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Simulaciones blasov haz propulsión eléctrica
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202510 momentos
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Juan Carlos Gil introduce un artículo sobre simulaciones de Blasov para estudiar el comportamiento de la pluma de escape en motores iónicos.
…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 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…
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 #11 · Palabras #14motores 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 #6satélite 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 #12motores 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 introduce un artículo sobre simulaciones de Blasov para estudiar el comportamiento de la pluma de escape en motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1motores eléctricos optimización teóricaprototipado caro motores eléctricossimulaciones inteligencia artificial motoressimulaciones blasov haz propulsión eléctricaestructura pluma escape motores iónicosfrente expansión cinética electrones chen kuirelación termodinámica flujo calor universidad california…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 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 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 #9simulación motores electrostáticos cinéticamodelo pic partículas en celdamacropartículas electrones cationes malla espacialordenadores cuánticos simulación partículas…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 menciona que las simulaciones de Blasov, una técnica costosa computacionalmente, se han utilizado previamente en fusión nuclear y astrofísica.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #2simulaciones blasov fusión nuclearsimulaciones blasov astrofísicaartículo simulaciones blasov corona solarecuaciones blasov poisson plasmasdiscretización espacio fases plasmamalla espacial velocidades francis villatoro…un número absurdo de celdas y de partículas Así que este artículo lo que ha hecho ha sido atreverse, una técnica que ya se conocía, pero que era también muy cara en términos de ordenador y que yo sepa es la primera vez que se utiliza para motores espaciales. Sí que se ha utilizado para fusión nuclear 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…
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 #8función 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 describe una simulación Blasov que funciona y permite optimizar su diseño, aunque requiere un tiempo considerable de procesamiento. A continuación, introduce un segundo artículo sobre la predicción del rendimiento de una fuente de iones utilizando aprendizaje automático.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #7simulación blasov optimiza diseñoaprendizaje automático fuente iones hallartículo advanced intelligence systemsinvestigadores corea del sur georgia tech…de salida, pero sigue un enfriamiento casi adiabático en la dirección transversal, que es, bueno, pues eso sí que es esperable, ¿no? A los lados no tienes nada, pues se te enfría de forma adiabática. Pero más allá de estos pequeños detalles que interesarán a los expertos en motores, el resumen es que esta simulación Blasov funciona y proporciona un detalle inaudito y nos va a permitir optimizar su diseño siempre que estemos dispuestos a utilizar 4 días de CPU y 4 días de 800 CPUs Segundo artículo, se titula Predicción del rendimiento de una fuente de iones de efecto Hall utilizando aprendizaje automático y se ha publicado en la revista Advanced Intelligence Systems también en diciembre del año pasado Lo firman Joa Eng Park, Joa Eong, nombre también aparentemente oriental, y otros ocho investigadores con filiaciones todos de Corea del Sur, salvo uno de ellos, que es del Georgia Tech, el 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…
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 #4 · Palabras #3modelo 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…