Könnten wir die Atmosphären von Planeten wie Mars oder Jupiter nutzen, um Xenon von ihnen zu trennen, um die Triebwerke wieder aufzufüllen?

Könnten wir die Atmosphären von Planeten wie Mars oder Jupiter nutzen, um Xenon von ihnen zu trennen, um die Triebwerke wieder aufzufüllen? Ich meine, die Atmosphäre des Mars berühren und Argon und Xenon für Ionenmotoren trennen, wäre das möglich? Oder würde uns die Atmosphäre erniedrigen?

Das Berühren der Atmosphäre aus einer Umlaufbahn würde dazu führen, dass die Umlaufgeschwindigkeit durch Luftwiderstand verloren geht und in die dichteren unteren Teile der Atmosphäre eindringt. Final ein Absturz auf die Marsoberfläche oder eine Zerstörung durch den hohen Druck des Gasriesen Jupiter.
Verwandter, möglicher Betrüger: space.stackexchange.com/questions/19771/…
@OrganicMarble Kein Duplikat. Das einzige, was sich dort mit Ionentriebwerken befasst, ist HopDavids „ Aber es ist schwer vorstellbar... “ Da die Austrittsgeschwindigkeit eines Ionentriebwerks so viel schneller ist als die Einfallsgeschwindigkeit der gesammelten Atome, können Sie möglicherweise mehr Schwung gewinnen als das Ergebnis ziehen entfernt. Das wird dort in den Antworten nicht wirklich gut behandelt (mit Ausnahme dieses Zitats), daher denke ich, dass dies eine andere Antwort erfordert.
Dies könnte jedoch ein Betrüger einer anderen Frage zum Sammeln von Ionenantriebstreibstoff aus Atmosphären sein. Ich weiß nicht, ob es hier einen davon gibt oder nicht. Und natürlich, wenn Sie das Treibmittel für eine rückläufige Verbrennung zum Absenken der Umlaufbahn benötigen , hilft der Luftwiderstand eher, als dass er Sie behindert.
Xenon wird aus Luftverflüssigung gewonnen. Xenon ist eigentlich ein Nebenprodukt, der Hauptzweck ist die Gewinnung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff. Das Gerät ist ziemlich sperrig und schwer. Und Xenon ist ein sehr kleiner Teil der Atmosphäre von Planeten. Ich denke also, dass die Masse der Maschinen für ein Raumfahrzeug im Vergleich zur aus Xenon extrahierten Masse unerschwinglich hoch wäre.
@Heopps Wenn Sie Geschwindigkeit zur Verfügung haben, gibt es andere passive Trenntechniken , die neben der Kühlung funktionieren könnten . In einer Sammeldüse ändern die leichten Moleküle mit zunehmender Dichte ihre Geschwindigkeitsverteilung schneller als die schwereren, ballistischeren Atome, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Es ist vielleicht ein Nischengebiet der Aerodynamik und ich weiß nicht viel darüber. Es gibt zum Beispiel Dinge, die als aerodynamische Linsen bezeichnet werden , aber diese sind für tatsächliche Aerosole und Partikel gedacht; Ich weiß nicht, ob für Atome und Moleküle etwas Analoges möglich ist.
" Planeten wie Mars oder Jupiter " ... diese Orte sind ganz anders, und die Probleme mit der Ressourcenextraktion von einem sind wahrscheinlich etwas anders als die Ressourcenextraktion von dem anderen. Vielleicht solltest du deine Frage etwas mehr fokussieren.
Sollten Sie nicht die Konzentration von Xe überprüfen, bevor Sie sich Gedanken über den Versuch machen, es wiederzugewinnen? Welche Frage stellen Sie?

Antworten (1)

Lassen Sie uns zuerst sehen, ob die Physik des Sammelns von Ionentreibstoff aus Atmosphären sinnvoll ist. Unter Verwendung der Vis-Viva-Gleichung und der Standard-Gravitationsparameter für die beiden Extremfälle, nach denen Sie gefragt haben, können wir sehen, wie diese Umlaufgeschwindigkeiten für eine kreisförmige Umlaufbahn in der Nähe der Atmosphäre sein könnten (ich verwende 5% größer als die des Planeten). Radius, spielt für die Geschwindigkeitsberechnung keine große Rolle):

v 2 = G M ( 2 R − 1 A ) 

planet     1.05 R        GM        v_circ      v_esc   
             m         m^3/s^2       m/s         m/s
Mars      3.56E+06    4.28E+13      3,500       4,900
Jupiter   7.34E+07    1.26E+17     42,000      59,000

Die Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit bei 1,05 $$, wenn Sie gerade in eine Aufnahme oder Freigabe übergehen.

Betrachten wir nun die Geschwindigkeiten der Abgase von Ionentriebwerken. Unter der Annahme einer Beschleunigungsspannung von 100 kV, die eine kinetische Energie E von 1E-04 GeV für eine Ladung von +1 erzeugt, und unter Verwendung von 1 GeV pro Nukleon für die Massen und Verwendung v / C = 2 E / M C 2 

atom      mass      v/c          v
           GeV       -          m/s
helium       4     0.0071    2,100,000
argon       40     0.0022      670,000
xenon      131     0.0012      370,000

Selbst für das größte Atom und den größten Planeten ist die Abgasgeschwindigkeit bei 100 kV also das Sechsfache der Umlaufgeschwindigkeit.

Dies bedeutet, dass der verfügbare Schub potenziell viel größer sein kann als der Widerstand, den Sie erleiden, wenn Sie in die Atmosphäre fallen und ihn sammeln.

Dies ist jedoch der Fall, wenn Sie das gesamte Gas verwenden und nicht versuchen, eine winzige Menge nützlichen Gases vom Rest zu trennen. Wenn Sie das tun, könnten Sie diesen Vorteil sicherlich verlieren. Wenn die Konzentration beispielsweise nur 1 % beträgt, benötigen Sie eine Abgasgeschwindigkeit, die 100-mal größer ist als die Orbitalgeschwindigkeit, nur um die Gewinnschwelle zu erreichen!

Daher ist es besser, ein Ionentriebwerksdesign zu wählen, das irgendwie mit dem atmosphärischen Gemisch des Planeten zusammenarbeiten kann, das in der Höhe auftritt, in der Sie es sammeln.

Ich habe das Gefühl, dass dieses Bruchproblem schon einmal in einer anderen Antwort auf dieser Seite erklärt wurde, aber ich kann mich nicht erinnern, wo.

Wenn Sie nun in die Umlaufbahn fallen , ist der Luftwiderstand Ihr Freund und er wird mit Ihrem Schub zusammenarbeiten. Weitere Informationen dazu finden Sie im Aerobraking -Tag.

Um Ihre Umlaufbahn zu senken, nachdem Sie hineingefallen sind, oder um Ihre Umlaufbahn anzuheben, wenn es Zeit zum Aufbruch ist, oder um einfach eine Make-up-Verbrennung durchzuführen, um dem Luftwiderstand entgegenzuwirken und Ihre aktuelle Umlaufbahn beizubehalten, führen Sie Ihre Verbrennung irgendwo in der Nähe des tiefsten Punkts durch.

Könnten wir die Atmosphären von Planeten wie Mars oder Jupiter nutzen, um Xenon von ihnen zu trennen, um die Triebwerke wieder aufzufüllen?
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