VASIMR verso lo step 5

#81

Buzz, non prendertela come affronto personale, stiamo solo ribadendo alcuni concetti che questo thread ha chiarito, ad un certo punto pensavo dicevi che per mantenere la ISS puntata verso terra occorreva una forza continua. Certo IK1ODO la luna e gli altri corpi celesti creano delle perturbazioni e non credo ci sia un metodo analitico per calcolare come compensare, motivo per cui mi pare di capire misurano in continuazione l’allineamento e correggono continuamente. Sarebbe interessante capire se gli astronauti “sentono” queste correzioni che occorrono ogni tanto

#82

LOL sei davvero un fenomeno :smiley:
Ok, la smetto di rispondere ai tuoi troll…

#83

Tornando al VASMIR, mi e’ venuto un dubbio. L’OP diceva che un esperimento sulla ISS sarebbe stato previsto lo scorso anno, ma adesso c’e’ una notizia che forse lo sperimenteranno in una camera a vuoto.

Mi chiedo: non c’e’ quindi nessuna notizia confermata che nulla di questo volera’ in orbita, tantomeno sulla ISS vero? Non l’ho trovato confermato da nessuna parte

#84

Ho trovato qualche informazione : http://www.nasa.gov/offices/oct/home/feature_sas.html
Direi che l’epoca dello shuttle si sta allontanando in fretta.
Ritengo che il nuovo paradigma dei voli spaziali comprenda il contenimento dei costi: liberare 20M$ in più all’anno da destinare ad altri usi non mi sembrerebbe poca cosa…

Se i nuovi motori ad effetto Hall per la ARM danno 1.7N di spinta con 50 kW, le prestazioni promesse da VASIMR mi sembrano di tutto rispetto: 6N per 100 kW. Basterebbero 4 ali di nuovi pannelli per alimentarlo.

#85

Attenzione, più spinta non vuol dire motore migliore. La fisica dice Potenza = Forza x Velocità, P = T x c, più spinta significa meno impulso specifico e quindi consumi più alti… si torna sempre allo stesso trade off: meglio avere meno spinta (e quindi più tempo di percorrenza) e meno consumi, oppure più spinta ma più consumi?

#86

Forse dipende da dove vuoi andare e da quanta spinta ti serve, cioè dal profilo di missione.

#87

Ma il comunicato parlava di un impulso specifico di 5,000 sec per il VASIMR, contro i 3,000 degli Hall. Quindi, se ho ben compreso le tue spiegazioni, velocità di uscita del propellente è maggiore del 66% nel VASIMR rispetto allo Hall.
Ma 8 propulsori Hall che danno una spinta di 3.4 N, fornirebbero una potenza propulsiva di 3.4 N * 30km/s = 102kW, maggiore di quella fornita dall’alimentazione… Dunque cosa sto sbagliando?

Sono d’accordo, per una missione manned si auspicano dei tempi di percorrenza più brevi per la salute degli equipaggi, dunque un po’ di potenza in più non guasta. Far raggiungere i confini del sistema solare ad una sonda richiede esattamente l’opposto.

#88

Ma nel caso di motori elettrici, la potenza la forniscono i pannelli solari, quindi é costante; a quel punto se ejetti 10 molecole di gas con velocità 1 o 1 molecola con velocità 10 la spinta rimane uguale, quindi si sceglie sempre il minor consumo di gas. O no?

#89

" The electrical power level and xenon fuel feed can be adjusted to throttle each engine up or down in thrust. The engines are thrifty with fuel, using only about 3.25 milligrams of xenon per second (about 10 ounces over 24 hours) at maximum thrust." fonte: http://dawn.jpl.nasa.gov/technology/ion_prop.asp

#90

No aspetta, tu dove hai trovato che la spinta di 8 propulsori è di 3.4 N?
Considerando 50 kW di potenza, a me veniva una spinta totale di 1.7 N.

Tra l’altro io non ho considerato, che di solito sta intorno al 70% credo. Significa che se gli dai 50 kW di potenza elettrica, la potenza meccanica generata sarà intorno ai 35 kW. Il che significa che la spinta totale in realtà sarebbe probabilmente più bassa.

Non fare confusione tra forza e potenza. Avere la stessa potenza disponibile non significa avere la stessa spinta
La spinta è una forza (ed è uguale alla portata per la velocità di uscita del propellente), la potenza è uguale a forza per velocità. Significa che la potenza è pari alla portata per la velocità al quadrato.

Quindi, partiamo da una potenza di 100. Potenza = spinta per velocità

  • Se le molecole escono a velocità 10, la massima spinta che mi posso permettere è 10. Altrimenti consumo più potenza.
  • Se le molecole escono a velocità 1, posso invece permettermi una spinta di 100.

Da qui deriviamo la portata: Spinta = portata per velocità

  • A potenza 100 e velocità 10, visto che la spinta è pari a 10 (calcolata sopra) la portata sarà 1 molecola al secondo.
  • A potenza 100 e velocità 1, visto che la spinta sarà di 100 la portatà sara di 100 molecole al secondo.

Ora, visto che quello che ci interessa è l’impulso totale (che è quello che dà la variazione di quantità di moto), poniamoci l’obiettivo di raggiungere un Impulso totale pari a 100. L’impulso è pari a spinta (forza) x tempo.

  • A potenza 100 e velocità 10, visto che la spinta è pari a 10, per avere un impulso di 100 devo spingere per 10 secondi. Il che, ad una portata di 1 molecola al secondo, significa consumare 10 molecole
  • A potenza 100 e velocità 1, visto che la spinta sarà di 100, per avere un impulso di 100 devo spingere per solo 1 secondo. Ma ad una portata di 100 molecole al secondo, questo significa consumare 100 molecole.

Quindi, nel secondo caso ci ho messo un decimo del tempo rispetto al primo caso per raggiungere la velocità desiderata (arrivo a destinazione molto prima), ma ho consumato dieci volte il propellente.
E di nuovo torniamo al solito trade-off. Se ho tempo infinito a disposizione, scelgo la spinta più bassa e il consumo più basso. Altrimenti alzo la spinta e di conseguenza i consumi, per poter arrivare a destinazione più presto.

(scusate se sono stato un po’ contorto, è il meglio che riesco a fare a quest’ora :slight_smile: )

#91

Beh, il VASIMR richiede 100kW, dunque per fare il confronto ho raddoppiato il numero dei motori Hall, e così la spinta che avevi calcolato tu. Era un confronto tra spinte a parità di alimentazione elettrica. Il che torna, in quanto raddoppia il puntomassa, come tu lo chiami.

Si questo mi torna, ma nel caso di 50 kW di alimentazione elettrica, 1.7 N x 30 km/s continua a darmi 51 kW meccanici, onde per cui 1.7N mi pare troppo alto. c=30 km/s venivano fuori dall’impulso specifico di 3,000 sec che era riportato nel report NASA, per cui azzarderei che è un valore corretto.

Prendendo per buona la seconda stima, 35kW / (30 km/s) = 1.18 N. Sembrerebbe una spinta più realistica. Cosa ho toppato?

Per il VASIMR il comunicato stampa riportava:
Isp 5,000 sec, spinta 6 N, efficienza 70%, alimentazione 100 kW .
Allora pot meccanica = .70 * 100 kW el = 70 kW
spinta = 70 kW / (50 km/s) = 1.4 N ben diverso dai 6 N che riporta Ad Astra
Dunque toppo qualcosa… :point_up:
Notte :flushed:

#92

Toppi che sei troppo preciso. Io avevo approssimato, per quello quando fai il calcolo al contrario ti vengono 51 kw invece di 50 :smiley:
Altrimenti il conto mi sembra giusto

No, qui il tuo conto è giusto.

I numeri che hai letto, secondo me, sono l’impulso specifico massimo e la spinta massima, ma non vuol dire che i due siano validi nello stesso tempo. La cosa buona del VASIMR se ricordo bene è che è throttable senza perdere efficienza.

Significa che con lo stesso motore e la stessa potenza puoi scegliere di avere 6 N di spinta e “solo” 1000 sec di impulso specifico oppure di avere una spinta più bassa ma un impulso specifico di 5000 secondi.
La cosa è molto conveniente, perché a seconda delle varie fasi della missione si può decidere di usare una strategia diversa…

#93

Si, ma sarebbe dovuto tornare il 70% di 50 kW el, dalla mia interpretazione dei dati.

Ah ok. Pensavo che i dati si riferissero ad uno stato di regime ottimale. Dunque sarebbe meglio considerare i grafici sugli andamenti di queste grandezze.

#94

Alura,
“Recent results at 200 kW DC input power yields a thruster efficiency of 72% at a specific impulse of 5000 s and thrust of 5.7N.”
Fonte: http://www.adastrarocket.com/Gar_AIAA-2011.pdf pag.5

Sembrerebbero proprio misure correlate ad un singolo stato, vedere a pag. 23 dello stesso documento, ultimo punto rosso in alto a destra.
Mi vengono 2.88 N :ambulance:

#95

La fisica è fisica, non si scappa.

O hanno farloccato i numeri o c’è un’altra fonte di energia, tipo una reazione chimica esotermica nel plasma, ma a leggere l’articolo escluderei la seconda…

Un indizio, forse: se invece di moltiplicare dividi per il rendimento (non ha senso, lo so), ti vengono 280 kw. E dividendo per 5000x9.81, ecco saltare fuori 5.66 N…

#96

Ma sono un pollo, lo avevi premesso “rendimento pari a 1”.

Ok, la stima dell’Hall mi torna. Grazie per la pazienza … :ok_hand:

:facepunch:

#97

Considerato questo, forse escluderei la prima. Ero più propenso ad un mio errore, ma se dici che è giusto il nostro calcolo, non credo che siamo stati i primi ad essersi resi conto di questa incongruenza; dunque perché tanti riconoscimenti ad AdAstra da parte di NASA?
Dunque ritengo possibile solo o che abbiamo sbagliato il calcolo o che ci sia un’altra fonte di energia. :ok_hand:

#98

Il punto è sempre che la fisica è fisica, non si scappa :slight_smile:
Questo calcolo non è solo applicabile alla propulsione elettrica, ma anche a quella chimica, nucleare, ad acqua o a mentos e coca cola. Ed è anche applicabile a qualunque altro fenomeno fisico. (Tra l’altro, usando questa formula si può facilmente derivare la potenza in kW o in chilotoni di un lanciatore tipo Soyuz, Ariane o Saturn V)

Il lavoro (energia) è definito come forza per spostamento. La potenza è definita come lavoro per unità di tempo, quindi come forza per spostamento divisi per unità di tempo, e quindi come forza per velocità.
E quindi, la potenza meccanica applicata al gas in uscita non può che essere pari alla forza (la spinta) per la velocità di uscita del propellente (ovvero l’impulso specifico diviso per g).

Per la definizione di rendimento, la potenza meccanica sviluppata è pari alla potenza fornita al sistema (ovvero quella dei pannelli solari) moltiplicata per il rendimento.

E quindi non si scappa: se l’energia è solo “200 kW DC input power”, con un rendimento del 70% questa corrisponde a 140 kW di potenza meccanica. E da qui se la spinta è di 6 N, la velocità non può che essere che pari a 140k / 6 = 23,3 km/s, il che significa un impulso specifico di 2379 s…

#99

Buone notizie: http://adastrarocket.com/pressReleases/AdAstra-Release-080316-final.pdf
Test necessario allo step 5 previsto per il 2018.

#100