Die Effizienz der meisten Raketentriebwerke wird anhand des spezifischen Impulses des Triebwerks gemessen, dh wie schnell der Auspuff des Triebwerks geht. Gibt es ein anderes Maß für die Effizienz, das Schub / Massenstrom ist? Oder berücksichtigt ISP das, ich glaube, ich vermisse etwas.
ISP ist wirklich nur die effektive Abgasgeschwindigkeit des Motors, normalisiert durch eine Gravitationskonstante. Es berücksichtigt Schub und Massenstrom und ist ein Maß erster Ordnung für den Wirkungsgrad eines Triebwerks. Beachten Sie, dass es sich um die effektive Abgasgeschwindigkeit und nicht um die tatsächliche Abgasgeschwindigkeit handelt. Bei luftatmenden Motoren beispielsweise ist der Effektivwert deutlich größer als der Istwert.
ISP ist jedoch nicht die ganze Geschichte. Das wahrscheinlich zweitwichtigste Maß für ein Triebwerk ist das Schub-Gewichts-Verhältnis (TWR) des Triebwerks. TWR ist indirekt ein Maß für die Effizienz, da es normalerweise die Zeit vorschreibt, die Sie mit dem Kampf gegen den Schwerkraftwiderstand oder das Stoßen zu nicht optimalen Zeiten verbringen - was ineffizient ist.
Gibt es ein anderes Maß für die Effizienz, das Schub / Massenstrom ist? Oder berücksichtigt der ISP das?
Der spezifische Impuls (vollständiger massenspezifischer Impuls oder Impuls pro Masseneinheit) ist tatsächlich gleich dem Schub pro Massenstrom pro Zeiteinheit für eine reine Rakete. Dies liegt daran, dass der Impuls erhalten bleibt; Der Impuls der aus dem Triebwerk ausgestoßenen Treibmasse ist dem von der Rakete gewonnenen Impuls genau entgegengesetzt.
Erik gab das zweite „große Ding“ des Paares – und zwar im All ist der König, TWR ist sekundär, während beim Aufstieg das Verhältnis umgekehrt ist.
Aber diese beiden sind nicht alles. Für den elektrischen Antrieb ist Alpha sehr wichtig - es ist ein bisschen das Gegenstück zu TWR, beinhaltet aber elektrische Energie im Gegensatz zu rohem Schub. Dies ist wichtig, da Ionentriebwerke ziemlich leistungshungrig sind und immer noch der Tyrannei der Raketengleichung unterliegen, insbesondere wenn die Trockenmasse erheblich ansteigt. Was auch immer Sie für einen überlegenen spezifischen Impuls erzielen, Sie können verlieren, weil Sie schwere Energiequellen transportieren müssen. Das ist auch der Grund, warum die einfache alte Triebwerksmasse im Weltraum wichtig ist.
Es gibt Technologiereifegrad. Der Motor mag auf dem Papier großartig aussehen und sogar im Labor vielversprechend funktionieren, was also, wenn er immer noch nicht „weltraumtauglich“ oder zuverlässig genug ist? Die 12.000 spezifischen Impulse von VASIMR helfen nicht viel, wenn es einfach noch nicht bereit ist, das Labor zu verlassen. Zuverlässigkeit und Sicherheit liegen in diesem Spektrum nahe beieinander.
Als nächstes haben wir den Preis des Motors und des Kraftstoffs, sowohl absolut als auch pro Einheit. Warum fliegen so viele Missionen – sowohl kommerzielle als auch wissenschaftliche – immer noch mit diesen fiesen Hypergolen statt mit den netten, schlanken, effizienten Ionentriebwerken? Weil sowohl diese Motoren als auch Xenon einen Arm und ein Bein kosten, und Hypergolika, während alte, ätzende, gefährliche, ineffiziente billig sind . Es ist oft kostengünstiger, billigeren Kraftstoff und einen alten, weniger effizienten Motor einzupacken, als das neue großartige Ding. Und Feststoffraketen-Booster sind für die erste Stufe trotz völlig miesem spezifischem Impuls sehr beliebt, einfach weil sie billig sind und guten Schub geben - mit ein paar großen und schweren SRBs ist man finanziell oft besser dran als mit einem besseren, größeren Flüssigtreibstoffmotor .
Es gibt soziale/politische Akzeptanz. Informieren Sie sich über NTR . Ein Triebwerk von 1600 mit spezifischem Impuls und genügend Schub, um große bemannte Missionen zum Mars voranzutreiben, wurde aus dem einzigen Grund verschrottet, dass die Menschen keine Kernreaktoren im Weltraum wollen.
Verfügbarkeit und Handhabungseigenschaften von Kraftstoffen sind ziemlich wichtig – SpaceX fliegt ausschließlich mit Kerosin, weil flüssiger Wasserstoff schwierig zu handhaben ist. Alle Amateurraketen fliegen mit Lachgas, das, obwohl es ein lausiges Oxidationsmittel ist, ziemlich sicher und zugänglich ist, im Gegensatz zu "böseren" Sachen wie LOX oder RFNA.
Militärische Anwendungen haben ihre eigenen Anforderungen. Die visuelle Signatur (einschließlich Rauch) ist eine große Sache. Lagerfähigkeit von Kraftstoffen über lange Zeiträume. Gefriertemperatur, Siedetemperatur, Ausgasung/Dampfdruck, Stabilität (Unempfindlichkeit gegen Stöße und ähnliches) sind wichtige Faktoren.
So, ist wirklich nur eine Spitze des Eisbergs...
Russell Borogove