Alimentando una nave estelar con celdas solares

Desde hace un tiempo, he estado construyendo un mundo de ciencia ficción y he estado pensando cuál sería una forma factible de impulsar una gran nave capaz de viajar interestelar. Siempre me ha disgustado la idea de un motor potencialmente explosivo en un barco.

Lo que me pregunto es qué tan factible es la energía solar una vez que la nave deja un sistema estelar y viaja al espacio profundo.

Depende del nivel de almacenamiento de energía de la batería/condensador, la duración del viaje (FTL o no) y la relación de masa de las células solares al resto del barco.
¿Dónde guardas la carga? Las baterías también son explosivos.
Supongo que esto es imposible sin inventar un aislante mucho mejor que el que tenemos actualmente. Sospecho que podría demostrar que la energía perdida debido a la disipación de calor de una nave hecha de cualquier aislante conocido es mayor que la cantidad de energía luminosa disponible para recolectar una vez fuera del sistema solar.
No puedo hacer ciencia lo suficiente como para dar una respuesta, pero considere reubicar la nave estelar. Una vela solar (mejor que las células solares para el transporte) no funcionará entre Sol y Alpha Centauri, pero podría funcionar en un área más densa. Considere el núcleo galáctico, por ejemplo. Fuera del agujero negro central, por supuesto.
@Brythan +1, se me adelantó :p
Tu miedo a que exploten los reactores de fusión es totalmente injustificado. - En la serie Lensman, las naves espaciales usaban energía atómica hasta que se inventó un método para recolectar y usar la radiación cósmica. Pensé que tendría energía insuficiente debido a la baja densidad de energía de los rayos cósmicos, y finalmente me di cuenta de que la "energía cósmica" era un flujo totalmente ficticio de radiación cósmica que no tenía conexión con los rayos cósmicos. Si puede hacer que un físico imagine alguna forma plausible (muy levemente) de energía de radiación cósmica exótica, puede hacer que sus naves espaciales usen energía "cósmica" en lugar de energía solar para alimentarlas.
Tu miedo a que exploten los reactores de fusión es totalmente injustificado. En lugar de energía solar, usa energía cósmica. Haga que un físico busque alguna forma teórica y muy poco probable de radiación cósmica de alto rendimiento energético (no rayos cósmicos) e imagine que sus naves estelares recolectan esa energía para su poder, como en la serie Lensman.
James P, por favor, no haga una pregunta con la etiqueta de ciencia dura y luego acepte una respuesta que obviamente no cumple con los criterios de la etiqueta de ciencia dura. Consulte worldbuilding.stackexchange.com/tags/hard-science/info para obtener información sobre los requisitos impuestos a las respuestas por la etiqueta de ciencia dura. Si no necesita respuestas científicas estrictas, le recomiendo que elimine esa etiqueta y marque la atención del moderador para que se puedan eliminar los avisos de publicación.
Debe esperar un día antes de aceptar una respuesta, para que más personas tengan la oportunidad de opinar. Parece que aceptó la primera publicación de inmediato, aunque no cumple con los requisitos de la etiqueta de ciencia dura , ¡y tiene muchos votos negativos!
Por "poder", ¿te refieres a generar electricidad o generar empuje? ¿Se puede enfocar y dirigir la salida solar hacia el barco? Esa es la única forma de derivar algo de la producción solar una vez que sale de un sistema solar e incluso eso solo sería suficiente para los viajes interestelares al principio (y al final, suponiendo que el destino sea otra estrella habitada).
Los paneles solares definitivamente no funcionarían en viajes interestelares, pero puede usar algún tipo de RTG si no necesita mucha energía. Puedo verlo como una forma de alimentar el soporte vital, pero probablemente no sea lo suficientemente potente como para alimentar algún tipo de unidad. Puede leer más sobre ellos aquí: en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator

Respuestas (3)

Las celdas solares funcionarían bien dentro de un sistema solar, pero los viajes de larga distancia estarán limitados por las baterías. Tenga en cuenta que las baterías también son relativamente pesadas y, por lo tanto, necesitarían más combustible para moverse. Idealmente, desearía que un sistema de propulsión y su combustible tuvieran poca masa.

Tu historia podría ser capaz de inventar un nuevo tipo de batería que evite este problema, o podrías ser capaz de inventar una tecnología que aproveche la radiación en el espacio interestelar.

Creo que el problema no es la batería, sino que la energía solar de muchas estrellas distantes a años luz es esencialmente cero.
@MorningStar Si tiene súper baterías que pueden alimentar un barco durante años y paneles solares súper eficientes que pueden cargar las baterías lo suficientemente rápido, entonces su barco técnicamente todavía funciona con energía solar.
  1. El Sol irradia alrededor de 1400 W por un solo metro cuadrado de la Tierra.
  2. Esto decae cuadráticamente con la distancia.
  3. 1 año luz es alrededor de 60 millones de unidades astronómicas (= distancia Tierra-Sol).
  4. La estrella más cercana está a 4 al de nosotros.

Por lo tanto, la radiación solar es 1400 100000000 2 W desde 1,5 años luz de distancia.

Obtendrá 0.000000000000014 W por cada metro 2 de panel solar.

No es nada.

(Extensión: se trata de una estrella del tamaño del Sol a 1,5 años luz de distancia. Pero el cielo tiene mucho. Aunque están mucho más lejos. Tal vez su resultado sumado podría ser incluso miles de veces mejor, pero creo que todavía está lejos de bastar.)

Problema #2: Según la segunda ley de Newton, solo puedes conducir la nave espacial si hay algo que puedas disparar. La energía solar da energía (bastante poca), pero si resuelves este problema de alguna manera... por ejemplo, usas láminas de paneles solares de tamaño astronómico (es decir, un millón de kilómetros)... incluso en este caso, necesitas algo de combustible. .

Aunque no diría que es una idea completamente muerta; con la energía solar no parece significativo, pero hay un estatorreactor Bussard llamado :

ingrese la descripción de la imagen aquí

La idea es recolectar el gas interestelar con grandes campos electromagnéticos, fusionarlos en un reactor de fusión y dispararlos con la energía producida.

Incluso esta idea es, en el mejor de los casos, en un futuro muy lejano:

  • Actualmente, no podemos fusionar ni siquiera la mezcla de deuterio y tritio (aunque será posible dentro de unos 20 años) (más exactamente, podemos fusionarlos hace mucho tiempo, pero no lo suficientemente eficiente como para obtener más energía, ya que necesitamos invertir para mantener el dispositivo)
  • Con el hidrógeno, actualmente es totalmente inalcanzable (pero parece posible)
  • El gas interestelar tiene alrededor de 1 átomo por centímetro cúbico, debe ser un campo muy fuerte, muy grande y muy sofisticado que pueda recogerlo en el motor de la nave espacial.
Pequeña objeción: Sí, podemos hacer que la fusión funcione. Simplemente no podemos sostenerlo sin ponerle más energía de la que obtenemos todavía. Creo que alguien está cerca o alcanzó el punto de equilibrio, pero todavía estamos lejos de que sea útil.
La primera parte de tu respuesta es excelente. Responde a la pregunta como se le preguntó. Su discusión sobre el estatorreactor Bussard es irrelevante para la pregunta. Con una energía solar insignificante sería imposible alimentar un estatorreactor interestelar. Recomiendo eliminar la sección estatorreactor Bussard que dejará una respuesta de primer nivel.
Creo que tus matemáticas no son del todo correctas. Si obtiene 14 femto vatios de una estrella, puede obtener algunos nano vatios de los mil millones de estrellas visibles. Y dado que eso es por metro cuadrado, es posible que solo necesite paneles solares con un área de superficie igual a la tierra para alimentar su cafetera. Por supuesto, eso es usar una colección increíblemente eficiente.
@ShadoCat El mejor proyecto actualmente, el ITER podrá casi seguramente mantener la fusión. Comenzarán el trabajo de DD en algunos años (todavía no será suficiente, pero producirá mucho tritio), y luego el trabajo de DT con el tritio producido (ya será suficiente en todos los cálculos razonables). Gracias, amplié la respuesta.
@ a4android Sí, tiene razón, la segunda parte no se trata de la pregunta interpretada de forma literal y estricta. Se trata del contexto más amplio, en el sentido de la construcción del mundo, es decir, el pensamiento libre de posibilidades de futuros, presentes y pasados ​​alternativos. Vea la estructura principal de la publicación: primero, explico por qué no pudo funcionar (sin cambios importantes en las leyes de la física). En segundo lugar, doy la alternativa (para mí) más similar, desde el punto de vista de la construcción de mundos, lo que podría funcionar (aunque tampoco mañana).
@notstoreboughtdirt Sí, pero también están más lejos. Es posible que te haya interesado la Paradoja de Olber relacionada . La energía/área de una sola estrella disminuye cuadráticamente con su tamaño, pero el número de estrellas también aumenta cuadráticamente. Una búsqueda rápida en Google no me dio resultado para el poder total de las estrellas del cielo nocturno, en el mejor de los casos puedo imaginar incluso un valor mil veces mayor (lo que todavía no es elegible para nada). Lo inserté en la respuesta.
Básicamente, me gusta ese tipo de respuesta en la que demuestras por qué esto no funciona y luego propones una alternativa. Yo mismo los hago. Sin embargo, me hubiera quedado con la energía solar y hubiera intentado diseñar un sistema de propulsión que pudiera funcionar con células solares (esto puede ir más allá de la física tal como la conocemos). Esta es mi objeción a una solución de estatorreactor y fusión de Bussard. A pesar de esto, tu respuesta es buena. Haz una reverencia e ignora mis quejas.

La potencia disponible para un panel solar disminuye a medida que se aleja del sol. Es la misma razón por la que no podemos generar energía a partir de la luz de las estrellas.

Actualmente lo más lejos del sol que hemos enviado una sonda alimentada por paneles solares es la misión Juno a Júpiter.

Más lejos que eso, recurrimos a generadores termoeléctricos de radioisótopos para alimentar nuestras sondas.

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