Come calcolare spinta per un sistema di alimentazione elettrica

Immaginate la bolletta del carburante per lo Space Shuttle . E 'abbastanza difficile per riempire la tua auto con 16 litri di gas ordinario , quindi immaginate il costo per riempire un serbatoio di 526.000 galloni di combustibile per razzi . E questo è solo per trasportare un satellite in orbita . Una volta in orbita , i satelliti devono jet stessi in giro con il carburante che hanno portato loro stessi . Il viaggio spaziale è costoso e c'è una costante ricerca di mezzi meno costosi di propulsione .
La spinta generata da un sistema di propulsione è proporzionale alla massa del propellente moltiplicata per la sua velocità . Cioè , un veicolo spaziale invio 50 grammi di propellente distanza a 3 metri al secondo ha la stessa spinta come un'altra invio 25 grammi di distanza a 6 metri al secondo . Questa è l' idea alla base di propulsione elettrica : Usare meno massa rispetto ai sistemi di propulsione tradizionali , ma espellere più rapidamente . E portando meno massa nell'orbita terrestre significa che la navicella è più leggero , quindi ha bisogno di meno costoso combustibile per razzi a cominciare. Istruzioni
1

calcolare la tassa sugli ioni propellente . Razzi chimici fornire la spinta mescolando due composti che reagiscono e rilasciano energia . Sistemi di propulsione elettrici creano la loro spinta con l'aggiunta di energia atomi caricati : Ioni . Ad esempio , si potrebbe avere uno ione allo xeno con una carica di +1 .
2

Determinare la massa del propellente ione . È possibile trovare la massa atomica su una tavola periodica; arrotondare al numero intero più vicino . Xenon , per esempio , ha una massa atomica di 131,29 , che arrotonda a 131 unità di massa atomica ( amu ) .
3

Definire la tensione di accelerazione del sistema di propulsione elettrica . Se fare calcoli per un sistema esistente , troverete questo nelle specifiche di sistema. Se stai progettando il proprio sistema , si dovrà fare una stima approssimativa e vedere come funziona . Ad esempio, è possibile scegliere di 2.000 volt.
4

calcolare la velocità di uscita di un singolo ione . Questa è la velocità con cui esce la navicella . La velocità è data da : velocità = sqrt ( 2 x tensione x carica /massa ) . Ad esempio :

velocità = sqrt ( 2 x 1000 volt x 1.6 x 10 ^ -19 coulombs /( 131 amu x 1.66 x 10 ^ -27 kg /amu ) ) velocità
= 38.000 metri /secondo
5

Calcolare la spinta moltiplicando la velocità di un singolo ione volte la massa di tutti gli ioni espulsi al secondo. Ad esempio, si supponga vostro propulsore brucia 1/10 di grammo di xenon al secondo , la spinta è quindi :

spinta = 0,0001 kg x 38.000 metri /secondo di spinta
= 3,8 newton