Producción de energía fuera del planeta: ¿cuál sería la mejor manera de suministrar esta energía en el planeta?

Personalmente, iría por una ruta diferente aquí.

Enviar energía al planeta, a través de toda esa atmósfera, causará enormes pérdidas: la idea de "cablear el ascensor espacial" probablemente sea la más factible, si desea brindarle a su civilización la tecnología para construir uno.

Pero: ¿por qué hacer eso en absoluto? La energía requerida para el uso terrestre será completamente eclipsada por la que su civilización usa en el espacio si establecen operaciones en el cinturón de asteroides (y supongo que también en otros planetas). Minería y refinación de minerales, fabricación de naves espaciales, satélites y demás, refinación del combustible para dichas naves espaciales... Demonios, si tienes mucha energía barata (más que en otros lugares) en el espacio, probablemente se colocarán centros de procesamiento de datos y granjas de servidores. allí también (suponiendo que haya una forma eficiente de deshacerse del exceso de calor sin una atmósfera).

Además, tenga en cuenta un gran problema con el uso de la energía acumulada en el espacio en la tierra: la energía no se pierde, solo se transforma. Lo que significa que cualquier "pérdida" al transmitir energía de microondas o láser, Y la energía NO perdida "utilizada" más tarde, al final se convertirá en calor. Actualmente, el planeta se encuentra en un cierto nivel de temperatura en el que su temperatura hace que irradie aproximadamente tanta energía como la que le agregan los rayos del sol; si hay un desequilibrio allí, la temperatura aumenta hasta que se alcanza un nuevo equilibrio (cuanto mayor sea la temperatura , se irradiará más energía; también hay cosas mucho más complicadas, como los efectos de invernadero y las fórmulas exactas, pero para una comprensión básica, decirlo así debería funcionar). Entonces, si constantemente traes X cantidad de energía del cinturón de asteroides, la temperatura global aumentará en Y grados debido a eso. A menos que desee compensar la energía directamente utilizable, más o menos, que trae al reducir la energía no enfocada que agrega el sol con enormes satélites parasol o sembrar nubes para reflejar más luz solar o lo que sea, se encontrará con grandes problemas.

Por supuesto, esa podría ser la dirección de su historia, en cuyo caso recomiendo combinaciones de las otras respuestas. En particular, el ascensor espacial, no necesariamente como un cable enorme, sino porque hace que la entrega de sus baterías espaciales al suelo también sea mucho más eficiente.

Si no tiene la ciencia material para un ascensor espacial en toda regla, busque fuentes espaciales en su lugar, básicamente, un sistema de ida y vuelta controlado magnéticamente que lanza contenedores al espacio y los atrapa nuevamente cuando vuelven a bajar.

Bueno, se me ocurren algunas ideas:

Radiación electromagnética enfocada

Algo parecido a la central eléctrica de microondas mencionada en otras respuestas. Tenga un máser grande (láser de microondas) en su punto de generación y apúntelo a un área apartada de la Tierra para recolectar a través de una gran matriz de recolección. El sitio de recolección tendrá que ser grande debido a los problemas de dispersión del haz, lo que en realidad es algo bueno, ya que al distribuir la potencia se reducen los problemas con la absorción atmosférica o los daños del estilo del rayo de la muerte. Actualmente se cree que este es el método mejor y más factible, y se ha estudiado bastante bien con mucha información disponible sobre los detalles de cómo funcionaría.

Almacenamiento de energía portátil

Para este tipo de transferencia de energía, desea cosas con una densidad de energía muy alta , que luego transporta a la Tierra, esto no será muy efectivo en general debido a los altos costos de transporte involucrados, especialmente si necesita un aterrizaje controlado suave para transportar a la superficie de la Tierra, pero con materiales densos de muy alta energía podría tener sentido.

La parte superior de los potenciales aquí, basada en la densidad de energía, sería la antimateria, se necesitaría un método de producción mucho más eficiente desde el punto de vista energético de lo que es posible actualmente utilizando colisionadores de partículas, así como otras tecnologías de almacenamiento, transporte y generación de energía que actualmente no existen, pero si los tuviera, un envío de ~ 3 toneladas de antimateria podría alimentar a la sociedad humana durante un año ( 5.6x10 ^ 20 J / 9x10 ^ 16 J/kg = 6200 kg dividido por dos para la materia normal en el reacción = 3100kg).

Las opciones más realistas para los portadores de energía serían los hidrocarburos artificiales producidos a partir de materiales de asteroides y cometas, o metales refinados como el aluminio, que pueden no refinarse para producir electricidad. Estos tendrían una densidad de energía bastante baja, lo que significa que necesitaría algunos métodos muy eficientes para enviarlo a la Tierra para que sea viable.

Un método posiblemente útil, dependiendo de su disponibilidad en asteroides u otra minería espacial, sería la fisión nuclear o los combustibles de fusión. Se ha teorizado que He3 está presente en ubicaciones espaciales producidas por el viento solar, si desarrolláramos energía de fusión que pudiera usar este u otros isótopos exóticos disponibles más fácilmente en el espacio, definitivamente podría ver viable la extracción de combustible nuclear.

En términos de almacenamiento de energía actualmente utilizable, realmente no puedes vencer a Uranium . Si realiza todo el peligroso procesamiento de refinación y combustible en el espacio, el transporte de combustible de uranio refinado a la Tierra ofrecería una capacidad de transporte de energía muy alta.

Conexión directa

Al final de la lista de métodos teóricos está uno de mis favoritos, el ascensor espacial . ¡Todo el problema parece realmente fácil cuando se puede ejecutar una línea de alta tensión de larga distancia desde el espacio hasta la Tierra!

Encuentre la transferencia de energía inalámbrica y use cualquier tecnología existente, o invente una que se adapte a su trabajo.

La planta de energía de microondas en SimCity usa microondas del satélite a la tierra (con la imagen a continuación). En realidad, la transmisión de energía por microondas (MPT) se utiliza para alimentar helicópteros en 1964 ( Plataforma experimental soportada por microondas en el aire )

El láser también parece posible. Avión impulsado por láser de la NASA (2003)

¡La respuesta obvia es usar tanto en el espacio como sea posible!

Hay formas relativamente fáciles de producir grandes cantidades de metales y otros materiales a partir de asteroides utilizando fundiciones espaciales; estos son solo grandes enfoques térmicos de la energía del sol usando simples espejos de aluminio para derretir los asteroides. Agregue una pequeña fuerza centrífuga y una bola derretida puede separarse por peso molecular para la purificación y luego usarse para una mayor purificación o recombinación.

Creo que en el espacio se podría fabricar el mismo tipo de cerámica resistente al calor que usamos en el transbordador espacial para protegerlo del reingreso. Debería poder fabricar fácilmente recipientes de acero muy grandes (del tamaño de un camión cisterna) para contener gases licuados altamente comprimidos, hidrógeno y oxígeno, por ejemplo. Transpórtalos a la Tierra, protegidos por tejas y con un amerizaje en paracaídas, y utilízalos como combustibles para alimentar generadores eléctricos. Se queman limpios, y los contenedores no son tóxicos, y tal vez se puedan construir en formas que incluso sean útiles por derecho propio. Para que quede claro, no hablo de unos pocos, sino de una línea de producción de millones de ellos por año, o cuantos necesite la Tierra (o un país).

Dos ascensores espaciales.

Tres si se quiere enviar trifásico. (aunque dadas las distancias, AC es probablemente una idea muy terrible, velocidad de la luz y todo).

Imagínese si necesitara obtener varios gigavatios en Manhattan. Usas el Puente de Queensboro como un conductor y el Puente de Brooklyn como el otro. Sin vías férreas, una zona de aislamiento para una transición segura, la estructura es el conductor . ¿Consíguelo?

Puede energizar cada ascensor espacial a varios megavoltios en comparación con los demás, y la mitad en comparación con la Tierra. Aísle las luces del día del anclaje.

No haga funcionar un ferrocarril hasta el ascensor espacial, exija que la gente venga los últimos 10 km en vehículos con neumáticos de goma. A medida que cruzan la gran plataforma aislante, se polarizarán hasta el par de megavoltios, sin darse cuenta. Al igual que un liniero puede trabajar en líneas de alta tensión con la energía encendida, si solo contacta con una de ellas a la vez.

Básicamente, los ascensores espaciales no tienen nada de especial, excepto que sus estructuras están conectadas eléctricamente para asegurar que transporten bien la electricidad.

La razón para no hacerlo con un ascensor espacial es que el voltaje necesario sería bastante alto, lo que requeriría un aislamiento considerable que separe los dos "cables". Esto haría mucho más difícil usar la estructura en sí misma como ambos conductores, lo que haría necesario llevar un conductor y el aislamiento como un peso muerto inútil. Cualquier falla en el aislamiento podría crear un arco que podría dañar y cortar el ascensor espacial. Use dos ascensores espaciales y haga una carrera final alrededor de estos problemas.

Esto no es un rayo de la muerte.

Casi cualquier otra forma de transmisión de energía sería muy dañina si se abusara de ella. No esta. No hay realmente una manera de convertirlo en un arma. **

** como método de transmisión de energía. Esto no dice nada sobre la vulnerabilidad de los ascensores espaciales en general .

La energía inalámbrica tiene problemas (clima notable) y además, está cubierto en el Wiki

Lo que podría intentar es un poco más directo: refinar metales, enviarlos a la superficie de la Tierra y quemarlos. Como se encuentra en el cinturón de asteroides, habrá muchos silicatos de magnesio y aluminio que se pueden refinar a aluminio y magnesio respectivamente, con cualquier energía disponible: la energía solar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, lo hace fácil. Luego puede lanzar grandes bloques de estos metales en una órbita que se cruza con la de la Tierra; organizar un mecanismo de aterrizaje puede ser difícil, pero no imposible; no es como si necesitaras un aterrizaje suave. Luego, simplemente pulveriza y quema el metal en las centrales eléctricas.

Con una refinería automatizada en el cinturón de asteroides y, por lo tanto, un flujo constante de 'ladrillos' de metal, tiene una fuente de energía continua.

Espejos

La tierra ya está recibiendo energía del espacio. El horno de fusión en el centro del sistema solar proporciona a la Tierra 174 petavatios de potencia. Tiene el potencial de proporcionar mucho más, la producción total es de alrededor de 400 septavatios de potencia, mucho más de lo que me gustaría que se transmitiera a la frágil superficie de nuestro pequeño planeta.

Las formas obvias de dirigir más energía solar a la tierra son lentes y espejos; Los lentes grandes pueden ser pesados, por lo que los espejos son una opción sensata. Hay varias formas de recibir energía solar. Los más familiares son los paneles solares, pero si está dirigiendo una gran cantidad de energía a una ubicación pequeña, es posible que desee generadores de sales fundidas. Los generadores de sales fundidas tienen dos ventajas. En primer lugar, pueden almacenar energía para que pueda manejar las fluctuaciones de la demanda. En segundo lugar, la sal fundida es mucho mejor que los paneles solares fundidos.

Los espejos podrían tener un módulo de control en el centro. El módulo podría tener un conjunto vertical y horizontal de ruedas alimentadas por energía solar. Al girar las ruedas en una dirección, el espejo girará en la otra. Esto nos permitiría dirigir la energía reflejada.

Plausibilidad

A menudo, el futuro no implica nuevas tecnologías, sino tecnologías existentes que se vuelven más baratas. Ningún material conocido es lo suficientemente fuerte para un ascensor espacial. Quizás en el futuro se descubran nuevos materiales que podrían usarse para construir un ascensor espacial. Por otra parte, se predijo que podríamos vivir en todas las casas de plástico... Supongo que ahora podemos, pero ¿por qué querríamos hacerlo? Sin un ascensor espacial, estamos limitados a varias formas de transmitir energía a la tierra, y reflejar energía a la planta de energía solar existente parece un paso incremental.

Toda esta tecnología podría fabricarse hoy. Poner espejos en el espacio sería prohibitivamente costoso hoy en día, pero presumiblemente los precios caerán si la producción industrial se traslada al espacio.

A veces no se necesita energía para estar en forma de electricidad. Si una planta de fundición necesita que se derrita algo, la energía solar concentrada podría ser la solución. ¿Algún descontento quejándose de los precios de la energía? Sea generoso para variar y emita un teravatio gratis directamente a su techo. En principio, podrías tener un elaborado sistema para cargar sofisticados cañones láser y prestárselos a tus matones. Seguro que puedes ser el líder hambriento de poder de una megacorporación futurista que busca dominar el mundo. Eso no significa que su CFO le permitirá entregar prototipos invaluables a sus secuaces incompetentes... no cuando existen formas más rentables de vaporizar a su oposición.

Alguien pensó en un rascacielos colgado de un asteroide geoestacionario. No es posible con la tecnología actual. Voy a vincular la pregunta SE al respecto. Podrías usar este tipo de objeto espacial para transportarlo de regreso a la Tierra en condiciones controladas, como quieras.

Si es energía solar, podrías usar fibra óptica para transportarla desde el asteroide a la superficie, o incluso podrías enviar un rayo láser de alta energía a través de algún tubo de vacío hasta que llegue al suelo.

Otros materiales como el uranio que se extrae de los asteroides podrían ser enviados por un ascensor.

El edificio podría construirse utilizando algunos materiales de alta resistencia a la tracción y se podría argumentar que los avances en nanotubos de carbono o grafeno han hecho posible la producción de estructuras libres de defectos de un metro de largo de estos materiales.

Ligeramente más seguro que dirigir un flujo de radiación directamente a un punto del planeta.

Ampliar los mecanismos de transferencia de energía inalámbrica existentes. Es posible que necesite algo de handwavium para mantener el campo magnético lo suficientemente concentrado para un transporte de energía de tan largo alcance.

Genera energía en el espacio. Envía electricidad a través de una bobina cilíndrica de alambre para generar un campo magnético.

Instale una bobina de alambre en la tierra. Apunte los cilindros el uno al otro. El campo magnético de la bobina espacial inducirá una corriente eléctrica en la bobina terrestre.

Entonces alguien podría pararse sobre el receptor y estar absolutamente bien **

Los aviones podrían volar por encima y estar bien***

Un meteorito que golpee la bobina espacial y la vuelva a apuntar ligeramente estaría absolutamente bien ****

** Siempre y cuando no tengan hebilla de cinturón de acero. si lo hacen, obtendrán un calzoncillo muy mortal.

*** Mientras no haya nada de hierro a bordo. No estoy seguro si la electrónica estaría frita.

**** Es mejor no tener ninguna plancha cerca del receptor.

De Wikipedia: la agricultura, la minería, la fabricación y la construcción consumen alrededor del 37% del total de 15 TW (consumo total de energía de la Tierra).

Ahora, los productos agrícolas son intensivos en masa, por lo que no creo que alguna vez haya una forma rentable de devolverlos a la Tierra (salvo tal vez por un ascensor espacial ya construido). Además, la agricultura utiliza CO2 para producir alimentos, por lo que debe haber una fuente de CO2 cerca. Reducir la carne o el alcohol sería más favorable (ya que son menos intensivos en masa que los cereales), pero aun así el valor es bajo. Ahora, minería y refinación... trabajo sucio e intensivo en energía. Uno podría minar los asteroides, pero para traerlos de regreso a la Tierra (o en órbita terrestre) uno debe superar grandes penalizaciones energéticas. Además, la gravedad cero ofrece algunas oportunidades únicas (como aleaciones de componentes de diferentes densidades). Nuevamente, la energía nuclear no necesitará blindaje nuclear en todas las direcciones (solo blindaje contra impactos), considerando que la órbita de la Tierra está bastante vacía.

Por lo tanto, no veo mucha necesidad de enviar energía a la Tierra, solo para mover operaciones intensivas de energía en órbita (como, por ejemplo, construir paneles solares). Esto supone en primer lugar, que ya tenemos recursos en órbita, y en segundo lugar, que existe una tecnología de "descarga" confiable y económica.

Atmósferas de los gigantes gaseosos. Haga una nave propulsada por metano con una pala de Júpiter, suficiente energía para impulsar al hombre o la exploración espacial durante los próximos mil millones de años o más.