Seuraa 
Viestejä45973
Laskelmien mukaan Helicon-kaksikerrosmoottori on nyt käytössä olevia sähköisiä ionimoottoreita olennaisesti tehokkaampi. ESAn SMART-1 - kuuluotaimen ionimoottoreihin verrattuna Helicon on vain hieman suurempi kooltaan, mutta se synnyttäisi samalla polttoaineenkulutuksella moninkertaisesti työntövoimaa - sen teho voisi olla jopa 100 kW.

Jos nuo Helicon-moottorit kehitetään loppuun ja alettaisiin käyttämään Sukkuloissa niin kuinkahan paljon nopeammin sellasisella pääsee esim. Mars-planeetalle.
Olisiko miehitetty Mars-lento lähempänä todellisuutta?

source: http://www.esa.int/esaCP/SEMVG4WLWFE_Finland_0.html

Kommentit (19)

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
McKay
Laskelmien mukaan Helicon-kaksikerrosmoottori on nyt käytössä olevia sähköisiä ionimoottoreita olennaisesti tehokkaampi. ESAn SMART-1 - kuuluotaimen ionimoottoreihin verrattuna Helicon on vain hieman suurempi kooltaan, mutta se synnyttäisi samalla polttoaineenkulutuksella moninkertaisesti työntövoimaa - sen teho voisi olla jopa 100 kW.



Jos nuo Helicon-moottorit kehitetään loppuun ja alettaisiin käyttämään Sukkuloissa niin kuinkahan paljon nopeammin sellasisella pääsee esim. Mars-planeetalle.
Olisiko miehitetty Mars-lento lähempänä todellisuutta?

source: http://www.esa.int/esaCP/SEMVG4WLWFE_Finland_0.html[/quote]

Mittakaavaa: 100 kW:lla ei saada avaruussukkulaa edes liikahtamaan.

Volitans

Mittakaavaa: 100 kW:lla ei saada avaruussukkulaa edes liikahtamaan.

No ei sillä tietysti kiertoradalle mennä, mutta sen jälkeen saadaan vauhtia oikeinkin hyvin. Ainakin kun tarpeeksi kauan pidetään moottoria päällä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Neutroni
Seuraa 
Viestejä33552
Volitans

Mittakaavaa: 100 kW:lla ei saada avaruussukkulaa edes liikahtamaan.

Saisi kyllä, jos tuollainen ionimoottori toimisi avaruudessa kuukausikaupalla. Nykyiselle, parin viikon lennoille suunnitellulla, sukkulalla tuollaisesta ei tosin ole paljoa iloa. Varsinkaan kun sukkulan sähköjärjestelmästä ei tuollaista sähkötehoa saa.

Marssilainen
Seuraa 
Viestejä3337

Höh

Eihän ionimoottoreita mihinkään sukkulaan laiteta. Mars-alus on tietenkin oma eri aluksensa, joka kootaan kiertoradalla. Ihan alkeellista perustietoa.

Niin tuollaisen tämänhetkisen ionimoottorin työntövoimahan, vastaa paineeltaan suurinpiirtein, käden päällä olevaa A4-suuruista paperiarkkia.

Siinä se taas nähtiin, kuinka vilunki rehellistä huiputtaa...

Neutroni
Seuraa 
Viestejä33552
Marssilainen
Höh

Eihän ionimoottoreita mihinkään sukkulaan laiteta. Mars-alus on tietenkin oma eri aluksensa, joka kootaan kiertoradalla. Ihan alkeellista perustietoa.

Odotetaan nyt sitä Mars-alusta ensin. En jaksa uskoa kovinkaan monimutkaiseen kokoamisoperaatioon kiertoradalla. Ehkä miehistö- ja huoltomodulit viedään toisella kantoraketilla ja alkumatkan nopeudenmuutoksista vastaava rakettivaihe toisella. Se on tietysti aivan varmaa, että nykyienlaisilla avaruussukkuloilla ei milloinkaan mennä pois matalalta kiertoradalta. Ne soveltuvat taivaankappaleiden väliseen liikenteeseen yhtä hyvin kuin soutuvene valtameren ylitykseen.

Ionimoottoreita tuskin miehitetyillä lennoilla käytetään. Tekniikka on uutta ja epäluotettavaa verrattuna idioottivarmoihin perinteisiin raketimoottoreihin. Muutenkin ionimoottorin hyöty niin lyhyellä matkalla taitaa olla aika pieni. Aurinkokunnan ulko-osiin tai Merkuriuksen kiertoradalle lennettäessä ionimoottori on paikallaan.

Marssilainen
Seuraa 
Viestejä3337

Joo

Kuulin jostain arvion siitä että, kehittyneillä ionimoottoreilla voitaisiin matkustaa ulkoplaneetoille suurinpiirtein samassa ajassa, mitä nykyään kuluu sisäplaneetoille. Tällaiset ionimoottorilla kuuhun -jututhan ovat vain harjoittelua ja moottorin testaamista.

Siinä se taas nähtiin, kuinka vilunki rehellistä huiputtaa...

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

Edelleen kiinnostaa, miten suuri työntövoima saavutetaan jatkuvalla 100 kW:n teholla?

Kun jos voima pysyy samana tyhjiössä, niin nopeus ei pysy vakiona, eli teho perinteisen tehon määritelmän mukaisesti laskettuna kasvaa aritmeettisen sarjan mukaisesti... W=Fs ja P=W/t jne, kun a=F/m jolloin

s=1/2 (F/m) t^2

jos alkunopeus on siis nolla ja lähdetään liikkeelle nollasta, niin moottorin teho ajan funktiona on perinteisten kaavojen mukaan tasaisessa kiihtyvyydessä

P(t) = F * ½ * F/m * t^2 / t

P(t) = F^2 * t / 2 m

Helposti nähdään, että kun voima ja massa ovat vakioita ja t kasvaa, niin myös teho kasvaa...

Miten ihmeessä tuolle härvelille on saatu laskettua tuollainen staattinen teholukema, ja miksi ihmeessä sille ylipäätään ilmoitetaan teho, kun tehoarvolla ei avaruudessa tee juuri mitään?

Höh.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä33552
Herra Tohtori
Edelleen kiinnostaa, miten suuri työntövoima saavutetaan jatkuvalla 100 kW:n teholla?



Vaikka minkälainen, riippuu sovelluksesta. Ionimoottorin tapauksessa työntövoima tuskin on kovin iso. En tunne niiden tekniikkaa niin että pystyisin perstuntumalta tempaisemaan sopivat esimerkkilukuarvot.


Miten ihmeessä tuolle härvelille on saatu laskettua tuollainen staattinen teholukema, ja miksi ihmeessä sille ylipäätään ilmoitetaan teho, kun tehoarvolla ei avaruudessa tee juuri mitään?

Tuo on laitteen sähköinen ottoteho. Työntövoimasta se ei sinänsä kerro mitään, eikä sen ole tarkoituskaan, vaan se kertoo minkälaisen teholähteen moottori vaatii. Joku populaaritiedetoimittaja on vain tempaissut tuon lukeman tekstiinsä ja kaikki kansa ihmettelee, että onpas paska vehje. Ei se voi kulkea yli kahta sataa, kun kun minun autossanikin on 100 kW eikä se kulje kuin kahta sataa.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Chabert työryhmineen käytti kaksikerrosplasmarakenteen synnyttämiseen koveran putken ympärille nidottua radioantennia. Putkeen pumpattiin tasaisesti argonkaasua, mihin antenni kohdisti 13 MHz:n taajuudella kierteistä radiosäteilyä. Radioaallot ionisoivat kaasua ja muuttivat sen plasmaksi. Putken päässä oleva erisuuntainen magneettikenttä pakotti putkesta ulospäin liikkuvan plasman laajenemaan, jolloin sisäänpäin virtaava ja ulospäin kulkeva plasma muodostivat kaksi erilaista plasma-aluetta, joiden väliin muodostui kaksoisplasmakerros. Se puolestaan kiihdytti putkesta virtaavaa argonplasmaa yliäänennopeuteen, jolloin ulospäin syöksyvä suurinopeuksinen kaasuvirta synnytti työntövoimaa.

Eli argonia käyttää ainakin tämä laite ajoaineena.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

En tiedä mutta tuo uutinen on kyllä melko lailla vailla päätä sekä häntää.

Lainaus englanninkielisestä uutisesta:

Calculations suggest that a helicon double layer thruster would take up a little more space than the main electric thruster on ESA’s SMART-1 mission, yet it could potentially deliver many times more thrust at higher powers of up to 100 kW whilst giving a similar fuel efficiency.

Mitä tuo nyt on tarkoittavinaan? Jos polttoainetaloudellisuus on sama, niin eihän tuossa ole mitään järkeä.

Reaktiomoottorin työntövoimaa voi kasvattaa kahdella tavalla: lisäämällä massavirtaa (joka tietenkin kuluttaa ajoaineen loppuun nopeammin) tai kasvattamalla ejektionopeutta (nopeutta, jolla pertikkeleita singotaan tulosuuntaan päin). Tällöin saadaan samalla ajoainemäärällä suurempi liikemäärän muutos, jolloin moottori on ajoaineen kulutuksen kannalta taloudellisempi, ainakin jos taloudellisuus määritellään yhtälönä

Eff = dm / dp eli massan muutos (ajoaineenkulutus) jaettuna liikemäärämuutoksella.

Mistä voi lähettää ESA:n uutistoimitukselle palautetta? Ei oikein löytynyt tuolta sivustolta. Hajottaa tuollaiset uutisoinnit, joissa on epätarkkuuksia ja järjettömyyksiä...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä33552
Herra Tohtori
En tiedä mutta tuo uutinen on kyllä melko lailla vailla päätä sekä häntää.

Lainaus englanninkielisestä uutisesta:

Calculations suggest that a helicon double layer thruster would take up a little more space than the main electric thruster on ESA’s SMART-1 mission, yet it could potentially deliver many times more thrust at higher powers of up to 100 kW whilst giving a similar fuel efficiency.



Mitä tuo nyt on tarkoittavinaan? Jos polttoainetaloudellisuus on sama, niin eihän tuossa ole mitään järkeä.

Kyllä tuo pätkä vaikuttaa selkeältä (en ole lukenut koko juttua). Uusi moottori on vain hieman vanhaa isompi, mutta tuottaa moninkertaisen työntövoiman. Se tarkoittaa suurempaa kiihtyvyyttä ja lyhyempää matka-aikaa. Tuo SMART on aika kevyt luotain ja silläkin kesti vuoden päivät mennä Kuuhun. Jokin raskas planeettaluotain vaatii paljon järeämmät moottorit, jos se meinataan saada joskus perille.

Polttoainetalous tarkoittanee tässä tietyn ajoainemäärän polttamisella saavutettavaa nopeudenmuutosta. Se, ja siis huippunopeus, pysyy samana. Kaikki etu tulee kiihdytyksen nopeutumisesta, kun polttoainetta kiihdytetään aikayksikössä enemmän.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

No... eipä tuolla sitten huomattavia etuja saavuteta, jos ei oteta vastaavasti lisää polttoainetta mukaan.

Toisin sanottuna on onnistuttu lisäämään massavirtaa. Eli käytännössä Smart ei tällä moottorilla varustettuna olisi päässyt Kuuhun yhtään nopeammin, mutta poltot olisivat voineet kestää lyhyemmän ajan.

Tätä juuri tarkoitan epäselvyydellä. Nyt tuosta uutisesta jää epäselväksi mielestäni se, millä tuo suurempi työntövoima saadaan aikaan - partikkelien lähtönopeuden kasvattamisella vai massavirran kasvattamisella. Jos käytetään vain suurempaa massavirtaa, en ymmärrä mikä tuossa uudessa rakenteessa on niin oleellista... energiankulutus on suurempi, mikä vaatii suuremman (lue: painavamman) virtalähteen, jolloin samalla ajoainemäärällä saavutetaan itse asiassa pienempi liikemäärän muutos kuin kevyemmällä mallilla...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä33552
Herra Tohtori

Toisin sanottuna on onnistuttu lisäämään massavirtaa. Eli käytännössä Smart ei tällä moottorilla varustettuna olisi päässyt Kuuhun yhtään nopeammin, mutta poltot olisivat voineet kestää lyhyemmän ajan.

Mitä nopeammin saavutetaan suuri nopeus, sitä nopeammin ollaan perillä, luonnollisesti. Jos verrataan vaikka Apollo-alusta ja Smartia, niiden nopeudenmuutos matalalta Maan kiertoradalta Kuun kiertoradalle oli suunnilleen samanlainen. Apollo hoiti homman muistaakseni noin kymmenen minuutin poltoilla ja ajamalla loput ajasta vapaapudotuksella. Aikaa kului muutaman vuorokausi. SMART taas matkasi heikoilla mootoreillaan sen vuoden verran, noin satakertaisesti, koska ei pystynyt tuottamaan vaadittavaa nopeutta nopeasti.

Nimenomaan lyhyillä matkoilla tuo kiihdytyksen nopeus on tärkeä matka-ajan kannalta. Sitten tietysti jos matkataan neljännesvuosisata Plutoon, ei ole niin väliä hoidetaanko kiihdyttelyt ja jarruttelut tunnissa vai vuodessa.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

Niinpä juuri, hyvä täsmennys.

Kokonaisliikemäärän muutos oli kyllä Apollo-lennoilla aivan eri luokkaa kuin SMART-1 kuuluotaimella, vaikka nopeuden muutos olikin suurin piirtein sama. Ja se liikemäärämuutos tosiaan hoidettiin kymmenien minuuttien pituusluokkaa olevilla poltoilla, kun taas Smart ilmeisesti poltteli moottoriaan spiraalimaisella, jatkuvasti vähän kasvavalla radalla. Työntövoimahan kemiallisilla raketeilla on tällä hetkellä suurin käytettävissä oleva, kun taas jos aikaa on käytössä enemmän, ionimoottoreilla kyllä saavutetaan suurempi kokonaisliikemäärä.

Jos esimerkiksi Apollo-alukseen kiinnitettäisiin ionimoottori, joka saisi käyttää saman verran ajoainetta kuin Apollo-aluksen kemiallinen moottori käytti aikanaa nedestakaisella matkalla, niin matka pystyttäisiin suorittamaan hyvinkin, ja ajoainetta jäisi vielä varastoonkin... koska samalla massamuutoksella saadaan ionimoottorin suuremman ejektionopeuden ansiosta suurempi liikemäärä.

Kuuhun ionimoottorin varasssa laskeutuminen saattaisi kyllä tehdä vähän heikkoa... ainakin nykypäivänä.

Tottakai on lyhyillä matkoilla parempi, jos saadaan käyttöön suuri liikemäärän muutos pienessä ajassa, koska matkoihinkin menee verraten pieni aika. Kuitenkin pidemmillä matkoilla tosiaan on eduksi saada hyvin pitkäkestoinen työntövoima pienellä ajoaineenkulutuksella, ja se taas hoidetaan ejektionopeutta lisäämällä, ellei sitten haluta ottaa mukaan aivan älytöntä määrää ajoainetta.

Muuten, ihan sivuhuomautuksena. Tähtien Sodan erittäin epärealistisista avaruushävittäjistä TIE-hävittäjissä on ionimoottorit, jopa kaksois-sellaiset (Twin Ion Engine).

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Muista myös, että kiihdytyksen hitaus avaruudessa kostautuu myös jarrutusmatkassa.

Jos alukselta kestää puolimatkaan asti saavuttaa täysi matkanopeus, sen täytyy jarruttaa koko loppumatkan ajan, ettei se humahda suoraan kohteesta ohi.

Ei tietenkään kokonaan tarvi jarruttaa, vaan sen verran että kuun painovoima ei vielä nappaa alusta ja paiskaa kenttään. Pitää tähdätä hieman ohi ettei kopsahda.

Star Warsin hävittäjissä oli muuten myös isot gyroskoopit, jotka pitivät alukset "tasossa". Ainakin siinä isossa kiekon muotoisessa pömpelissä oli sellaiset, kun ne yhdessä vaiheessa hajosivat ja alus alkoi heilahdella.

Tällä selityksellä, kun värkin haluaa kääntymään, pitää gyroja kääntää. Helpommin se tapahtuu, kuin törkkäämällä runko täyteen suuttimia että voidaan valita sopiva 90 asteen kulma jolla värkki kääntyy. Tästähän voipi hyvinkin tulla sellainen efekti, että kone kääntyy kuin lentokone.

Ajatteleppa kaksi samassa tasossa pyörivää gyroskooppia, joita yhdistää tanko. Kun molempia kallistaa samaan suuntaan (pyörähdysakseli 90 astetta tangosta) niin tankoon tulee momentti. Kuvitteleppa sitten että nämä gyroskoopit ovat siellä hävittäjän "siivissä". Tee sama temppu ja koko värkki kallistelee niinkuin hornetti. Sitten kun käyttää pyörähdysakselina itse tankoa, niin kone nostaa ja laskee keulaa.

Tietenkin tuosta elokuvasta puuttui sellainen yksinkertainen seikka kuin inertia.

Ionimoottorin pulma oli muuten juuri ajoaineen poistonopeus. Kun kiihdytys tehdään sähkökentällä, niin jännitettä ei voi nostaa määrättömästi tai homma kusee sormille. Lisäksi joku ongelma oli myös siitä, että varautunutta kaasua kertyy moottorin poistoaukolle, jossa se vaikuttaa vielä kiihdyttimen sisällä liikkuvaan kaasuun ja hidastaa sen vauhtia. Toisinsanoen, moottori tahtoo mennä tukkoon.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

Nopein ja energiataloudellisin tapa taittaa pitkiä matkoja avaruudessa ei suinkaan ole saavuttaa tietty matkanopeus lyhyellä poltolla ja kulkea sitten suurin osa matkasta sillä nopeudella, ja jarruttaa lopussa... Nopein ja taloudellisin tapa on juurikin kiihdyttää vauhtia puolimatkaan asti ja sitten hidastaa vauhtia samalla teholla. Polttoaineenkulutus kannattaa vähänkin pidemmillä matkoilla mitoittaa siten, että moottori toimii ja tuottaa voimaa koko matkan ajan, suunta vain vaihdetaan keskipisteessä. Sillä tavalla pääsee pisimmälle ja nopeimmin jos käytössä on rajoitettu määrä polttoainetta.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Kuuhun mentäessä ei silti ole hauskaa odottaa kuukausia, jos kyydissä on ihmisiä. Polttoainetta on siis otettava matkaan sen verran, että päästään nopsasti perille ja ekonomiasta siis joustetaan.

Myös maassa olevien kannalta on olennaista, ettei mittaustuloksia tarvitse odottaa tarpeettoman kauan. Rahalla saa ja plasmamoottorilla pääsee.

Tietenkin, uutisen hatarasta olemuksesta huolimatta minä tulkitsisin asian niin, että uudella moottorilla saadaan parempi kiihtyvyys samalla polttoainemäärällä ja ekonomialla. Perille siis päästään nopeammin samalla määrällä löpöä.

Sähköä taas saadaan aurinkokennoilla ja polttokennotekniikkakin on nykyisin edistynyt varsin pieneen kokoon.

Syyksi tuohon parantuneeseen, sanoisinko "hyötysuhteeseen", on ilmeisesti perinteisemmän ionimoottorin tekniset heikkoudet - esimerkiksi se että kun osa kaasun atomeista iskeytyy toiseen kiihdytyselektrodiin, ne varautuvat tämän potentiaaliin ja alkavatkin kiihdyttää päinvastaiseen suuntaan ja törmäilevät muihin ioneihin kulkiessaan vastavirtaan.

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat