Turbinas de viento en el espacio

Las velas solares son una forma excelente y de bajo impacto de conducir su nave espacial. Si bien las turbinas eólicas son una forma de bajo impacto de recolectar energía del viento, sin embargo, solo funcionan cuando sopla el viento.

Mi pensamiento es que el viento solar siempre sopla de una manera. ¿Sería factible usar Solar Sail Wind Turbines,

  • ¿Qué tan grandes tendrían que ser?
  • ¿A qué velocidad girarían?
  • ¿Cuánta energía generarían?
  • ¿Serían expulsados ​​de sus órbitas?
La masa de reacción es muy costosa para llegar al espacio y es finita una vez que estás allí. Las velas solares son buenas para la propulsión, ya que reducen la necesidad de masa de reacción y proporcionan una aceleración muy lenta pero constante. Tampoco proporcionan energía eléctrica a la nave espacial.

Respuestas (3)

No, no son factibles.

Hay una forma en que podría hacerlo, y es tener turbinas que giren en sentido contrario y se proporcionen un par en sentido contrario entre sí. Luego puede orbitar este satélite a una velocidad que es un poco demasiado lenta para la altitud de la órbita, y la fuerza del viento solar proporcionará la parte "faltante" de la fuerza centrífuga.

Sin embargo...

Según Wikipedia , la fuerza de radiación en una vela solar que es...

  1. 800 metros por 800 metros de tamaño
  2. en coorbita con la Tierra alrededor del Sol

... es de aproximadamente 5 Newton, que es aproximadamente 1 libra de fuerza. Incluso si pudiera convertir esto de una fuerza normal a una que actúa radialmente, sería una fuerza casi infinitesimalmente pequeña en comparación con la energía fotoeléctrica que golpea la turbina.

Esa misma vela solar de 800 metros por 800 metros estaría recibiendo 800 metro 800 metro 1400 W / metro 2 , que es de aproximadamente 900 MW... que es la potencia de un reactor nuclear de tamaño decente .

En resumen: es extremadamente dudoso que la presión de radiación del viento solar pueda incluso superar las fuerzas de fricción de esta turbina contrarrotante. Y simplemente convertirlo en un panel solar estático es mucho más eficiente.

Pero sería un gran juguete de novedad espacial impresionante...

ingrese la descripción de la imagen aquí

Imagine dos de estos, apilados uno encima del otro, de aproximadamente 1 km de ancho, en el espacio . :D

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .

Sí, es posible

  • Pero no es lo que debería ser una solución sensata.

¿Qué tan grandes tendrían que ser?

  • Depende de la cantidad de energía que desee tener, pero más grande que los paneles solares.

¿A qué velocidad girarían?

  • Los límites se definen por la resistencia del material con el que lo ha construido y el tamaño de la construcción. Para ser eficiente, rápido. No sé más.

¿Cuánta energía generarían?

  • Depende de lo grandes que sean, pero menos que las células solares y otras soluciones.

    También depende de la masa de la construcción, qué tan cerca de la estrella están, qué tan profundos están en el pozo de gravedad (más profundos son, mejores y más eficientes por kg que trabajan)

¿Serían expulsados ​​de sus órbitas?

  • El punto central de dicho sistema se basa en el hecho de que no tienen una órbita natural y flotan usando la fuerza del viento solar cerca de la estrella, lo que contrarresta la atracción de la estrella, lo que (atracción) permite generar energía.

    Se llaman Statite , no estoy muy familiarizado con ellos, pero probablemente incluso encuentres algo similar a tu idea. Es una idea perfectamente válida, simplemente no es eficiente en masa y tiene muchos otros problemas, y lo único positivo que puedo decir al respecto es que es perfectamente capaz de funcionar.

como nota

El hecho de que el viento solar sople en una dirección (desde la estrella) no significa que las turbinas eólicas de vela solar deban girar en una dirección, y la dirección puede regularse mediante el ángulo de las palas. Y el sistema de 2 de tales Hélices es perfectamente capaz de mantener el impulso. Teóricamente, ni siquiera tiene que tener 2 hélices para que este sistema funcione, solo cambie la rotación periódicamente y use un núcleo masivo (no puedo describirlo en inglés, así que solo use 2 hélices, es más simple de describir).

Como note2, eficiencia

La eficiencia depende de la velocidad de las cuchillas giratorias. Cuanto más rápido gire esta cosa, más energía generará, más eficiente será. El trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia, la potencia es igual a la fuerza multiplicada por la velocidad.

Si tomamos la misma vela 800x800m que en la respuesta de Michael Karnerfors y la misma fuerza 5N, entonces para obtener 900MW con esta "cuchilla" tiene que tener una velocidad de 180'000'000m/s, es casi 2/3 de la velocidad de la luz. La fuerza centrífuga en esta situación será un problema, sería una construcción más grande (años luz grande), esto sería un problema menor. Pero la "cuchilla" no tiene que ser necesariamente una lámina delgada, puede ser un plasma, y ​​con un campo magnético, este plasma puede contenerse a esta velocidad, en una construcción de tamaño similar (tamaños de km o menos). Aunque con un tamaño pequeño (km) y un plasma no denso, tendremos otros problemas (el plasma será demasiado transparente, por lo que deberíamos tener una capa de ese plasma, o algo así)

Todavía puede tener el exterior de un gran ventilador de vela solar, donde las aspas solían cambiar el ángulo de la luz en la que golpea el rotor de plasma. Más rápido girará (el ventilador de plasma), mayor será el desplazamiento hacia el rojo de la luz reflejada.

Pero eventualmente será solo un acelerador de partículas, que usa la luz para acelerar las partículas (plasma) dentro de él.

Entonces, como la construcción simple, SolarSailTurbine puede no ser la solución más eficiente, pero un diseño más sofisticado puede mejorar la situación.

La respuesta es no.

La razón es que una turbina funciona haciendo girar algo alrededor de un eje anclado que no se mueve. La potencia es generada por la diferencia de velocidad. El giro hace que una bobina de alambre rompa las líneas magnéticas de un imán; que induce una corriente eléctrica. El proceso de extraer energía del giro induce arrastre en el cubo. La única razón por la que el centro no comienza a girar es porque está anclado.

En el espacio, el centro no tiene nada que le impida girar. Incluso en una nave grande, la nave eventualmente comenzaría a girar con la turbina solar a menos que usara la energía que genera para evitar que la nave gire. Eso sería contraproducente.

Debido al efecto de reacción del par, ¿la base no giraría en sentido contrario creando una mayor diferencia de velocidad?
@Sievert, no. La única razón por la que una turbina en la Tierra no coincide con el giro de las palas es porque está anclada a la Tierra. La turbina crea energía a través de la fricción física o la resistencia eléctrica (que es lo suficientemente cercana a la fricción). Intenta tirar de la turbina para que gire con ella. El estado de energía más bajo (entropía aquí) para el sistema es que giren juntos y no produzcan fricción.
Gracias. ¿Afecta el ángulo de las aspas en qué dirección giraría? (No niego que no generaría energía. Solo pregunto sobre la forma en que rotaría).
@Sievert, el ángulo afecta la dirección de giro. Girará hacia el borde de la pala más cercano a la fuente del viento. Puede configurar palas contrarrotantes, pero el conjunto de adelante girará más rápido, ya que consumirá gran parte de la energía del viento. También hará que toda la estación se tambalee y gire hacia un lado. En cuanto a la fuerza, la situación se complica.