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Autor Thema: Elektrische Antriebe  (Gelesen 40932 mal)

Offline Klakow

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #150 am: 19. August 2018, 08:56:36 »
Die hier geposteten 270kg Triebwerksmasse für einen Hallthruster mit ca. 5N bei 250kW erscheint auf den ersten Blick vielleicht als viel, nur bedeutet 250kW derzeit eine Solarpannelmasse von mindestens 1125kg!

Derzeit ist die beste Stellschraube um hier mehr Schub/kg des Antriebssystems zu erzielen offensichtlich die Stomversorgung, kommt man dicht an die 1kW/kg ran bringt eine Verbesserung der Pannels immer weniger.
Falls DS4G keine Totgeburt war, würde die Parität von spezifischer Triebwerks- zur Panelmasse eher bei 12,5kW/kg liegen.
Wenn ich das richtig verstehe , ist der Vorteil von Xenon zum eine die hohe Dichte und einfache Lagerung und die relativ niedrieger Ionisierungennergie. Mit Argon würde man vermutlich auch gut leben können falls, man die Pannels leicht genug bauen könnte.
Leider werde ich es vermutlich nicht mehr erleben das man in Regionen von 10kW/kg kommt, den damit würde jeder Chemische Antrieb oberhalb vom LEO antriebstechnich sinnlos werden.

Offline Chris3445

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #151 am: 12. November 2018, 00:06:16 »
Hallo zusammen!
Ich habe eine Frage bezüglich Ionenantriebe. Inwiefern beeinflusst der Treibstoff bei elektrischen Antrieben den Schub und spezifischen Impuls wenn die elektrische Leistung bleibt gleich? Sagen wir bei 250 kw erhalte ich mit Xenon 2,5 N und 19.300 s. Wie verhält es sich, wenn ich bei gleicher elektrischer Leistung Argon, Krypton, Caesium oder Quecksilber statt Xenon als Treibstoff benutze?


Offline Klakow

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #152 am: 12. November 2018, 00:25:38 »
Es hat was mit dem Atomgewicht zu tun, man braucht zum Beschleunigen mit Ionenantrieben eben Ionen und hierzu bauscht man fast gleichviel Energie egal um was es geht, deshalb ist es günstig schwere Stoffe und da vorzugsweise Gase einzusetzen.
Xenon ist das sehr gut, ist aber teuer weil aufwändig herzustellen. Argon könnte man leicht auch aus der Mars-Atmosphäre gewinnen.
Da die Ionisierungsenergie faktisch verloren geht, senken leichte Stoffe den Wirkungsgrad.

Offline Chris3445

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #153 am: 12. November 2018, 00:48:38 »
Dann bekomme ich mit Caesium und Quecksilber einen größeren Schub als bei Xenon bei vergleichbaren spezifischen Impuls?

Offline Klakow

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #154 am: 12. November 2018, 18:55:51 »
Möglich, aber es geht nicht nur um den Schub sondern auch um den damit erreichbaren ISP und um den Dauerbetrieb.
Hier sind Gase und vor allem Edelgase von Vorteil den eine Reaktion mit der Umgebung findet faktisch nicht statt.
Das wichtigste ist dann natürlich auch was man erreichen will, nur einen hohen Schub aber niedrigen ISP?
Meiner Meinung nach braucht man hier eine Stützmasse mit der man ein deltaV von einigen 100m/s bis 30km/s bei vernünftigem Verhältnis der Nutzlast zur Treibstoffmasse kommt.
hast du zum Beispiel einen lagerfähigen Treibstoff mit einem ISP von 3000m/s, ergibt das bei einem Verhältnis der Abflugmasse (volle Tanks) bis zu leeren Tanks von:
(Mvoll/Mleer):
1,25->670m/s   (20%    Treibstoff)
1,5 -> 1216m/s (33,3% Treibstoff)
2    -> 2080m/s (50%    Treibstoff)
3 -> 3295m/s  (2/3 Treibstoff)
4 -> 4160m/s  (75% Treibstoff)
5 -> 4830m/s  (80% Treibstoff)
Typischerweise geht es beim Ionenantrieb deutlich über 20km/s erst richtig los, das wäre dann selbst bei nur 20% Treibstoff
mit 21,65km/s schon ein dV von 4830m/s.

Also 80% der Masse bleibt übrig, anstatt 20%
Ob das nun 75%, 80% oder 85% sind ist relativ unwichtig, was wirklich wichtig ist, das ist der Faktor 4!
Addiert man das nun zur Bahngeschwindigkeit vom LEO, kommt man auf 12630m/s, das reicht zum Mond aber noch nicht viel weiter.
Will man z.B. zum Mars und das mit ordentlicher Geschwindigkeit braucht man bei dem Masseverhältnis ca. 30km/s, oder man muss die Kröte schlucken das halt nicht 80% der Masse das Ziel erreicht, sondern vielleicht nur noch 65%.
Wie jeder der sich mit dem Thema mal intensiver beschäftigt hat, ist selbst ein ISP von 190km/s erreichbar und das wäre natürlich wirklich toll, damit könnte man damit doch ein dV von sagenhaften 42,4km/s erreichen und das bei nur 20% Treibstoffmasse.
Leider würde dies auch bedeuten, das zur Beschleunigung, im Vergleich mit einem ISP von 30km/s auch die 40-fache Energie braucht.
In der Realität bedeutet dies man derzeit selbst dann wenn das Triebwerk die 190km/s ohne Probleme verkraften könnte, dies nur zur Kurskorrektur nutzen wird.
Xenon ist fast optimal nur leider ziemlich teuer.
Falls es gelingt Solarzellen viel leichter zu bauen würde ich vermutlich eher auf Argon setzen, das ist immer noch relativ schwer aber sehr einfach zu gewinnen und fast beliebig verfügbar.
An einer Stelle ist Xenon wohl nicht zu schlagen, am dichteverlauf, siehe:
hier
Selbst bei sehr moderater Kühlung ist das zeug sehr dicht, was bedeutet die Tanks brauchen nicht viel Kühlung und brauchen wenig Druck.

Offline Doc Hoschi

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Re: Elektrische Antriebe
« Antwort #155 am: 12. November 2018, 20:58:26 »
Dann bekomme ich mit Caesium und Quecksilber einen größeren Schub als bei Xenon bei vergleichbaren spezifischen Impuls?

Cäsium wurde bisher ebenso wie Quecksilber meines Wissens nach nur als Flüssigmetall bei FEEP (Field Emmisison Electric Propulsion) eingesetzt. Der Schub war nicht sehr hoch, wohl aber der erreichte ISP-Wert.
Beide Elemente haben aber bekanntlich ihre Nachteile. Bei Quecksilber ist es die Toxizität und der damit verbundene Sicherheitsaufwand (zumindest bei den Bodentests) und bei Cäsium die korrosive Wechselwirkung mit der Elektroden-Hardware.

Jod als Treibstoff ist sogar wesentlich effzienter (siehe Link unten) als das heute zumeist verwendete Xenon. An einem ersten Prototypen arbeiten Busek (iSat) und laut einer aktuellen Meldung vor einigen Tagen nun wohl auch ExoTerra.

https://spacenews.com/exoterra-investment/
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/isat_fact_sheet_26oct2015.pdf
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."