Domanda:
È possibile utilizzare un motore al plasma VASIMR per lanciare un razzo?
Tim Li
2019-12-03 16:39:20 UTC
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Quando ero alle elementari, passavo innumerevoli ore a progettare astronavi che probabilmente non avrebbero funzionato. È solo ora che mi sono imbattuto in alcuni dei vecchi disegni e ho davvero pensato se fosse possibile. spaceship drawing

I miei disegni includevano motori al plasma VASIMR VX-200 come principale e talvolta solo propulsione. Genererebbero una spinta sufficiente per eseguire un decollo verticale in stile harrier?

In caso affermativo, quanti ne avrei bisogno?

(Per riferimento la lunghezza è di circa 300 metri e pesa circa 700 tonnellate )

Se ci sono dettagli che ho perso o la mia domanda non è chiara, per favore dimmelo.
Vorrei dire che ho disegnato astronavi solo alle elementari, come hai fatto tu, ma la verità è che _ ancora_ disegno astronavi quando dovrei prestare attenzione a qualcos'altro.
Haha LOL. Passo troppo tempo a fantasticare sui voli spaziali
Autopromozione spudorata: ho chiesto e risposto a una domanda su come decollare da un corpo senz'aria nel modo più efficiente con i motori vasimir. https://space.stackexchange.com/questions/27842/optimal-thrust-vs-isp-for-variable-isp-rockets-vasimr-when-taking-off-orbiting/35477 Questa soluzione è fattibile solo per piccoli asteroidi, a causa ai suddetti problemi di spinta.
Due risposte:
GremlinWranger
2019-12-03 17:41:54 UTC
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Il VASMIR 200 è elencato per avere una spinta di 5,4 newton e hai bisogno di 9,8 newton per sollevare 1 kg contro la gravità terrestre. Quindi 700 tonnellate avranno bisogno di più di un milione di motori e consumeranno più di 254 GW di elettricità.

Quindi, anche se i motori sono senza peso, questo non si solleva da terra senza cooptare la generazione di energia di un paese considerevole.

Anche la propulsione elettrica tende a perdere la maggior parte dell'efficienza quando si lavora contro un'atmosfera, anche se con un quarto di TW in gioco potrebbe iniziare a funzionare come un razzo termico nucleare con prestazioni scadenti a> riscaldando l'atmosfera.

La propulsione elettrica generalmente non funziona bene in atmosfera o ad alte spinte, quindi è generalmente riservata a missioni in cui le manovre possono essere completate per periodi molto lunghi (settimane o mesi).

Se vuoi esplorare questo tipo di veicolo, il programma Kerbal Space con alcune delle mod del prossimo futuro può essere uno strumento utile per vedere cosa diventa possibile e cosa rimane impossibile.

Quante sono le probabilità di creare un veicolo che possa raggiungere, diciamo, partendo da _ nello spazio_ e _non_ utilizzando questo tipo di motori per il lancio, una velocità di 100 km / s con tempi di accelerazione compresi tra 1-5 Ms (fino a ~ 58 giorni ) e decelerazione a destinazione?
@The_Sympathizer la spinta di un VX200 è troppo bassa per ottenere quel tipo di prestazioni con qualsiasi massa di nave plausibile. L'ISP è almeno nel giusto tipo di campo da baseball, ma senza un progetto di razzo significativamente più potente (ma altrettanto efficiente) _e_ una sorta di reattore nucleare adatto, sarai sfortunato. Potrebbe anche chiedere un razzo a fusione ;-)
@Starfish Prime: Allora qual è esattamente il caso d'uso ideale di questi razzi?
@The_Sympathizer mi batte! potrebbero essere più utili un giorno, una volta risolto lo scomodo problema della fonte di alimentazione, ma chissà se per allora saranno ancora rilevanti.
@The_sympathizer sono potenzialmente un incremento incrementale rispetto alle unità ioniche a causa della flessibilità della traiettoria che consente periodi di minore efficienza / maggiore spinta, ad esempio per operare intorno a un asteroide (ridurre le perdite di gravità) o utilizzare l'effetto Oberth. Il picco di ISP dichiarato è ancora inferiore a un puro ion drive, quindi non è un concorrente del massimo D / V teorico in una data massa del veicolo, proprio dove le traiettorie diventano più complicate.
ikrase
2019-12-06 15:41:59 UTC
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L'idea in assoluto più basilare? Forse, ma un motore VASIMR in grado di decollare o atterrare planetari non è un motore VASIMR.

I motori VASIMR sono un tipo di razzo termico: funzionano riscaldando il gas e espandendolo da un ugello (proprio come i motori termici chimici e nucleari, ma NON come i propulsori ionici a griglia). Il gas diffuso viene ionizzato nel plasma e contenuto in un campo magnetico, riscaldato dall'energia a radiofrequenza a una temperatura molto elevata e quindi lasciato espandersi da un ugello magnetico. Ciò richiede una grande quantità di potenza, ma consente un ISP abbastanza buono, una spinta migliore rispetto ai propulsori ionici a griglia e la capacità di regolare l'ISP regolando la temperatura a cui viene riscaldato il plasma (e quindi l'energia richiesta per unità di spinta) .

Ci sono due problemi:

  1. Come menzionato dall'altra risposta, hai bisogno di MOLTA energia per produrre una spinta significativa con qualsiasi propulsore elettrico di qualsiasi tipo - tu sarebbe meglio avere una serie di reattori nucleari incredibilmente leggeri, efficienti e ad alta potenza.

  2. I principi in base ai quali funziona il motore VASIMR dipendono abbastanza dal fatto che il plasma sia piuttosto diffuso, ovvero il tipo di cosa che funziona nel vuoto o quasi, ma non nel vuoto un'atmosfera. Inoltre, significa che non ottieni molta spinta per motore anche se hai molta potenza, e quindi il motore pesa più di quanto possa sollevare (anche prima di portare a bordo il reattore nucleare!)

Non tutto è perduto. Esiste una forma di razzo elettrico di livello inferiore che utilizza un principio in qualche modo simile al motore VASIMR, ma piuttosto che plasma preionizzante e contenendolo in campi magnetici.Questo è l'Arcjet, che è fondamentalmente costruito come un normale razzo chimico, ma al posto di una camera di combustione ha una camera dove un arco elettrico (come quello prodotto da una saldatrice ad arco) riscalda il propellente gassoso ad alta pressione, che viene poi espanso da un normale ugello a campana. Gli Arcjet possono produrre una spinta maggiore, ma avrai comunque bisogno di un reattore eccezionalmente potente per librarsi o decollare con loro.

Il potente reattore è facile. Almeno nella mia mente. Grazie per l'aiuto. Penso che sia esattamente ciò di cui ho bisogno.
@TimLi Solo se hai un'ultra-tecnologia futuristica. Anche se puoi realizzare un reattore molto potente e leggero, devi anche dissipare il calore disperso.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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