Dado que el artículo habla sobre los aviones espaciales, entonces la investigación de unidades de iones sería una tecnología viable para las operaciones orbitales y más allá. Para que una nave de este tipo funcione con la tecnología actual, sin duda requeriría un método alternativo de propulsión para alcanzar el espacio en primer lugar; sin embargo, tal nave casi seguramente requeriría un método alternativo de propulsión para la etapa suborbital para alcanzar el espacio en El primer lugar.
Las unidades de iones pueden generar un impulso específico alto, es decir, pueden producir un empuje de producción durante mucho tiempo con una cantidad dada de propulsor. El impulso específico de los accionamientos de iones es muy alto, superando los 3.000 segundos, con algunos diseños experimentales que alcanzan los 10.000 segundos, lo que les da un impulso específico comparable al de los motores a reacción de turbofan. En comparación con los cohetes convencionales con un impulso específico de 250-450 segundos, esta es una gran ventaja.
La desventaja de los accionamientos de iones es que producen un empuje muy bajo, lo que generalmente no es un problema para la mayoría de las naves espaciales, ya que el factor limitante más grande es la energía requerida para levantar la masa del pozo de gravedad, pudiendo así alcanzar una gran velocidad con un pequeño la cantidad de propelente es más un factor que la rapidez con que se puede alcanzar esa velocidad.
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Sin embargo, cuando se trata de despegar en primer lugar, el bajo empuje es un problema importante, ya que aquí la consideración importante es la relación empuje / peso. En este frente, las unidades de iones funcionan muy mal y tienen relaciones de empuje / peso muy bajas mucho más bajas que para el motor de turborreactor convencional. Tome esta comparación de ejemplo. Pesos calculados suponiendo [matemática] 9.81 m / s ^ {2} [/ matemática]
Propulsor de iones BHT8000
- Empuje: 0.449 N
- Masa: 25 kg.
- Peso: 245.25 N
- Relación empuje / peso: 0.00183
Rolls Royce Trent 900 Turbofan Motor
- Empuje: 357,000 N
- Masa: 6.246 kg
- Peso: 61,276.26 N
- Relación empuje / peso: 5.83
Basado en lo anterior, el motor de turboventilador tiene 3.185 veces el rendimiento de empuje a peso del propulsor iónico, sin embargo, estamos comparando manzanas y naranjas aquí, ya que solo estamos comparando el propulsor iónico (menos la fuente de potencia de 10 kW) con un motor a reacción moderno completo Una fracción significativa de esto es la masa del sistema de propulsión, pero también incluye la masa de la central eléctrica y toda una serie de sistemas adicionales para el suministro de electricidad, presión hidráulica, presurización de cabina, calor antihielo y sistemas de seguridad como el sistema de extinción de incendios. .
Incluso teniendo en cuenta que los valores anteriores solo consideran la relación de empuje a peso seco del motor en sí mismo sin agregar el peso adicional de una célula, combustible y carga útil en la parte superior, lo que daría como resultado valores aún más bajos para la relación de empuje a peso para Por ejemplo, la relación de empuje a peso de un Airbus A380 equipado con 4 de esos Trent 900 sería 0.52 (OEW) o 0.25 (MTOW).
Dado que estamos hablando de un avión que utiliza elevación aerodinámica aquí, la relación empuje / peso requerida para toda la aeronave sería la inversa de la relación elevación-arrastre, esto varía entre aeronaves y tiende a ser peor (más baja) para supersónico jets o naves como el transbordador espacial alrededor del despegue o aproximación (despegue concorde ~ 4, aproximación del transbordador espacial ~ 4.5) por lo que un valor de alrededor de 5 parecería razonable, lo que requeriría que la nave tenga una relación empuje / peso> 0.20 que es 110 veces la relación empuje / peso del motor solo en este ejemplo.
Incluso suponiendo una relación l / d muy optimista de alrededor de 40, es decir, incluso mejor que el Virgin Atlantic Globalflyer, aún requeriría una relación de empuje a peso para toda la nave al menos 13 veces mejor que el motor por sí solo el motor sería incapaz de volar desde el suelo y mucho menos un avión junto con él.
Sin embargo, todo esto se basa en la tecnología actualmente disponible y teniendo en cuenta que los accionamientos de iones o, en realidad, cualquier forma de accionamiento electromagentico sigue siendo una tecnología bastante inmadura, es muy posible que los avances futuros puedan mejorar significativamente el rendimiento del empuje al peso .
De hecho, es posible que la USAF esté investigando por su cuenta ya que para usos militares, el bajo empuje sería más un problema para los aviones de combate teóricos, ya que en un papel de combate espacial el alto empuje sería clave para la maniobrabilidad en ese tipo En realidad, es una cuestión de qué tan rápido puede acelerar mucho más de qué tan rápido puede llegar en línea recta. Dicho esto, si ese es su objetivo, ciertamente no estaría de más que se desarrollen tales capacidades, incluso podría ser de valor potencial para futuros usos de exploración por parte de la NASA y, dado que hay algunos tipos de misiones donde la baja relación empuje / peso plantean un problema significativo.
Esencialmente, esto sería para misiones de inserción orbital donde las bajas relaciones de empuje a peso de la tecnología actual de accionamiento de iones se encontrarían con los mismos problemas que disminuyen la velocidad orbital mientras caen en un pozo de gravedad que los convierte en una no opción para obtener ellos mismos. sobre la tierra aquí en la Tierra, esto sería especialmente cierto para los gigantes gaseosos, donde probablemente no podrían reducir la velocidad lo suficiente como para entrar en órbitas sin estar muy lejos (3.500.000–10.000.000 km aproximadamente para Júpiter).
Desafortunadamente, sería casi imposible entrar en órbita de las tres lunas jovianas más prometedoras como Io, Europa y Ganímedes, ya que orbitan alrededor de 422,000 km, 671,000 km y 1,071,000 km donde la gravedad de Júpiter sería más fuerte que los propulsores disponibles. relación peso-peso en un orden de magnitud, varios probablemente los más internos, a 422,000 km el campo gravitacional de Júpiter está en la región de 0.07 g (687 mN / kg).
Será interesante ver qué desarrollos vendrán en el futuro a medida que la tecnología mejore, al menos es bueno ver que se desarrollen tecnologías de propulsión alternativas y que se pongan en marcha en aplicaciones prácticas ahora, no había nada más que el viejo cohete convencional Los refuerzos desarrollados parecen durante la mayor parte de lo que 40 años más o menos, que en comparación con el progreso de la tecnología en todos los demás sectores, es como una vida y una eternidad, ya que básicamente todos los demás sectores tecnológicos pasaron por varias revoluciones en ese tiempo jajaja.
