Teil der Antwort ist, dass Ionenmotoren möglicherweise ohne grundlegende Konstruktionsänderungen auf einen höheren Schub skaliert werden könnten. Sie werden wahrscheinlich nie in der Lage sein, abzuheben oder abzusteigen, aber sie könnten den 10-fachen aktuellen Schub erreichen, ohne auf theoretische Hindernisse zu stoßen.
@Ryan-Ionentriebwerke ermöglichen es, weit mehr Delta-V in eine bestimmte Nutzlastgröße aufzunehmen, jedoch mit erheblichen Kompromissen. Wenn Sie mit chemischen Triebwerken genügend Delta-V erreichen können, sind sie nur ein sehr leistungshungriges System mit begrenztem Schub, was lange Laufzeiten bedeutet (während der Sie Ihre Teammitglieder noch bezahlen müssen). Wenn Sie mit chemischen Triebwerken kein ausreichendes Delta-V erzielen können, aber den geringen Schub von Ionentriebwerken tolerieren können, sind sie ein Wendepunkt, aber sie sind nicht allgemein ein besserer oder billigerer Ansatz.
@OscarSmith erwägen Sie den Fall von nuklearelektrischen Raketen?
@ChristopherJamesHuff Ich nehme an, dass das größere Delta-V von Ionentriebwerken ein Umlaufbahnmanöver zu einer Fluchtbahn viel billiger machen kann als chemische Raketen, obwohl die lange Transitzeit die Kosten erhöhen kann
@Ryan für eine so kleine Menge Delta-V gibt es möglicherweise nicht einmal Masseneinsparungen, und das Ionentriebwerk selbst ist sicherlich nicht billiger. Sie brauchen eine Reise, die lang genug ist, damit die Leistung des Ionentriebwerks die zusätzliche Trockenmasse des Triebwerks, seiner Energiesysteme und der Solarmodule für den Antrieb überwiegt, und Sie brauchen eine Möglichkeit, von der Gewichtsreduzierung zu profitieren: eine billigere Trägerrakete , mehr Raumfahrzeuge auf der Trägerrakete usw. Und für die Flucht von der Erde müssen Sie Dinge wie die Strahlungseinwirkung der langsamen Spirale durch die Strahlungsgürtel berücksichtigen. Kurz gesagt, es ist nicht so einfach.

Es gibt ein Ionentriebwerk namens Ion Propelled Vehicle. Es gibt ungefähr 36 öffentliche Videos, in denen es online seine Stromversorgung gegen die Schwerkraft der Erde anhebt. Aus diesem Grund ist es auch patentiert, US-Pat. 10.119.527. Bisher hatte der Ionenantrieb kein ausreichendes Verhältnis von Schub zu Gewicht, außer im Weltraum oder mit externer Energie. Auf meinem YT-Kanal gibt es auch 3 Videos davon mit kleinen zusätzlichen Treibstofftanks / Zylindern, daher wird es wahrscheinlich auch im Weltraum gut funktionieren. Derzeit befindet sich das Leichtbaufahrzeug im groben Prototypenstadium. Sobald die Steuerungs- und Stabilisierungssysteme fertig sind, wird es in größeren Höhen geflogen, aber bisher hat es nur wenige Meter Höhe geflogen. Es ist derzeit nicht gut für größere Nutzlasten geeignet.

Interessante Technologie und ich wünsche ihnen alles Gute, aber sie funktioniert nicht für einen raketengetriebenen Start von der Erdoberfläche, da sie nicht genügend Schub hat.
Haben Sie unterstützende Informationen?
Ist es teurer, eine chemische Rakete von der Erdoberfläche in eine Umlaufbahn oder von dieser Umlaufbahn zum Mars zu schicken?
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