Рабочее тело ЭРД

[ATI.HeNRy]

https://www.energia.ru/ru/news/news-201 ... 06-21.html
Интересно, а вообще какая была основная причина использовать инертные газы в Эрд.

[Pphantom]

ATI.HeNRy в сообщении #1321726 писал(а):

Интересно, а вообще какая была основная причина использовать инертные газы в Эрд.

Тяжелый (двигатель же реактивный) и химически неактивный (чтобы проще хранить было) газ.

[Red_Herring]

Pphantom в сообщении #1321728 писал(а):

Тяжелый (двигатель же реактивный) и химически неактивный (чтобы проще хранить было) газ.

Непонятно: нам же важна высокая скорость истечения (чтобы при одной и той же разности потенциалов получить максимальную удельную тягу), а здесь тяжелые проигрывают легким. Конечно, важна и степень ионизации.

А вот себестоимость, на которую ссылаются авторы, не по делу: она гораздо меньше, чем стоимость вывода этого топлива на орбиту.

[upgrade]

Подозреваю, что секрет в том, что берут газ который легче и глубже ионизируется - получить пыль, заряженную посильнее усилиями поменьше.

[statistonline]

Pphantom в сообщении #1321728 писал(а):

Тяжелый (двигатель же реактивный) и химически неактивный (чтобы проще хранить было) газ.

"Тяжелость" здесь дело вторичное. Первичное, как вы правильно заметили, - химическая неактивность инертных газов. И дело не только в хранении. Еще и стенки топливных баков надо защитить, и сами выпускные каналы от эрозии. Помимо этого, в аргоновой среде подвижность носителей заряда выше, чем в случае обычных двухатомных, например, молекул.

[ATI.HeNRy]

Red_Herring в сообщении #1321731 писал(а):

А вот себестоимость, на которую ссылаются авторы, не по делу: она гораздо меньше, чем стоимость вывода этого топлива на орбиту.

Стоимость зависит от спроса, что будет делать РосКосмос если ему понадобится 200 тонн ксенона в год.
Мировое производство ксенона около 100 тонн в год цена 1млн$ за тонну
Мировое производство йода 30 тыс. тонн в год. цена 0,06млн$ за тонну

[Pphantom]

Red_Herring в сообщении #1321731 писал(а):

Непонятно: нам же важна высокая скорость истечения (чтобы при одной и той же разности потенциалов получить максимальную удельную тягу), а здесь тяжелые проигрывают легким. Конечно, важна и степень ионизации.

Но при прочих равных степень ионизации тяжелых можно сделать больше.

[Red_Herring]

Pphantom в сообщении #1321782 писал(а):

Но при прочих равных степень ионизации тяжелых можно сделать больше.

Насколько? И компенсирует ли она увеличение атомного веса?

[EUgeneUS]

Pphantom в сообщении #1321782 писал(а):

Но при прочих равных степень ионизации тяжелых можно сделать больше.

Вот еще что интересно. Энергия ионизации первого электрона у инертных газов самая большая в своём периоде. Казалось бы использовать их невыгодно.
Видимо, разгадка в том, что остальные вещества существуют в связанном состоянии, к энергии ионизации добавляется энергия химической связи.

Для примера, энергия ионизации (1-й электрон)
водорода: 1311,3 кДж/моль,
ксенона: 1170,0 кДж/моль.
аргона: 1519,6 кДж/моль (больше водорода)

А энергия связи в $H_2$ добавляет еще 432 кДж/моль, и водород аргону проигрывает.

[Pphantom]

Red_Herring в сообщении #1321788 писал(а):

Насколько?

Например, у гелия потенциал ионизации около 25 эВ, у ксенона - 12.

[EUgeneUS]

Кстати, не думаю, что имеет смысл повышать степень ионизации.
Энергия на ионизацию - выброшена, она не идет на разгон и не возвращается.
А с ростом степени ионизации она должна расти очень сильно.

[Red_Herring]

EUgeneUS в сообщении #1321797 писал(а):

Энергия на ионизацию - выброшена, она не идет на разгон и не возвращается.

Это зависит от того, что нас ограничивает: энергия, которая возобновляется за счет солнечных батарей, или масса РТ, которое не возобновляется.

[EUgeneUS]

Нас ограничивает не энергия, а мощность. При заданной СБ мощности мы хотим получить максимальную тягу.

У меня получилось, что вот при таких условиях, вторая ионизация не выгодна:
$E_2 > (\sqrt{2} - 1)(eU+E_1)$

$E_2$ - энергия второй ионизации, $E_1$ - первой, $U$ - разгоняющее напряжение.

Кстати, если посчитать тягу при фиксированной мощности $W$, то получится:

$F = \frac{\sqrt{2meU}}{eU+E_1}W$

Отсюда видно, почему выгоднее использовать тяжелые ионы

[Red_Herring]

EUgeneUS в сообщении #1321914 писал(а):

почему выгоднее использовать тяжелые ионы

Если основное ограничение--мощность. Но сегодня такие двигатели используются, как правило, для коррекции орбит спутников на геостационарных орбитах, а там времени навалом, и значит, мощность м.б. очень маленькой. А вот РТ расходуется (и это причина, почему маломощные, но эффективно использующие РТ ионные двигатели вытесняют химические).

[EUgeneUS]

Тем не менее, мы не можем сколь угодно снижать тягу в погоне за экономией РТ.

Пример: мощные (сотни ватт) светодиодные лазеры имеют КПД около 50%, как пишут. Примерно такой же КПД имеют ЭРД (20-40%).
Ставим десяток-другой таких лазеров и получаем фотонную КДУ, такой же мощности, как и реальные ЭРД. РТ вообще расходоваться не будет.
Так не делают, потому что при той же мощности тяга будет мизерной, даже по сравнению с небольшой тягой ЭРД, и КДУ не удержит спутник в точке стояния.