Könnte Sauerstoff in einem Resistojet in einer Vakuumumgebung verwendet werden?

Resistojets erhitzen ein komprimiertes Gas oder verdampfen eine Flüssigkeit, um sie durch eine Schubdüse auszudehnen. Sie verbessern die Leistung von Kaltgas-Triebwerken ein wenig. Dieser experimentelle Wasser-Widerstandsjet schaffte einen I sp von 140 s.

Ich denke darüber nach, welche Art von einfachen Raketentriebwerken in den Anfangsstadien einer permanenten Mondbasis machbar sein könnten, die vor Ort hauptsächlich aus lokalen Materialien hergestellt werden. Sauerstoff ist der einzige flüchtige Stoff, der überall extrahiert werden kann. Offensichtlich zeigt das Beispiel, dass Wasser eine Brennstoffoption ist, aber das oben zitierte Papier beantwortet die meisten meiner diesbezüglichen Fragen, und ich frage mich auch, ob Sauerstoff Vorteile haben könnte.

Welche Materialien für eine solch komplexe Herstellung frühzeitig verfügbar sein könnten, ist unklar, aber ich werde vorschlagen, dass etwas entwickelt werden kann, das die Speicherung von flüssigem Sauerstoff und gasförmigem elementarem Sauerstoff an der Düse bis zu beispielsweise 500 ° bewältigen kann C. Sagen wir Eisen kombiniert mit Metalloxiden oder Basalt. Die Widerstandsheizung und andere komplexe Bits stammen von der Erde. Das LOX fließt zur Widerstandsheizung und dann aus der Düse.

Könnte ein solches System funktionieren? Welche Art von I - Sp und Schub könnte es haben?

Für das, was es wert ist, ist die Idee, dass diese Triebwerke nur eine Umlaufbahn um den Mond drehen und andere Umlaufbahnmanöver oder eine Verbrennung durchführen müssen, um in die Umlaufbahn um EML1 zu gelangen. Der Start erfolgt durch einen Schleuderwerfer mit Basaltfaserkabel, der Umlauf- oder Fluchtgeschwindigkeit verleiht. So niedrig I sp ist an sich kein Problem.

Ich habe Link [3] bearbeitet, um auf bis-space.com/shop/product/analysis-of-a-lunar-sling-launcher zu verweisen, aber irgendwie hat die Formatierung gebrochen – selbst der folgende ISP wurde falsch formatiert. Fehler in SE? Ich gebe auf.
@CamilleGoudeseune hat es für dich behoben. Der <hr> hat die Probleme verursacht, obwohl ich nicht weiß, warum.
Gasförmiger heißer Sauerstoff kann die Heizung, die Kammer und die Düse oxidieren. Warum also nicht flüssigen Stickstoff verwenden?

Antworten (1)

Diese Antwort befasst sich nur mit dem letzten Teil Ihrer Frage "was für eine Art von ich sp und Schub könnte es haben" , und zwar im Sinne eines idealen Resistojets. Ich hoffe, dies ist kein zu grundlegender Ansatz, aber es lohnt sich, ihn durchzugehen, um eine intuitivere Sicht auf die Physik auf sehr hohem Niveau zu entwickeln. Es gibt ähnliche Gleichungen in dem Link, den Sie angegeben haben, vermute ich angesichts Ihrer Frage, dass die Bedeutung in Details auf niedrigerer Ebene verloren geht.Wenn nicht, wird es für jemanden da draußen nützlich sein!:

  1. Die Leistung in einem Raketenauspuff, die "Strahlleistung", ist die Strömungsgeschwindigkeit der kinetischen Energie, dh

    1 2 ⋅ m ˙ ⋅ v e 2

    wo m ˙ ist der Massenstrom und v e die Abgasgeschwindigkeit. Ebenfalls v e = ich sp ⋅ g 0 . Ich habe es zunächst in dieser Form geschrieben, da kinetische Energie ein relativ vertrautes Konzept ist.

  2. Nützlicher für Ihre Frage: Schub = m ˙ ⋅ v e (Gleichung 7 in Ihrer Referenz) und so:

Strahlkraft = 1 2 ⋅ m ˙ ⋅ v e 2 = 1 2 ⋅ Schub ⋅ v e

  1. Ein reiner Resistojet, also ohne jegliche andere Energiequelle wie z. B. aus chemischen Reaktionen, bedeutet, dass wir die elektrische Leistung in der Widerstandsheizung direkt auf die Strahlleistung beziehen können (Gl. 1 in Ihrer Referenz):

    P e ⋅ η = 1 2 ⋅ m ˙ ⋅ v e 2

wo P e ist die Verlustleistung in der Heizung und η ist ein Effizienzfaktor, der es ermöglicht, dass etwas Leistung verloren geht, in den Weltraum abgestrahlt und in die Struktur zurückgeleitet wird, z 50 % (erraten). Im Falle des LOX Lagerung, dies muss auch für die berücksichtigt werden LOX − Ö 2 Phasenwechsel, aber machen Sie sich darüber vorerst keine Sorgen.

  1. Wenn wir dies alles zusammenfassen, können wir unsere Werte von Schub und wählen ich sp für jedes nicht reagierende Treibmittel, und erarbeiten Sie dann das entsprechende d Ö t m und P e . Dies ist das Grundkonzept, es soll so einfach sein, wie es klingt.

  2. OK, OK, es wird bestimmt komplizierter, aber irgendwo muss man anfangen. Dies wird Sie in die Lage versetzen, das Triebwerk eines anderen sehr grob zu verstehen. Schauen Sie sich Ihre Referenz an, versuchen Sie es aber auch , da sie nur die Schlagzeilen enthält, ohne sich darin zu verlieren C ∗ (charakteristische Abgasgeschwindigkeit), Kammerdruck usw. Es gibt Schub = 0,045  N , ich sp = 152  s , was ich berechne ergibt eine Strahlleistung von 33  W zum 100  W elektrisch, dh η = 33 % . In diesem speziellen Fall zahlen sie zu viel, weil sie auch Wärme für den Wasser-Dampf-Phasenwechsel liefern. Sie können den veröffentlichten Massendurchfluss von überprüfen 0,03  g/s und es kommt ordentlich zurück zu ungefähr 45  mN , zu.

  3. Ein Problem: Sie können die elektrische Leistung nicht beliebig erhöhen, ohne festzustellen, dass Sie Verluste durch das Gas haben, das so energisch wird, dass die Leistung in aufregende Rotations- und Vibrationsmodi der Gasmoleküle übergeht, anstatt sie herumzuwirbeln (Translationsmodi). Wenn dies beginnt, für zu geschehen Ö 2 als Treibmittel, ist etwas, das Sie sich ansehen müssten, aber ich schätze , nicht, bis Sie über ein hinaus waren ich sp von 500  Sekunden .

  4. Zurück zur Idee von LOX ⟶ Ö 2 Als Treibmittel gibt es noch ein paar andere Bedenken:

    • Ö 2 Insbesondere könnte dies eine ziemlich schwierige Wahl für die Materialverträglichkeit sein, da es sehr reaktiv ist, umso mehr, je heißer es ist. Nehmen Sie als ersten Durchgang bei der Temperatur an, dass die Energie pro Molekül ist 3 2 k ⋅ T wo k ist Boltzmanns Konstante,   1.38 ⋅ 10 − 23 .
    • Wie bereits erwähnt, wird durch die Lagerung des Treibmittels z LOX Sie stellen direkt eine größere Herausforderung dar, da die elektrische Leistungsaufnahme zum Kochen bringen muss LOX (eine Phasenänderung) und dann seine Temperatur erhöhen. Dies ist ein weiterer Schritt, bei dem Sie Berechnungen durchführen müssen. Dieser Bereich und insbesondere die Logistik von LOX Produktion und Lagerung sind überhaupt nicht mein Gebiet, also belasse ich es dabei.
@TildalWave Vielen Dank für die Formatierungsverbesserungen. Ich würde gerne wissen, wie man das selbst macht. Sie scheinen zwei Ansätze verwendet zu haben. Gibt es für die Methode mit den Codes wie $$\text{ irgendwo eine Referenz? Ich habe auf Hilfe gesucht, aber ich kann keinen Startpunkt sehen. Es gibt auch etwas eingefügten vorformatierten Text (MathJax oder MathML, ich weiß nicht, dass das alles neu für mich ist). Nochmal, ist das eine Funktion der Seite oder etwas, das ich zu meinem Browser hinzufügen muss?
Ich hatte gedacht, dass das Expansionsverhältnis von Sauerstoff dazukommen würde (1:860). Es stimmt, ich bin die Referenz nicht richtig durchgegangen - es ist eines der Dinge, für die ich im Moment keine Zeit habe, und ich habe nach einer Abkürzung gesucht - also danke, dass du sie durchgegangen bist, damit es später einfacher ist. Aber ich hatte mich auch gefragt, ob das Materialproblem die Idee auch von Anfang an auswäscht. Meine Hoffnung war, dass Metalloxide vielleicht nicht reaktiv genug sind, um das handhabbar zu machen.
Lautstärke hört sich nach einem guten Punkt an, wenn ich denke, dass es mit der Leichtigkeit zusammenhängt, die Flüssigkeit zu erhitzen, bevor sie aus der Düse und aus ist. Aus materieller Sicht ist es vielleicht interessant, dass es seit einiger Zeit sauerstoffreiche Trägerraketenmotoren gibt. Lässt mich vermuten, dass kleiner Maßstab in Ordnung ist und größer irgendwann teuer wird, aber nicht offensichtlich unlösbar. Es klingt sehr interessant, obwohl ich das wirklich jemand anderem überlassen sollte, der besser dafür bestimmt ist, dies von hier aus zu übernehmen.
Wenn Sie LOX in ein Vakuum werfen, verdampft es sofort. Es in ein Vakuum zu werfen und dann zu erhitzen, klingt jedoch problematisch.
Könnte Sauerstoff in einem Resistojet in einer Vakuumumgebung verwendet werden?
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