Warum verwendet der Deep Space Industries Prospector 1 Wassertreibstoff anstelle von Hydrazin?

Im Gegensatz zu chemischen Raketen wie Hydrazin (ein Monotreibstoff, der kein separates Oxidationsmittel und keinen Treibstoff zum Verbrennen benötigt), ist Wasser nur die Reaktionsmasse – nicht die Energiequelle. Das Comet-1-Triebwerk, das die DSi-Prospector-Serie verwendet, ist elektrothermisch und erfordert daher eine erhebliche elektrische Stromversorgung, um das Wasser mit Energie zu versorgen (vermutlich durch Verdampfen). Laut Datenblatt _

Comet-1-Triebwerke sind das ideale Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung und nehmen auf dem Markt einen Platz zwischen kostengünstigen, leistungsschwachen Kaltgas- und Resistojets und teuren, leistungsstarken Monotreibstoff- und Elektrosystemen ein.

Mit anderen Worten, der Kompromiss besteht darin, dass im Austausch für niedrigere Kosten (und In-Situ-Ressourcennutzung, isru ),$I_{SP}$und wahrscheinlich spezifische Leistung sind niedriger als Hydrazin, und$I_{SP}$ist viel niedriger als bei Ionenmotoren. Da die Prospektoren während der Fahrt tanken sollen und daher beim Start nicht annähernd ihren gesamten Treibstoff mitnehmen müssen, niedrig$I_{SP}$(150–175 s) ist nicht ganz so ein Problem, aber es ist immer noch ein limitierender Faktor.

Angenommen, die Mission besteht darin, zwei Asteroiden zu ernten, die nahe genug bei nur 250 m/s liegen$\Delta V$erforderlich, um sie von einer geeigneten Parkbahn aus zu erreichen. Bei jeder Fahrt holt der Miner 10 % seiner Trockenmasse an Nutzlast zurück und lässt sie auf derselben Parkbahn zurück. (Dies sind erfundene Zahlen, aber sie sollten nicht zu weit davon entfernt sein, und die Dinge werden dramatischer, je höher$\Delta V$oder mehr Nutzlast.) Mit einem 450 s$I_{SP}$von einem$LH_2 / LO_2$chemische Rakete (die beste, die Sie bekommen werden), die einen Treibstoffanteil von etwa 21% benötigt, was nicht so schlimm ist. Aber mit dem Comet-1 können Sie nur mit genügend Reaktionsmasse starten, um zu einem von ihnen zu gelangen, und mit einem Tank, der groß genug ist, um eine vollständige Hin- und Rückfahrt aufzunehmen, und dann bei jedem geernteten Asteroiden tanken. Das Ergebnis ist ein Start mit nur etwa 14 % Remass-Anteil, was (selbst mit dem größeren Tank) wahrscheinlich eine Kostenverbesserung darstellt. Und das bleibt gleich, egal wie viele Missionen Sie machen, während bei zehn Asteroiden$H_2 / LO_2$erfordert einen Startbrennstoffanteil von etwa 69 %, was dem 2½-fachen der Nassmasse (Startmasse) der Zwei-Asteroiden-Mission entspricht. (Die Verdoppelung der Asteroiden auf zwanzig erhöht die Nassmasse um fast einen weiteren Faktor von 3 auf das 8-fache der Masse für zwei.)

Natürlich ist der letztendliche Plan bei Planetary Resources, das zurückgebrachte Wasser zu elektrolysieren und zu speichern$LH_2$und$LO_2$in orbitalen Treibstoffdepots zur weiteren Verwendung. Dies hat den ganzen Vorteil des einfachen Auftankens zwischen den Fahrten und das viel bessere$I_{SP}$von Hydrolox ohne die größeren Sonnenkollektoren auf dem Fahrzeug, erfordert jedoch kompliziertere Motoren, routinemäßiges vollautomatisches Andocken und vor allem die Langzeitlagerung von kryogenem Treibstoff im Weltraum, was noch nicht geschehen ist und wahrscheinlich auf kryogenen selektiven Oberflächen beruht sei praktisch.

Ich habe diesen Raketengleichungsrechner für die Anfangszahlen und dann für die automatisierte Berechnung verwendet$\Delta V$für Zehn- und Zwanzig-Asteroiden-Missionen mit diesem PowerShell-Skript:

$dry = 1000
$pay = 100
$dv = 250
$v_e = 450*9.81
$asteroids = 10        # or 20
$mass = $dry
1..(2*$asteroids) | ForEach-Object {
    if ($_ % 2 -eq 0) {
        # Outgoing trip, no payload
        $mass -= $pay
    }
    else {
        # Incoming trip, payload
        $mass += $pay
    }
    $mass *= [Math]::Exp($dv / $v_e)
}
$mass