Pregunta rápida: ¿Ionocraft con nanotecnología?

Básicamente, existe esta cosa de ionocraft y sería utilizada con frecuencia por una de mis historias, principalmente por un personaje de peso ligero (6,3 kg). Ahora la pregunta:

Si tuviera que usar nanotecnología para crear una iononave, tendría un área de superficie ridículamente grande empaquetada en un dispositivo ridículamente pequeño (los pulmones humanos ya lo hicieron).

Disposición del triángulo de Ionocraft (vista superior, donde cada línea representa los bordes exteriores de las placas)
ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Cuánta energía o área de superficie necesitaría para levantar x kg de algo?

¿Qué tan pequeño puede ser un triángulo individual del ionocraft, sin afectar negativamente su eficiencia?

¿Qué tan peligroso sería este dispositivo?

No estoy seguro de qué quieres explicar con estos triángulos.
@MorningStar Muy bien, lo arreglé.
De su artículo de Wikipedia vinculado ... the ionocraft is able to produce forces great enough to lift about a gram of payload per watt, so its use is restricted to a tethered model. Ionocraft capable of payloads in the order of a few grams usually need to be powered by power sources and high voltage converters weighing a few kilograms..., yWhen the ionocraft is turned on, the corona wire becomes charged with high voltage, usually between 20 and 50 kV ... it can give a nasty shock. At extremely high current ... contact could be fatal.
@nzaman Eso es correcto, pero Wikipedia es para la tecnología actual. No cerraría la idea de que la nanotecnología podría mejorar significativamente su efectividad por masa. Cualquier nanotecnología industrial está actualmente como máximo en el plan. Además, también existe el problema de que la unidad necesita una fuente de energía, y esta fuente de energía no puede ser química. Tiene que ser una fuente nuclear. Producir un impulso nuclear mínimo con fisión también requeriría nanotecnología (que yo sepa, ni siquiera está en los planes, pero podría). Con la fusión ni siquiera está planeada, primero tenemos que construir una fusión que funcione.
Reactor de @nzaman (el mejor proyecto actual, el ITER, finalmente funcionará, aunque todavía no podrá producir energía para los hogares). Es un edificio masivo de 100000t. Miniaturizarlo a 1 kg es actualmente inimaginable, y probablemente lo sería incluso con nanotecnología. Para producir este impulso, necesitaríamos: 1) avance en nanotecnología 2) algún otro gran avance en física de partículas 3) alguna década de desarrollo. (1) es posible, pero no ahora. (2) es actualmente inimaginable, pero siempre puede ocurrir alguna maravilla. (3) sería posible, pero solo podemos iniciarlo después de (1) Y (2).
@MorningStar: Dudo gram per wattmucho que cambie. La nanotecnología reducirá el power sources and high voltage converters weighing a few kilograms, pero los requisitos de energía estarán determinados por las leyes de conservación, no por la escala.
¿Qué consideras que no es una pregunta rápida? ¿Qué atributo describe esa "pregunta rápida"?
@MolbOrg MODO TROLL ACTIVADO Estoy escribiendo la historia. De repente, hay una pieza de tecnología de la que no estoy seguro. Entonces escribo una pregunta al respecto, que podría ser utilizada por otros. ¿No es una pregunta rápida? Lo sé, que lo usaré y lo preguntaré antes de la historia. :)
@RedactedRedacted la mitad de las preguntas aquí en WB son por la misma razón. No hay necesidad de escribir rápido, realmente no está claro lo que quiere decir con eso: no le tomó tiempo escribir, cree que no debería tomar tiempo responder, necesita ayuda de inmediato, etc.
@MolbOrg Bueno, eso fue más rápido que el cañón de plasma. :)

Respuestas (1)

Para levantar un peso se requiere fuerza, y no energía. Levantar 1 kg de peso en la Tierra requiere alrededor de 9,81 N de fuerza (creo que podemos redondearlo a 10 N).

Contrapesa la gravitación de la Tierra. Así, con él, la masa de 1 kg levita. Si quieres que salga de la Tierra, tienes que acelerarlo (hacia arriba). Cuantos g quieras que acelere, tantas veces 10N tienes que darle (sobre los 10N iniciales que compensan la gravitación de la Tierra).

La mayoría de los cohetes que transportan humanos comienzan con alrededor de 2-5 g. Para empezar como ellos, tienes que dar 30-60N por cada kg de masa que tenga tu cohete. La masa del motor de iones está, por supuesto, en él.

Ahora, para producir una fuerza de forma continua, lo que necesita aún no es energía. Para hacer eso, necesitas poder . Potencia significa, cuánta energía se produce en un segundo.

A partir de ahí la situación es un poco más compleja.

Para producir una fuerza de 1N (hacia arriba) durante un segundo, debe disparar (hacia abajo) una masa de 1 kg (normalmente, algún material gaseoso) con una velocidad de 1 m/s^2 durante este segundo.

O también puede disparar 0,1 kg de masa con 10 m / s ^ 2. O puedes 0.001 kg (=1g) con 1 km/s.

Si la velocidad de salida del material gaseoso que sale del motor iónico es de 100 km/s (= 100000 m/s), solo se requieren 0,00001 kg de combustible por cada kg por segundo, para producir este empuje de 1N.

Tenga en cuenta que la velocidad de salida máxima con motores químicos es de alrededor de 4-5 km/s. El mejor combustible realmente utilizado (LOX, oxígeno líquido e hidrógeno) tiene 3,6 km/s. Los motores iónicos actuales pueden llegar hasta unas decenas de km/s, los experimentales hasta 50. Pero es una cosa nanotecnológica, entonces podemos calcular con 100 km/s.

Ahora el problema es el siguiente: la energía aumenta cuadráticamente con la velocidad , por lo que acelerar 1 kg de combustible a 100 km/s requiere 100 veces más energía que acelerarlo a 10 km/s. Pero da solo 10 veces más fuerza, porque depende solo linealmente.

Para hacer levitar una cosa de 1 kg y 1 segundo de largo con una unidad que produce una velocidad de salida de 100 km/s, debe:

  • use 0.0001g de combustible
  • producir 0.5*0.0001*100000^2 = 500000J de energía (la energía se puede calcular por 1/2mv^2, donde m es la masa del combustible (en kg) y v es su velocidad (en m/s))

Ahora el problema es que esta energía de 500kJ en realidad significará que un gas golpea el suelo y el aire a una velocidad cósmica. Sí, pierdes esta energía para impulsar el motor, pero la recuperas en el acto. La unidad estará en una nube de plasma y todo se evaporará a su alrededor. No estaría cerca, sería como una explosión.

Es el espacio que podría funcionar.

En la atmósfera sugeriría elevarse como un avión o como un cohete que respira aire hasta que la atmósfera sea demasiado densa.

Los ionocrafts no funcionan en el espacio (no hay aire para ionizar, pero puedes traer algo) y ¿qué sucede si aumento el tamaño para que la explosión que limpiaría mi miserable trasero del planeta se distribuya en una superficie más grande?
@RedactedRedacted Lo siento, pensé que el OP se trata de unidades de iones. A pesar de eso, la respuesta puede contener información útil. Pero estoy considerando eliminarlo.
No, quédatelo, te será útil. Quizás para otros tiempos, como los viajes espaciales.
@RedactedRedacted Ok, gracias. Si la unidad puede "respirar" aire de la atmósfera para su uso, la solución más eficaz desde el punto de vista energético sería simplemente un helicóptero. En este caso, no tiene que proporcionar velocidad cósmica al combustible y, por lo tanto, no existe todo el problema. Por supuesto, una solución similar a un helicóptero puede ser impulsada por la nanotecnología. Un helicóptero nanotecnológico probablemente no parecería uno normal, y podría funcionar incluso no muy lejos de la tecnología actual. Aunque no pudo ir al espacio.
Hmmm... los helicópteros no son lo más sigiloso, ni los cohetes que respiran aire. Pero el que respira aire es útil para otros fines (interceptores).
Creo que sé dónde debo usar el ionocraft y dónde el cohete de succión de aire. Gracias.
Pregunta rápida: ¿Ionocraft con nanotecnología?
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