Desde el espacio, ¿es posible bajar un ‘balde con cierre’ a la atmósfera, capturar gases, cerrar el balde y transportar gases al espacio?

La condición de estar en órbita es una caída libre, con la nave constantemente cayendo hacia el planeta (contrario a la creencia popular, hay * SI * gravedad en el espacio, y MUCHO), pero nunca la golpea porque se mueve tan rápido horizontalmente, por lo que el concepto de “bajar” un cubo de la manera en que lo haría en la Tierra carece de sentido.

Sin embargo, hay * maneras * de extender un aparato desde una nave espacial a una altitud más baja, incluso aprovechando los fenómenos electromagnéticos (electrificando el cable entre su nave espacial y el “cubo”) o diferentes cantidades de arrastre a diferentes altitudes de las cantidades cada vez mayores de gases residuales presentes en diferentes altitudes … Y si lo hiciera, * podría * capturar gases utilizando un aparato diseñado adecuadamente … Ese aparato NO se vería como un cubo, sin embargo …


Sin embargo, antes de entrar en más detalles, un poco de trasfondo crítico:

Las naves espaciales en órbita terrestre baja en realidad orbitan DENTRO de una de las capas más externas de la atmósfera, conocida como la termosfera, esto genera cantidades constantes y muy pequeñas de arrastre y ralentiza una nave espacial, lo que conduce gradualmente al deterioro de su órbita. Si no se controla, esto eventualmente conducirá a que cualquier objeto en la órbita terrestre baja caiga fuera de la órbita y golpee la superficie del planeta (o se queme durante el reingreso …)

De hecho, este efecto es lo suficientemente sustancial como para que la Estación Espacial Internacional entre en lo que se conoce como modo de “deslizamiento nocturno” en el lado oscuro de la Tierra o cuando intenta conservar combustible, donde gira sus paneles solares en paralelo a la superficie de la Tierra para minimizar el arrastre de estos gases residuales. La ISS y otros satélites también participan regularmente en maniobras de “mantenimiento de la estación” para corregir este arrastre, así como otras perturbaciones como el viento solar, y evitan que caigan fuera de órbita …

OK, la lección de fondo concluyó …


Si quisiera reunir los gases presentes en el borde de la atmósfera de la Tierra, la mejor manera de hacerlo sería con un gran embudo para concentrar los gases y una bomba de vacío y un aparato de enfriamiento criogénico al final para comprimir estos gases. más allá y enfriarlos en líquidos crogenicos.

Con este método, terminará con lo que se conoce como un “Acumulador de fluido propulsivo”, y con suficiente energía eléctrica no solo puede almacenar grandes cantidades de gases de esta manera, sino que dispara un chorro de gases súper rápidos desde la parte posterior de su satélite a través de un propulsor de plasma (los propulsores de plasma son un tipo de “propulsión eléctrica” ​​que utiliza grandes cantidades de energía eléctrica para acelerar pequeñas cantidades de propulsor a velocidades súper altas y expulsarlas de la parte posterior de la nave espacial para generar propulsión) para contrarrestar el arrastre incurrido al hacer esto …

Para volver a responder esta pregunta, una forma de optimizar este proceso para reducir la resistencia al obtener la mayor parte de su energía de los paneles solares es hacer que el embudo acumulador real cuelgue “detrás y debajo” de los paneles solares de la nave espacial, y tener un cable largo transfiere la electricidad a la nave espacial para ejecutar todo esto.

Esto también brinda la oportunidad de utilizar el cable para empujar el campo electromagnético de la Tierra para generar propulsión, en lo que se conoce como una “correa electromagnética”, aunque en un sistema de este tipo es posible que tenga que girar las dos mitades del satélite en un círculo alrededor entre sí, reduciendo el tiempo que pasa el embudo mirando hacia la dirección correcta a menor altitud o requiriendo una configuración diferente …

En cualquier caso, ES posible recolectar gases desde el borde de la atmósfera, y tales “cucharadas de atmósfera” han sido el sello distintivo de la Ciencia Ficción e incluso ciertas discusiones serias sobre la exploración espacial durante décadas …

Puedo pensar en una forma loca de hacer esto sin quemar por completo tu “cubo” en la atmósfera. Imagine una nave espacial con una correa muy larga (digamos 100 millas de largo) con el cubo al final. A medida que la nave espacial se traduce, también gira (y los cubos forman un arco gigante a su alrededor). En este diagrama, el hexágono representa la nave espacial y el diamante representa el cubo.

Ajusta la velocidad de rotación para que, a medida que la nave espacial orbita alrededor del planeta, el cubo descienda siguiendo un camino que es una especie de epiciclo. La línea roja indica la ruta del cubo.

No hay nada práctico sobre esta idea. La fuerza centrífuga sería increíblemente alta y la correa tendría que ser incluso más fuerte que el elevador espacial que la gente había concebido. Supongo que no tendrías que sumergirte hasta la superficie de la manera en que lo he bosquejado. Aún loco, sin embargo.

Las naves orbitales vuelan a altas velocidades sobre la Tierra, lo suficientemente rápido como para contrarrestar la gravedad y tirarlas hacia abajo, por lo que el cubo se movería igual de rápido. Podrías aprovechar esto para construir una nave con una gran cuchara en el frente para embestir los gases muy delgados de la atmósfera superior en compartimentos presurizados. El mayor desafío sería enfriar los gases, que se calentarían dramáticamente a medida que se comprimieran.

Pero transportar gases desde la Tierra a Marte no es económicamente factible con cohetes o incluso motores de propulsión iónica. Sería mucho mejor redirigir cometas y asteroides helados para que se estrellen en Marte. Creemos que hay mucha agua atrapada congelada bajo tierra. La instalación de generadores de gas atmosférico sería adecuada. El problema es que Marte probablemente tenía una atmósfera agradable y espesa originalmente, pero la teoría es que cuando perdió su escudo magnético protector que permitió que el viento solar lo expulsara al espacio. Entonces, cualquier atmósfera que creaste en Marte eventualmente también se iría volando. Por esta razón, las futuras colonias probablemente tendrán enormes invernaderos presurizados, donde se cultivarán los cultivos (convirtiendo el abundante CO2 en oxígeno y alimentos), conectados a hábitats humanos subterráneos (para protegerse de la radiación) con los preciosos gases atrapados de forma segura en el interior.

Contestaré esto en dos partes.

  1. ¿Podrías usar una nave espacial para cosechar recursos de la atmósfera de un planeta?
  1. Si.
  • ¿Usarías un cubo en una cuerda para hacer esto?
    1. Probablemente no.

    Usted es al menos la quinta persona que tiene esta idea. La primera fue una propuesta de 1950–60 para una nave espacial de propulsión nuclear con una cuchara gigante en el frente que recolectaba gas de la atmósfera y usaba propulsores eléctricos para compensar el arrastre que experimentó. Esta idea murió porque las personas son un poco tímidas para poner en órbita reactores nucleares masivos y los transbordadores espaciales no necesitaban depósitos de combustible para explorar LEO. Desafortunadamente, he olvidado la combinación mágica de palabras clave de búsqueda para encontrar los detalles de esta propuesta.

    Otra discusión más reciente sobre esto apareció aquí “https://web.wpi.edu/Pubs/E-proje…” por Ashish Palooparambil. Quiere usar correas electrodinámicas en lugar de motores de iones.

    Mi propia versión de esto es un boceto de un boceto de cubesat que apenas merece mención.

    Tampoco tiene que ser la Tierra. Aquí hay una discusión sobre cómo hacerlo en Marte. https://ntrs.nasa.gov/archive/na

    Por último, pero no menos importante, viene tu iteración.

    El problema con el uso de un cubo para hacer esto es que no capturará mucha atmósfera, y le costará una gran cantidad de resistencia para un pequeño retorno. A velocidades orbitales, la atmósfera fluye como un líquido viscoso en lugar de un gas. Una cuchara o embudo puede comprimir el gas de manera muy efectiva. Puede aprovechar esto para cosechar la atmósfera. Toma una órbita altamente elíptica que se sumerge lejos en la atmósfera, tomando una gran primicia. Luego, en perigee, haz una pequeña quemadura para empujar tu apogeo de regreso a donde quieras. En el largo viaje al apogeo, enfría los gases, destila, licua y almacena. Una pequeña quemadura en el apogeo pone a tu perigeo donde lo deseas y estás listo para dar la vuelta de nuevo. Lejos de la atmósfera, no se necesitará mucho delta-v de un controlador de masa o una correa electrodinámica para lanzar los botes completos a un curso de intercepción con su depósito de combustible.

    Creo que la fracción de gases que recolectas debería ser proporcional a su masa atómica y abundancia en la atmósfera del planeta. Para la Tierra, creo que el hidrógeno es la fracción primaria, luego el nitrógeno y finalmente el oxígeno. Si me equivoco, comente a continuación.

    No es una criatura del espacio ni del aire, sino un espíritu que vive entre ellos.

    ¿Te refieres a que los oceanógrafos bajan las botellas de muestra a profundidad y obtienen muestras?

    Bueno, las ataduras eventualmente experimentarán resistencia. Hay problemas con la botella de muestra, ya que viajará a cierta velocidad y depende de cuáles sean sus propósitos de muestreo. Depende de qué tan abajo bajes la botella. Puede derretirse. Puede romper los enlaces moleculares de algunos de los gases que intenta capturar.

    La comunidad de atmósferas planetarias (físicos y químicos, et al.) Quiere estudiar la alta atmósfera de arriba donde los aviones y globos y otros medios pueden volar actualmente) Hay algunas preguntas de investigación desconocidas allí. Necesita una forma no invasiva de hacerlo, pero no soy la persona a quien preguntar.

    No puedes saber con precisión si no lo intentas. Mejor NO dependa de esto si necesita recursos esenciales, porque podría estar jodido.

    Desde la órbita, es difícil de hacer. El arrastre de un “cubo” en la atmósfera a 17000 mph sería enorme, lo calentaría y ralentizaría el satélite. Un cohete activo quemaría más gas del que podría acumular.