Küçük Başlangıç Yeniden Tanımlama: Elektrikli Tahtiğe Karşı Geçiş

Uzay erişiminin alanı temel bir dönüşüme maruz kalıyor. On yıllardır, küçük uydular ve CubeSats, büyük roketlere ikincil olarak binici olarak biniyor, ancak bu araçlar hala birincil görevlerin plan ve yörüngesine güveniyor. - Elektrikli tahrikler, uzun süre boyunca sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde, sabit bir şekilde, sabit bir şekilde, sabit bir şekilde, sabit bir şekilde tekrarlanabilen ve pahalı bir sabit bir şekilde yeniden başlatılıyor.

Elektrikli tahrik sistemleri, iyon itkileri ve Hall- effect iterleri gibi, şarj edici bir kitleye hızlandığında, elektrik veya manyetik alanları kullanarak (örneğin, yüksek bir yörüngede sabit bir şekilde sabitlenebilir) aynı görevi daha az pervanant ile gerçekleştirirler.

Zeminden tamamen elektrikli fırlatma, düşük itkili-to-silikli bir elektrik pompasının düşük enerjili bir akış artışının kombinasyonu, aracı yörüngeye kadar asansöre (SSO) ve hatta geostational transfer yörüngeye (GTO) uygun bir şekilde genişletilebilir.

Elektrikli Yüklülük Neden Küçük Başlangıç Araçları için Önemlidir

Daha Az Propellant ile Daha Yüksek Orbitlar

Küçük fırlatma araçları için elektrikli tahrikin birincil avantajı, olağanüstü yakıt verimliliğidir. Kimyasal üst aşama, bir yörüngeyi veya yüksek irtifayı dairesel bir şekilde hazırlamak için birkaç yüz kilogram daha yüksek bir adım daha kullanılabilir. Aynı pervanant kitle kullanarak, aynı zamanda daha fazla delta-v, yüksek yörüngelere ulaşma veya çok daha küçük bir fırlatmak için daha küçük bir roketler sağlayabilir. Örneğin, sadece 100 kg yüksek bir yükyü 500 km kutup yörüngeye kadar kullanarak, aynı pervaneyi kullanarak, aynı bir elektrik aşamasına kadar, aynı yükyü 1200 kmye veya daha küçük bir adım daha küçük bir fırlatabilir.

Bu yetenek özellikle standart olmayan yörüngelerde çalışmak isteyen küçük uydu operatörleri için değerlidir veya ortak yüksekliklerdeki boşluk yıkım yoğunluklarından kaçınmaları gerekir. Elektrikli tahrik, daha önce uygun küçük fırlatmacılara ulaşılabilen yörüngeleri seçme özgürlüğü verir.

Maliyetleri ve Siized Lojistiki Azaltıldı

Çünkü elektrikli iterler çok verimli bir şekilde yakıt kullanıyor, üst aşamanın kütlesi azaltılabilir.Bu azaltıcı katlar yükselticiye aşağı iniyor: üst aşamada daha az per-unit üretim maliyetlerini yükseltmek ve daha küçük fırlatmak için daha az tahrikli dizilere ihtiyaç duyuyorlar.

Daha az tehlikeli pervaneler ayrıca zemin işleme maliyetlerini azaltırlar. Kimyasal üst aşamalar genellikle toksik hipnoz veya hipergolic karışımlar kullanır, elektrikli iterler genellikle xenon veya krypton gibi dışlayıcı gazlar kullanır.Bu gazlar toksik olmayan, zemin mürettebatlar için özel güvenlik takımlarını gerektirmez ve daha basit ekipmanla depolanabilir ve yüklenebilir.

Çevre ve Düzenleme Faydaları

Artan sürdürülebilir uzay operasyonlarına odaklanan, roketin çevresel etkisini göz ardı etti. Kimyasal roketler su buharı, karbon dioksit, azot oksitler ve ozon tabakasına zarar verebilecek türler için, elektrikli tahrikler, en az egzozlar – en hızlı hızlı hızlı-solucu gaz atomları ve iyonlar – ve inert perert perertsiyonlar atmosferik etkiler için nötral etkiler.

Dahası, azaltıcı kütle, tehlikeli malzemelerin daha az kamyon nakliyesi anlamına gelir, bir fırlatma kampanyasının genel çevresel ayak izinini daha da azaltır. Hükümetler, fırlatma araçları üzerinde sıkı emisyon standartları uygularken, elektrikli tahrik giderek çekici bir seçenek haline gelecektir.

Mevcut teknolojiler ve Anahtar Geliştirmeler

Küçük Üst Aşamalar için Hall-Effect Thrusters

Hall- effect pushers (HETs) bugün versquo'nın iş kümeleri; elektrikli tahrik.Onlar kompakt, verimli ve küçük fırlatma araçları için, birkaç şirket, yüksek uydular üzerinde kullanılan BHT-200 ve BHT-600 kişi için ölçeklendirmek; yüksek hızda değerlendiriliyor.

Önemli bir gösteri, sağlam bir tahrik ve yan yanan bir araçtı; (SVEP) konsepti, yüksek delta-v'in yörüngeye eklenmesi için gerekli olan bir kümeyi kullanarak incelemiş ve hafif bir güç işleme birimlerinin (PPUs) geliştirilmesini teşvik etmiş ve yüksek delta-v'leri yörüngeye sokmak için gerekli olan yüksek delta-v.

Gridded Ion Thrusters: Genişletilmiş Misyonlar için Yüksek Isp

Izgara ion Pushers (GITs) daha yüksek spesifik dürtüyü sunuyor - 5.000 saniyeye kadar - ancak daha düşük itme yoğunluğu ve karmaşıklığı artırın. NASA’s NEXT ve daha önce NSTAR Pushers, uzun süredir çok güvenilir bir şekilde kanıtlanmış görevler için, ThrustMe’

ThrustMe’ I2T5 iter, 2 mN'ye itmek için 2500 saniyeye kadar itme işlemine uygun hale gelir. Ancak, on veya yüzlerce mN gerektiren üst düzey bir rol için, iyon iter veya daha büyük tek birim kümeslere ihtiyaç duyulacaktır.

Alternatif Teknoloji: Pulsed Plazma ve Electrospray

Hall ve iyon itkileri dışında, diğer elektrik tahrik konseptleri küçük bir fırlatma aracı üst aşamalardan dolayı araştırılıyor. Pulsed plazma iter (PPTs) basit ve sağlam tahrikli (örneğin,flon), ancak düşük verimlilik ve itme sistemleri[Döntmesel iterleri) için şarj edilen elektrospray dizileri, yüksek çözünürlükte yüksek seviyelere kadar tutabilirler (tipik olarak) yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunabilirler.

Başka bir ortaya çıkan konsept, 15.Dökezyum (MPD) itkir [DD) itkirleri için yüksek akımlı bir yay kullanıyor ve yoğun plazma ve yüksek itkili yoğunluklar üretebiliyor.Geçmişler on yıllardır incelenebilirken, yüksek güç gereksinimleri (enerji gereksinimleri içinmegawattlar) bugün küçük fırlatmacılar için pratik hale getiriyorlar.

Elektrikli Propulsion'i Küçük Başlangıç Araç Tasarımlarına entegre etmek

Mimari Seçenekleri: Kick Stage, Tug veya Hybrid Upper Stage

Elektrikli tahrikleri küçük bir fırlatmaya dahil etmek için birkaç yol var. En basit bir algFLT:0)[Dönemli)[Dönetici: 1 ) - kimyasal yükselteçlerden ayrı bir uzay aracı ve elektrikli iterleri kullanarak tam bir yörünge eklemek ve daha sonra ek manevralar yapmak için elektrikli manevralar.

Daha entegre bir yaklaşım, sürekli düşük itme ile ilgili tüm üst aşamayı inşa etmektir, çünkü üst aşama kimyasal bir eşdeğerden daha az pervane ve altorbital velocities'e ulaşmak için daha uzun zaman harcıyor. elektrik aşaması daha sonra kendi yörüngesini uzun süre boyunca yükseltilebilir.Bu mimari, çok daha küçük bir artış gerektirmiyor çünkü üst aşamaya kadar daha az pervanant taşır.

Son olarak, bazı kavramlar bir dördüşüntüyü inceler:0)hybrid üst aşama[Dönetici:0) Hem hızlı yörünge eki için küçük bir kimyasal motor hem de istasyon tutma veya sonraki yörünge değişiklikleri için bir elektrik iter.Bu çift-mode yaklaşımı, elektrik tahrik verimliliğini birleştirir, ancak kütle ve karmaşıklaşır.

Güç ve Termal Yönetim

Elektrikli iterler önemli elektrik gücü gerektirir - küçük bir üst aşama için 10 kW'a kadar.Bu güç, güneş dizilerini dağıtabilir ve sahne ayrılıklarından sonra dağıtılmalıdır.Küçük fırlatma araçları için, büyük güneş dizileri (daha iyi 10-30 m2), bu amaçla yüksek performanslı sistemler için geliştirilebilir.

Termal yönetim eşit derecede kritiktir. Elektrikli iterler PPU ve iter gövdesinden boşanır ve uzun süredir ateşlemeli ateşler (daha fazla saat) bazı Hallaklar üzerinde kullanılan yöntemlere neden olabilir. Radyatör ve ısı boruları, başlangıç ortamıyla ısıyı reddetmeli. Bazı tasarımları, pervanantını serin bir enjeksiyon olarak kullanmak için, akan ısıtılır - bazı Hall Pushers'ta zaten kullanılan bir teknik.

Meydana gelen meydan okumalar

Thrust Limitations and Time-to-Orbit

Elektrikli tahrikin en sık alıntı dezavantajı düşük itmedir. Tipik bir Hall iter birkaç yüz milinewtons üretir; benzer büyüklükteki bir kimyasal motor kilonewtons. Orbit, elektrik tahrikli birkaç hafta veya ay boyunca hızlı bir yanıt gerektiren görevler için, üst aşama, birçok küçük uydu operatörü için, zaman alıcı görüntüleme gibi zaman duyarlı görevleri destekleyemez.

Gelişmiş iter tasarımları daha yüksek seviyede itiyor.TheFLT:0)NASA-457M) Hall iter, 100 kW ve 5.4 N'i gösterdi, bu ölçeklemenin mümkün olduğunu gösteriyor. Küçük fırlatmacılar için, üç ila beş 1 kW arasında kümesler, yüksek güç yoğunluğuna devam eden araştırmalarda, manyetik kalkan teknolojileri ve doğrudan sürücü kaynaklarına sahip olacak.

Power System Reliability

Uzun vadeli elektrik tahrik sistemleri yüksek derecede güvenilir bir güç sistemleri talep ediyor. Solar diziler radyasyon ortamına hayatta kalmak ve yüksek açılarda bile tutarlı güç üretmek zorunda kalıyorlar.İşletme mekanizmaları, yüklemeden sonra mükemmel bir şekilde çalışmalıdır. Güç sisteminde bir başarısızlık, üreticilerin yüksek aşamasını azaltmak için, vitreus ve termal bisiklet için uygun diziler üreterek, kırmızı çekleri kullanarak, sıra dışı dizileri kullanarak elektronikleri takip etmek ve ayarlamaya adapte etmek zorundadır.

Başka bir yaklaşım, radyoisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG) veya küçük tahrik reaktörleri için kullanılabilecek nükleer elektrik güç kaynaklarını kullanmaktır (bazı plutonyum-238 tedarik).])

Yaşam ve Erosion

Elektrikli iterler, elektrotların erozyonu nedeniyle sınırlı operasyonel yaşamlara sahiptir, kanal duvarları ve ızgaralar. Hall iter ömürleri genellikle 2.000-10.000 saattir, ameliyat koşullarından uzak durmuş olan üst bir aşama için Hall Pusher ömürleri artırmış olur.

Yol Ahead: Yakın-Dönlü Şeytanlar ve Uzun Süreli Vizyon

Upcoming Flight Tests

Birkaç küçük fırlatma aracı şirketi önümüzdeki birkaç yıl içinde elektrikli üst aşamaları uçmaya hazırlanıyor.ETHD:0)Rocket Lab) tarafından tasarlanan ve otomatik olarak, [FLT: 5)) ile ilgili olarak, özel ayrıntılara sahip. Astra başlatılmış araç (şimdi işletmeden) yüksek çözünürlükte elektrik dağıtım aşamalarını araştırmış.

Araştırma tarafında, NASA’sFL:0)Solar Electric Propulsion (SEP) projesi), sonunda küçük fırlatma aracı üst aşamalara adapte edilebilir 12.5 kW Hall Pusher sistemi geliştiriyor. Avrupa Uzay Ajansı’sFLT:2).Küçük Launcher Teknolojisi Programı) elektrik üst aşamalara yönelik çalışmalar içerir, iodine pervanant ve güç hafif sistemler üzerinde çalışır.

Ekonomik Viability ve Market Pull

Küçük fırlatma araçlarına elektrik tahriki için iş durumu, yüksek yörüngelere bu komutun tamamının yörüngeye teslim edilmesi konusunda bağlıdır. Elektrikli bir aşama olmadan küçük bir fırlatma işlemi, 300 kg'lık LEO misyonuna 5G küçük bir dizi yörünge ekleyerek, bir elektrik uç noktasının oluşturulması ve güç sistemi kütleyi artırılabilir, ancak bu komut prim fiyatlarının daha küçük bir adım atma görevlerinin yerine, maliyet tasarrufun önemli ölçüde azaltılmasına izin verebilir. Örneğin, 5G küçük bir uydu seti oluşturmak için 5G küçük bir fırlatma işlemi yapabilir.

Pazar analistleri, küçük uydu fırlatma hizmetlerinin talebinin, 2030'dan fazla bir süredir 2 milyar dolardan fazla büyüyeceğini tahmin ediyor, geniş bant takımlarından, Dünya gözlemlerinden ve IoT bağlantılarından yararlanarak elektrik propulsion, özellikle operatörler bu takımyıldızları uygun hale getirmek için önemli bir olanak sağlayacaktır.

Sonuç: Hibrit Bir Gelecek

Elektrikli tahrik, küçük fırlatma aracı için kimyasal motorların yerini hiçbir zaman değiştirmeyecek. Dünya&rsquo'dan kaçmak için muazzam bir itti; yerçekimi iyi, sadece mevcut elektrik itkilerinin kapasitesinin ötesindedir; ancak üst aşama ve ötesinde, elektrikli tahrik, daha düşük maliyetlere ve çevresel etkiye yol açıyor.

Mekanik teknoloji olgunlaştığı gibi, güç sistemleri daha hafif hale gelir ve uçuş mirası bir araya gelir, daha küçük fırlatmacıları daha yüksek aşamalara sahip olmasını bekleyebiliriz.Bu değişim daha yüksek yörüngelere erişimi demokratikleştirecek, daha sürdürülebilir bir uzay operasyonlarına ve küçük ölçekli uzayın büyümesini hızlandıracak.