cos'è in parole semplici l' high specific impulse electric propulsion systems studiato dall'ESA?

Question

che potenzialità ha rispetto ai vettori tradizionali?
Quando sarà impiegato ?

Answer 1

Parto da qualche concetto basilere per aiutarti a capirci qualcosa:
L'impulso specifico è una valore che indica indirettamente la velocità di efflusso del propellente dall'ugello del razzo, perchè è appunto la velocità di efflusso diviso la costante di gravità alla superficie terrestre. è come dire quanto tempo impiega un peso che cade per gravità a raggiungere una velocità pari alla velocità di efflusso...

Nei sistemi propulsivi ci sono almeno 3 cose importanti: La spinta, l'impulso specifico, ma è anche importante il tempo per possono rimanere accesi...che non è indipendente dagli altri due se la massa del propellente è determinata. Il tempo di accensione dipende dalla portata(di massa) dei gas espulsi, e la forza è pari alla portata(di massa) dei gas per l'impulso specifico per costante di gravità.
I motori a razzo tradizionali hanno impulsi specifici che arrivano al massimo attorno ai 300 secondi per i razzi idrogeno-ossigeno criogenici , mentre i solidi e i monopropellenti sono abbastanza al di sotto, e nel campo dei razzi chimici (cioè il razzo tradizionale ad energia chimica, cioè con una combustione...) non si intravede la possibilità di grossi miglioramenti....sembrano aver raggiunto una certa maturità....
Per ottenere impulsi specifici più alti si ricorre a sistemi che consumano energia elettrica e con questa sono in grado di accelerare le molecole(o meglio gli ioni) del propellente(in genere elio) facendole arrivare a velocità di efflusso altissime, addirittura relativistiche, cioè iniziano ad essere confrontabili con la velocità della luce.
Esistono vari tipi di propulsioni di questa tipologia, esistono quelli:
-Elettrostatici, in cui un campo elettrico accelera delle particelle cariche elettricamente generalmente di Xenon
-FEEP, simili ai precedenti, ma accelerano minuscole(dell'ordine dei micron) goccioline di un fluido opportuno.
-MPD o a campo autoindotto, in cui c'è anche un campo magnetico orientato perpendicolarmente al condotto e questi sfruttano la forza di lorentz.
-PPT in cui la corrente non è costante, ma intermittente
-HEP, sfruttano l'effetto Hall, accelerno elettrostaticamente un plasma di ioni all'esterno di una camera anulare, hanno impulsi specifici attorno ai 2500s, minori rispetto ai normali elettrostatici, ma un rapporto spinta-peso del 30% più favorevole,

é importante notare che per questi tipi di motore anche il generatore di potenza elettrica deve essere messo in conto...

Comunque le tipologie di propulsione elettrica anche se hanno impulsi molto alti (circa 10 volte maggiori di quelli chimici) non sono assolutamente adatte a realizzare dei lanciatori per la messa in orbita, infatti eccetto quelli chimici (e quelli nucleari, che non sono utilizzabili per ovvie ragioni di inquinamento) tutti gli altri sistemi propulsivi spaziali hanno un rapporto spinta peso inferiore ad 1, cioè il motore stesso non è in grado di sollevare se stesso , infatti la spinta è troppo bassa perchè le portate elaborate sono piccolissime (pochi(3-5) chili di propellente magari durano per missioni che durano anni).

Questi motori ad alti impulsi però sono molto vantaggiosi quando non sono necessarie grandi spinte, ma è possibile usare una foforza piccola, ma per molto tempo, ad esempio le sonde per le missioni interplanetarie...ma sono usati anche in alcuni satelliti, comunque il loro uso è limitato all'utilizzo in orbita.

Nello specifico caso non so bene di cosa si tratta, se di un nuovo tipo, un miglioramento di tipi esistenti, oppure se è di una di queste tipologie "tradizionali" ed è una novità per te, mentre non suona nuovo a chi ne ha già sentito parlare prima....

Motori di queste tipologie, non solo sono già disponibili, e non solo hanno già "volato" parecchie missioni(+ di 100), ma esistono e sono usati da parecchio tempo... il primo risale al 1971 ed era sovietico..