Me gusta más su formulación original , ya que muestra algunos de sus pensamientos sobre dicha construcción.

a) Prevenir Colisiones

1. Puedes construir esta estructura en la luna misma.

2. Si lo construye en una órbita más baja o más alta, tomará años para que ocurra una colisión, si es que ocurre. Hay mucho espacio entre el planeta y la luna donde tal construcción estará perfectamente bien.

3. Constrúyelo en la misma órbita que la luna, pero en el lado opuesto de la Tierra. Necesitará algunas correcciones de posición, pero en lo que respecta a los materiales, no debería ser un problema. (Hágalo de la misma manera que transportaría materiales a la estación lunar).

b) poder

En realidad, la energía solar no es una mala elección, ya que lo que más le preocupa es la temperatura interior. La energía solar proporcionará el mismo orden de magnitud de energía que el calor residual que puede irradiar desde su estación.

La energía solar es confiable; funcionará durante mucho tiempo, no explotará su estación y es un flujo constante de energía.

Está equivocado al decir que la estación estará en un ángulo demasiado agudo o demasiado obtuso para usarla de manera efectiva con paneles solares estacionarios . La estación debe girar con velocidad angular 2$\pi$rad por año, por lo que mira al Sol con un lado (habrá pequeñas perturbaciones, paralaje, una órbita terrestre no perfectamente circular, y la construcción debe evitar la sombra de la tierra eligiendo órbita-> período orbital).
Para la mayoría de las órbitas (para órbitas con una inclinación superior a unos pocos grados) habrá 2 veces al año cuando la sombra de la tierra cubra una pequeña sección de esa órbita, y la estación no debería estar allí durante ese tiempo. Por lo tanto, debemos evitar los eclipses de Sol, pero en realidad es una situación rara y no muy duradera, como podemos ver en los ejemplos de la Luna, y es posible evitarlo, en caso de que elijamos la órbita y el ángulo de fase de nuestra estación en eso. orbitar y tener algunos medios para corregir la órbita un poco.

Si tiene energía termonuclear, excelente, pero para exceder la cantidad de energía que obtiene de la energía solar, necesita tener un radiador grande, casi del mismo tamaño que necesitaría colectores solares para la misma producción de energía. El termonuclear puede ser más eficiente al permitir que los radiadores funcionen a temperaturas más altas (porque el extremo caliente del reactor termonuclear es de millones de Kelvin).

• la temperatura del extremo caliente del reactor termonuclear es de millones de Kelvin, la temperatura del plasma donde se produce la reacción, por lo que si el extremo frío será de 10000 K, entonces la eficiencia potencial puede ser del 99,99 %, y 10000 K del radiador (bola de plasma contenida por el campo magnético) se irradiará 10000 más energía que el radiador 1000K. La eficiencia de TR no será del 99,99%, principalmente porque no somos capaces de convertir todo tipo de energía liberada en el proceso: neutrones, gamma, muones, a esa temperatura (millones de kelvin), como podemos hacerlo con plasma. Y la energía liberada en formas que no podemos utilizar de manera eficiente puede ser una parte significativa de la energía total, difiere para las diferentes reacciones, pero cuenta por 10 por ciento de la misma.

c) Temperatura y Potencia

• Generador : Las temperaturas de los depósitos fríos y calientes de su sistema de generación de energía definen la eficiencia de Carnot:$\small\text{Efficiency}=\frac{T_{hot}-T_{cold}}{T_{hot}}$

• Radiador : El radiador de calor funciona mediante radiación de cuerpo negro. La emisión de energía de un cuerpo negro sigue la ley de Stefan-Boltzmann,$Q=\sigma T^4$, dónde$σ = 5.67×10^{−8} W m^{−2} K^{−4}$, dónde$T$es la temperatura del radiador.

• Suponga que la temperatura interna deseada es de 300 K

Para la generación de energía solar$T_{hot}$es de unos 6000K como máximo; Si el depósito frío es de 1000 K, entonces la eficiencia máxima es de alrededor del 83 por ciento. Si 1000 K es la temperatura del radiador, emitirá 56 700 W por cada metro cuadrado de superficie. Por cada 1MW de electricidad producida deberías tener alrededor de 3,62$\text{m}^2$de radiador, y unos 245$\text{m}^2$de coleccionista.

Se usa un segundo conjunto de radiadores para disipar el calor y enfriar las estructuras internas del sistema, donde usamos este 1MW de electricidad (que eventualmente genera 1MW de calor) para hacer algunos cálculos. Suponga que la temperatura del refrigerante es de aproximadamente 300 K (igual que la temperatura interna) en la entrada del radiador y 250 K del refrigerante en el extremo de salida del radiador hacia el sistema interno, entonces el flujo de energía promedio del radiador será:$j^*=\frac{\sigma}{5}\frac{300^5-250^5}{300-250}\approx 330W/m^2$

• 1/5 proviene de la integración$\frac {\int \sigma T^4}{\Delta T}$, es un flujo promedio del radiador sobre la superficie de ese radiador, debido a los cambios de temperatura de 300K a 250K en la superficie del radiador. Bombeamos el portador de calor al radiador a 300K y lo devolvemos a 250K. El radiador tendrá zonas más calientes y zonas más frías. Y si tenemos un radiador dividido en 50 zonas (para cada 1K) con la misma superficie para cada zona, la energía emitida promedio será la integral dividida en la diferencia de temperatura entre el portador de calor que bombeamos y bombeamos.

• El resultado es solo una aproximación y no incluye otros efectos que tal vez sea bueno considerar allí, como que la capacidad de calor no es estrictamente una constante, y si el portador de calor cambia de fase gas-líquido-sólido. El portador de calor puede ser un objeto sólido, que simplemente mueves físicamente como un objeto sólido. Esos detalles dependen de la implementación y construcción particular de ese radiador y portador(es) de calor usados.

• también uso 1 lado del radiador aquí y en otros cálculos a continuación, pero para el radiador plano es posible usar ambos lados (ambos lados emiten energía, es un poco mi error, porque estoy acostumbrado a las superficies emisoras esféricas), así que para radiadores planos 1/2 superficie de mis cálculos es posible.

• Kingledion agregó amablemente el límite superior para el grosor de la carcasa del radiador hecha de aluminio.

  Para soportar esta transferencia de calor, necesita suficiente flujo de calor en su radiador. Suponiendo un disipador de calor de aluminio (conductividad térmica$k = 205 \frac{\text{W}}{\text{m}\cdot\text{K}}$), luego usando la ley de Fourier 1-d$330 \frac{\text{W}}{\text{m}^2} = 205 \frac{\text{W}}{\text{m}\cdot\text{K}} \cdot \frac{dT}{dx}$,$\frac{dT}{dx} = 1.6 \frac{\text{K}}{\text{m}} = \frac{50 \text{K}}{x}$, por lo que el radiador no puede tener más de 31 metros de espesor o el flujo de calor será demasiado bajo. El flujo de calor no es un problema.

Por cada 1MW de electricidad utilizada dentro de la estación, necesitará unos 3030 metros cuadrados adicionales de radiador. Puede usar enfriamiento activo y tener una temperatura de radiador más alta y, por lo tanto, menos área de superficie. 600K obtendrá una reducción de 16 veces en la superficie del radiador, pero la eficiencia energética general del sistema disminuirá.

La eficiencia de radiación de calor de este sistema ya es un problema. Con 1000K de temperatura del radiador, la superficie de una estación del tamaño de la luna puede volcar 56700$\small W/m^2$. Y por cada metro cuadrado de superficie hay 580.000 metros cúbicos de volumen en una esfera tipo 'estrella de la muerte' donde se puede utilizar este 1MW de energía. 56700W utilizados, no hay nada literario, ya que una caja de servidores de 1x1x2 metros puede consumir 10kW fácilmente. Entonces, para usar ese volumen de manera eficiente, digamos 1kW por metro cúbico de volumen, la superficie de su radiador debe ser aproximadamente 10000 veces más que la superficie total de su estación lunar.

Esta eficiencia de volumen es la razón por la que construir en la propia luna no es una mala idea, porque apenas necesitarías todo el volumen que tendría una estación esférica. Puede utilizar una capa de 50 a 100 metros de espesor con un radiador caliente (1000 K) y una capa de 1 metro de espesor con un radiador de 300 K que cubra la luna.

Todavía podría resolver ese problema y empaquetar 1kW por metro cúbico de volumen, pero el tamaño del radiador será enorme. En caso de que sea otra esfera, entonces debería tener un radio de 173 000 km (que se extendería a la mitad de la distancia entre la luna y la tierra, o 2,5 del tamaño de Júpiter). Si es un disco entonces el radio debe ser 2 veces mayor: 346000km. Y es que cuando la temperatura del radiador sea de 1000K, cuando sea de 300K será 13 veces mayor, tanto para la esfera como para el disco.

d) Auto reparación

La estación sería reparada con la misma tecnología con la que la construiste. Si consideramos que el radiador es del tamaño de la luna, serán 37,6 millones de kilómetros cuadrados de estructura de 1 a 100 metros de espesor. Entonces, probablemente debería usar algún reemplazo para la mano de obra humana allí, probablemente el 100% tenga que ser reemplazado con una especie de sistema automático de producción de edificios. Porque incluso si usa maquinaria de construcción automática para el 99% del trabajo (incluida la teleoperación), y todavía hay un 1% del trabajo que no puede hacer de forma remota, es algo similar a la situación en la que las personas tienen que construir 376000 km.$^2$por sí mismos y es un poco equivalente a construir 300 ciudades de 5 millones de personas cada una, necesita mucha fuerza de trabajo (mano de obra) cientos de millones de personas, necesitarán apoyo vital y todo tipo de cosas que los humanos necesitan, por lo que tienen que vivir allí por cientos de millones. Y esta situación será incompatible con la razón de liberar espacio en la tierra, ya que obviamente muestra que los humanos pueden vivir con ese nivel de tecnología en el espacio.

Simplemente use bloques, prodúzcalos y reemplácelos cuando estén rotos y recicle los rotos. Usar humanos allí arruinará toda tu idea de hacer eso en primer lugar.

Hay otras opciones posibles, pero aún tendrá que tener algún programa de mantenimiento y reparación (también conocido como software y soluciones de hardware): no se reparará solo, si el desarrollador no desarrolló este proceso para que sea parte del sistema. El diseñador debe elegir qué tecnologías usar para reparar. Se podrían usar nanomáquinas, micromáquinas, macrotejidos y robots, pero serían la misma tecnología que usó para construir la estación.

El algoritmo más simple para reparar, simplemente demoler el bloque viejo y construir uno nuevo en ese lugar.

e) Gravedad propia

Recomendaré el canal de youtube de Isaac Arthur , la lista de reproducción de Megaestructuras , los primeros 6 videos (tal como están numerados en los títulos) o el quinto, Shell Worlds , si no recuerdo mal.

Preste atención a las estructuras de soporte activas, cuáles son sus capacidades. Entonces, la gravedad del cuerpo no es un gran problema allí (cuerpo como la luna).

• En resumen, se puede construir una estructura en capas, respaldada por estructuras de soporte activas (funcionan de la misma manera que el bucle de lanzamiento puede suspenderse sobre la atmósfera de la Tierra). Entonces, cualquier estrés que provenga de la gravedad del cuerpo mismo, puede compensarse por esos medios.

• Estas estructuras activas pueden usarse para transferir energía en la estación y transferir calor desde la estación.

• la tecnología utilizada en esta respuesta puede usarse para resolver problemas con su estación (ya que es capaz de implementar una estructura de soporte activa y en realidad se usa en respuesta).

  El problema con esa solución es que, al usarla, no necesita construir su estación explícitamente, por las razones que menciona: para uso futuro y para liberar espacio en la tierra. Pero tal estación puede existir por otras razones, por ejemplo, solo necesitamos una computadora grande. ( Nota del editor: no está claro, aclare : soluciones abrumadas para las necesidades/razones de la operación: de la misma manera es posible mover todo, desde la tierra al espacio (fabricantes, personas, animales), construir una nueva tierra cada año usando materia de Júpiter, etc. Problema no existirá, o tendrá una solución completamente diferente. Pero tener poder de cómputo sin procesar siempre es una buena razón, donde usar no es un problema, el problema es tener suficiente)

La motivación es un gran problema en su pregunta, pero considero que también es algo que se debe ignorar, junto con problemas como dónde obtener materiales, dónde obtener energía, qué tecnologías se utilizan para construir, etc.

Con respecto a la gravedad y los efectos del sistema: si la Tierra tiene 2 lunas de la misma masa, no tendrá ningún efecto en el sistema solar y no tendrá grandes efectos en la Tierra (habrá algunos, las mareas se reducirán significativamente, cómo se comporta la atmósfera (los mapas de viento pueden cambiar) )).

Sin embargo, si mueve la estación a L1 y resuelve el problema de inestabilidad de L1 (por ejemplo, liberando y contrayendo contrapesos que pueden ser parte de la estación como núcleos y radiadores), entonces las fuerzas de gravedad de ese cuerpo serán del 4% en comparación con la luna. fuerzas, que reducirán significativamente cualquier efecto que este cuerpo pueda tener sobre la tierra, incluidos los problemas de mareas.

Pero considerando los problemas de los radiadores, si el tamaño de la estructura está limitado por el tamaño de los radiadores que son iguales al área de superficie de la luna, entonces la masa de toda la construcción será un insignificante, 0.00X% de la masa de la luna - y no tendrá efectos en la tierra.

Crítica

En resumen, si tiene los problemas mencionados en la publicación original, es muy difícil permanecer en la tierra y poder construir esta estación. Necesitará cantidades considerables de energía generada en el espacio, materiales movidos, etc. Si ya puede hacer eso, podría ser más fácil simplemente construir hábitats espaciales que estén libres de muchas restricciones, incluidas las que ha mencionado.

Centrémonos en la pregunta "cómo recibe energía", como desees :)

Sugiero usar una Esfera Dyson . Es la única fuente de energía más confiable y poderosa que puede obtener en nuestro sistema solar. Si eso no es lo que está buscando, ¿por qué no poner algunas centrales eléctricas de fusión en su estrella de la muerte? Si esa tecnología no está disponible, las plantas de energía nuclear también lo harán. Y si tampoco son lo que necesitas, las baterías nucleares pueden producir bajos niveles de energía durante mucho tiempo (iirc hay materiales radiactivos que pueden proporcionar energía durante más de 17.000 años). Sin embargo, necesitarás muchos de esos.

Hagas lo que hagas, ninguna fuente de energía viene sin mantenimiento, y dadas cosas como la Ley de Moore , tu computadora requerirá actualizaciones todo el tiempo, de todos modos. Además, la radiación en el espacio no es amigable con las partes de la computadora, lo que requiere una protección extensa y el intercambio de partes rotas. Así que estoy bastante seguro de que su luna estará llena de personas que mantienen y trabajan en la computadora.

Todo el paradigma de escala masiva, que trata con enormes cantidades de energía y disipación de calor realmente lleva a la conclusión de que no quieres un objeto del tamaño de una luna en absoluto. Más bien, debe tomar el volumen de los dispositivos informáticos que pretende construir y distribuirlo en un gran volumen en el espacio.

Esto tiene multitud de ventajas:

En primer lugar, escala muy bien. Cada día, su sistema de lanzamiento puede enviar una cantidad arbitraria de dispositivos informáticos a la órbita o al espacio profundo (más sobre esto más adelante). Su sistema está disponible desde el primer día y continúa escalando de manera similar a como se agregan bastidores a las granjas de servidores de las empresas de computación en la nube o centros de datos masivos como Amazon.com o Google.

En segundo lugar, cada elemento puede exponerse a la luz solar para obtener energía. No tiene que preocuparse por los enormes reactores de fusión, los grifos geotérmicos, los haces de cables y la interferencia de RF del sistema eléctrico, cada chip está conectado a una pequeña celda solar que proporciona energía.

En tercer lugar, dado que cada elemento está expuesto al espacio, la eficiencia de Carnot (de la que habló MolbOrg en su respuesta) será extremadamente alta. El extremo caliente es la célula solar expuesta al Sol, mientras que el "extremo frío" apunta al espacio profundo e irradia a la temperatura de fondo del Universo. En el sistema solar exterior, de manera realista estarías irradiando a un disipador de calor infinito con una temperatura de 3K. En el sistema solar interior, la temperatura de fondo es un poco más alta. (Dicho sea de paso, esta es una de las razones por las que las células solares aquí en la Tierra tienen dificultades, las diferencias de temperatura entre los lados frío y caliente de las células son muy limitadas).

Finalmente, el volumen real de materiales será mucho menor que el de una supercomputadora del tamaño de una luna o un planeta, ya que no hay necesidad de estructuras de soporte, cableado, circuitos de refrigeración, comedores para el personal técnico (o armarios de carga para los robots), túneles de acceso, etc. Dicho de otra manera, puede restar el volumen de la estructura de soporte y tener la mayor cantidad de potencia de cómputo con un presupuesto menor, o usar todo el presupuesto para elementos de cómputo y tener una cantidad de potencia de cómputo mucho mayor.

"¡Guau!", dices, "¿dónde puedo conseguir un sistema así?"

Sorprendentemente, esto se basa en el trabajo de Keith Lofstrom (Inventor del Lofstrom Loop ), y él llama a esta idea " Server Sky ". Las primeras versiones pueden estar en órbita alrededor del propio planeta, como prueba de concepto y baja latencia (ya que los elementos están muy juntos y cerca de los puntos de enlace ascendente en la Tierra). Posteriormente, estos elementos se pueden mover (o lanzar otros nuevos) a los puntos L4 y L5, para que pueda tener nubes masivas de elementos en el espacio libre con mucho más poder de cómputo. El "Server Sky" en Low Earth Orbit se puede mantener como caché para que los usuarios en tierra aún obtengan altas velocidades.

Diseño conceptual de un solo elemento Server Sky

Servidor Sky 1.1 en GEO, flotando sobre un punto en la Tierra 24/7

Lofstrom escribió una vez un pequeño artículo sobre Server Sky (que desafortunadamente no he podido recuperar) que hablaba sobre la evolución final del sistema, con un enjambre Dyson de trillones de elementos que comparten la órbita de Urano alrededor del Sol, utilizando el fondo frío del espacio para mantener altos niveles de eficiencia en el sistema informático y de generación de energía. Puede imaginar nubes Server Sky subsidiarias dispersas por todo el Sistema Solar en varios puntos de Lagrange o un "cinturón de asteroides" artificial que actúa como almacenamiento y cachés para la enorme nube Server Sky en los confines del Sistema Solar.

Así que este es un sistema modular relativamente simple, masivamente escalable para lograr los objetivos de una infraestructura informática masiva para una civilización de nivel K1. En su forma completamente desarrollada con nubes de elementos en el sistema solar profundo, es un análogo de Dyson Swarms para crear un Matrioshka Brain , que debería proporcionar toda la potencia informática que un solo sistema solar podría necesitar.

Mi intuición es que se aplica un paradigma de la década de 1960, el mainframe, al futuro lejano. Proyectando las tendencias actuales, imagino que el procesamiento de datos será muy diferente en el futuro. Será difícil de precisar, en realidad, porque todo será una computadora . Todos los artefactos humanos serán inteligentes y estarán conectados en red. Es posible que las computadoras autoorganizadas se extiendan a la corteza terrestre usando tecnología nano o micro autorreplicante. El bajo consumo será un paradigma, y ​​todo utilizará únicamente diferenciales de calor (incluidos los geológicos) o la luz como fuente de energía y, por lo tanto, no contribuirá al calentamiento global. El poder de cómputo estará donde lo necesites (¿de qué sirve una respuesta de la computadora más rápida si tarda la eternidad de 2 segundos en llegar?).

Pero entonces, puede que solo esté aplicando un paradigma de la década de 2010 al futuro lejano.

El problema no es cómo podría recibir la energía (podría usar la fuente de energía nuclear interna como una estrella, parece tener suficiente energía para todo) sino cómo disiparía el calor, un problema mucho mayor en las máquinas modernas hechas por humanos.

A menos que alguna tecnología avanzada permita que la computadora opere a temperaturas estelares, convirtiéndola en una "estrella pensante".

Leí en alguna parte que hay corrientes eléctricas realmente gigantescas dando vueltas en nuestra magnetosfera. Para una máquina del tamaño que está pensando, ¿puede haber una solución que implique tener un núcleo de hierro líquido, un gran campo magnético y capturar la carga del viento solar como energía? Alguien con mejor física que yo podría ampliar esta idea.

Centrémonos en la pregunta principal. La luna donde se construiría la supercomputadora debería tener un núcleo caliente, como lo tiene la Tierra pero no nuestra luna, para poder explotar su energía geotérmica .

Si la civilización está lo suficientemente avanzada como para poder construir una supercomputadora del tamaño de un planeta, debería poder tomar eficientemente la energía de las profundidades de la luna, como un primer paso en el diseño de este colosal sistema.