Потенциальная пригодность VASIMR

В то время как электрические силовые двигатели в целом более привлекательны из-за их потенциала для эффективной работы на гораздо более высоких удельных импульсах, чем у химических ракет, VASIMR предлагает дополнительное преимущество переменным удельным импульсом от одного двигателя. Преимущество такой конструкции может быть представлено в сравнении по Саттону.⁴ Рассмотрим использование химической и электрической ракет в глубоком космосе. Обе должны производить определенный суммарный импульс I. Тогда,

Так, космический корабль должен быть сперва запущен на орбиту Земли. И так как масса транспортного средства, как правило, коррелирует с общими затратами на запуск, мы очень заинтересованы узнать, какой двигательной установке потребуется меньшая масса для обеспечения этого импульса. Если электрическая система имеет более высокую удельную тягу и достаточно легкий блок питания и, таким образом, более низкую общую массу m_elec + m_ps, чем у химической, их сравнительная масса⁴

Объединение уравнений 1 и 2 и подставление соответствующих значений для д m_ps и P из уравнений 3 и 4 дает выражение для γ

Время полета образуется за счет аннулирования массы с массой истечения потока. Предполагается, двигатель будет функционировать постоянно, и поэтому время полета и время горения будут одинаковыми. Для того, чтобы получить максимальную производительность от электрической ракеты относительно химической, масштабный коэффициент массы γ должен быть сведен к минимуму. Поскольку пределы u_chem уже хорошо известны, в то время как производительность электрической ракеты представляет интерес, это достигается за счет изменения u_elec. Таким образом, наилучший коэффициент масштабирования может быть найден путем установки частной производной уравнения 5 относительно u_elec равной нулю.⁴ Принимая этот вывод и решение, получим результат для u_elec

Этот результат подтверждает вывод, что питание должно быть облегченным, а электрический КПД должен быть высоким для того, чтобы высокая удельная тяга была оптимальной. (Обратите внимание, что удельный импульс прямо пропорционален скорости на выходе, отличающейся только гравитационной постоянной g). Он также показывает, что в длительных миссиях больше пользы от высокого удельного импульса, что также является интуитивно понятным. Реальная значимость уравнения 6 в нынешнем осуждении определяется двумя моментами. Во-первых, оно демонстрирует, что повышенный I_sp не обязательно лучше. Во-вторых, оно позволяет проводить расчеты истинного оптимального I_sp для некоторых типов миссий. На основании расчетных материалов, (4) оптимальные значения удельного импульса составляют примерно 4000 сек для лунных миссий и 12000 сек для межпланетных перелётов. Очевидно, ракеты на химическом и ядерном топливе отстают от оптимальных значений для каждой миссии. Другие электрические двигатели способны производить удельный импульс в нужном диапазоне, но не могут регулировать производительность, чтобы адаптироваться к различным задачам и производят гораздо меньше тяги. Пока только VASIMR обещает разрешить действительно оптимизированную производительность в широком диапазоне миссий.