Entre balões de alta altitude e satélites baixos serão propulsão fotoforética
A NASA está trabalhando na levitação fotoforética para o aquecimento induzido pela luz para criar uma força que eleva e impulsiona estruturas especialmente projetadas em atmosferas rarefeitas, como a mesofera da Terra (aproximadamente 50-80 km de altitude). Isso envolve placas metamateriais ou geometrias ocas 3D (por exemplo, cones, esferas ou formas de foguete) com paredes laterais porosas que atuam como bombas de Knudsen: a luz (normalmente a luz solar) é absorvida por um lado, criando um gradiente de temperatura que aciona o fluxo de gás através de microquanais, gerando elevação por meio de um jato de ar de ar. Uma esfera oca com paredes compostas porosas de alumina-CNT (a). A vista da seção transversal (b) ilustra o ar que está sendo desenhado para a esfera através de suas paredes porosas devido ao bombeamento de Knudsen e depois expulso como um jato pelo bico de saída. A velocidade com que o ar flui através das paredes porosas é rotulada 𝑣𝑓𝑡, conforme detalhado na vista ampliada (C), enquanto a velocidade do jato que sai é marcada 𝑣𝑗𝑒𝑡. As dimensões são definidas da seguinte forma: a é a largura do canal de nanocardboard, l a altura do canal de nanocardboard e r o raio de saída da estrutura, enquanto D é a dimensão do tamanho geral da estrutura. Como (d) demonstra, as paredes de alumina são notavelmente finas, com espessura da parede de 50 nm, cerca de uma ordem de magnitude menor que a largura e o comprimento do canal. Aeronaves fotoforéticas arxiv-3D feitas de materiais porosos ultraleves podem transportar cargas úteis em escala de kg na aeronave fotoforética da mesosfera se beneficiariam muito de uma geometria oca tridimensional (3D) que bombeia o ar ambiental através das paredes laterais para criar um jato de alta velocidade. Para identificar geometrias ideais, desenvolvemos uma expressão teórica para a força de elevação baseada na teoria de Stokes (baixa-re) e no momento (alta) e validamos com simulações de dinâmica de fluido finito-elemento. Parâmetros geométricos sistematicamente variados, incluindo porosidade da bomba Knudsen, para minimizar a altitude operacional ou maximizar a carga útil. Supondo que veículos grandes possam ser feitos de material de nanocardboard demonstrado anteriormente, a altitude mínima que esses veículos podem levitar é de aproximadamente 55 km, enquanto a carga útil pode atingir aproximadamente 1 kg a 80 km de altitude para veículos com diâmetro de 10 metros. Em todos os casos, a densidade máxima da área das paredes laterais não pode exceder alguns gramas por metro quadrado, demonstrando a necessidade de materiais porosos ultraleves. O sistema opera de maneira ideal a pressões de 0,1-1000 pA, com desempenho de pico na faixa de 1 a 100 pA da mesofera (50-80 quilômetros de altitude), onde as aeronaves tradicionais não podem voar e os satélites experimentam muita arrasto para órbitas estáveis. Os aviões estão de 30000 a 70000 pés ou 9 quilômetros a 20 quilômetros de altitude. Os satélites baixos podem chegar a cerca de 200 a 300 quilômetros. 50-80 quilômetros seriam ótimos para redes de comunicação direta para celulares. Isso seria para aplicações e aprimoramentos de nicho para situações específicas para satélites de baixa altitude. Para aplicações do tipo Starlink (por exemplo, revezamento da Internet de banda larga): Viabilidade: as cargas úteis em escala de kg podem acomodar equipamentos de comunicação compactos, como antenas, transceptores e baterias para operações noturnas (uma vez que o elevador requer iluminação contínua). Uma constelação destes poderia fornecer cobertura regional em latências mais baixas do que os satélites Leo devido à maior proximidade do solo. Eles podem se integrar à tecnologia de balão estratosférico existente para controle de trajetória. Desafios e limitações: as operações são dependentes do dia (normalmente 12 horas/dia em latitudes baixas/médias, mais longas em regiões polares), exigindo armazenamento de energia ou sistemas híbridos para serviço 24/7. A cobertura seria limitada por horizontes da linha de visão (aproximadamente 1.000 km por veículo a 80 km), necessitando de redes mais densas do que a de Starlink. A variabilidade atmosférica (por exemplo, ventos, turbulência) pode afetar a estabilidade, e a implantação dependeria de balões ou foguetes. Essa não é a verdadeira tecnologia “satélite”, mas mais semelhante a drones ou balões avançados, e os obstáculos regulatórios (por exemplo, gerenciamento do espaço aéreo) se aplicariam. Os protótipos iniciais têm escala de centímetros com cargas úteis de miligramas, mas a escala para tamanhos de medidores é proposta para uso prático. Eles seriam implantados por balões/foguetes e a vida operacional é limitada pela fadiga de degradação/material UV. Para uma carga útil de 100 kg: o diâmetro precisaria ser de aproximadamente 120-140 m (por exemplo, ~ 136 m para um design semelhante a uma esfera). Parece que cargas úteis de 5 a 10 kg são do tamanho de balões ultra grandes que a NASA tem alguma experiência. A obtenção de até 100 kg seria maior que o maior dirigível como veículos e esses veículos podem se mover de 20 a 100 toneladas. Brian Wang é um líder de pensamento futurista e um blogueiro de ciências popular com 1 milhão de leitores por mês. Seu blog NextBigfuture.com está classificado como #1 Blog de notícias de ciências. Abrange muitas tecnologias e tendências disruptivas, incluindo espaço, robótica, inteligência artificial, medicina, biotecnologia antienvelhecimento e nanotecnologia. Conhecida por identificar tecnologias de ponta, ele atualmente é co-fundador de uma startup e angariador de fundos para empresas em estágio inicial de alto potencial. Ele é o chefe de pesquisa de alocações para investimentos em tecnologia profunda e um investidor anjo da Space Angels. Um orador frequente das empresas, ele foi um orador do TEDX, um orador da Universidade de Singularidade e convidado em inúmeras entrevistas para rádio e podcasts. Ele está aberto a falar em público e aconselhar compromissos.
Fonte
