Un relè laser funzionerebbe meglio sulla superficie di un corpo senz'aria o in orbita?
Sfondo:
All'inizio del 22esimo secolo, una stazione laser è stata istituita sulla luna di Urano, Cordelia, per sparare pezzi di deuterio congelato nel sistema solare interno come combustibile per la fusione. Tuttavia, il singolo laser necessita anche di un relè nel caso in cui la Terra sia dietro il Sole o altrimenti inaccessibile. Questa stazione di trasmissione deve generare un raggio laser per reindirizzare e decelerare i piccoli pezzi di carico utile di deuterio per arrivare alla stazione o per essere reindirizzati verso la Terra. Per la massima separazione angolare dal Sole e dalla Terra vista da Urano, questo sarà posizionato da qualche parte nel sistema di Saturno.
Ora, per arrivare al nocciolo della questione. Dove devo metterlo esattamente? Le opzioni di superficie e in orbita sulle lune senz'aria di Saturno hanno entrambe i loro vantaggi e svantaggi, ma mi chiedo quale sia effettivamente superiore in termini di progettazione della stazione più efficiente e leggera possibile.
TL;DR: I fattori da considerare sono 1) massa della stazione con apparecchiature di raffreddamento, eventuali propulsori, ecc. e 2) posizione ottimale per la trasmissione di energia.
Grazie per il tuo contributo!
Risposte
Mettici sopra l'inglese.
Un laser è sufficiente. Può essere mirato con precisione. Ovviamente questo è il laser di Chekov e più avanti nella storia mirerà a produrre caos...
Ma baccelli di deuterio per ora. Sì. Spari ai baccelli sulla Terra. Devi calcolare la traiettoria del pod considerando il tuo movimento rispetto alla terra, così come l'attrazione gravitazionale di altri oggetti all'interno o vicino al percorso. Questi potrebbero includere pianeti interni. La gravità del sole sarà ovviamente importante.
Quando non hai un tiro diretto verso la Terra, puoi usare un pozzo gravitazionale per puntare il tuo colpo, inviandolo su un percorso curvo per evitare il sole e intercettare comunque la Terra. In definitiva questo è come un aiuto gravitazionale ma piuttosto che un'accelerazione o una decelerazione, per far seguire al proiettile un percorso curvo. Vari pianeti sono utili per questo. Giove è pesante e una scelta ovvia, ma potresti usare Marte o Saturno stesso.
L'uso di un aiuto gravitazionale come questo per i tuoi colpi regolari potrebbe anche risparmiare energia.
https://space.stackexchange.com/questions/10021/how-are-gravity-assists-conceived
Ah, la domanda. Mettilo sulla superficie il più vicino possibile alla tua operazione di raffinazione. Rinforzarlo sulla superficie aiuterà con la mira e ti permetterà di smorzare le vibrazioni. Non c'è atmosfera che si frapponga.
Supponendo che il deuterio venga estratto e lavorato sulla luna stessa, anche il lanciatore laser dovrebbe trovarsi sulla luna. Questo offre diversi vantaggi:
- Il laser può utilizzare propulsori a fusione di dueterio sulla luna stessa, alimentati dallo stesso ghiaccio di deuterio estratto per l'esportazione
- Il calore disperso del lanciatore laser viene smaltito più facilmente utilizzando la luna come dissipatore di calore. Una parte del calore può effettivamente essere utilizzata nell'impianto di lavorazione, ma scaricare il calore per convezione o conduzione nel ghiaccio è molto meglio che cercare di irradiarlo nel vuoto.
- Modulando il laser di lancio, puoi essenzialmente inviare i tuoi pacchi di deuterio congelato in qualsiasi punto del Sistema Solare. Tutto ciò che serve è calcolare la traiettoria di energia minima appropriata, attaccare un blocco di ghiaccio ordinario adatto alla capsula e riscaldarlo con il laser per generare la spinta. I clienti sono responsabili di catturarlo dall'altra parte, con il proprio laser o utilizzando un altro mezzo come un driver di massa.
- Con il laser montato sulla luna, è molto più facile eseguire la manutenzione, l'aggiornamento e così via. Non è necessario progettare il laser per operazioni a gravità zero, attracco di autocisterne o altre complicazioni.
L'estrazione e il trasporto di merci alla rinfusa lavora sempre per ridurre al minimo i costi. Un singolo laser sulla luna è molto meno costoso di uno in orbita e molto meno costoso di più laser o specchi nel Sistema Solare. L'utilizzo del combustibile di fusione già disponibile sulla luna e il riciclaggio del calore disperso dal laser nell'impianto di elaborazione aumenta l'efficienza complessiva dell'impianto e si traduce in costi complessivi inferiori. La questione del trasporto è già risolta semplicemente tracciando la traiettoria energetica minima verso qualunque obiettivo tu abbia un cliente - ovviamente la quantità minima di energia è necessaria durante i periodi sinodici tra i pianeti, ma c'è sempre un percorso energetico minimo attraverso l'orbitale periodo.
Data la lunghezza del tempo in cui Urano orbita attorno al Sole, i periodi sinodici sono pochi e lontani tra loro, quindi il semplice invio di un flusso costante di pod su orbite di minima energia crea una sorta di "conduttura" per il cliente - se hai fatto correttamente i tuoi calcoli un singolo pod arriverà nel target anni o addirittura decenni dopo, ma arriverà in una data e ora predeterminate. Il vero problema è come manipolare il mercato dei "futures" per garantire che i costi più il valore temporale del denaro durante il periodo di trasporto siano coperti - si spera con un profitto!
Primo: il modo più efficiente sarebbe usare la gravità e non un laser. La Terra avrà bisogno di deuterio per i prossimi 100 anni. Quindi a nessuno importa se spedisci il deuterio lungo un'orbita. Fondamentalmente sparalo in un'orbita terrestre o direttamente nell'oceano.
Ma nel tuo scenario, decidono di andare più veloci. Quale TBH non è irrealistico. Ci piace quando le cose sono veloci. Quindi laser FTW.
Per la massima quantità di controllo, hai bisogno, come minimo, di 3 laser che si trovano sui lati opposti del sistema solare. Poiché il sistema solare è, più o meno, un piano bidimensionale, 3 laser a 120 gradi sfalsati ciascuno ti darebbero un controllo illimitato.
Dove devono essere quelli, immagino attorno all'orbita di Urano o forse Saturno stesso. Non vuoi che un laser Gigawatt spari attraverso il sistema solare per settimane. Quindi dovrebbero essere il più vicini possibile.
Presumo anche che averli in orbita sia la cosa migliore. Come mai ? Perché probabilmente è più economico. Ma questo tipo di dipende dal tipo di laser che hai. E di quanta energia hanno bisogno.
Anche le stazioni esistenti e così via possono essere un fattore.
Per l'orbita stessa, beh, vuoi che quelle stazioni puntino sempre verso il Sole. Quindi sarebbero molto lontani da Saturno o da qualsiasi corpo vicino. Voglio dire, potresti probabilmente considerarle stazioni dello spazio profondo.