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lunes, 27 de abril de 2009

Transferencia de energía eléctrica en el espacio

Sin duda las ideas y propuestas de Alexander Bolonkin son originales e innovadoras y esta tambien lo es.
Es una propuesta para poder transferir electricidad en grandes cantidades a otras partes del sistema solar.

Una vez que empecemos a colonizar el sistema solar, puede que veamos útil transferir grandes cantidades de energía de un parte del sistema solar donde es muy abundante a otra donde no lo es tanto.
En el sistema solar interior hay energía solar abundante(a la distancia de Mercurio 6 veces mas intensa que en la orbita de la Tierra).
Gigantescas estaciones de paneles solares podrían colocarse en una orbita cercana al sol y así poder suministrar energía a grandes proyectos que requieran mucha energía, como posibles casos de terraformación, construcción de megaestructuras, o suministro de energía a naves espaciales, entre otras muchas funciones mas.

Esta transferencia de electricidad de realizaría sin cables, utilizando un filamento de plasma como conductor de la electricidad.
El plasma es el cuarto estado de la materia, los núcleos atómicos están desprovistos de sus electrones, así que hay cargas positivas y negativas libres, estas cargas libres permiten el paso de corriente lectrica, asi el plasma actua de conductor.
El propio filamento de plasma generaría por lo tanto un campo magnético que comprimiría el plasma, y así manteniendo la integridad del sistema, al mantener el plasma en una forma compacta.
De esta forma seria posible incluso transportar energía desde la Tierra a Marte(100 millones de km), con una cantidad de plasma que no superaría unos pocos cientos de gramos.
Este es un ejemplo pero sigamos con otros posibles usos.

Transferencia de energía al espacio

Se podría conectar una fuente eléctrica(1) a una estación espacial o una nave espacial(3)mediante dos cables de plasma(2) creados en forma de una haz de plasma enviados en su dirección.
En caso necesario el cable de plasma se puede desviar con un reflector de plasma(4)
La sección del cable de plasma puede ser miles de m2 .


Como se observa en la figura (a) los dos cables de plasma al tener corrientes opuestas se repelen. Los cables de plasma pueden deformarse hasta ser circulares si es necesario, esto es necesario para los siguientes casos a explicar.

Una nave espacial podría conectarse al cable y extraer energía eléctrica, Bolonkin plantea dos formas de extracción, la primera propone extraer las partículas cargadas mediante una fina película conductora para su uso, y posterior emisión por otra fina película( figura b), o mediante dos finas redes con un campo electroestático que opone resistencia a la corriente del plasma.(figura a)
La figura c muestra un reflector de plasma que cuenta de varias redes con cargas opuestas, para reflejar las partículas de cargas opuestas.

Transferencia de electricidad a un satélite, una estación espacial o la Luna.

En este caso se necesitarían al menos dos torres de 100 km( de las que ya se hablo aquí)si queremos que la transferencia sea continua, esta altura es necesaria para que la atmósfera no interfiera con el plasma.
Para una transferencia puntual a un satélite solo es necesaria una torre, como se observa en la imagen.
La energía solar recogida por paneles solares en LEO o la Luna se puede enviar a la Tierra, o al revés.

Se observa la Luna(7), la Tierra(1), las dos torres(2), el cable de plasma(4)(6)

Transferencia de electricidad a Marte.

Misma situación a la anterior pero llevada mas alla, valida incluso si Marte esta en el punto opuesto de la orbita.

Vela magnética AB de plasma.

La idea consiste en cerrar el cable de plasma en una circunferencia gigantesca.
A causa de la bajísima resistencia en el plasma el circulo se mantendría sin apoyo externo durante algunos años.
En el centro iría la nave espacial, que se mantendría unida al circulo de plasma gracias a un campo magnético que ella produciría, seria atraída o repelida por la vela según se coloque detrás o delante de este.
La vela se impulsaría gracias al viento solar. El viento es un flujo de partículas cargadas proveniente del sol, estas partículas cargadas ceden su momento al campo magnético, lo ‘empujan’, otras versiones de velas magnéticas ya se han propuesto como método para viajar a porcentajes bajos de c(3%), pero las velas(de todo tipo) ya tendrán su sitio en entradas posteriores.
Anillo de plasma(2), nave espacial(1), viento solar(3), empuje de la vela magnetica(4), fuerza magnética de la nave(5)

Transferencia inalámbrica de energía eléctrica en la Tierra.

Se trata de utilizar la ionosfera como acumulador eléctrico gigantesco y como conductor de masivas cantidades de electricidad de un continente a otro.
La superficie terrestre es utilizada como conductor de regreso.
Son necesarias al menos dos torres de 100 km, altura donde esta la ionosfera. Mejor si son mas de dos.
Vea un par de problemas a esto si fuésemos capaces de hacerlo, primero la gente ya tiene miedo con una simple antena de telefonía cerca suyo, la oposición antes una de estas cosas seria mucho mayor. Y las conspiranoias sobre el control del clima o la mente nacerían a patadas sin duda.
La otra es que necesitaríamos un gobierno a nivel mundial, no veo sino quien estaría dispuesto a enviar mucha energía eléctrica de un continente a otro.

El paper original ‘Wireless Transfer of Electricity in Outer Space’ de Alexander Bolonkin

martes, 30 de septiembre de 2008

Torres espaciales

Hace años que la construcción de torres de varios km de altura es posible, pero su elevadísimo coste(varios billones) ha hecho inviable su construcción.

Material modernos como los composites de carbono/epoxy permitirían la construcción de torres de hasta 114 km de altura, con una proporción altura/base de 20, es decir una torre de 100 km de altura tendría que tener una base de 5 km.




Estas torres superaltas( hasta 50 km), servirían de plataforma de lanzamiento de carga hasta una amarra espacial rotatoria o un ascensor espacial cuyo extremo inferior termine en la parte superior de la atmósfera.




Varias torres mediante un maglev podrían servir de lanzamiento de vehículos al espacio, desde una altura donde se evitaría mas del 80% de la atmósfera.




Aparte de esto estas torres tendrían mas aplicaciones que se comentan mas adelante.

Siguiendo con el tema de las torres espaciales voy a comentar el concepto de torre espacial electroestática de Alexander A.Bolonkin del que he hablado ya, que soluciona parte de los problemas de las torres normales y que al ir mas allá se convierte en un sustituto del ascensor espacial.
Básicamente en una torre hinchable que se mantiene en pie gracias a la presión interior de un gas de electrones.

El gas de electrones tiene unas propiedades diferentes a un gas molecular. Un gas de electrones puede tener una presión diferente en un mismo volumen concreto, la presión depende de la intensidad eléctrica, y esta pude ser diferente en diferentes partes de un mismo volumen.

Como se ve en el dibujo la torre electroestática AB(1) es un cilindro hinchable con unas capas dieléctricas(8)(10), en cuyo interior hay una capa conductora fina(9), cargada positivamente, dentro del tubo hay un gas de electrones(12), el tubo esta separado en secciones por una delgada partición(11). La capa conductora permite acelerar(o frenar) las cabinas(3) a cualquier velocidad , las fuerzas electroestáticas impiden que la cabina se separe del tubo.
En la base tendría sujeciones(4) para resistir el viento troposferico. Por el medio pasa un laser de control(13)


La presión del gas de electrones compensa el peso del tubo a lo largo de este, de forma que la torre AB no sufre esfuerzo de compresión longitudinal sino que sufre una fuerza de traccion(6) longitudinal, que la hace mantenerse en pie, lo que hace que a diferencia del ascensor espacial pueda tener una altura de 37.000 sin necesidad de un contrapeso, si la altura supera la orbita geoestacionaria(5) la fuerza centrífuga colabora aun mas en mantener en pie la torre.

La presion del gas es maxima cerca del tubo y cero en el centro(asi como la intensidad electrica),y la carga positiva de la capa interior se equilibra con la carga negativa del gas.

La torre puede tener cualquier altura desde unos pocos km(3-100) hasta una altura considerable (37000-120000 km).

Sus usos podrían ser los siguientes:
-plataformas de observación y entretenimiento. Los turistas podrían ver una amplia zona, incluido el negro del espacio y la curvatura del horizonte.
-sustituto de los satélites de comunicaciones de orbita baja(LEO). De seis a diez torres AB de 100 km de altitud darían al cobertura de la constelación de satélites LEO con mayor potencia, permanencia y posibles mejoras.
-plataformas para rectenas, que permitirían recibir energía con mayor eficiencia de los futuros sps a una frecuencia mas alta
-observatorios permanentes que competirían con los observatorios aerotransportados y observatorios espaciales.
-experimentación y ocio aprovechando la posibilidad de varios minutos en caída libre que ofrecerían.
-plataformas de lanzamiento y aterrizaje de naves espaciales.


Presenta ciertas ventajas respecto al ascensor espacial:

-pueden ser construidas desde la Tierra sin necesidad de cohetes. Esto reduce el costo miles de veces.
-puede tener cualquier altura y una gran capacidad de carga.
-pueden tener la altura de la orbita geosincrona sin necesidad de continuar la torre hasta una altura mucho mayor para hacer de contrapeso.
-el peso de la torre AB es varias decenas menor que el ascensor espacial.
-pueden ser construidas con un material menos resistente que el necesario para el ascensor espacial.
-las torres AB pueden tener rápidos elevadores electroestáticos movidos por un alto voltaje desde la superficie de la Tierra.
-son mas seguras contra el impacto de micrometeoritos, un impacto solo crearía un pequeño agujero en al torre, el escape de electrones se compensaría con inyección de electrones.
-la torre puede ser doblada en la dirección necesitada dando el voltaje necesario en la parte adecuada de la torre.


Por dar un ejemplo una torre AB de 120.000 km con una base de 10 metros tendría una masa de 10.000 toneladas, poco en comparación con los 3.000.000 de toneladas de la torre de la CNN en Toronto de solo 553 metros de altura.

Para entrar mas en profundidad leed el paper original"Optimal Electrostatic Space Tower"

La vida ha colonizado cada rincón de la Tierra, ya es hora de ayudarla a colonizar todo el sistema solar.