Wie viel kostet es, einen Ionensoster für ein Antriebssystem eines Raumfahrzeugs mit Xenon zu füllen?

Ein Papier Energetics of Propellant Options for High-Power Hall Thrusters (PDF) vom Juni 2005 von Alex Kieckhafer und Lyon B. King, Michigan Technological University, veröffentlicht für den Tagungsband der Space Nuclear Conference, San Diego, CA, gibt die Kosten für Xenongas an von 850 US -Dollar / kg. Damit kosten 16 Tonnen davon 13,6 Millionen US - Dollar.

Aber das ist der freie Marktpreis, wie aus den Papieren hervorgeht:

Derzeit kann Xenon für etwa 5 US- Dollar pro Standardliter ( 850 US- Dollar /kg) erworben werden.

Aus dem Papier Capture and Recycling of Xenon From A Cryopumped Vacuum Chamber (PDF) von Michael W. Swiatek, Sierra Lobo, Inc., veröffentlicht für die 46. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference im Juli 2010 in Nashville, TN (Executive zusammenfassend zu Ihrer Frage):

Dieses Gas [Xenon] wird von den Kryopumpen als Teil des Hochvakuumpumpsystems eingefangen und normalerweise nach Abschluss des Tests durch Entlüften entsorgt.

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Die Notwendigkeit einer effizienten Methode zur Rückgewinnung und Wiederverwertung von Xenon wurde offensichtlich, als die Kosten pro Liter innerhalb von acht Jahren um das Zehnfache anstiegen.

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Am Glenn Research Center der NASA wurden bereits Versuche unternommen, Xenon-Gas einzufangen und zu recyceln. Das typische im Handel erhältliche Verfahren verwendet einen Zylinder, der in einem flüssigen Stickstoffbad gekühlt wird, das als Kryopumpoberfläche wirkt, um das Xenon einzufangen, indem es es an der Tankwand verfestigt. Dieses Verfahren wurde installiert und getestet, aber aufgrund von Leitfähigkeitsverlusten als unwirksam befunden.

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Anfängliche Schätzungen der Kosten für die Raffination des recycelten Xenons würden ein Viertel der Kosten für den Neukauf betragen.

Die NASA könnte also beträchtliche Einsparungen beim Preis von Xenon erzielen, wenn sie es selbst aus cyogepumpten Oberflächen extrahieren würde, und das Papier behauptet, dass NASA Glenn dies bereits tut. Ich konnte keine genaue oder sonstige Zahl darüber finden, wie viel Einsparungen die NASA damit erzielt und wie viel Xenon-Gas sie kostet, aber es könnte so niedrig wie etwa 250 US -Dollar / kg gehen (hohe Schätzung, amortisierend anfängliche Investitionskosten et al., angegeben als 25.000 $ für Hardwarekäufe, um [eines] des Wiederherstellungssystems bei GRC zu installieren ).

Oder kurz gesagt, es könnte die NASA nur 4 Millionen US-Dollar pro 16 Tonnen Xenon-Gas kosten , weil sie viele kryogepumpte Oberflächen auf anderen Systemen hat, wo sie es selbst aus der Luft extrahieren könnten.

Xenon weist als Edelgas im Laufe der Zeit hohe Preisschwankungen auf. Faktoren wie die Herkunft, die erforderliche Reinheit und die Menge, die auf einmal gekauft wird, wirken sich auf die Kosten aus. Für so etwas wie das Betanken eines Ionenantriebsmotors würde es meiner Meinung nach einen großen Großeinkauf mit speziell ausgehandelten Preisen direkt von den Luftzerlegungsanlagen geben. Die breite Bevölkerung kann Xenon in gasförmiger Form bei den meisten Druckgasunternehmen literweise kaufen. In den letzten 15 Jahren, in denen ich im Bereich Druckgas und kryogene Flüssigkeiten gearbeitet habe, habe ich gesehen, wie 1 Liter Xenon für 5,50 US -Dollar /l für Industriequalität bis zu 19,50 US -Dollar /l für Qualität 5,5 (99,9995 % Reinheit) verkauft wurde. . Ich weiß nicht, welche Materialqualität für diese Motoren erforderlich ist.

Kann keinen Kommentar hinzufügen, hier ist stattdessen eine Antwort:

• Xenon-Klasse ist ziemlich rein - Forschung oder die treffend benannte Antriebsklasse.
• Kostet ~15 $/Liter. Einige Zitate können höher sein. Ich würde mir vorstellen, dass Sie beim Kauf von vielen 10 Kilolitern einen Preisnachlass bekommen könnten.
• Xenon Capture/Recovery ist für terrestrische Tests. Wie Swiateks Papier beschreibt, tut NASA Glenn dies. Beim Testen wird das Xenon auf den Kryooberflächen eingefangen. Diese Panels funktionieren nicht in der Atmosphäre. Der Rückgewinnungsprozess fängt dieses Xenon während der Kryopumpenregeneration ein, anstatt es einfach an die Atmosphäre abzugeben.
• Ja, Xenon für eine Weltraummission kostet viel. Es ist auch ziemlich teuer zum Testen.
• Wie bereits erwähnt, kosten diese Missionen viel, sodass die Kosten für Xenon nur einen kleinen Prozentsatz ausmachen.

1998 wurde die Xenon-Produktion auf 5000–7500 m ³ /Jahr geschätzt. Nach dieser Antwort ist 1 kg = 170 l, also sind 5000 m ³ 29,4 t. Eine Mission, die 16 t erfordert, benötigt die Hälfte der gesamten weltweiten Jahresproduktion, sodass Sie unseren Einkauf über mehrere Jahre verteilen müssen, um einen Preisanstieg zu vermeiden.

Wahrscheinlich ist es erwähnenswert, dass Xenon so teuer ist, dass weniger effiziente Alternativen ernsthaft in Betracht gezogen werden. Die Starlink-Konstellation verwendet Krypton für ihre Ionentriebwerke. Alibaba zeigt Krypto bei etwa 100 $ / Kubikmeter, was weniger als ein Zehntel des volumenmäßigen Preises ist.