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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetsatélites boeing 702 spmotores eléctricos lanzador boeingsmall platform satelital eléctricamotores eléctricos órbita bajaconstelaciones satélites starlinkpropulsión megaconstelaciones onewebmotores eléctricos electrostáticos ley coulombfuerzas de lorenz motores electromagnéticosexploración espacial motores atómicosmotores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnéticaefecto hall voltaje de hallmotores eléctricos efecto hallcampo eléctrico axial ánodo cátodoplasma campo magnético radialgas propelente xenóncampo magnético ionizacióniones positivos acelerados campo eléctricoelectrónes confinados corriente hallBoeing 702 PJuan Carlos GilStarlinkOneWebJulio BernUnión SoviéticaPanamSat 5IntelsatSESAT-1UtelsatBoeingLa Casa de Papelley de Coulombfuerzas de Lorenzefecto Hallvoltaje de HallVan de JostMarteMPDBasim RCristina Hernández Garcíamotor Gil HernándezInteligencia ArtificialSimulaciones
Motores eléctricos Órbita baja
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 20258 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo los satélites Boeing 702 SP se elevan a su órbita de trabajo utilizando motores eléctricos después de ser liberados por el lanzador.
…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, 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, fuerzas de Lorenz y empezamos por esto. Por 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 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…
Significado #3 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando las características de las velas solares experimentales para la propulsión espacial, comparándolas con los motores químicos convencionales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19velas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solares…a Venus. No consumimos en este caso combustible, los fotones no vienen de fuera, con lo cual si hacemos la fórmula sin pensar más del impulso específico saldría infinito, no aplica, pero podemos estimar o hacer una transposición, una conversión respecto de un Motor equivalente que generase ese empuje y tendría un impulso específico estas velas solares brutales, muy, muy poquito impulso. Pero claro, un consumo de combustible nulo, entre comillas, pues serían del orden de 10.000 o incluso 100.000 segundos, ese es el tope gama de impulso específico. Pero a nadie se nos escapa, en general lo que se usa es motores químicos, motores químicos también en el espacio. Que sí gastan combustible. Tradicionalmente se ha utilizado hidracina, sobre todo para las maniobras, no tanto para el empuje pero para las maniobras de control de órbita y también de actitud. Héctor, ¿qué te viste? Sí, quería hacer un comentario, pero en…
Juan Carlos Gil continúa la discusión sobre motores nucleares, explicando que existen dos tipos: térmicos y eléctricos. Menciona el uso de reactores nucleares para generar electricidad, similar a los reactores terrestres de Van de Jost.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #13motores nucleares térmicos navesreactores nucleares van de jostelectricidad motores eléctricos naves…con esta eficiencia y este empuje también realmente notables, bueno, pues nos podrían llevar a Marte en dos meses y medio de ese orden comparado con los nueve meses típicamente; ahora que bueno, eventualmente iría bastante bien si queremos mandar humanos. Por una parte tardamos dos meses en medio de nueve, por otra parte llevamos un reactor nuclear ahí en la propia nave que tampoco es que nos siente muy bien a los tejidos humanos, pero bueno, eso esperemos que se resuelva en algún día. Y luego hay un segundo tipo de motores nucleares y son los nucleares eléctricos; un reactor nuclear genera electricidad como los reactores nucleares de Van de Jost en tierra para generar electricidad y esa electricidad se utiliza para mover un motor eléctrico que es de los que quería hablar. Pero antes tengo apuntado otro apunte sobre lanzadores y es el concepto de velocidad de escape; lo hemos comentado aquí algunas veces. La velocidad de escape de la Tierra es 11,2 kilómetros por segundo, 40.000 kilómetros por hora, así es más fácil de…
Juan Carlos Gil explica el uso de motores eléctricos para propulsión espacial, destacando su eficiencia y aplicaciones en misiones de larga duración como las interplanetarias.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2motores 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 espacialesmotores eléctricos propulsión espacialmisiones interplanetarias duración largasatélites meteorológicos rusos años 70primeras pruebas vuelo años 60satélite panamsat 5 órbita geosesat 1 propulsión eléctrica utelsat…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 mucho más moderna, 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…
Juan Carlos Gil explica cómo los satélites Boeing 702 SP se elevan a su órbita de trabajo utilizando motores eléctricos después de ser liberados por el lanzador.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1satélites boeing 702 spmotores eléctricos lanzador boeingsmall platform satelital eléctricamotores eléctricos órbita bajaconstelaciones satélites starlinkpropulsión megaconstelaciones onewebmotores eléctricos electrostáticos ley coulombfuerzas de lorenz motores electromagnéticosexploración espacial motores atómicosmotores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnéticaefecto 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…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, 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, fuerzas de Lorenz y empezamos por esto. Por 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 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 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 GilSignificado #7carga 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 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 #9 · Palabras #15motores 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 que los motores eléctricos son caros de prototipar debido a la necesidad de pruebas prolongadas para asegurar su durabilidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18prototipos motores eléctricos durabilidadpruebas prolongadas motores eléctricos gildiseño motores eléctricos funcionamiento largodesgaste paredes motor eléctricomotores eléctricos diseño sensibleeficiencia ionización tobera reactores fusiónplasma reactores futuros controlmotores eléctricos optimización teóricaprototipado caro motores eléctricossimulaciones inteligencia artificial motores…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 demás, preguntaréis, pues por dos motivos: primero, porque están diseñados, esa es la gracia, para que funcionen durante muchísimo tiempo, así que las pruebas, indefectiblemente, van a tener que ser muy largas. Estás buscando desgaste de las paredes del motor, etc. Con lo cual no te vale que una semana y en segundo lugar, porque estos puñeteros motores eléctricos son muy sensibles a pequeños cambios en los parámetros de diseño, apenas modificaciones minúsculas en la forma de la tobera, en fin, pueden cambiar 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 está escribiendo un paper sobre un motor que utiliza un único reactor nuclear para diferentes fases de viaje: atmosférica (con aire), con hidrógeno y alimentando un motor eléctrico.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17motor gil hernández reactor nuclearfases viaje reactor nuclearreactor nuclear fase atmosférica airereactor nuclear alimentando motor eléctrico…un lanzador, o sea, combinando diferentes motores para diferentes fases, como propone Juan Carlos. Quizás te podría dar la solución óptima. O sea, pones un cohete grande y luego una nave con una propulsión diferente para moverse luego en diferentes fases del Viaje y está dando ideas, espera que está probando ya el paper. Yo estoy escribiendo, el motor este de Gil, ¿cómo se llama ya Cristina? Que ahora estoy poniendo nombre. Utiliza el único reactor nuclear para las tres fases. Hernández García, el motor Gil Hernández utilizaría el mismo reactor con una fase atmosférica con aire, luego con hidrógeno y luego alimentando el motor eléctrico con seno. O sea, te vas liberando de masa, pero no del motor, o sea, del reactor nuclear. Ya si lo lanzas con el cañón electromagnético... ya lo veas. Hay lanzadores, eso sí, no lo he comentado; hay lanzadores que suben un avión, lo que más que pueden, 11 kilómetros, no sé qué, y ahí lanzas un motor, un pequeño cohete con motor químico y te…