Рабочее тело ЭРД

[Red_Herring]

EUgeneUS в сообщении #1321961 писал(а):

Так не делают, потому что при той же мощности тяга будет мизерной,

При замене ксенона на более легкий благородный газ речь идет об уменьшении тяги всего лишь в несколько раз.

[EUgeneUS]

Red_Herring

Да. Но если учесть, что у ЭРД тяга порядка десятка мН на спутник массой 500 (пустой) - 5000 (заправленный) килограмм, то получается ускорение порядка $10^{-6}... 10^{-7} g$.
Не знаю, какие нужны ускорения, чтобы удержать спутник в точке стояния на ГСО, но, думаю, что если снизить тягу в несколько раз, то миссия GOCE была бы просто невозможна.

[Red_Herring]

500 кг туда не запускают (по крайней мере коммуникационных), там тяжеловесы, 5--9 т. Но они их не "удерживают", а корректируют орбиты

[EUgeneUS]

500 кг - это оценка снизу с большим запасом, что приводит к занижению минимальной тяги.

Red_Herring в сообщении #1321990 писал(а):

Но они их не "удерживают", а корректируют орбиты

Это спор о словах, связанный с выбором СО

Кстати, вот отсюда можно оценить минимальную тягу:

Цитата:

Спутник, обращающийся на геостационарной орбите, находится под воздействием ряда сил (возмущений), изменяющих параметры этой орбиты. В частности, к таким возмущениям относятся гравитационные лунно-солнечные возмущения, влияние неоднородности гравитационного поля Земли, эллиптичность экватора и т. д. Деградация орбиты выражается в двух основных явлениях:

1) Спутник смещается вдоль орбиты от своей первоначальной орбитальной позиции в сторону одной из четырёх точек стабильного равновесия, т. н. «потенциальных ям геостационарной орбиты» (их долготы 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E, и 14,7°W) над экватором Земли;

2) Наклонение орбиты к экватору увеличивается (от первоначального 0) со скоростью порядка 0,85 градусов в год и достигает максимального значения 15 градусов за 26,5 лет.

Для компенсации этих возмущений и удержания спутника в назначенной точке стояния спутник оснащается двигательной установкой (химической или электроракетной). Периодическими включениями двигателей малой тяги (коррекция «север — юг» для компенсации роста наклонения орбиты и «запад — восток» для компенсации дрейфа вдоль орбиты) спутник удерживается в назначенной точке стояния. Такие включения производятся по нескольку раз в 10 — 15 суток. Существенно, что для коррекции «север — юг» требуется значительно большее приращение характеристической скорости (около 45 — 50 м/с в год), чем для долготной коррекции (около 2 м/с в год).

45 — 50 м/с в год - это среднее ускорение $1.6 \cdot 10^{-7} g$. Если меньше, то спутник в точке стояния удержать не получится.

[Red_Herring]

А какая тяга у ионных двигателей?

[EUgeneUS]

единицы-десятки мН.

У GOCE - 20 мН
Тут некоторый список
83 мН у СПД-100В - довольно типичное значение, для реально использующихся.

[Red_Herring]

EUgeneUS в сообщении #1321998 писал(а):

83 мН у СПД-100В - довольно типичное значение, для реально использующихся.

Есть и более мощные, в т.ч. для поднятия, а не только корректировки.
Но если взять этот, то для спутника массой 10т при непрерывной работе в течение года приращение скорости будет 250м/с, т.е. небольшой запас есть.

В принципе, возможны и гораздо более мощные, но там пока все на бумаге:
https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster

[EUgeneUS]

Red_Herring в сообщении #1322009 писал(а):

Но если взять этот, то для спутника массой 10т при непрерывной работе в течение года приращение скорости будет 250м/с, т.е. небольшой запас есть.

Какой-то запас есть. Не даром этот двигатель продвигают как КДУ для спутников на ГСО.
Но какой именно запас - непонятно, мы оценили минимально необходимое среднее ускорение. А какое минимально необходимое в пике - нет.

Кстати, спутники на ГСО с "полностью электрической" КДУ появились относительно недавно, самый ранний, который нашел - 2015 год.

В общем, использование тяжелых ионов в ЭРД - это некое "читерство". Которое обусловлено лимитирующими факторами: ограничением на электрическую мощность, которую можно отобрать у полезной нагрузки и отдать ЭРД, и тягой, которую должен развивать двигатель.
Да, использование тяжелых ионов приводит к необходимости большего количества РТ, чем использование легких, но по сравнению с химическими двигателями уже даёт хороший выигрыш.

Кроме того, расход РТ сам по себе фактор нейтральный, ни о чём. Он важен только в комплексе с другими факторами. Например,
1. Пока лимитирующим фактором для времени жизни на ГСО была скорость деградации электроники, всех устраивало, что более 50% массы спутника была масса РТ для КДУ.
2. А как только количество РТ для КДУ само по себе стало лимитирующим фактором для времени жизни (как это сейчас), так сразу начали снижать расход.
3. Но и сейчас снижать расход РТ "до нуля" смысла нет. А значит нет особого смысла использовать двигатели со всё большим удельным импульсом. Где-то есть оптимум.

-- 24.06.2018, 08:52 --

UPD: оптимум - не асоблютный, а для данного уровня развития техники.

[Red_Herring]

EUgeneUS в сообщении #1322197 писал(а):

А какое минимально необходимое в пике - нет.

Согласен. Т.б. что обычно ракеты выводят коммерческие спутники на GTO, а на GSO спутники добираются сами (хотя SX для ВВС демонстрировали возможность direct insertion). Более того, были случаи, когда они добирались сами с LEO.

EUgeneUS в сообщении #1322197 писал(а):

оптимум - не асоблютный, а для данного уровня развития техники.

Безусловно. По моим подсчетам, вывод 1кг на GTO стоит $6,000--8,000. Если SX сумеет резко уменьшить эту цифру....С другой стороны, если не произойдет многократного увеличения мощности таких двигателей, то их использовать для значительного сокращения времени межпланетных путешествий не удастся.

[EUgeneUS]

Red_Herring в сообщении #1322241 писал(а):

С другой стороны, если не произойдет многократного увеличения мощности таких двигателей, то их использовать для значительного сокращения времени межпланетных путешествий не удастся.

Для этого должно произойти многократное увеличение энерговооруженности КА. А значит ядерный реактор.

[Red_Herring]

Наткнулся: лабораторный движок--5N
https://www.space.com/38444-mars-thruster-design-breaks-records.html
Впрочем, для полетов на Марс все равно очень мало

[EUgeneUS]

Максимальную тягу (5.4 Н), надо понимать, он при максимальной мощности развивает, а это 102 кВт. Интересно, где брать собираются?

[ATI.HeNRy]

Red_Herring в сообщении #1322009 писал(а):

В принципе, возможны и гораздо более мощные, но там пока все на бумаге:

Ведь можно несколько двигателей, поставить. Как я понимаю, всё ровно вес РТ будет в разы больше, а увеличение мощности связано больше с экономическими причинами, а не техническими?

[Theoristos]

EUgeneUS в сообщении #1321961 писал(а):

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

... собственно меньшей, чем давление света на солнечные батареи :)

[EUgeneUS]

Theoristos
Ага. Сообразил чуть позже, чем отправил этот пост. Не стал тогда добавлять.