Hvordan beregne Thrust for en Electric Power System

Forestill drivstoff regningen for romfergen. Det er vanskelig nok å fylle bilen med 16 liter vanlig gass, så tenk det koster å fylle en 526 000-gallon tank med rakettdrivstoff. Og det er bare for å frakte en satellitt i bane. En gang i bane, satellitter må jet seg rundt med drivstoff har de tatt seg selv. Romfart er dyrt, og det er en konstant søken etter mindre kostnadskrevende fremdriftsmiddel.

Skyvekraften som genereres av et fremdriftssystem er proporsjonal med massen av drivmidlet multiplisert med dens hastighet. Det vil si, et romfartøy sender 50 g drivmiddel bort på 3 meter per sekund har den samme skyvkraft som en annen sender 25 gram bort ved 6 meter per sekund. Det er ideen bak elektrisk fremdrift: Bruk mindre masse enn tradisjonelle fremdriftssystemer, men utvise den raskere. Og bringe mindre masse i jordas bane betyr romfartøyet er lettere, så det er behov for rimeligere rakettdrivstoff til å begynne med.

Bruksanvisning

1 Beregn avgift på driv ioner. Kjemiske raketter gir fremstøt ved å blande to stoffer som reagerer og frigjør energi. Elektriske fremdriftssystemer lage sine fremstøt ved å legge energi til ladede atomer: ioner. For eksempel kan du ha en xenon ion med en kostnad på 1.

2 Bestem massen av driv ion. Du finner atommasse på en periodisk tabell; runde det til nærmeste hele tall. Xenon, for eksempel, har en atomvekt på 131,29, som runder til 131 atommasseenhet (AMU).

3 Definer akselererende spenning på elektriske fremdriftssystem. Dersom gjøre beregninger for et eksisterende system, finner du dette i systemspesifikasjoner. Hvis du designe ditt eget system, må du lage en guesstimate og se hvordan det fungerer. For eksempel kan du velge 2.000 volt.

4 Beregn utgangshastighet fra et enkelt ion. Dette er den hastigheten som det kommer ut av romskipet. Hastigheten er gitt ved: hastighet = sqrt (2 x spenning x ladning / masse). For eksempel:

hastighet = sqrt (2 x 1000 volt x 1,6 x 10 ^ -19 anhenger / (131 amu x 1,66 x 10 ^ -27 kg / amu))
velocity = 38.000 meter / sekund

5 Beregn skyvekraften ved å multiplisere hastigheten av et enkelt ion ganger massen av alle ionene kastet ut per sekund. For eksempel, anta at thruster brenner 1/10 av et gram av xenon per sekund, er det thrust da:

thrust = .0001 kg x 38.000 meter / sekund
thrust = 3,8 newton