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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetsimulación motores electrostáticos cinéticamodelo pic partículas en celdamacropartículas electrones cationes malla espacialordenadores cuánticos simulación partículascampo electromagnético motores electrostáticosfuerzas lorentz metapartículas mallamovimiento partículas ley newtonestabilidad numérica paso tiempoPICJuan Carlos GilNewtonLorentzFrancis VillatoroStarlinkCPUPoissonBlasovPlasmamotor de efecto Hall
Macropartículas Electrones cationes malla espacial
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Juan Carlos Gil describe cómo estudios recientes han mejorado la simulación de motores electrostáticos al incorporar cinética y considerar electrones, aunque de forma simplificada.
…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 claro, no capturaban nada bien la física del sistema; desde luego nada cinético, era todo completamente estático. Estudios más recientes han mejorado esto; han incorporado de alguna forma la cinética, explicitando los electrones, pero de forma burda. Es lo que se llama el modelo, la forma de simularlo, PIC, P-I-C, Particle in Cell, partículas en celda, que consiste en considerar grupos, no cada partícula independiente. No nos dan los ordenadores todavía; quizá los cuánticos algún día, considerar grupos de partículas cargadas; de nuevo las partículas son electrones y los cationes, lo que llaman macropartículas, hacen una malla espacial y distribuyen macropartículas en esa malla y. entonces se resuelve el campo electromagnético con todas las cargas por ahí dispersas; se calculan las fuerzas de Lorentz resultantes sobre cada una de las metapartículas, macropartículas estas en la malla; se integra su movimiento según la segunda ley de Newton, lo de siempre, con un paso de tiempo chiquitito, pero suficientemente grande para alargar la simulación, pero chiquitito para que no haya estabilidad numérica; se actualizan las posiciones de estas macropartículas y se repite el ciclo todas las veces que puedas. Tal cual lo que hice yo en mi tesis. En los años 90 yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil describe el funcionamiento interno de un motor electrostático, explicando cómo los electrones orbitan y chocan con átomos no ionizados para aumentar la eficiencia del proceso.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8ionización alta con átomos no ionizadoseficiencia ionización senón electronesdoble ionización cationes senón…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…
Juan Carlos Gil explica un mecanismo para mantener la neutralidad eléctrica en una nave espacial que utiliza motores electrostáticos, detallando cómo se recogen electrones y se inyectan de nuevo en el escape.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5carga electrostática en nave espacialmotores electrostáticos chuflas electronespluma escape eléctricamente neutraimpulsos específicos de orden 1000 segundosconstelación starlink azote astronomía amateur…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 GilPalabras #11motores 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 describe cómo estudios recientes han mejorado la simulación de motores electrostáticos al incorporar cinética y considerar electrones, aunque de forma simplificada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1simulación motores electrostáticos cinéticamodelo pic partículas en celdamacropartículas electrones cationes malla espacialordenadores cuánticos simulación partículascampo electromagnético motores electrostáticosfuerzas lorentz metapartículas mallamovimiento partículas ley newtonestabilidad numérica paso tiempo…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 claro, no capturaban nada bien la física del sistema; desde luego nada cinético, era todo completamente estático. Estudios más recientes han mejorado esto; han incorporado de alguna forma la cinética, explicitando los electrones, pero de forma burda. Es lo que se llama el modelo, la forma de simularlo, PIC, P-I-C, Particle in Cell, partículas en celda, que consiste en considerar grupos, no cada partícula independiente. No nos dan los ordenadores todavía; quizá los cuánticos algún día, considerar grupos de partículas cargadas; de nuevo las partículas son electrones y los cationes, lo que llaman macropartículas, hacen una malla espacial y distribuyen macropartículas en esa malla y. entonces se resuelve el campo electromagnético con todas las cargas por ahí dispersas; se calculan las fuerzas de Lorentz resultantes sobre cada una de las metapartículas, macropartículas estas en la malla; se integra su movimiento según la segunda ley de Newton, lo de siempre, con un paso de tiempo chiquitito, pero suficientemente grande para alargar la simulación, pero chiquitito para que no haya estabilidad numérica; se actualizan las posiciones de estas macropartículas y se repite el ciclo todas las veces que puedas. Tal cual lo que hice yo en mi tesis. En los años 90 yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas…
Francis Villatoro explica una técnica común utilizada cuando se emplean mallas 'staggers', donde se superponen dos mallas para calcular velocidades en el centro de las celdas.
Habla: Francis VillatoroPalabras #3ecuaciones blasov poisson plasmasdiscretización espacio fases plasmamalla espacial velocidades francis villatoromallas staggers velocidades celdasoperador producto vectorial centro celdavelocidad mitad tamaño mallados mallas paso espacial doble…y en astrofísica, simulaciones de Blasov. ¿A ti te suena de algo, Héctor? Esto de simulación de Blasov con dos Vs, tengo que preguntar a Héctor porque lo mencionan en el artículo que no se queda de la corona del Sol, pero sí debe ser algo un poquito exótico. Bueno, las ecuaciones de Blasov-Poisson son muy famosas, ¿no? Exactamente. En los plasmas de toda la vida. Eso sí. Vamos, que lo que hacen es resolver las ecuaciones de Poisson-Blasov; considera un plasma sin colisiones, son las expresiones 1 y 2 del artículo y la idea que tienen es que discretizan el espacio de fases. Fíjate qué curioso Francis, ahora seguro que me dices que es una técnica conocida, pues tú te lo conoces todo. Lo discretizan por separado, hacen una malla espacial en dos dimensiones y una malla en velocidad también en dos dimensiones, separadas; lo llaman 2D, 2V, de dos dimensiones y dos en velocidad. Eso es típico para cuando usas mallas staggers, cuando hay una malla cuadrangular, cuatro puntitos, y pones otra magnitud, que sea una magnitud que se obtiene por un operador de producto vectorial; la pones en el centro, y tienes como dos mallas una encima de la otra, y entonces calculas una velocidad en medio de la celda, utilizando las posiciones que tienes a una distancia mitad del tamaño de la malla, y entre velocidades para el movimiento de lo que pasa en la celda usas la otra malla. Es decir, al tener las dos mallas estás trabajando con la mitad del paso espacial pero tú solo operas con datos, con un número de datos que correspondería al doble. No sé si lo he explicado bien. Eso utiliza mucho para resolver las ecuaciones de Maxwell y muchas cosas, y te ahorra la mitad de tiempo de cómputo. Pues está relacionado, sí; no he entendido del todo el detalle de la técnica que dices, pero claro, yo es que…
Juan Carlos Gil comenta sobre una optimización en el tamaño de la malla utilizada en simulaciones, señalando que no se trata de una malla Stagg literal sino de dos mallas paralelas con escalas diferentes.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #10malla stagg a escala distintasimulaciones numéricas 40000 pasoscódigo paralelizado 800 núcleos cpuoptimización tamaño malla gil…la de escape de las partículas y la Y tiene la mitad, los 800 por 400, bueno porque el problema tiene simetría radial, justifican que les va bien Eso para la espacial y para la velocidad utilizan 256 por 256, porque han usado este número pues se me escapa, es Curioso, han debido optimizar el tamaño de la palabra. Entonces no es una malla literalmente Stagg, son dos mallas en paralelo a escala distinta, porque tienen números de puntos distintos. Sí, sí, y además es radical: 256 por 256, curiosísimo. Bueno, usan 40.000 pasos de simulación numéricos y todo esto les lleva 100 horas, 4 días completos, usando 800 núcleos de CPU. Por supuesto el código que han desarrollado está completamente paralelizado. Pero esto ahora, Francis, nos habla de unos cubits y unos ordenadores cuánticos, y lo resolvemos todo en un microsegundo; ya verás. Estos son simulaciones 2D, es decir, son simulaciones que cualquiera de los PCs de las personas que nos están oyendo…
Juan Carlos Gil explica que se necesita una malla mucho más grande de lo previsto debido a la segregación de elementos, lo que implica considerar todo el espacio de fases.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #6francis villatoro registra estadísticasequilibrar y pasar a producir40000 millones puntos de mallamalla velocidad 256x256malla más grande espacio fasessimulaciones pic contornos densidad ionespotencial electrónico eléctrico resultanteerrores ridículos método pic bordes colafrancis describe simulaciones maravilloso…que la llamábamos y que realmente, bueno, con el tiempo ibas cogiendo el feeling pero al principio no sabías, dependiendo en mi caso de la concentración de guiones, de la temperatura no sabías si aquello iba a tardar 8 horas o 16 entonces desarrollé. Un rollo, pues eso, lo que habéis dicho, iba soltando estadísticas y yo desde fuera del programa escribía en un ficherito. Venga, deja de equilibrar y pasa a producir; entonces cada mil pasos leía el programa ese ficherito y decía: ya me toca producir y se ponía a hacer. Todos nos hemos buscado las vueltas. Sí, ahora veo en el artículo por qué se necesitan tantos; pone eso, que se necesitan, son 40.000 millones de puntos de malla. Es que la malla de 800x400 en cada punto de esa malla se aplica a su vez la malla en velocidad de 256x256. Tienes muchas 256x256, tantas como 800x400 Entonces obviamente necesitas un tamaño, una malla mucho más grande de lo que pensábamos Claro, porque los has segregado y por tanto tienes que considerar todo el espacio de fases, la multiplicación de ambos de alguna forma Bueno, pues eso, calculan con esta cantidad de CPUs contornos de densidad de iones y electrones por separados, el potencial electrónico eléctrico resultante, 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,…