Factibilidad híbrida extremadamente grande de dirigible/avión

Esta pregunta tiene varias facetas, voy a tratar de responder tantas como pueda, las ediciones seguirán.

Disponibilidad de gas de elevación

El helio es un recurso limitado, aunque actualmente se produce mucho como efecto secundario de la extracción de gas natural. La producción de 2008 fue de ~169 millones de metros cúbicos estándar (SCM) de helio. Esto ni siquiera sería suficiente para su megaestructura. 100km x 100km x 100m = 1x10^12 metros cúbicos o 6000 veces la producción anual. (Supuse que con un grosor de 100 m podría ser más grande dependiendo de la densidad de su nave)

Sin embargo, el hidrógeno no es una limitación en absoluto, ya que está abundantemente disponible en el agua y solo requiere electricidad para extraerlo. Entonces, a pesar de los problemas de inflamabilidad y difusión, tendrá que usar hidrógeno. En el lado positivo, es el gas de elevación más efectivo disponible.

También puedes usar aire caliente, que simplemente requiere calor.

Caída de temperatura

Así que voy a hacer un montón de grandes aproximaciones para obtener un cálculo general para esto usando un modelo de balance de energía rápido y sucio.

Entonces, el Sol proporciona ~1000 W por metro cuadrado, pero solo cuando brilla y hay mucha variación durante el día, la noche, la estación y la latitud. Promedie toda esa variabilidad durante un año y la mayoría de los lugares en la superficie de la Tierra verán un promedio de alrededor de 250 W/m^2. (Usar este número más bajo subestimará la tasa de enfriamiento durante el día)

Algunas propiedades relevantes del aire :
Calor específico: ~1,0 kJ/kg K
Densidad: ~1,0 kg/m^3
(varía mucho con la altitud y la temperatura, pero es un promedio aproximado para un cálculo rápido)

Entonces, si eliminamos 250 W / m ^ 2 de una columna de aire de 15 km de altura, podemos calcular una caída de temperatura aproximada.

Masa de la columna de aire = 15km * 10km * 10km * 1kg/m^3 = 1,5 x 10^12 kg de aire

Tasa de eliminación de energía = 250 W/m^2 * 10 km * 10 km = 2,5 x 10^10 W

E = m c T a la potencia P = m c T/s

resolver para T/s = P/(m*c) = .0000167°K/s o .001°C/minuto o 1.44°C/día

Para obtener la temperatura final más fría, debe tener en cuenta la transferencia de calor por convección que implica la mezcla con el aire caliente fuera de la zona de sombra (este enfriamiento provocaría el desarrollo de vientos. ¡Anticiclón!), así como la transferencia de calor por radiación y el calor de fuentes geotérmicas y movimiento del agua para océanos o grandes masas de agua, en general sería un conjunto de cálculos realmente complejo y muy específico para la ubicación y el momento de la colocación de la sombra.

Pero para simplificarlo, esencialmente está creando un frente frío estacionario estable , que puede tener caídas de temperatura de hasta 30 °C (54 °F), por lo que este sería un límite superior probable para la caída de temperatura de los niveles ambientales en la región bajo la sombra. .

Ataduras de globos

Las ataduras de globos son definitivamente posibles y de uso común en altitudes más bajas.

Los globos de bombardeo se utilizaron para levantar redes de cables de metal en el aire para obstaculizar los aviones enemigos. Fueron elevados a ~4.500 m (15.000 pies), los globos atados modernos se utilizan principalmente para vigilancia y reconocimiento militar, así como para comunicaciones. Algunos sistemas militares actuales operan a altitudes de 15 000 pies con amarres de 25 000 pies de largo.

Es probable que sean posibles ataduras más largas y altitudes más altas con los materiales existentes y aún mejor para los posibles materiales del futuro cercano. Para la resistencia del material de la atadura en esas distancias, el factor importante se conoce como resistencia específica o longitud de rotura, la longitud que puede tener una atadura para soportar su propio peso. Los materiales modernos existentes pueden ser bastante largos. El Kevlar y la fibra de carbono tienen una longitud de rotura de ~250 km (para referencia, 50 000 pies son ~15 km).

El mayor problema para la resistencia de la atadura sería si se usara para resistir la fuerza del viento en la estructura del globo, pero si se trata de una estructura motorizada capaz de cierta maniobrabilidad, o si la atadura no está asegurada al suelo, estas fuerzas podrían ser principalmente negado

Características del vuelo

La mayoría de estos problemas serían un problema de diseño de ingeniería, pero no imposible, se ha demostrado que los dirigibles y zepelines funcionan, por lo que definitivamente se puede hacer, solo se necesita ampliar mucho.

No será rápido, deberá ser aerodinámicamente aerodinámico para resistir los vientos y probablemente no será muy maniobrable. Su mejor apuesta para viajar sería encontrar vientos favorables, cambiando la altitud e yendo con el viento.

En cuanto a la energía solar, el Hindenburg utilizó 4 motores diésel Daimler-Benz DB 602 (LOF-6) cada uno de 890 kW (1200 hp), por lo que la potencia total es de 3500 kW.

El Hindenburg tenía un diámetro de 41m x 245m de largo; por lo tanto, usar solo la mitad superior de la superficie para las células solares (π * D * L)/2 proporciona aproximadamente 16000 m de superficie. El uso de células solares (20 % de eficiencia) para proporcionar 200 W/m y luego proporciona 3200 kW.

Por lo tanto, potencia instantánea comparable, pero es probable que tenga poca potencia si requiere un empuje continuo durante un período de tiempo prolongado. Y sería peor si se tuvieran en cuenta las pérdidas de almacenamiento necesarias para el funcionamiento nocturno. En cuanto al almacenamiento de energía, las celdas de combustible de hidrógeno parecerían ser la opción obvia sobre las baterías, dado el uso probable de un gas de elevación de hidrógeno.

Lo suficientemente factible como para que, si alguna vez me convierto en multimillonario, construya uno.

Su estación necesitará:

• Airbags que no se incendian
• Lluvia
• Un montón de paneles solares

Su estación alterna entre estar por encima del clima durante la mayor parte del tiempo y sumergirse en las tormentas para recolectar agua para electrolizarla en hidrógeno (para elevación). El oxígeno se ventila lo más lejos posible de la estación. No quieres oxígeno líquido cerca de tus bolsas de gas de hidrógeno. Dudo un poco de la capacidad de la energía solar para proporcionar una tasa de producción suficiente para reemplazar el hidrógeno perdido a través de las bolsas de gas, por lo que es posible que necesite un reactor nuclear de algún tipo.

Cepillarse el pelo con demasiada fuerza es un delito. Los motores con escobillas de CC son ilegales y se deben hacer cumplir muchas otras reglas menores para evitar incendios.

Debido a que no está colgando debajo de una bolsa de gas grande (preveo muchas pequeñas), cada parte individual de su estación es efectivamente de peso cero. Es por eso que los dirigibles pueden ser más grandes que los aviones. Las alas de un avión tienen que soportar su fuselaje, pero la mayor parte de la estructura de un dirigible es autosuficiente. Como resultado, probablemente podría idear algún tipo de granja/ecosistema a bordo, para crear un sistema verdaderamente autosuficiente.

Sin embargo, dudo que un ascensor espacial sea más práctico si está anclado (?) a una plataforma voladora. El espacio (casi vacío) está a solo 100 km de altura. El geoestacionario es de 40.000 km, por lo que aún necesita miles de kilómetros de cable (y la longitud del cable es el factor importante en los ascensores espaciales).

Para bloquear el sol, la plataforma debe parecer del tamaño de un sol. Mi pulgar (1 cm) puede bloquear el sol con los brazos extendidos (100 cm). Por lo tanto, la regla general es que un objeto del tamaño del sol estará 100 veces más lejos de lo que es grande. (Como prueba, el sol tiene un diámetro de 1,4 millones de km a 150 millones de km). Como resultado, a su altitud operativa de 10 km, su plataforma deberá ser un disco de 100 m. Eso no es inviable ya que el Hindenburg tenía 245 metros de largo. Si atornillas tres hindenburg juntos (tienen solo 40 m de ancho), podrías bloquear el sol desde una altitud de 10 km.

¿Qué efecto tendrá eso en la temperatura? Desafortunadamente, nadie parece tener estudios sobre telas de sombra de 100 m a gran altura. Sin embargo, este estudio encontró que la sombra de un árbol redujo la temperatura del aire entre 0,6 y 2,5 grados centígrados al mediodía, y la temperatura del suelo entre 3,3 y 8,1 grados. Esto implica que un área de sombra de 100 m puede tener un efecto mayor de lo que anticipé en versiones anteriores de esta respuesta. Sin embargo, para mantener el punto de sombra en el mismo lugar, su plataforma deberá moverse muy rápidamente para contrarrestar la rotación de la Tierra.

Tu pregunta dice que quieres 100 km x 100 km. ¿Qué tan grande aparecerá si está a 40,000 pies? Está a solo 10 km de altura, por lo que parecerá enorme. El sol aparece con un ancho angular de 0,5 grados. Su plataforma tendrá un... ancho angular de 160 grados. En otras palabras, si está directamente debajo de él, habrá un anillo de sol de 10 grados en el horizonte. Bien podría aceptar que eso tendrá efectos significativos en el clima, considerando que es más grande que la mayoría de las montañas...

O si te refieres a 100 kilómetros cuadrados (es decir, 10 km x 10 km), entonces tu estación tiene 'solo' 60 grados de ancho. Todavía bastante significativo.

Usarlo como plataforma de lanzamiento de lanzamiento de cohetes en órbita tampoco es inviable. Hay una compañía que está haciendo dirigibles para orbitar , y planean tener una estación a 140,000 pies de altitud. No querría cohetes cerca de mis bolsas de gas de hidrógeno, pero no veo por qué no podría haber áreas razonablemente grandes sin bolsas de gas para permitir este tipo de cosas.

Tu estación no tendrá una velocidad muy alta. Probablemente viajará de manera similar a los globos: encuentre una altitud en la que el viento sople en la dirección en la que desea ir.

Nota al margen: es probable que la próxima película de Mortal Engines presente un refugio aéreo, una ciudad voladora que utiliza tecnología tipo aeronave.

Creo que se podría hacer un dirigible de ese tamaño, pero no veo ninguna forma de que resista los vientos de la atmósfera superior.

Este gigante debería ser relativamente plano y, si fuera redondo, tendría un diámetro superior a los 11 km; dándole una altura ( muy conservadora) de solo 100 m, termina con una sección transversal superior a 1 km2. Permanecer estático contra los vientos requeriría una enorme potencia.

OTOH, dadas las enormes dimensiones y el hecho de que realmente no necesita una estructura rígida, creo que podría hacerse sin gases especiales, un globo aerostático antiguo podría ser suficiente, probablemente solo con energía solar; Durante la noche perdería un poco, pero no lo suficiente como para caer realmente y la luz del sol de la mañana siguiente debería estar en posición de restaurar el calor perdido (esto en la hipótesis de que podemos aprovechar la ley del cuadrado/cubo y así tener una gran masa de aire caliente que puede perder calor a través de una superficie (relativamente) pequeña (es decir, no haga que su globo sea demasiado plano) que es también lo que pesa (es decir, la estructura es relativamente más liviana que las instalaciones equivalentes más pequeñas, por lo que necesita aire "menos caliente").

Tampoco estoy muy seguro de la efectividad de una bestia como el protector solar porque creo que es demasiado pequeño (en órdenes de magnitud) para tener un efecto real en el clima, pero podría estar equivocado.

Los diseños de Monster LTA han sido postulados, el más famoso por Buckminster Fuller y su ciudad voladora " Cloud 9 ". Esta es en realidad una aeronave rígida construida a partir de una cúpula geodésica gigante y que utiliza la ley de escuadrón/cubo.

Una esfera geodésica de media milla (0,8 kilómetros) de diámetro pesaría solo una milésima parte del peso del aire en su interior. Si el aire interno fuera calentado por energía solar o incluso solo por la actividad humana promedio en el interior, solo se necesitaría un cambio de 1 grado Fahrenheit sobre la temperatura externa para hacer que la esfera flote. Dado que el aire interno se volvería más denso cuando se enfriara, Bucky imaginó usar cortinas de polietileno para reducir la velocidad con la que el aire ingresaba a la esfera.

Nube 9 en vuelo

Si bien una esfera es la forma más eficiente para un Cloud 9, no hay motivo para que un objeto ovalado, un disco u otra forma no funcione, siempre que el peso de la tela y la estructura siempre aumenten a un ritmo mucho menor que el masa de aire atrapado a medida que la estructura crece en tamaño.