PV e alcatrões magnéticos em vez de alcatrões solares passivos

A eficiência energética muito baixa parece fazer não valer a pena. É importante manter a estação como o sistema de realização, mas isso também pode ser mantido dinamicamente. A baixa eficiência faz com que a idéia de armazenamento dínamo de alcatrão não valha a pena. As alcatrões (acelerador de torque usando radiação do sol) que lançam o conceito de catapulta pode ser aumentado com energia solar fotovoltaica (PV) para aumentar a velocidade de rotação com mais eficiência do que o projeto passivo da linha de base. A proposta original do alcatrão depende da pressão de radiação solar diferencial para gerar torque, girando o sistema amarrado ao longo de semanas a meses (ou mais para materiais atuais) para obter velocidades de ponta de 10 a 20 km/s para liberação de carga útil. Esse método passivo tem eficiência inerentemente baixa (0,001-0,1% de conversão solar-cinética) devido à fraca pressão de radiação (~ 4,5 μn/m² a 1 Au). A integração de painéis fotovoltaicos solares para gerar eletricidade para o spin-up ativo-motores elétricos de Via, propulsores de íons ou torques eletromagnéticos-podem acelerar o processo a dias ou horas, com eficiências gerais de 15 a 25%, mantendo a natureza solar do sistema. Uma versão solar somente PV do Tars (acelerador torquedado usando radiação do sol) Sistema de lançamento de catapulta, incorporando um mecanismo de giro magnético, poderia eliminar completamente a necessidade de rotação solar passiva por pressão de radiação. O projeto do alcatrão original depende da pressão de radiação solar diferencial para gerar torque para o spin-up gradual (durante semanas a anos), mas esse método passivo tem limitações como carregamento lento, instabilidade orbital durante fases precoces e baixa eficiência (~ 0,001-0,1%). Ao mudar para um sistema ativo alimentado apenas por painéis fotovoltaicos solares-gerando eletricidade para acionar mecanismos magnéticos para o torque-você pode obter uma rotação mais rápida e confiável, sem dependência da pressão de radiação. Isso transformaria as alcatrões em uma catapulta de corda rotacional totalmente ativa, ainda usando força centrífuga para lançamento da carga útil, mas com controle e escalabilidade aprimorados. Os painéis fotovoltaicos leves e de alta eficiência (por exemplo, células GaAs de junção múltipla, 30-35% eficientes, ~ 100-300 W/kg) montadas nas pás ou no hub central, geram potência (por exemplo, 1-10 kW de 1-10 m² a 1 au). Essa eletricidade alimenta o mecanismo de fiação, eliminando completamente o torque passivo. Perspectivas de curto e longo prazo em prospecção de curto prazo (2025-2035): protótipos viáveis usando TORQUE PV COTS E TORQUE MAGNÉTICOS (por exemplo, de missões como Tepce). A NASA/DARPA poderá demonstrar híbridos em breve, com a Starship permitindo a implantação barata. Custos: ~ US $ 10-100 milhões por unidade. A longo prazo (2035+): Avina a energia solar por 50% de eficiência PV e nanomateriais e aumento da força elétrica permitem velocidades mais altas (os 1000 km/s no papel). Poderia evoluir para rootvadores movidos a energia solar para transferências orbitais, superando alcatrões passivos. Rotovadores sequenciados com velocidades cada vez maiores podem ser usadas para aumentar as missões? Os rotovadores, também conhecidos como mometas de troca de momentos ou skyhooks rotativos, são conceitos avançados de infraestrutura espacial projetados para facilitar transferências orbitais eficientes, sem depender muito da propulsão tradicional de foguetes. Os sistemas de fiação aprimorados PV podem ser usados para fornecer mais velocidade às missões sem precisar ir a planetas para impulsões gravitacionais. Uma variante movida a energia solar integra energia solar-painéis de Via fotovoltaicos (PV) ou velas solares-para gerar eletricidade ou impulsar para manter a rotação, reiniciar o momento e ajustar as órbitas ou apenas aumentar a velocidade, tornando o sistema sustentável e impulsionador. A manutenção da posição arbitrária dos sistemas de giro pode permitir uma velocidade crescente de flexibilidade se os sistemas de acoplamento e liberação forem dominado. Mecanismos de giro magnético Sistemas de opções usando forças eletromagnéticas para torque, que estão bem estabelecidas no controle de atitudes da nave espacial e na dinâmica do amarelo. A eletricidade fotovoltaica aciona os motores elétricos no cubo da corda ou nas bobinas eletromagnéticas ao longo da corda para aplicar torque direto. Os magnetotorporadores (bobinas que interagem com campos magnéticos externos) têm sido historicamente usados para girar satélites, inclusive para reabastecer o momento angular em sistemas estabilizados por spin. Adaptação da corda eletrodinâmica (EDT): Execute a corrente gerada por PV através da corda condutora para interagir com os campos magnéticos ambientais (por exemplo, FMI de vento solar) via força de Lorentz, gerando torque de rotação. Os EDDs são comprovados para o controle de propulsão e atitude (por exemplo, experimento de tepce cubesat) e variantes de rotação para manobrar orbital, rolamentos de levitação magnética (maglev) permitem rotação sem atrito, enquanto as rodas de reação de PV (com suspensão magnética) constroem o momento angular. Isso é comum em satélites para controle preciso da rotação. Esses mecanismos fornecem todo o torque necessário ativamente, ignorando a pressão da radiação. O spin-up pode ocorrer em horas a dias (contra as semanas do Passive), limitado apenas pela potência e força do material (ou resistência eletricamente aprimorada.) O lançamento da catapulta permanece o mesmo: carga útil de liberação no pico de rotação para velocidades interestelares. Por que as alternativas de PV + solar são a melhor eficiência do Tars é fundamentalmente limitada pela fraca pressão de radiação (ordens de magnitude mais fraca que a conversão direta de fóton-elétron de PV). Os sistemas fotovoltaicos capturam ~ 20% da energia solar como eletricidade utilizável imediatamente, vs. Tars << 1% em longos períodos. O armazenamento cinético via flywheels adiciona perdas mínimas e permite o ciclismo rápido, ao contrário do spin-up de anos de Tars. Eficiência de conversão de energia extremamente baixa: o processo depende da pressão de radiação (± 4,5 μn/m² a 1 Au do Sol), levando a eficiências na ordem de 0,001-0,1% (proporcional a V/C, onde V é a velocidade da ponta da rotação e C é a velocidade da luz). Para velocidades típicas de 10 km/s, a eficiência é de 0,006%. Carregamento lento: o spin-up leva dias a anos, dependendo da densidade do material da área (massa por unidade de área) e órbita. Para materiais avançados como grafeno (densidade da área ~ 0,2 g/m²), ele pode atingir velocidades utilizáveis em ~ 7 dias, mas para materiais atuais (~ 140 g/m²), leva meses a anos. Limites do material: A velocidade de rotação é limitada pela resistência à tração para evitar a falha estrutural (velocidade crítica v_crit = √ (2σ/ρ), onde σ é resistência à tração e ρ é densidade; por exemplo, ≈10-20 km/s para nanotubos de carbono ou grafeno). Perdas: 20-30% de dissipação de calor no vácuo durante a extração, além de desafios de estabilidade (por exemplo, risco de queda). Escala e contexto: adequados para o espaço (por exemplo, bases de Marte ou radiografia de energia de microondas), mas requer áreas enormes para energia significativa (por exemplo, dezenas de GWh em 10 anos por sistema, precisando de frotas de 1.700 toneladas para armazenamento em escala TWH). A vantagem principal do Tars é a passividade – sem combustível ou eletrônica necessária -, mas isso tem o custo de ineficiência para geração ou armazenamento de energia em comparação com sistemas ativos. Os sistemas de eficiência/perspectiva de curto prazo (fotovoltaicos) são comerciais agora, com capacidade global acima de 1 TW e custos de armazenamento caindo rapidamente. Tars permanece teórico, com protótipos anos de distância e ineficiências, tornando-o inadequado para as necessidades de energia de curto prazo. A eficiência/prospecção de prospecção de longo prazo nos materiais pode reduzir os tempos de cobrança de alcatrão (por exemplo, para dias), mas a eficiência não excederá ~ 1% devido a limites físicos. PV e armazenamento provavelmente atingirão 30-40% no geral, com híbridos (por exemplo, poder de raios fotovoltaicos baseado em espaço à terra) derrota alcatrões. Alternativas como os motoristas lunares poderiam oferecer melhores rendimentos cinéticos no espaço. 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.

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