Wann wäre das Dichte-Isp-Produkt eine wichtige Leistungsmetrik eines Treibmittels?

Von der ECAPS-Seite zur LMP-103S-Leistung ...

Der spezifische Impuls ist ≥ 6 % höher und die Treibmitteldichte ist 24 % höher. Dadurch kann der Satellit entweder mit einem kleineren Tank ausgestattet oder die Missionsdauer bei gleicher Tankgröße verlängert werden.

Volumen ist wichtig, weil Sie innerhalb einer Nutzlastverkleidung nur begrenzt Platz haben . Treibmittel, das zum Halten und Manövrieren der Station verfügbar ist , begrenzt die Lebensdauer eines Raumfahrzeugs.

Wann wäre das Dichte-Isp-Produkt eine wichtige Leistungsmetrik eines Treibmittels?

Es ist immer wichtig.

Der spezifische Impuls ist ein Maß für den Impuls, der pro Masseneinheit des verbrannten Treibmittels bereitgestellt wird, was ein hervorragendes Maß für die Treibstoffeffizienz in einer Rakete ist. Es berücksichtigt jedoch nicht die Masse anderer Dinge als des Kraftstoffs – wie des Kraftstofftanks, dessen Masse im Allgemeinen proportional zu seinem Volumen ist.

Wasserstoff zum Beispiel sieht viel besser aus als Kerosin, wenn man sich nur den spezifischen Impuls ansieht, aber er ist etwa 1/15 so dicht, sodass ein Teil des spezifischen Impulsvorteils verloren geht, da viel mehr Tankvolumen benötigt wird.

Das Dichte-Isp-Produkt ist keine mathematisch "korrekte" Metrik zum Vergleichen von Treibmitteln - Sie benötigen eine Tabelle und Informationen über die Tankstruktur, den Druck usw., um tatsächlich eine korrekte Metrik zu berechnen - aber es könnte zur Identifizierung nützlich sein interessante Treibmittelkandidaten, bevor Sie mit der Tabellenkalkulationsphase des Wettbewerbs fortfahren.

Obwohl es sich nicht gerade um Weltraumforschung an sich handelt, erwähnt John Clark, dass dies in Ignition for Missiles wichtig ist, insbesondere in Fällen, in denen ein Leistungsziel erreicht werden soll, während eine Rakete einen auferlegten oder bereits vorhandenen Formfaktor erfüllt, und einige davon Die seltsamsten Extreme seiner und anderer Arbeiten (für die Marine), die in Ignition beschrieben wurden , konzentrierten sich auf weitgehend zum Scheitern verurteilte Versuche, Kraftstoffe mit moderatem Isp und sehr hoher Dichte zu entwickeln.

Die moderne Weltraumforschung ist oft in der Lage, sehr leichte Tanks herzustellen (unter anderem für LH2 geeignet), aber es gibt viele Fälle, in denen man nicht möchte, dass ein Raumfahrzeug einem Wasserballon ähnelt, insbesondere wenn es in eine Verkleidung passen muss oder Aeroshell oder einem atmosphärischen Flug unterzogen werden.

Ach, ich verstehe.

Nehmen wir an, ich baue einen ehrgeizigen 3U-CubeSat und habe 1U für Treibstoff und 2U für Nutzlast und Bus zugewiesen, und ich möchte den Treibstoff auswählen, der mir das meiste Delta-V liefert.

Ich kenne die Cubesat-Statistiken zur Massendichte (kg/U) nicht ? aber sagen wir mal ich habe 3kg (Trockenmasse$m_D$) 3HE Cubesat mit 1 Liter Tank. Was ist das Delta-v als Funktion von$I_{sp}$Und$\rho$mit festem Tankvolumen$V$? Wenden wir den tyrannischen Tsiolkovsky an , erhalten wir:

Denken Sie daran, dass der Logarithmus von 1 plus etwas Kleines ungefähr das ist (dh$\ln(1+x) \approx x$für klein$x$)

Das dichtespezifische Impulsprodukt$I_{sp}\rho$ ist der Prädiktor des möglichen Gesamt-Delta-v, wenn das Tankvolumen fest ist , und die Beziehung ist einfach linear, wenn die Treibmittelmasse einen kleinen Bruchteil der Gesamtmasse des Raumfahrzeugs ausmacht.

Für fliegende Treibstofftanks müssen Sie den Logarithmus im Ausdruck beibehalten und so, während Sie nah dran sind, am höchsten$I_{sp}\rho$Produkt Monotreibstoff möglicherweise nicht genau die höchste$\Delta v$. prüfe jetzt...