Como dice la respuesta a este hilo , es necesario enfriar los superconductores en las naves espaciales debido al calor residual de los sistemas secundarios y la radiación térmica del sol. La aplicación en la que los superconductores son los más interesantes para mí es proteger magnéticamente a las naves espaciales del viento solar y los rayos cósmicos galácticos para reducir los riesgos de radiación para los vuelos espaciales tripulados.
En lo que estoy pensando es en deshacerme de todo lo superfluo, hacer que el sistema sea lo más simple posible y simplemente alejarlo de la nave con una cuerda conductora conectada a la bobina superconductora, que a su vez está conectada a una película reflectante grande y delgada que bloquea el calor del sol. Después de colocar la pantalla solar, la bobina debería irradiar energía lentamente y eventualmente volverse superconductora (a 10 Kelvin para la aleación de niobio-titanio convencional), ¿verdad? Luego, puede agregar gradualmente corriente a la bobina hasta que el campo magnético sea lo suficientemente fuerte como para bloquear la radiación dañina.
Problemas que veo con este enfoque:
1) Orientación de la cortina solar
Nunca puede dejar que el serpentín se caliente más allá de su temperatura crítica, por lo que la pantalla solar debe permanecer frente al serpentín en todo momento. Esto probablemente requiere propulsores y una computadora, lo que hace que la pantalla solar sea una especie de mini satélite en sí mismo.
2) Tethers, sistemas secundarios y calor residual
La energía eléctrica proviene de la cuerda conductora que no es un superconductor en sí misma, por lo que habrá calor residual. Desviar partículas cargadas también consumirá energía, constantemente debe agregar nueva corriente a la bobina. Además de eso, probablemente también necesite una computadora y algo para monitorear y regular la bobina, produciendo aún más calor residual.
3) Fuerza del campo magnético
Cuanto más lejos esté el escudo magnético de la nave espacial, menor será la cantidad de protección que obtendrá. Si te acercas demasiado a la nave, la radiación térmica de esta podría calentar tu superconductor y el campo magnético afectará al metal que hay en su interior. ¿La distancia requerida de la nave le brinda suficiente protección para que esto valga la pena?
4) Apagar la bobina
Puede dejar que se caliente más allá de la temperatura crítica, pero el material superconductor se apagará y liberará mucho calor, lo que podría dañarlo.
Con todo, ¿es realmente una idea factible en comparación con solo usar enfriamiento activo?
Mucho depende de los requisitos de temperatura de sus superconductores. Eso, a su vez, depende de la cantidad de campo magnético que necesita, su presupuesto de masa para las bobinas y qué tan exótico es el material que puede pagar.
Hay un buen resumen de la criogenia espacial (en su mayoría activa) aquí . El enfriamiento pasivo a 50K ya ha volado en Planck (estaba planeando 60K , pero lo hizo mejor), y el JWST está planeando 40K.
El medio ambiente importa mucho. El "enfriamiento" proviene de la radiación al espacio a ~5k (promediando el flujo de estrellas en el área local de la Galaxia); la calefacción proviene de cualquier objeto local. Cuantos más escudos y más grandes necesites para el Sol, la Tierra, la Luna, etc., menos ángulo sólido tendrás que irradiar hacia el resto del cielo.
El escudo de 5 capas de JWST fue diseñado para cumplir con el requisito de un flujo de paso de no más de 2 W, que a su vez podría irradiarse al espacio para una temperatura del instrumento del telescopio de 40 K. Porque el flujo va como , manteniendo todas las cosas iguales, necesitaría reducir el flujo en un factor de para llegar a 10K. Si todo fuera perfecto, esto solo requeriría 2 (tal vez 3) capas más.
Pero es difícil mantener perfecto un escudo de este tipo , e incluso un defecto en el nivel del 0,1% podría dejar pasar suficiente flujo de calor para abrumar el enfriamiento pasivo por radiación. En algún momento, el requisito de la perfección se vuelve demasiado caro.
Desviar partículas cargadas también consumirá energía, constantemente debe agregar nueva corriente a la bobina.
No, los imanes no cambian la energía de la partícula, solo su momento. De lo contrario, los imanes permanentes no funcionarían constantemente. Pero el impulso se transfiere al imán, por lo que también necesita un mantenimiento activo de la estación.
Después de colocar la pantalla solar, la bobina debería irradiar energía lentamente y eventualmente volverse superconductora a 10 Kelvin.
Sí, se enfriará, pero probablemente no tanto: hay cajas cerca de los polos de la Luna que nunca reciben la luz del sol. Tienen una temperatura de unos 100 Kelvin.
Pero un escudo solar no lo protege de todo el calor que emite el Sol: su escudo solar se calentará y, debido a la conducción térmica, su parte trasera también se calentará. Puede agregar más aislamiento en el escudo, pero esto no evitará la transferencia de calor, solo la hará más lenta. Una vez que el escudo esté caliente, irradiará calor por sí mismo y, por lo tanto, calentará la bobina magnética. Necesitará un poco de enfriamiento activo para mantener la parte trasera lo suficientemente fría.
También tenga en cuenta que la distancia del escudo no importa: cuanto más cerca esté, más pequeño puede ser. La cantidad de radiación que recibe la bobina depende del tamaño angular (cobertura del hemisferio) del escudo, no de su distancia ni de su tamaño.
Sin hacer los cálculos: para alcanzar temperaturas tan bajas, supongo que necesita, además del enfriamiento activo, un escudo para proteger la bobina de la radiación proveniente de la Tierra y posiblemente incluso de la Luna.
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