Impulso do propulsor de íons quando a nave espacial é carregada
Li em muitos artigos e livros que o impulso de um propulsor iônico é igual a
$$T = \sqrt{\frac{2M}{e}} I_b \sqrt{V_b} \ \ \text{[newtons]}$$
captura de tela
Onde $V_b$ é o potencial de aceleração, mas esta equação é válida quando o potencial da espaçonave é 0.
O que acontece quando a superfície do satélite está carregada? (As partículas que estão no espaço devido ao vento solar irão carregar a superfície do satélite.)
Neste caso, a equação completa seria algo como$V_b = V_a + V_s$ Onde $V_a$ é o potencial de aceleração e o $V_s$ a tensão da superfície está carregada?
Respostas
Esta é uma grande pergunta!
A cobrança de primeira ordem não importa. O que importa é a velocidade de saída dos íons, determinada pela diferença de potencial de aceleração$V_b$.
Em uma situação simples, o empuxo é a velocidade dos íons em relação à espaçonave vezes a taxa de fluxo de massa$dm/dt$dos íons, e essa velocidade é determinada por (algo como) a diferença de potencial de aceleração entre o plasma ou a primeira grade e a grade de aceleração final.
Na situação simples, não está relacionado ao potencial da espaçonave em relação a outras coisas, então a velocidade dos íons que saem e, portanto, seu momento não será afetado pela carga da espaçonave.
No entanto, nada é simples, e sim, pode haver uma pequena interação coulombiana entre a esparsa pluma de íons atrás da espaçonave e a carga residual da espaçonave, mas isso geralmente não é um problema porque os elétrons removidos dos íons também são disparados para fora com um canhão de elétrons que normalmente é apontado na direção geral da pluma. Se as velocidades forem semelhantes, à distância parecerá quase neutro e esse efeito será minimizado.
Para mais informações, consulte
- Existe alguma razão possível para direcionar o canhão de elétrons especificamente para a trilha de íons atrás de um propulsor de íons? pode precisar de respostas adicionais
- Neutralização de íons no propulsor de íons e ligações nele
Em sua equação, o ponto m ou $dm/dt$é expresso como a massa dos tempos atuais e algumas outras coisas. A razão pela qual parece a raiz quadrada da massa é que o termo de velocidade no final$\sqrt{V_b}$ deve ter um M na parte inferior que, então, liberaria o primeiro M de sua raiz quadrada e próximo a $I$ onde pertence.
Para mais informações, consulte:
- Onde posso aprender a calcular a física de um propulsor de íons?
- Problema de cálculo do impulso do propulsor de íons