Deseo construir una especie de enjambre de Dyson alrededor del sol. No para transmitir energía, sino para poner supercomputadoras en cada satélite para que puedan calcular trayectorias espaciales.
La idea principal del proyecto es proporcionar un viaje fácil en el sistema estelar. Estaba pensando en incluir un simulador KSP parcheado en cada nave espacial, pero un físico amigo mío me dijo que "jaja, no".
Ahora, la construcción del edificio es incremental y fuertemente impulsada por diversas grandes empresas (también conocidas como trillonarios engañados), mi enfoque principal está en la viabilidad de la misma.
Creo que los principales problemas pueden ser el enfriamiento de los procesadores, el viento solar que daña la electrónica y el costo general de mantenimiento una vez que las calculadoras están en su lugar.
Entonces, mi pregunta principal sería: ¿es posible construir procesadores resistentes a la radiación de bajo calentamiento con una vida útil de una década?
Ok, como los comentarios ya ayudaron a OP a encontrar el concepto de cerebro Matrioshka, me dejo centrarme en otros aspectos de la pregunta.
En primer lugar, la escala del sistema, digamos 500 W por nodo consta de procesador(es) de 100W, 300W de tarjeta(s) gráfica(s) (algo así), 100W para otras necesidades.
la potencia del sol es de 3.82e26W, con una eficiencia del 40% tendremos 3.056e+23 nodos en ese super-cluster.
Hasta ahora (en este siglo y en el anterior) hemos producido menos de 1e14 procesadores. (una especie de suposición descabellada, procesadores integrados incluidos y son el 99% de las cosas que generalmente llamamos procesador, la pregunta de Quora ¿Cuántos microprocesadores vende Intel por año? contiene un enlace interesante).
El punto es que incluso si ha dedicado 1e9 fábricas para producir nodos para MB y para piezas de repuesto de MB, tiene sentido replicar todas las tecnologías que se necesitan en la producción (simplemente replicar las capacidades de fabricación terrestres y escalarlas un poco) en uno nodo de producción, porque la escala de operación está muy por encima de todo lo que hemos hecho en la tierra en este momento. De esta forma cada nodo de producción será autosuficiente.
En la órbita terrestre, a una distancia de 1 au del Sol, 1e9 fábricas del tamaño de la tierra cubrirán la mitad (0,47) de la superficie de la esfera de 1 au alrededor del Sol. (Solo encuentro esa ilustración divertida, no tienen que ser tan grandes, pero los coleccionistas tienen que ser 2 veces más grandes)
Uno de los principales problemas, en términos de factibilidad, será desarrollar (no construir) esas (1e9) unidades de producción, tienen que ser completamente automáticas en la instalación de producción y reemplazo de unidades rotas, reciclaje.
De esta manera, el costo fundamental estará en desarrollar dicho sistema automático, en parte copiando las tecnologías existentes de la Tierra/Luna/Marte/Venus/mercurio/cualquiera que sea, complementándolas con la automatización en un sistema completamente automatizado.
El segundo costo fundamental es desarrollar un sistema totalmente automatizado de extracción y suministro de recursos en las etapas iniciales para el crecimiento del supercúmulo.
El costo de mantenimiento será supervisar ese supercúmulo, monitorearlo, por si acaso. No se necesitan otros costos de mantenimiento, este sistema funcionará hasta que el sol arda.
En general, no es necesario producir un procesador de bajo calentamiento, porque el flujo de energía está limitado por el flujo de energía a esa distancia de la estrella, de esta manera, la temperatura máxima para este sistema estará limitada por la temperatura alta de un cuerpo negro, a esa distancia de el sol. (ver notas)
Dependiendo de la configuración, cómo se organizan esas unidades de cálculo, como una capa delgada o una estructura más globular, es posible que no se necesite un procesador resistente a la radiación, porque la construcción puede tener una capa de protección bastante gruesa (km de espesor)
Pero los procesadores resistentes a la radiación se producen hoy en día para las necesidades aeroespaciales, y reemplazar aquellos que están dañados por las bengalas será un pequeño porcentaje de las capacidades de fabricación que tiene todo el sistema, y se puede hacer justo cuando se realiza una actualización del sistema. Por la misma razón, no es necesario en una vida útil de una década. Pero como ejemplo, algunos procesadores producidos para Voyager todavía funcionan incluso hoy en día, por lo que son perfectamente capaces de tener una vida útil de una década, pero en realidad no es lo que desearía, ya que reemplazarlos con unidades más eficientes lo antes posible (como tiene sentido) es algo bueno.
Los procesadores resistentes a la radiación pueden ser producidos por otras tecnologías no basadas en silicio, basadas en el principio de los nanotubos de vacío; se prueban diferentes variaciones en los laboratorios:
¿Podrían los tubos de vacío modernos a nanoescala reemplazar a los transistores?
Transistores de vacío a nanoescala: geniales, pero aún no tan bonitos como un 12AU6 brillante
Tal sistema como una solución para el problema de navegación es excesivo.
Para el sistema de navegación, es suficiente colocar balizas cada 5'000'000 km, y un ejemplo de dicho sistema y algunas consecuencias y algún caso de uso se describen en esta respuesta de mi, aquí
Todo el sistema solar puede estar cubierto 10 au por alrededor de 100 millones de tales nodos, con un cuaderno moderno de poder de cálculo, y formar una red de esas unidades será mucho más que suficiente para resolver cualquier problema de navegación que uno pueda enfrentar en el sistema solar.
5'000'000km se basan en el proyecto LISA , donde se prevé una distancia entre sondas de 5 millones de km, para la detección de ondas gravitacionales. No sé con qué precisión deberían mantener la distancia entre ellos, pero supongo que si es bueno para detectar ondas gravitacionales, entonces es lo suficientemente bueno para fines de navegación. (Ver Nota, precisión LISA )
La masa del sistema informático puede ser aproximadamente la masa de un planeta como la Tierra si la masa promedio es de 10 kg por nodo de cálculo.
La distancia desde el Sol es de aproximadamente 1 au porque se trata de la temperatura a la que el sistema actual aún puede funcionar, incluso sin enfriamiento activo. La temperatura de un cuerpo negro es de unos 130 °C a esa distancia.
Teniendo en cuenta que una unidad es aproximadamente, digamos 1 metro cúbico de volumen por nodo de cálculo (promedio) y 1e9 de tales grupos, el tamaño de un grupo es aproximadamente una esfera con aproximadamente 90 km de diámetro, por lo que lo más grande allí (en tamaño) es el colector de energía , y el sistema de enfriamiento, con pequeñas motas de unidades de procesamiento y producción reales adjuntas. (o esas unidades de cálculo son una pequeña capa en el sistema de recolección de aproximadamente 0,01 m)
La velocidad y el tiempo para construir ese sistema dependen en gran medida de la eficiencia energética de los procesos utilizados y ese es solo un factor limitante del proyecto en términos de construcción real. (puede llevar menos de 25 años construir dicho sistema)
De hecho, soy un gran fanático del seguimiento de cada objeto en el sistema solar de hasta 3 litros de volumen, incluida y especialmente la nube de Oort, ya que creo que es una base de datos muy valiosa que nos permitirá observar con gran detalle el pasado. de nuestro sistema estelar, y la historia de los eventos que ocurrieron alrededor de nuestro sistema estelar en el pasado, millones tal vez cien millones de años en el pasado. Qué estrellas pasaban, espectro e intensidad de su luz, distancia, trayectoria relativa a nuestro sistema, su composición. Registros sobre nuestros planetas en nuestro sistema (trayectorias, evolución de nuestro sistema, estabilidad de nuestro sistema, composición de la atmósfera de nuestros planetas, tenemos algunos planetas que no tenemos en este momento),
No estoy seguro de si tal tarea, como ver en el pasado de nuestro sistema, necesita un sistema MB, definitivamente ayudará, pero considerando cuán ineficientes energéticamente son los sistemas actuales en comparación con los cerebros biológicos y ese problema es adecuado para procesamiento paralelo (que es excelente caso para la computación cuántica) No dedicaría toda la energía disponible para la tarea. El 1% es suficiente, hay tareas más importantes y un mejor equipo probablemente superará las necesidades para esta tarea incluso con el 1% de la energía solar.
Pero solo rastreando objetos con fines de navegación, esta tarea es mucho más simple.
Pero necesita un equipo más sofisticado que el que tenemos en este momento, y un enfoque ligeramente diferente al de construir un supercúmulo.
El principal problema que debe resolverse es rastrear las posiciones y velocidades relativas de esos cuerpos. De hecho, esta base puede ser muy grande, pero lo bueno de esto es que, para fines de navegación, no tenemos que tener esta base de datos en un centro de datos. La optimización es exactamente igual que para simular la interacción de la materia a nivel molecular: cada pieza de información se agrupa por la posición de esos objetos. Además, ayuda aún más que en algunos lugares formen grupos de forma natural como grupos de asteroides en los puntos de Lagrange.
Es suficiente observar el objeto 2 o 3 veces para predecir su posición durante mucho tiempo, con buena precisión. A veces perdemos objetos previamente observados, pero la mayoría de las veces funciona. Esos objetos entre la Tierra y Júpiter, como ejemplo, tienen períodos orbitales de 1 a 11 años. Teniendo en cuenta todo eso, si un objeto informará su posición una vez cada 3 meses, podremos predecir fácilmente sus posiciones en el futuro, entre esas actualizaciones.
Más lejos está el cuerpo, más tarda en dar una vuelta completa en la órbita. El período orbital de Saturno es de aproximadamente 29,5 años y es suficiente para que los objetos con más de 10 UA informen su posición una vez cada 10 años (quizás) para permitirnos predecir su posición con gran precisión.
Por lo tanto, si etiquetamos todos los cuerpos de los que nos gusta realizar un seguimiento, con algún tipo de marcadores y les damos la capacidad de determinar su posición y la capacidad de mantener una conexión a pedido e informar sus posiciones a tiempo, tendremos posición-velocidad. base de datos en forma distribuida en todo el sistema solar, y los datos estarán allí donde se necesiten para la navegación, donde encontremos uso para ellos.
Cada etiqueta debe realizar un seguimiento de los objetos más cercanos, de 10 a 100 objetos cercanos, de la misma manera que funciona la red celular, en función de la proximidad relativa. Cada etiqueta individual funcionará con una pequeña cantidad de información y por eso no tiene que ser algo emocionante en términos de poder de cálculo, y la mayor parte del tiempo estará en modo de suspensión, acumulando energía disponible para la próxima sesión de conexión.
Y esas etiquetas deben ser pequeñas, energéticamente eficientes, robustas, capaces de actualizarse por sí mismas, poder rastrear visualmente o por otros medios cuerpos más pequeños a su alrededor si se les asigna dicha tarea. Y lo más importante, tienen que repararse ellos mismos, no es aceptable enviar algo cada vez que necesita una reparación. Además, deberían ser capaces de marcar y descubrir los objetos que necesitan ser etiquetados y, de hecho, etiquetarlos: enfoque de sonda de von Neumann.
El punto principal para la navegación, esas etiquetas se activarán cuando sea necesario activarlas. Algunas naves planifican alguna trayectoria y solicitan información sobre la trayectoria y las correcciones de esta red solar global, el sistema pregunta a las estaciones base en esa ruta, verifican la información sobre los objetos marcados en la ruta.
Depende de la velocidad de viaje del barco, pero es suficiente conocer la situación a 100 000 km por delante y alrededor, esto dará horas para reaccionar y hacer correcciones si es necesario. Y la información que debe tenerse en cuenta se reduce considerablemente para el barco y para el sistema en su conjunto.
Es difícil decir cuántos cuerpos deben etiquetarse porque la distribución de ellos no es uniforme en todo el sistema. Mi computadora portátil puede calcular con relativa facilidad la interacción entre planetas (8 cuerpos) con pasos de 10 segundos, toma alrededor de 17 segundos por año, solo en el procesador en un hilo, es alrededor de 40 millones de cálculos por segundo, puede estar un poco fuera de lugar con los números, puede No verifique en este momento, especialmente sobre el tiempo, por lo que para ahorrar, probablemente pueda verificar la intersección con 1 millón de objetos en una PC bastante típica, por segundo. (no tiene que verificar sus colisiones entre ellos porque ya se sabe y la mayoría de las veces probablemente no colisionen).
Entonces, con una velocidad de 100 km/s del barco, y una velocidad típica de los objetos de 10-30 km/s, es fácil navegar entre 1 millón de objetos en aproximadamente 300 000 km 3 , que son aproximadamente 3 objetos por km 3 . Probablemente ni siquiera el polvo tenga tal densidad en las partes internas del sistema solar. Y todavía no necesita supercomputadoras.
Usar la potencia de MB para calcular la interacción entre todos los cuerpos en el sistema y poder predecir las posiciones de los cuerpos con alta precisión, eso es genial, pero hay algunos problemas.
En primer lugar averiguar todos esos cuerpos, y determinar sus posiciones y velocidades. Desde la distancia podemos hacerlo con una precisión limitada, cuanto más lejos está un cuerpo de nuestros detectores, menor es la precisión.
En segundo lugar, en este momento tenemos dificultades para determinar la masa de los objetos, hay diferentes formas de hacer una buena suposición, pero asegúrese, no podemos estar seguros en este momento, y probablemente en un futuro cercano.
Ambos hacen que el cálculo no sea preciso, no sea inútil sino imperfecto. (También hay otros factores no relacionados con la gravedad, muchos de ellos, como un ejemplo del efecto Yarkovsky o simplemente acciones industriales en el sistema solar)
Pero el sistema en sí, todos esos cuerpos con nuestros accesorios de baliza, calcula esas interacciones muy bien y con mucha precisión y con 0 gastos de energía de nuestro lado, gratis, me gusta gratis.
También tenemos que explorar nuestro sistema, no es suficiente saber solo las posiciones, debemos saber dónde y qué podemos tomar, por composición, por la cantidad; También tenemos que hacer una ciencia a partir de ese conocimiento. Por todo eso deberíamos estar allí donde están esos objetos. Deberíamos poder probarlos, saborearlos.
Los verdaderos problemas son esos marcadores o etiquetas.
En diferentes niveles tecnológicos, tiene sentido marcar objetos de diferentes tamaños. En nuestro nivel actual, o mejor dicho, que tendremos después de que SpaceX haga BFR, estará perfectamente bien marcar cuerpos de 1 km de tamaño y vigilar objetos menos significativos usando cuerpos de 1 km de tamaño como estaciones de observación y estaciones base para el sistema. Tendrá sentido para el sistema solar interior.
Mejores tecnologías son, más lejos podemos marcar, objetos más pequeños que podemos marcar. No tiene sentido marcar un objeto si un marcador es más grande que el objeto mismo.
Nanocrafts Starshot probablemente puedan usarse como etiquetas para cuerpos pequeños, con una base más grande en la región, que los produce y los envía a los cuerpos que nos gusta seguir.
Pero esos marcadores de estrellas tienen capacidades muy limitadas, pero aún así, pueden ser útiles.
El avance real es posible con nanosistemas con capacidades de autorreparación y con capacidades para reconfigurarse a sí mismos en los sistemas que nos gusta construir a partir de ellos. Grey goo en realidad se usa para representar una materia tan inteligente y tales capacidades, pero no vi un plano para ellos, y como muchos imaginan, tienen enormes agujeros en el plan y tienen limitaciones significativas.
La tecnología de la respuesta que ya mencioné anteriormente, son perfectamente capaces de hacer el trabajo, de manera segura y predecible, son algo intermedio entre marco-máquinas y nano-máquinas: lo mejor de dos mundos.
Con ellos, somos perfectamente capaces de marcar todo nuestro sistema solar.
El problema es que la propulsión reactiva es ineficiente, la ecuación del cohete Tsiolkovsky , y hay un número limitado de lugares para visitar regularmente (tal vez 1e9 lugares), y una cantidad limitada de masa en nuestro sistema, por lo que es posible una cantidad limitada de barcos. Mi recomendación personal es viajar con naves de 30 km de diámetro, una forma segura y cómoda de viajar, alto rendimiento militar en caso de demanda, y si extraer todo el material de construcción (todo excepto el hidrógeno y el helio) del sol para construirlos será suficiente para aproximadamente 736'481'481'481 tales barcos. Si los barcos son más pequeños, digamos de 1 km de tamaño, entonces el número será aproximadamente cuatro órdenes de magnitud más grande, y así sucesivamente, según la ley del cuadrado del cubo.
El punto es que una gran flota no es tan grande para el sistema estelar, porque el sistema estelar es bastante grande en tamaño, y el número en sí mismo no es tan grande ni siquiera para las computadoras modernas.
PD Hablando en pocas palabras, deseo decir que sí, MB es excesivo para la navegación.
De su página
https://www.elisascience.org/articles/elisa-mission/elisa-technology
Los cambios de distancia esperados son pequeños, unas pocas partes en 10 21 o 10 22 de la separación de la nave espacial.
Actualmente, tenemos satélites en órbita que tienen más de diez años, por lo que sí, es posible construir procesadores resistentes a la radiación y de bajo calentamiento con una vida útil de una década. ;-)
El enfriamiento no es un problema. El espacio es realmente frío cuando no estás expuesto a la luz solar directa, así que coloca algunos radiadores en el lado sombreado de los satélites y pueden descargar todo el calor que necesites en las frías y negras profundidades del espacio. Considere que las sondas espaciales usan regularmente generadores térmicos de radioisótopos que tienen solo un 5-7% de eficiencia. Como resultado, una sonda que requiere unos pocos cientos de vatios de potencia para sus sistemas tiene que deshacerse de unos pocos kilovatios de calor residual. Así que agregue algunas aletas de radiador negras o algunos paneles de radiador plegables y estará listo para comenzar.
En cuanto al diseño del chip, la respuesta corta es sí, podemos construir procesadores resistentes a la radiación sin demasiados problemas. La advertencia es que los diseños endurecidos por espacio generalmente no son chips de vanguardia, sino que sacrifican el rendimiento por la mayor durabilidad y confiabilidad posible. Por lo tanto, es probable que busque más un diseño de supercomputadora paralela masiva en lugar de un solo procesador de ultra alta potencia. Por supuesto, si sus satélites de supercomputación utilizan algún tipo de procesador exótico y no silicio moderno (p. ej., computación cuántica), es posible que se requieran consideraciones adicionales. Pero en ese momento, realmente puede declarar lo que quiera en cuanto a los requisitos de protección.
Con respecto al mantenimiento, si una civilización está construyendo un enjambre de satélites lo suficientemente grande como para rodear su sol en forma de esfera de Dyson, asumiría que también tienen la capacidad de mantenerlo de alguna manera útil. Solo como idea, podría haber estaciones de "depósito" repartidas por toda la esfera. Los satélites dañados o que funcionan mal podrían regresar a un depósito por sus propios medios o ser llevados a uno por embarcaciones tiernas, y luego restaurarse o reciclarse según sea necesario. Por supuesto, para un proyecto de esta escala, usted está en el extremo superior de esta tira xkcd , por lo que puede ser más fácil empujar un satélite roto a una órbita de cementerio y desplegar uno de reemplazo. Sin embargo, eso podría complicarse, por lo que probablemente querrán tener al menos algún tipo de método de recolección de basura para barrer los satélites viejos.
Entonces, en resumen, el diseño de los propios satélites no es el factor limitante. En lo que respecta a los satélites, podríamos comenzar a construir su computadora Dyson hoy, si de repente decidiéramos hacerlo.
El principal cuello de botella, tal como lo veo, sería el desarrollo de una infraestructura de fabricación capaz de generar satélites en la escala que está describiendo. Las instalaciones de fabricación y mantenimiento en órbita serían absolutamente necesarias, y le gustaría extraer la mayor cantidad posible de materia prima de asteroides u otras fuentes de baja gravedad, de modo que pueda minimizar la cantidad de material que debe transportarse. desde la Tierra (o cualquiera que sea su planeta base). Pero si su civilización ya tiene esa capacidad de fabricación, entonces deberían ser más que capaces de hacerlo.
Si desea el mejor viaje espacial posible, debe usar corredores espaciales. Básicamente, desea tener puntos establecidos en el espacio para viajar y usarlos como una autopista altamente monitoreada. Los barcos podrían saltar a FTL allí sin ningún problema.
El resto del espacio no necesitaría monitoreo excepto un par de millones de kilómetros alrededor de los corredores.
Simplemente coloque satélites/estaciones de monitoreo con partículas entrelazadas cuánticas a su alrededor y si algo fuera a suceder, todos lo sabrían de inmediato porque el túnel cuántico es instantáneo.
Cambia la partícula A aquí y la partícula B cambia en andrómeda, por ejemplo.
jyendo
Z.Schroeder
PatJ
PatJ
jyendo
JDługosz
cibernético