Was sind massearme Möglichkeiten zur Stromversorgung eines 4,5-kW-Ionenstrahlruders?

Ich bin dabei, ein Raumschiff für ein Projekt zu entwerfen, und ich bin dabei, das Antriebssystem auszuwählen.

Ich werde ein Boeing 702-Ionentriebwerk (das 4,5 kW benötigt) als Antrieb verwenden, um ein Raumschiff von der Erde zum Mars zu bringen. Daher muss ich Möglichkeiten kennen, 4,5 kW und die Masse (Masse sollte minimiert werden) dessen zu erzeugen, was diese Energie liefert.

Ihre Frage lautet also wirklich eher "Ich brauche 4,5 kW Strom für mein Triebwerk, welche massearmen Alternativen gibt es, um diese Leistung zu erzielen?"
Wohin fliegt Ihr Raumschiff? Dies wirkt sich erheblich auf die Größe der erforderlichen Solaranlage aus
Ja, ich brauche eine Ausgangsleistung von 4,5 kW und ich muss die Masse dessen kennen, was diese Leistung liefert, dh die Masse der Solaranlagen/Generatoren/usw.
Es geht von der Erde zum Mars. Ich werde diese Änderungen an dem Beitrag vornehmen.
Man fragt sich, ob Strahlkraft hier eine Option ist.

Antworten (2)

Batterien und Brennstoffzellen sind wahrscheinlich wegen der langen Dauer einer Erde-Mars-Mission out.

Hier sind einige Massen- und Leistungsabgabezahlen für thermoelektrische Radioisotopengeneratoren (RTGs); Die masseeffizientesten von ihnen haben etwa 5 W / kg, also sehen Sie sich etwa eine Tonne RTG an, um Ihr Triebwerk voll zu betreiben. RTGs sind attraktiv für Missionen auf äußeren Planeten, da die Sonnenenergie mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, aber wir fliegen nur zum Mars, daher ist es wahrscheinlich, dass Solarenergie eine bessere Option ist.

Laut Wikipedia können Solaranlagen in Erdentfernung bis zu 300 W/kg erzeugen. Aus diesem Artikel geht nicht hervor, wie praktisch Zellen bei diesem Verhältnis von Leistung zu Masse sind oder wie viel der Masse Struktur- / Einsatzmechanik im Vergleich zu tatsächlichen Zellen ist, sodass Ihre Laufleistung erheblich variieren kann, wenn Sie über die "Hinterseite des Umschlags" hinausgehen. Design des Raumfahrzeugs, aber lassen Sie uns mit dieser Nummer gehen.

Bei einer Marsumlaufbahn von 1,666 AE werden Sie nur etwa 35 % davon bekommen, etwa 100 W/kg – immer noch viel besser als RTGs! Ihre Solaranlage wird also eine Masse in der Größenordnung von 50 kg haben. Vielleicht möchten Sie zusätzliche Solarmodule als Versicherung gegen Verschlechterung mitnehmen oder das Ionentriebwerk später in der Mission bei Bedarf einfach mit geringerer Leistung betreiben.

Wenn Sie sehr geduldig sind, kann es einen idealen Punkt geben, an dem eine kleinere Solaranlage plus eine große Batterie das Triebwerk für begrenzte Zeiträume mit voller Leistung für weniger Masseninvestitionen betreiben kann als eine große Solaranlage. Dies bedeutet, dass zB Orbitalanpassungen in mehr, kürzeren Verbrennungen durchgeführt werden müssen, als wenn Sie das Triebwerk konstant halten können.

Wenn es sich um ein Ionentriebwerk handelt, verwenden wir dann immer noch den Begriff "Verbrennungen" oder sollten es eher "Blasten" oder so etwas sein?
„Impulse“, schätze ich, wäre der Fachbegriff, aber technische Besonderheiten haben nie verhindert, dass ein farbenfroher, aber nicht mehr zutreffender Begriff weiterhin verwendet wird.

Ein kurzes Googeln stellt fest, dass der 2,3-kW-Ionenmotor der Dawn-Mission von einer 36,4 m² großen Solaranlage angetrieben wird, die 10,3 kW bei 1 AE erzeugt und auf etwa 4,6 kW auf dem Mars abnimmt. Abhängig davon, wie viel Leistung für Anwendungen ohne Antrieb benötigt wird, könnten Sie wahrscheinlich mit etwa 50-60 m² davonkommen. Es sollte leicht sein, die ungefähre Masse dieser Größenreihe zu finden.

Was sind massearme Möglichkeiten zur Stromversorgung eines 4,5-kW-Ionenstrahlruders?
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