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Modelado teórico propulsión eléctrica
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202512 momentos
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Juan Carlos Gil comenta sobre un modelo disponible que permite obtener el empuje necesario introduciendo parámetros de diseño y señala la importancia de la propulsión eléctrica, junto a la nuclear, como tecnología clave para los próximos años.
…eran blaso, eran pic más fluido sin masa, pero claro, una vez que está la red entrenada, a toda caña, dicen que tardan 9.000 veces menos que la simulación chunga esta, la blaso ya decíamos que tardaba 4.000, ¿cómo era? 4 días en 800 núcleos O sea, esto es un Modelo que está disponible, que ahora vas con tus parámetros de diseño y te saca el empuje, 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 no es un poco oscuro además es un poco oscuro bueno sí era que era una colonia ¿no? O era un desodorante, ¿no? O un desodorante, ¿qué? Impulso Era una marca de un desodorante, no sé. ¡Ah, ostras, sí, sí, sí, sí, sí! Pero me pilló un pequeño a mí eso. Yo creo que era un perfume. No, era un desodorante, yo creo, y no tenía una mariposita. Pues…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica los detalles técnicos de los motores eléctricos utilizados en la propulsión espacial, mencionando el uso de gases nobles ionizados como xenón o criptón.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #7motores eléctricos expulsan plasma ionizadoxenón o criptón como gases noblesplasma ionizando materia neutra navegases nobles ionizados xenón criptóncampos eléctricos magnéticos aceleración ionesmotores espaciales eléctricos milinewtonsimpulso específico motores propulsores espaciales…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, mediante campos eléctricos y o magnéticos. y eso nos va a hablar de los dos motores eléctricos, los propulsores espaciales eléctricos que existen. También lo anticipaba antes, generan muy muy bajo empuje, típicamente de milinewtons, milinewtons, nada, con lo que obviamente no sirven de ninguna de las formas para despegar, para movernos dentro de la atmósfera, pero por contra son muy extraordinariamente eficientes con impulsos específicos de Miles de segundos y algunos de muchos miles de segundos, lo que los hacen ideales para misiones de larga duración como misiones interplanetarias o satélites; se utilizan ahora para que duren lo más posible. Es una tecnología, que no viene de Julio Bern, es…
Juan Carlos Gil menciona ejemplos concretos de satélites que utilizan propulsión eléctrica, incluyendo el PanamSat 5 y el SESAT-1, destacando su experiencia laboral con este último.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #3satélite panamsat 5 órbita geosesat 1 propulsión eléctrica utelsatplataforma comercial de satélites boeingserie boeing 702p eléctricasatélites anteriores propulsores eléctricos…apenas tiene 30 años; las primeras pruebas en vuelo se hicieron en los años 60 y las primeras aplicaciones, satélites meteorológicos rusos, soviéticos, en aquel caso en los 70. La primera misión pública, eso era secreto además, la primera misión pública de la que yo tengo noticia es el satélite PanamSat 5 a la órbita Geo lanzado en 1997 y operado por el operador Intelsat Y quería mencionar esto, en el año 2000 se puso en órbita el primer satélite europeo con propulsión eléctrica llamado SESAT-1 operado por Utelsat y lo quería mencionar porque fue el segundo satélite en el que yo trabajé y le tengo cierto cariño Pero es a partir de 2012, es decir, hace nada, cuando entramos en la era de los motores eléctricos, porque a Boeing, un operador, entre otras cosas, entra en una vez, también hace satélites Boeing, ¿vale? Pues diseñó y puso a la venta una plataforma comercial de satélites, que luego tú encima podías embarcar la carga de pago que quisieses, que era completamente eléctrica, la serie Boeing 702P. Y al decir completamente eléctrica es muy relevante porque los satélites anteriores se orientaban con propulsores eléctricos pero No subían órbita, es decir, no alcanzaban la órbita de trabajo. Esas siguen utilizando motores químicos, por tanto tenías que llevar los dos. Bueno, pues estos 702 SP, creo que antes he dicho solo P, es SP, de Small Platform, SP, Small Platform, significaba,…
Juan Carlos Gil explica que en la última década, los motores eléctricos han sido ampliamente utilizados en la órbita baja debido a su adopción por grandes constelaciones de satélites.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5motores eléctricos órbita bajaconstelaciones satélites starlinkpropulsión megaconstelaciones oneweb…Platform, SP, Small Platform, significaba, bueno, pues era completamente eléctrico. Una vez que el lanzador lo soltaba, en una órbita, ya sabéis, baja pero muy excéntrica, él subía a la órbita de trabajo mediante motor eléctrico, con lo cual tardaba meses. Y bueno, en esta década ya, en estos últimos 12 o así, pues esto: los motores eléctricos han arrasado en la órbita baja porque son los que utilizan las grandes megaconstelaciones como los 7.000 satélites, se dice pronto, 7 .000 satélites ya de Starlink y los 600 de OneWeb o sea es la forma elegida de propulsión para este tipo de emisiones de hoy sin duda; y decía: hay dos tipos los Motores eléctricos electrostáticos, porque utilizan apenas el campo eléctrico: un campo eléctrico estático, es decir, simple ley de Coulomb para acelerar las partículas cargadas o los electromagnéticos, que además hacen uso de campos magnéticos. Por tanto,…
Juan Carlos Gil explica las características y eficiencia de los motores magnetoplasmadinámicos (MPD) y Basim R, destacando su alto empuje y necesidad de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15motores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnética…estos últimos los campos, los motores electromagnéticos están en pruebas; no vuelan, no se han desarrollado de todo, pero son posiblemente el futuro a medio plazo de la exploración espacial, quizá en combinación con los motores atómicos que os hablaba antes. ¿Por qué? Porque tienen altos empujes para ser motores eléctricos; estamos hablando de un newton, un newton que es una manzana, una manzana que es aproximadamente un newton y de nuevo impulsos específicos brutales, con lo cual son extraordinariamente eficientes. Estamos hablando de unos motores que se llaman magnetoplasmadinámicos, MPD para los amigos, que ionizan el plasma con campos magnéticos. Imaginaos el campo que tienes que poner ahí para que se ionice un átomo; es como una resonancia magnética pero que te descompone, brutal, y claro, eso hace que requieran mucha energía, con lo cual lo suyo es ponerle un reactor nuclear al lado para proporcionar la energía y bueno hay otro 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…
Juan Carlos Gil describe el funcionamiento de un motor eléctrico electrostático, explicando cómo se inyecta gas propelente (xenón) y se ioniza mediante un campo magnético para generar empuje.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19gas propelente xenóncampo magnético ionizacióniones positivos acelerados campo eléctricoelectrónes confinados corriente hall…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 continúa explicando las ventajas de los motores eléctricos, comparándolos con la resolución de un problema como se muestra en la serie 'La Casa de Papel'. Menciona su eficiencia y el uso directo de energía eléctrica disponible a bordo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8motores eléctricos problema resueltoeficiencia propelente motores eléctricosenergía eléctrica paneles sonalesreactores nucleares programa coffee break…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 difíciles de construir y no se pueden hacer tan pequeñitos. Genial, motores eléctricos, problema resuelto, como decían en la serie de la casa de papel, se acabó el problema Tienen muchas ventajas estos motores eléctricos, que habréis podido incluso debucir Primero, no tienen piezas móviles, nulas, o sea, ninguna, los motores químicos, que si válvulas, que si chismes dando vueltas, aquí es muy sencillo Usan, como hemos hablado, el propelente eficazmente, no tienes que llevar combustible por una parte y oxidante por otro, simplemente un propelente que ya te encargarás tú de ionizar 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…
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 #4 · Palabras #12motores 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 explica cómo los estudios previos de motores electrostáticos simplificaban excesivamente el comportamiento de los electrones y iones, utilizando modelos estáticos y leyes empíricas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5motores electrostáticos leyes empíricasfluidos electrones modelo estáticoiones de laz calculadora programablesimulación motores electrostáticos cinéticamodelo pic partículas en celdamacropartículas electrones cationes malla espacialordenadores cuánticos simulación partículas…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 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…
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 #18función distribución velocidades electronestemperatura flujo calor plumasimulaciones bajo ruido gil…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…
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 #16efecto hall simpáticomodelo aprendizaje automático motores hallcorriente descarga ánodo cátodoconsumo eléctrico motor paneles solares…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…
Juan Carlos Gil describe los parámetros físicos que sirven de entrada para el modelo Hall NN, indicando que son trece en total, incluyendo el flujo de propelente y la diferencia de potencia de entrada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3modelo hall nn trece parámetrosflujo propelente motores efecto halldiferencia potencia entrada cátodo hall…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 comenta sobre un modelo disponible que permite obtener el empuje necesario introduciendo parámetros de diseño y señala la importancia de la propulsión eléctrica, junto a la nuclear, como tecnología clave para los próximos años.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1modelo empuje parámetros diseñopropulsión eléctrica tecnología clavepropulsión nuclear próximos añosmodelado teórico propulsión difícilmodelado teórico propulsión eléctricasimulaciones aprendizaje automático plasmasempuje motores eléctricos gilelogios motor eléctricoreferencia viejuna saracolonia oscura sara…eran blaso, eran pic más fluido sin masa, pero claro, una vez que está la red entrenada, a toda caña, dicen que tardan 9.000 veces menos que la simulación chunga esta, la blaso ya decíamos que tardaba 4.000, ¿cómo era? 4 días en 800 núcleos O sea, esto es un Modelo que está disponible, que ahora vas con tus parámetros de diseño y te saca el empuje, 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 no es un poco oscuro además es un poco oscuro bueno sí era que era una colonia ¿no? O era un desodorante, ¿no? O un desodorante, ¿qué? Impulso Era una marca de un desodorante, no sé. ¡Ah, ostras, sí, sí, sí, sí, sí! Pero me pilló un pequeño a mí eso. Yo creo que era un perfume. No, era un desodorante, yo creo, y no tenía una mariposita. Pues…