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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmotores iónicos aceleración xenónrejillas generación miles voltios satélitecampo eléctrico ionización cámara descargacátodo inyección electrones pluma neutramotor de efecto HallJuan Carlos GilStarlinkChen KuiJoseph WangUniversidad del Sur de CaliforniaLos ÁngelesUniversidad de VirginiaPlasma Sources Science and TechnologyFrancisSaraPIC
Cátodo inyección Electrones pluma neutra
Con
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Juan Carlos Gil explica el funcionamiento de los motores iónicos o de rejilla, detallando cómo se generan miles de voltios para acelerar iones de xenón.
…mucho más sencillos. Aunque ya veréis que son, sin embargo, más difíciles de fabricar. La clave es que se ponen dos rejillas, dos rejillas a la parte externa del motor, dos rejillas son dos cachitos con agujeritos para que salgan por ahí los cationes. Una cargada positivamente, la más interior y otra cargada negativamente Se le pega un pedazo, diferencia de potencial brutal, miles de voltios estamos hablando en un satélite y claro eso genera un campo eléctrico muy fuerte El xenon se ioniza dentro por electrones rápidos inyectados en la cámara de descarga, de nuevo cationes y electrones, de nuevo otra vez a lo bestia Los iones se aceleran hacia atrás por este campo eléctrico formado por las dos rejillas, generan empuje y de nuevo en el cátodo inyectamos más electrones para que la pluma sea neutra Aquí no hay simetría radial, ni corrientes de Hall, ni este efecto tan divertido del confinamiento de los electrones Son muy eficientes todavía, más impulso específico que los de efecto Hall Sin embargo, Las dos rejillas y sus agujeritos tienen que estar alineadas de forma ultra precisa para que aquello no se te enguarrine y se choquen todos los iones, que es lo que no quieres. Entonces tiene que estar casi a angstroms de alineamiento y por tanto son más…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando los métodos de propulsión espacial, específicamente abordando el uso de motores eléctricos que expulsan plasma ionizado.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12motores eléctricos expulsan plasma ionizadoxenón o criptón como gases noblesplasma ionizando materia neutra nave…pero como tiene masa tienes que compensar el peso del propio cable colocando un contrapeso un poquito más allá. Bueno, se podría hacer con un cable muy largo, pero ya eso sería muy largo; el triple de la geo me parece que salía o cuatro veces. Pues seguimos. Seguimos, decías que había hecho una introducción a las formas de moverse; todavía no he acabado porque me quedan los motores eléctricos. Los motores eléctricos expulsan también materia pero no neutra, en este caso hecha de partículas ionizadas, vamos, lo que viene llamándose plasma. Entonces lo que hacemos es, primero generamos plasma ionizando materia neutra que es lo que podemos llevar en la nave, típicamente gases nobles, gorditos; queremos que sean átomos gorditos para que cuando salgan a toda leche se lleven mucho momento y nos impulsen para adelante. Típicamente se usan xenón o criptón. El radón es radiactivo, molaría, pero no nos dura nada, ese no nos vale. Y una vez que hemos ionizado estos gases nobles, aceleramos los iones, las partículas cargadas resultantes, tanto electrones como iones, hemos ionizado, hemos partido en dos cachitos,…
Juan Carlos Gil describe un proceso de ionización doble que ocurre dentro de un motor electrostático, explicando cómo esto aumenta el impulso y la eficiencia del sistema.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2gas propelente xenóncampo magnético ionizacióniones positivos acelerados campo eléctricoelectrónes confinados corriente hallionización alta con átomos no ionizadoseficiencia ionización senón electronesdoble ionización cationes senónionización doble motor electrostáticoimpulso y eficiencia sistema gilelectrones decayendo espiral átomoscátodo inyección electrones cámaracarga electrostática en nave espacialmotores electrostáticos chuflas electronespluma escape eléctricamente neutraimpulsos específicos de orden 1000 segundosconstelación starlink azote astronomía amateur…y el cátodo negativo que se está a la salida del motor y se aplica un campo magnético típicamente radial; es perpendicular al flujo del plasma pero radial, tiene simetría radial. Entonces a través del ánodo, que es el trocito que está más profundo en el Motor, se inyecta el gas propelente. El propelente típicamente xenón, que se ioniza en parte por el campo magnético del que os estoy hablando, pero fundamentalmente y esta es la gracia, por otro mecanismo que aparece ahora de forma natural según vaya hablando. Los iones positivos son acelerados por el campo eléctrico que tenemos todo el rato y salen hacia atrás a toda velocidad y generan el empuje. Pero la gracia de estos es que los electrones quedan en su gran mayoría confinados por esta corriente de Hall orbitando en La cámara de ionización y al orbitar chocan con nuevos átomos típicamente todavía no ionizados. Lo que hace que la eficacia de la ionización sea muy alta, prácticamente todo el senón que enchufas se pega con uno de estos electrones o más. Y de hecho se ha medido que hasta en un 20% de los casos se genera doble ionización, es decir, cationes, senón, dos más. Que a mí Si me cuentan eso cuando estoy en la carrera me da un pambo, pero aquí a lo bestia conseguimos hacer ionización doble de los átomos. Claro, y eso genera más impulso, eso se acelera doblemente y aquello es muy eficaz. Los electrones estos en la cámara acaban decayendo en espiral por choques con los átomos y se recogen y se inyectan estos mismos electrones por el cátodo. En la pluma, en la pluma de escape, para conseguir que no se acumule carga electrostática en la nave, que acabaría siendo eso un monopolo magnético casi, ¿no? O sea, los cationes eran acelerados y de forma artificial, entre comillas, en chuflas también electrones, intentas que la pluma sea eléctricamente neutra, ¿vale? a mí me parece súper ingenioso y tienen impulsos específicos de orden de 1000 o 2000 segundos y tiene una ventaja fundamental y es que se pueden hacer muy chiquititos, son realmente sencillos de fabricar y por eso los usan nuestros amigos el azote de la astronomía amateur y no tan amateur, la constelación Starlink. Segundo tipo se llaman iónicos. No solo amateur, yo sigo dándole vueltas a lo del impulso específico porque yo me había quedado con la idea de que eso te indica un poco, como tú has dicho, con los motores iónicos tienen poca aceleración, tienen poco empuje,…
Juan Carlos Gil explica el funcionamiento de los motores iónicos o de rejilla, detallando cómo se generan miles de voltios para acelerar iones de xenón.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1motores iónicos aceleración xenónrejillas generación miles voltios satélitecampo eléctrico ionización cámara descargacátodo inyección electrones pluma neutra…mucho más sencillos. Aunque ya veréis que son, sin embargo, más difíciles de fabricar. La clave es que se ponen dos rejillas, dos rejillas a la parte externa del motor, dos rejillas son dos cachitos con agujeritos para que salgan por ahí los cationes. Una cargada positivamente, la más interior y otra cargada negativamente Se le pega un pedazo, diferencia de potencial brutal, miles de voltios estamos hablando en un satélite y claro eso genera un campo eléctrico muy fuerte El xenon se ioniza dentro por electrones rápidos inyectados en la cámara de descarga, de nuevo cationes y electrones, de nuevo otra vez a lo bestia Los iones se aceleran hacia atrás por este campo eléctrico formado por las dos rejillas, generan empuje y de nuevo en el cátodo inyectamos más electrones para que la pluma sea neutra Aquí no hay simetría radial, ni corrientes de Hall, ni este efecto tan divertido del confinamiento de los electrones Son muy eficientes todavía, más impulso específico que los de efecto Hall Sin embargo, Las dos rejillas y sus agujeritos tienen que estar alineadas de forma ultra precisa para que aquello no se te enguarrine y se choquen todos los iones, que es lo que no quieres. Entonces tiene que estar casi a angstroms de alineamiento y por tanto son más…
Juan Carlos Gil introduce un artículo sobre simulaciones de Blasov para estudiar el comportamiento de la pluma de escape en motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14 · Palabras #5simulaciones blasov haz propulsión eléctricaestructura pluma escape motores iónicosfrente expansión cinética electrones chen kuirelación termodinámica flujo calor universidad california…es tremendamente caro y es aquí ahora sí donde entran los artículos que os quería comentar pues recurramos a técnicas modernas como simulaciones o Inteligencia Artificial. Y de esto van dos artículos, uno de cada una de las dos técnicas que os he comentado. El primero se titula Simulaciones de Blasov del haz de propulsión eléctrica y se ha publicado en la revista Plasma Sources Science and Technology el 11 de diciembre del año pasado. Está firmado por Chen Kui y Joseph Wang, de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles y la de Virginia; los dos son americanos. Y el objetivo de este artículo era estudiar el comportamiento de la pluma de escape, lo que se da por fuera, en motores iónicos y en particular la estructura de esta pluma incluyendo el frente de expansión, la cinética de los electrones, que es, bueno, lo veremos un poquito luego; es fundamental y su relación, la relación de la cinética con las propiedades termodinámicas, el flujo del calor, vamos, que lo quieres tener ajustado. Hasta hace nada, los estudios de este tipo de motores se hacían considerando a los electrones como un fluido sin masa y usaban leyes empíricas para los iones de laz, con lo cual te dan un modelo que con una calculadora programable se podría explorar, pero…
Juan Carlos Gil explica cómo las simulaciones con bajo ruido les permiten calcular magnitudes dependientes de momentos más altos, como la función de distribución de velocidades de los electrones y su temperatura.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #6función distribución velocidades electronestemperatura flujo calor plumasimulaciones bajo ruido gildistribución velocidades axial plumapérdida cola negativa motorvelocidades transversales sombrero de copa…los comparan con simulaciones previas del método este más burdo PIC, por supuesto son congruentes, pero el PIC tiene unos errores ridículos, sobre todo en los bordes de la cola, y esto le da igual, es súper suave, como diría Francis, es maravilloso con lo ¿Cuál, bueno, validan sus simulaciones y este bajo ruido es lo que nos permite calcular magnitudes que dependen de momentos más altos? Tienes la función de distribución de velocidades de los electrones y por tanto su temperatura, su flujo de calor y bueno, pues caracterizan varias cosas interesantes de la pluma que no se conocían. O sea, estamos hablando, en fin, que estas técnicas de verdad permiten acceder a la física del problema sin tener que fabricar los motores. Primero, la distribución de velocidades axial a lo largo de la pluma es prácticamente más hueliana, con una pequeña pérdida, lo que llaman una cola negativa, en la dirección de vuelta al motor; mientras que la dirección transversal, radial, tiene una distribución de velocidades que los autores llaman, muy curiosamente, de sombrero de copa. O sea, sube; hay un plató y luego baja, ¿no? Un sombrero de copa. Copa. El flujo de calor está dominado por esta componente axial debido a la simetría, esta que os hablaba en la desmisión axial que tiene una componente negativa. Bueno, pues eso es lo que…
Sara introduce la parte más interesante del proceso, explicando cómo se generaron 18.000 puntos de datos mediante simulaciones híbridas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17simulaciones híbridas pic fluidos electronesiones y átomos neutros sarafluidos sin masa simulaciones sara…eso, el flujo de propelente, la diferencia de potencia de entrada en el cátodo, el tamaño del canal de descarga En fin, 13 cosas físicas y como os decía, da lugar a la salida, al impulso y a la corriente y al gasto eléctrico, vamos El modelo lo entrenaron, Aquí Sara empieza lo divertido para ti yo creo, con 18.000 puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin masa porque si no no les daría para hacer 18.000 ¿vale? De esos 18.000 puntos, 13.500 correspondían a simulaciones de motores Hall reales que fabrican de la serie KHT, que fabrican dos de las entidades del estudio. Dos de las propias filiaciones del estudio hacen motores iónicos y por eso han financiado este…