Design compromises in space power systems
- Paper ID
IAF-59-49
- author
- company
Flight Propulsion Laboratory Department, General Electric Department
- country
U.S.A.
- year
1959
- abstract
Design Compromises in Space Power Systems. An adequate supply of power is essential to electrical space propulsion systems. Since this power supply also represents a major portion of the total propulsion system’s weight, its design can control the accelerating capability and utility of the propulsion system and space vehicle. The design of a space power supply, like that of any earthbound engine, represents a series of compromises among many interacting system parameters and components. The purpose of this paper is to investigate the power conversion equipment of the space power supply and to indicate some of the design compromises required in selecting specific designs. Static conversion and turbomachinery systems are compared. The type of cycle and the primary cycle variables of working fluid, temperature and pressure are analyzed and their effects on major system components (i.e., turbine and radiator) are indicated. The effects of the unusual space design requirements of hermetically sealing, meteorite interception, heat rejection by radiation, and zero gravitational field on the system design are also shown. The report concludes with the design of a nuclear electric one megawatt, two- phase, liquid metal system. This power supply is compact, compatible with space environment, and light-weight. Kompromisse im Entwurf elektrischer Kraîterzeugungsanlagen für Raumschifïe. Hinreichend groBe Mengen elektrischer Energie hilden die Voraussetzung für elek- trische Raumantriebssysteme. Da die Krafterzeugung den Grofiteil des gesamteh Antriebgewichtes darstellt, wird ihr Entwurf bestimmend für die Beschleunigungs- fahigkeit und Wirtschaftlichkeit des Antriebssystems und des damit ausgerüsteten Raumschiffes. Der Entwurf einer Raumkraftzentrale stellt ebenso wie der irgendeiner erdgebunde- nen Maschinenanlage einen KompromiB dar zwischen vielen einander gegenseitig beeinflussenden Faktoren und Komponenten. Der Zweck dieser Abhandlung ist, die Kraftumwandlungsausrüstung des Raumkraftsystems zu untersuchen und einige Entwurfskompromisse, die bei der Auswahl spezifischer Entwürfe nôtig sind, aufzu- zeigen. Statische Umwandlung und Turbogeneratoren werden miteinander verglichen. Der geeignetste WârmekreisprozeB und seine wichtigsten GrôBen, wie Temperatur- und Druck-Niveau, sowie die Wahl der Arbeitsflüssigkeit werden hesprochen und ihr EinfluB auf wichtige Bauelemente wie Turbine und Kühler nachgewiesen. Der EinfluB der ungewohnlichen Konstruktionsbedingungen für ein Warmekraftwerk im Weltraum, wie hermetisches Abschlieflen, SchutzmaBnahmen gegen Meteoriten, Wârmeabgabe dureh Strahlung und Sohwerelosigkeit wird ebenfalls gezeigt. Der Bericht schlieflt mit dem Entwurf erner typischen Atomlu’aftanlage, mit einem dureh Kaliumdampf getriebenen Turbogenerator für 1 MW ( = 1000 KW) elektrische Leistung. Diese Stromquelle ist klein, gedrângt und leicht und den Bedin- gungen des Weltraumes angepafit. Les compromis dans les systèmes de propulsion dans l’espaee. Une source de puissance suffisante est essentielle aux systèmes de propulsion électriques dans l’espace. Puisque cette source représente aussi une portion majeure du poids total du système de propulsion, sa conception peut contrôler les possibilités d’accélération et l’utilité du propulseur ainsi que celle du véhicule spatial. Le dessin d’un propulseur spatial, comme celui de n’importe quel moteur terrestre, représente une série du compromis entre plusieurs systèmes et organes en interaction. L’objet de cet article est d’examiner les appareils possibles pour la conversion de puissance de la source et d’indiquer certains des compromis requis pour des conceptions spécifiques. Les convertisseurs statiques et les turbomachines sont comparés. Le type de cycle et la nature des fluides du cycle primaire, leur température et pression sont analysés et leurs effets sur les organes principaux du système (tel que turbine et radiateur) sont indiqués. Les effets sur le système des exigences spéciales telles que la fermeture hérmetique, l’interception de météorites, l’élimination de chaleur par radiation et le champ gravitationnel nul sont aussi montrés. Une présentation du plan d’un système nucléaire électrique à métal liquide d’un mégawatt à deux phases termine le rapport. Le système est compact, compatible avec le milieu spatial et de poids réduit.