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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetplasma bicho muy puñeteromagnetohidrodinámica plasma homogéneoefecto hall confinamiento parcial electronestransporte anómalo corriente plasmamotores químicos termodinámica siglo xixmodelado motores hall complejidad relativadinámica fluidos compresibles simulación estándarpaquetes simulación dinámica fluidos accesibilidadHéctor Socasefecto Hallmotores HallJuan Carlos GilInglesessiglo XIXSaraHall Neural NetworkOdysseyHAL 90002001: Una odisea del espacioserie KHTUniversidad de MichiganHall NNmotores de efecto Hallmodelo Hall NNvoltaje de Hallmotores serie KHTiVooxInteligencia ArtificialSimulacionesPlasmasmotor StirlingFalsentauri'2001: Una odisea del espacio'motor de efecto Hall
Modelado motores Hall complejidad relativa
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 20259 momentos
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Juan Carlos Gil explica las dificultades para diseñar motores electrostáticos debido a la complejidad inherente al plasma que utilizan.
…y además usan de forma directa, sin pasos intermedios, la energía eléctrica, que es lo que, bueno, es de esperar que tengas a bordo con paneles sonales, también hemos hablado en este programa o con los reactores nucleares de los que hablábamos. ¿Qué ocurre? Pues que diseñarlos es muy complicado. ¿Por qué? Porque es muy complicada su descripción razonablemente precisa con modelos teóricos. ¿Por qué? Y van tres porqués enseguida porque estamos hablando del maldito plasma. Es un plasma, es un bicho muy puñetero Además en este caso no está en equilibrio, Héctor Tenemos turbulencia, está parcialmente magnetizado Con lo cual no es magnetohidrodinámica En el caso del magnetohidrodinámica Supones un único plasma homogéneo Aquí tienes los electrones por uno a los que tienes por otro Con lo cual hay un transporte anómalo, se llama, de corriente Y encima, en el caso del efecto Hall Los motores Hall tienes el efecto Hall con confinamiento parcial de los electrones, en fin, es una verdadera fiesta, ¿vale? Y este es el punto de... A ver, los motores químicos tampoco es que te lo puedan modelar un chaval recién acabada la carrera, ¿vale? No es nada tampoco sencilla, pero por lo menos es más razonable, porque la reacción química que ocurre, en fin, está resuelta desde el siglo XIX, yo creo, ¿no? La termodinámica de un motor es accesible y bueno, aunque sea difícil, de hecho utilizan esta metáfora los ingleses, este dicho: es rocket science; bueno, aunque sea razonablemente difícil, pero por lo menos la dinámica y el comportamiento de los fluidos compresibles, que es lo que tienes ahí, pues se puede abordar con paquetes de simulación estándar de dinámica de fluidos, bastante accesible. Por tanto no son abordables mediante métodos teóricos suficientemente bien los motores. Eléctricos, puedes hacer prototipos, pero de nuevo nos encontramos con problemas porque podemos utilizar prototipos ajustando parámetros y viendo cómo se comporta. Pero es muy caro en el caso de los eléctricos, ¿por qué? Si son más sencillos de fabricar y…
Significado #11 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica los motores eléctricos electrostáticos y sus dos tipos principales: de efecto Hall y de rejilla.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #7efecto hall voltaje de hallmotores eléctricos efecto hallcampo eléctrico axial ánodo cátodoplasma campo magnético radialgas propelente xenóncampo magnético ionizacióniones positivos acelerados campo eléctricoelectrónes confinados corriente hall…tipo que se llama Basim R, Basimir pero sin la I final; yo siempre lo llamo Basimir para ahorrar pero le sobra una I al final que ioniza con radiofrecuencia mediante radiación electromagnética. Bueno, no me enrollo más con eso; pasamos a los de verdad que Son los motores eléctricos electrostáticos los que se usan y a su vez los hay de dos tipos: de efecto Hall y de rejilla. Los motores eléctricos de efecto Hall aprovechan el efecto; el efecto Hall es una diferencia de potencial, se llama voltaje de Hall, que aparece en un conductor por el que circula una corriente cuando se aplica un campo magnético perpendicular al movimiento de la carga. En estos motores se genera un campo eléctrico axial entre el ánodo positivo 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…
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 #20motores 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 explica las dificultades para diseñar motores electrostáticos debido a la complejidad inherente al plasma que utilizan.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11 · Palabras #1plasma bicho muy puñeteromagnetohidrodinámica plasma homogéneoefecto hall confinamiento parcial electronestransporte anómalo corriente plasmamotores químicos termodinámica siglo xixmodelado motores hall complejidad relativadinámica fluidos compresibles simulación estándarpaquetes simulación dinámica fluidos accesibilidad…y además usan de forma directa, sin pasos intermedios, la energía eléctrica, que es lo que, bueno, es de esperar que tengas a bordo con paneles sonales, también hemos hablado en este programa o con los reactores nucleares de los que hablábamos. ¿Qué ocurre? Pues que diseñarlos es muy complicado. ¿Por qué? Porque es muy complicada su descripción razonablemente precisa con modelos teóricos. ¿Por qué? Y van tres porqués enseguida porque estamos hablando del maldito plasma. Es un plasma, es un bicho muy puñetero Además en este caso no está en equilibrio, Héctor Tenemos turbulencia, está parcialmente magnetizado Con lo cual no es magnetohidrodinámica En el caso del magnetohidrodinámica Supones un único plasma homogéneo Aquí tienes los electrones por uno a los que tienes por otro Con lo cual hay un transporte anómalo, se llama, de corriente Y encima, en el caso del efecto Hall Los motores Hall tienes el efecto Hall con confinamiento parcial de los electrones, en fin, es una verdadera fiesta, ¿vale? Y este es el punto de... A ver, los motores químicos tampoco es que te lo puedan modelar un chaval recién acabada la carrera, ¿vale? No es nada tampoco sencilla, pero por lo menos es más razonable, porque la reacción química que ocurre, en fin, está resuelta desde el siglo XIX, yo creo, ¿no? La termodinámica de un motor es accesible y bueno, aunque sea difícil, de hecho utilizan esta metáfora los ingleses, este dicho: es rocket science; bueno, aunque sea razonablemente difícil, pero por lo menos la dinámica y el comportamiento de los fluidos compresibles, que es lo que tienes ahí, pues se puede abordar con paquetes de simulación estándar de dinámica de fluidos, bastante accesible. Por tanto no son abordables mediante métodos teóricos suficientemente bien los motores. Eléctricos, puedes hacer prototipos, pero de nuevo nos encontramos con problemas porque podemos utilizar prototipos ajustando parámetros y viendo cómo se comporta. Pero es muy caro en el caso de los eléctricos, ¿por qué? Si son más sencillos de fabricar y…
Juan Carlos Gil explica la dificultad de optimizar motores eléctricos mediante métodos teóricos y el alto costo de su prototipado, lo que lleva a considerar técnicas modernas como simulaciones e Inteligencia Artificial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14motores eléctricos optimización teóricaprototipado caro motores eléctricossimulaciones inteligencia artificial motores…muchísimo la eficiencia de la ionización y la estabilidad del maldito plasma que como todos sabemos es en los motores de futuro, en los reactores futuros de fusión pues es uno de los problemas que se están abordando en la actualidad: como controlar el plasma. Es decir, queremos motores eléctricos pero optimizarlos por métodos teóricos no es posible; por prototipos 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…
Juan Carlos Gil continúa hablando sobre un artículo científico relacionado con motores Hall y su rendimiento. El objetivo del modelo de aprendizaje automático es predecir la combinación de empuje y corriente de descarga.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2efecto hall simpáticomodelo aprendizaje automático motores hallcorriente descarga ánodo cátodoconsumo eléctrico motor paneles solaresmodelo hall nn para rendimientoredes neuronales sara en paralelorobustez predicciones hall nn…Instituto de Tecnología de Georgia, pero el Georgia de Atlanta, no el Georgia, no el Georgia Pais en Estados Unidos En este caso el objetivo de este artículo era desarrollar un modelo de aprendizaje automático para eso, para predecir el rendimiento, en este Caso solamente de los motores Hall, el que os hablaba del efecto Hall tan simpático. En particular, pretenden obtener como resultado del modelo combinación de empuje, una clave de las que estamos hablando, y corriente de descarga. La corriente de descarga es la corriente que se forma entre ánodo y cátodo, que a la postre va a determinar el consumo eléctrico de tu motor, así que tienes que tenerlo en cuenta para poner los paneles solares suficientemente gordos. Bueno, pues ahora hay un modelo que llaman Hall NN, Hall Neural Network, si quieres, Hall NN, que usa un conjunto de redes neuronales, Sara, que he tenido que buscarlo, ¿qué era esto? Varias trabajando Al final es razonablemente sencillo y lo que consigues, como dices ahora, varias en paralelo, pues es aumentar la robustez de las predicciones. Cada uno explora ahí su espacio de fases extraño de forma posiblemente distinta y los resultados son: disminuyes la variabilidad, lo cual está fenomenal. Eso tiene un nombrecito que se llama… En inglés la palabra Ensemble. Esto es el Vagin. La técnica de…
Héctor Socas aclara la diferencia entre el modelo Hall NN (con doble N) para predecir el rendimiento de motores y el efecto Hall (con doble L), haciendo referencia a la película '2001: Una odisea del espacio'.
Habla: Héctor SocasSignificado #4 · Palabras #6modelo hall nn para rendimientoresultado más votado hall nnretiro outliers modelo hallmodelo hall nn hal 9000predicciones motor nave odysseyhall gente dave temomodelo hall nn odysseyefecto hall física doble lcálculos en tiempo real hall nnmodelo hall nn trece parámetrosflujo propelente motores efecto halldiferencia potencia entrada cátodo hall…no puedes meter uno de su padre, otro de su madre, cosas distintas porque no te funciona bien. Pero entonces tienen distintas semillas o algo, porque si no… Claro, son todas iguales, pero entrenan con… Lo que haces es que los datos de entrenamiento se los vas mezclando Entonces lo que haces es el resultado que das, que te va dando cada una, te da un resultado distinto y tomas el resultado más votado Entonces aquel con más votado, pues ese que tú dices, este es el bueno Aquí creo que usan todos y luego hacen estadística Claro, sí, sí, eso que se hace Retiran los outliers y Puedes coger el más votado, puedes coger, depende del valor que te den Puedes coger la media, puedes coger lo que... pero sí, es iVagin Bueno, el modelo se llama Hall NN o Hall New Grand Airbook, estaba esperando a ver si a alguno le surgía porque a mí me hizo mucha gracia Héctor Me recordó el nombre al Hall 9000, ¿no? que controlaba la nave ¿Recordáis? de 2001 uno dice en el espacio Es curioso porque el Hall NN nos va a permitir hacer predicciones del motor que moverá aquella nave cuando llegue, ¿no? Esperemos que no nos diga eso de, lo siento Dave, me temo que no puedo hacer eso No puedo hacer eso, porque Hall, la gente a lo mejor no es Consciente, porque en la película parecía como una interfaz que hablaba con la gente, pero realmente su misión era controlar la nave y supongo que incluiría aspectos tales como controlar la propulsión, pues sí, como en este caso había que hacer cálculos en tiempo real, todo eso lo tendría que hacer Hall, pero este Hall es con doble L, entiendo. Este es con doble N, el Hall de Odyssey en espacios, H-A-L. No, no, sí, pero digo... Este es Hall N-N, sí, Hall es doble N. Pero Hall con doble L porque es el efecto Hall, ¿no? El hall de la película tiene la... Es H-A-L-L y dos N mayúsculas. Sí, pero el de la película decían que a lo mejor lo habían seleccionado porque las letras H-A-L eran cada una de ellas las anteriores a las siglas I -B-M. ¿Sí conocéis esa cosa extraña, no? Mucha gente lo dice como una verdad establecida, pero hasta donde yo sé es una especulación; eso no se ha confirmado por nadie, creo. Bueno, la entrada al modelo son 13, 13, nada menos, parámetros físicos de los motores de efecto Hall, incluyendo pues 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…
Juan Carlos Gil explica cómo se generaron los 18.000 puntos de datos utilizados para entrenar el modelo Hall NN, detallando la proporción de simulaciones de motores Hall reales y datos semirreales con parámetros aleatorios.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #4motores hall serie kht estudiosimulaciones motores hall realesdatos semirreales parámetros aleatoriosred neuronal diversidad entrenamientovalidación datos experimentales michiganmodelo hall nn predicción empujeerrores modelo hall inferiores escalasimulaciones entrenamiento modelo hall…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 estudio. Y otros 3.500 se los añaden a los datos semirreales porque son simulados con parámetros aleatorios: motores un poquito absurdos para darle gracia a la red neuronal, para aumentar su diversidad, la diversidad del conjunto de entrenamiento. Y una vez que está entrenada la red, la validan con datos como experimentales porque tienen los motores. Los motores de la serie KHT reales y además otro que no aparece para nada en datos de entrenamiento: que es un motor real de la Universidad de Michigan. Bueno, resumiendo, los resultados son muy buenos: el empuje tiene errores inferiores a entre el 5 y el 9%, que aquí esto es tremendo, y la corriente de descarga entre el 6 y el 12%. Estos errores son inferiores a las leyes de escala que se utilizaban hace menos de 10 años y son comparables a los errores, a las diferencias que tienen las simulaciones que paradójicamente son las que se han utilizado para entrenar. No sé si me he explicado. Tenemos motores reales para validar, simulaciones de esos motores reales para entrenar la red. Bueno, pues los resultados de la red son mejores, un poquito mejores que las propias simulaciones. O sea, eso es la magia, Sara, desde mi punto de vista, del aprendizaje profundo, ¿no? Que no interpola ciegamente los datos, no, no, sino que es capaz de ver…
Juan Carlos Gil concluye la presentación sobre el modelado teórico de propulsión eléctrica, destacando la necesidad de técnicas avanzadas como simulaciones y aprendizaje automático para superar las dificultades inherentes al estudio de plasmas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17modelado teórico propulsión eléctricasimulaciones aprendizaje automático plasmasempuje motores eléctricos gil…lo cual es realmente bueno. Acabo Héctor, no me pongas esa cara. La propulsión eléctrica es la, junto a la nuclear, la tecnología clave de propulsión de los próximos años. Su modelado teórico es tremendamente difícil ¿y por qué? Pues porque plasmas, ¿vale? Plasmas nunca va acompañado de la palabra fácil, no se puede hacer esa frase en español. Por tanto necesitamos técnicas avanzadas como simulaciones de este tipo o aprendizaje automático, que ambas dos pues han funcionado fenomenal. Así que el futuro es brillante y hasta aquí lo que os quería contar. Nos has dicho, nos has hablado del empuje de estos motores, no nos has dicho nada. Del impulso, el impulso es cuando un desconocido te regala flores como todos sabemos en este caso le has estado echando bastante flores al motor eléctrico. Es una referencia muy viejuna Sara no lo ha pillado. Seguramente mira que siempre la pillas, Sara, esta…
Juan Carlos Gil y Héctor Socas continúan discutiendo sobre métodos para viajar eficientemente por el sistema solar, mencionando la posibilidad de usar un motor Stirling como alternativa a los motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17motor stirling ciclo enfriamiento calorfalsentauri con motor stirlingimpulso especifico motor ionico…nuclear para alimentar a un motor eléctrico; pasaríamos a Xenon y utilizaríamos el mismo reactor nuclear. ¿Qué pasa? Un reactor nuclear térmico no te serviría bien para generar electricidad, con lo cual tendrías que utilizar algo así como un motor Stirling. ¿Se acuerdan del motor Stirling que utiliza un ciclo de enfriamiento y calor? Con lo cual hay que hacer números ahí, pero vamos, nos podemos ir al Falsentauri con un motor; bueno, técnicamente es una complejidad tremebunda, pero suena chulo. A día de hoy el método para, digamos, moverte en distancias largas por el sistema solar, el método que se considera preferido es el motor iónico, por lo que decía Juan Carlos: de que tienes un impulso específico muy grande. Lo que pasa es que tienes un empuje muy pequeñito. Entonces son motores que tardan mucho en acelerar, pero van acelerando continuamente, con lo cual al final acabas consiguiendo una velocidad de la leche. Pero el problema es lanzar eso, entonces necesitarías…