En un propulsor de iones electrostático, ¿los iones se aceleran constantemente más rápido, lo que a su vez hace que una nave espacial alcance velocidades muy altas?

Answer 1

Los iones siempre se expulsan por la espalda a la misma velocidad para una fuerza electrostática constante. Pero, esta tasa siempre es relativa a la nave espacial y, por lo tanto, el efecto de la fuerza viaja con la nave. El beneficio de un motor de iones es que puede mantener el pequeño empuje durante mucho tiempo en comparación con un cohete químico (minutos) o incluso una bala de una pistola (fracción de segundo). Entonces, la regla newtoniana F = mA para un cohete químico lo acelera muy rápidamente, pero cuando se acaba el combustible, ya no hay aceleración. Un motor de iones produce una pequeña masa por segundo (menos consumo de combustible) pero a una velocidad muy alta, por lo que proporciona una fuerza de aceleración bastante pequeña pero significativa, pero durante períodos muy largos. El otro beneficio es que se requieren menos combustibles y, por lo tanto, la masa para acelerar es menor.
En mi opinión, los iones siempre tendrán la misma alta velocidad en relación con la nave y la velocidad máxima no está dictada por la velocidad de los iones como se ve desde un observador estacionario, pero esto es controvertido.

Answer 2

En un propulsor iónico, los iones se disparan a una velocidad extremadamente alta. Según la tercera ley de movimiento de Newton y la conservación del momento (M1v1 = M2v2), la nave espacial se empuja en sentido contrario. La eficiencia (Isp) es 5x frente a un propulsor químico debido a la alta velocidad de la masa que sale. La velocidad de iones es de ~ 15 km / s: propulsor de efecto Hall Una vez que los iones salen de la nave espacial, no tienen más efecto sobre la velocidad de la nave espacial.