Welche Berechnungen sollte ich anstellen, um mit einem Ionenmotor von LEO zum Mond zu gelangen?

Meine Frage ist, welche Berechnungen muss ich anstellen, um von LEO in die Mondumlaufbahn zu gelangen? Wenn dies geschehen wäre, würden zwei dieser Triebwerke verwendet werden https://www.cubesatshop.com/product/ifm-nano-thruster/ , ich weiß, dass es, sobald es sich einmal in der Erdumlaufbahn befindet, nicht alles Schub ist, da in einigen Teile wären ineffizient und wir würden nur Xenon ausgeben, viele Informationen von der SMART-1-Mission sammeln und sie kommentierten, dass sie nur in einem Drittel der Umlaufbahn die Motoren aktivierten, dann nur bis zur Rückkehr umkreisten und dies wiederholten, bis sie den Mond erreichten Orbit.

Ich habe diese beiden zuvor veröffentlichten Artikel sorgfältig gelesen: Könnte ein CubeSat von LEO selbst zum Mond gefahren werden? und Könnte sich ein CubeSat zum Mars befördern? und die Wahrheit ist, dass sie mir sehr geholfen haben, aber es gibt immer noch Dinge, die ich nicht verstehe und vielleicht kann mir das jemand erklären. Vielen Dank im Voraus!

Antworten (1)

Sie müssen das deltaV berechnen, das Ihnen diese Triebwerke liefern können.
Sie können dies tun, indem Sie die Rocket-Gleichung verwenden .
Sie benötigen den ISP-Wert dieser Triebwerke und die Start- und Endmasse Ihres Cubesat (dh Masse, wenn Sie in LEO eingesetzt werden, und Masse, nachdem Sie Ihr gesamtes Xenon verbraucht haben). Dadurch erhalten Sie das maximal verfügbare deltaV.
Dieser muss höher sein als das deltaV, das Sie benötigen, um Ihr Ziel zu erreichen.

Sie können dies als groben Anhaltspunkt für viele Orte im Sonnensystem verwenden:
Das Sonnensystem: eine U-Bahn-Karte
Von LEO bis zur niedrigen Mondumlaufbahn sind es etwa 3940 m/s deltaV (3260+680 in der Karte).

Bei Verwendung eines Ionenantriebs, also mit sehr geringem Schub, benötigen Sie möglicherweise lange Brennzeiten, und dies kann das erforderliche deltaV erhöhen (da Sie einige effiziente Manöver wie den Hohmann-Transfer nicht ausführen können, die eine "sofortigere" Verbrennung erfordern). 3940 m/s deltaV geben Ihnen aber dennoch eine erste grobe Einschätzung. In der Tat besagt diese Frage , dass SMART-1 insgesamt 3900 m / s deltaV zeigte.

Eine genauere Berechnung muss die Art des Transfers / der Flugbahn berücksichtigen, die Sie von LEO in die Umlaufbahn des niedrigen Mondes verwenden werden. Leider kenne ich die Berechnungen nicht. Sie können sich diese andere Frage zur Berechnung einer Ionenantriebsübertragung durch eine spiralförmige Flugbahn als Ausgangspunkt
ansehen .

Wie Sie vielleicht bemerkt haben, hängt deltaV nicht vom Schub ab. Da die Motoren identisch sind und denselben ISP haben, bringt das Vorhandensein von zwei oder mehr Motoren keinen Vorteil in Bezug auf deltaV und ist sogar nachteilig, da Ihre endgültige Masse höher sein wird. Verwenden Sie also zwei oder mehr Engines nur, wenn Sie sie für etwas anderes benötigen (z. B. Redundanz).

Noch eine Frage, wenn ich 4 Motoren anstelle von 1 einbaue, wäre das Delta-V höher und ich bräuchte am Ende weniger Xenon, oder?
@ValentinoZaffrani Nein, eigentlich genau das Gegenteil. Sie hätten eine höhere Trockenmasse und Ihr Delta-V (für ein Raumschiff mit der gleichen Menge an Xenon-Treibmittel) wäre sogar noch niedriger. Außerdem bräuchten Sie viermal so viel Strom, was ein viermal so hohes Gewicht an Solarmodulen bedeutet.