¿Es el avión comercial la hazaña más impresionante de la ingeniería?

Dado que he trabajado en proyectos muy similares a los mencionados por los demás, y que también he pasado 5 años intensivos trabajando en los Tokamaks anteriores, puedo decir que los reactores de fusión no están muy lejos o a la par con los aviones y vehículos espaciales en términos de hazañas de ingeniería.

Estas son algunas de esas razones. Para iniciar una reacción de fusión en un reactor Tokamak, primero debe establecer el entorno propicio para que ocurra una reacción de fusión; y eso incluye un vacío muy alto para eliminar o minimizar las partículas que no sean los reactivos (deuterio y tritio) usando bombas de vacío turbo-moleculares de etapas múltiples (los contaminantes pueden apagar una reacción). Luego, debe crear un plasma que tenga aproximadamente 10 veces la temperatura de la superficie del sol (o 100 millones de grados) usando los reactivos, DT. No se puede hacer esto con medios convencionales como la caldera de carbón o incluso un reactor nuclear de fisión.

Tiene que ser una reacción inducida por múltiples etapas de alta energía (muy simplificada):

1. Usando las bobinas de campo toroidal (TF) de campo magnético muy alto, establece un campo toroidal para alinear los iones en un toroide (forma de rosquilla)

2. Usando bobinas de calentamiento óhmico (OH), usted descarga un pulso magnético PF grande para generar mucha energía (calor) en los iones atrapados dentro del dominio TF por calentamiento óhmico. Ahora el plasma está por encima de 1 millón de grados.

3. El plasma es esencialmente partículas ionizadas de deuterio y tritio, y se vuelve muy enérgico a 1 millón de grados, por lo que debe evitar que choquen con la pared del recipiente de vacío. Aquí es donde entra en juego otro conjunto de bobinas PF. Imagine un globo de agua en forma de rosquilla suspendido por bandas de goma. No tienes un plasma toroidal liso. Aquí es donde ocurre la inestabilidad.

4. También se activan las bobinas DF (campo de desviador) que se activan para impulsar los contaminantes más pesados ​​a otra región del recipiente de vacío fuera del plasma para evitar apagar la reacción DT.

5. El plasma aún no está lo suficientemente caliente, por lo que las bobinas CF (campo de compresión) comprimen el plasma en un volumen más pequeño para aumentar aún más la temperatura (pV = nrT).

6. Como todavía no estamos a 100 millones de grados, los haces neutros ahora se activan para calentar aún más el plasma. Los protones de alta velocidad se aceleran a través de una serie de bobinas a velocidades muy altas, y luego se les quita la carga en la boca para inyectar el haz de neutrones de alta energía en el plasma para colisionar y transferir su energía para calentar aún más el plasma.

7. Durante todo esto, el sistema de calefacción de RF también está trabajando para transferir la energía de RF al plasma para calentar aún más el plasma.

8. Cuando la temperatura y la densidad DT son suficientemente altas, puede ocurrir una reacción de fusión. Por cierto, todos los pasos anteriores tuvieron que coordinarse en una secuencia determinada en una fracción de segundo.

Los pasos simplificados anteriores son lo que hicimos hace unos 35-40 años en Princeton. La siguiente ilustración es el ITER (Int’l Tokamak Experimental Reactor) que demostró resultados significativamente mejores que los que obtuvimos hace 35 años. Las tecnologías actuales de reactores de fusión deberían ser mucho más avanzadas de lo que describí.

Tomó muchos años construir un reactor de fusión experimental. Creo que la segunda generación de ITER se está construyendo en este momento. Todo esto comenzó en 1949 en Princeton, y ahora se está acercando a la realidad.

La fusión es segura, porque si alguna de las condiciones cambia, la reacción se apagará y todo se detendrá, sin reacción nuclear de escape como en la fisión. Habrá partes radiactivas, pero su vida media es inferior a 60 años, a diferencia de los desechos de los reactores de fisión que serán peligrosos para el hombre desde unos cientos de miles de años hasta unos pocos millones de años.

Como piloto y uno que también diseña aviones y trabaja en vehículos espaciales, puedo apreciar lo que se necesita para que un avión funcione de manera segura. Sin embargo, un reactor de fusión tampoco es una broma.

¿Es el avión comercial la hazaña más impresionante de la ingeniería?

Difícil de elegir, pero habiendo sido un jugador joven activo en la construcción, tengo que ir con el Programa Apolo, una de las sugerencias de Ryan Payne.

Usando la capacidad de computación a bordo, que es exponencialmente menos poderosa que la que usamos en nuestro teléfono celular cotidiano, los EE. UU. Navegaron con seguridad a tres hombres hacia y desde un objeto a 180,000 millas en el espacio. Hacer esto fue una tremenda proeza de ingeniería de enorme dificultad. Construirlo a partir de poco más que dibujos de ingeniería prototipados en poco más de cuatro años es realmente sorprendente.

El llamado Apollo Guidance Computer (AGC) utilizó un sistema operativo en tiempo real, que permitió a los astronautas ingresar comandos simples escribiendo pares de sustantivos y verbos, para controlar la nave espacial. Era más básico que la electrónica en las tostadoras modernas que tienen botones de parada / inicio / descongelación controlados por computadora. Tenía aproximadamente 64 KB de memoria y funcionaba a 0,043 MHz.

El programa Apollo ha sido llamado el mayor logro tecnológico en la historia humana. Apollo estimuló muchas áreas de la tecnología, lo que condujo a más de 1,800 productos derivados a partir del diseño de la computadora de vuelo utilizada tanto en el Lunar como en los Módulos de Comando, junto con el Sistema de Misiles Minuteman, fue la fuerza impulsora detrás de las primeras investigaciones sobre circuitos integrados. El mecanizado controlado por computadora se utilizó por primera vez en la fabricación de componentes estructurales Apollo.

El concepto de gestión de Apollo orquestó a más de 500 contratistas que trabajaban tanto en aspectos grandes como pequeños de Apollo. Por ejemplo, los contratos principales otorgados a la industria por los componentes principales de solo el Saturno V incluyeron a la Compañía Boeing para la primera etapa del S-IC; North American Aviation – S-II, segunda etapa; Douglas Aircraft Corporation – S-IVB, tercera etapa; la división Rocketdyne de motores de aviación norteamericana J-2 y F-1; y International Business Machines (IBM): instrumentos Saturno. Estos contratistas principales, con más de 250 subcontratistas, proporcionaron millones de piezas y componentes para su uso en el vehículo de lanzamiento Saturn, todos cumpliendo con las especificaciones exactas de rendimiento y confiabilidad. El costo total gastado en el desarrollo del vehículo de lanzamiento de Saturno fue masivo, ascendiendo a $ 9.3 mil millones. Tan grande fue el esfuerzo general del Apolo que las acciones de adquisición de la NASA aumentaron de aproximadamente 44,000 en 1960 a casi 300,000 en 1965.

El Proyecto Apolo en general, y el vuelo del Apolo 11 en particular, deben verse como un hito en la historia de la nación. Fue un esfuerzo que demostró el virtuosismo tecnológico y económico de los Estados Unidos y estableció una preeminencia tecnológica sobre las naciones rivales, el objetivo principal del programa cuando fue concebido por primera vez por la administración Kennedy en 1961. Había sido una empresa enorme, con un costo de $ 25.4 mil millones (alrededor de $ 95 mil millones en dólares de 1990), con solo la construcción del Canal de Panamá rivalizando con el tamaño del programa Apolo como el mayor esfuerzo tecnológico no militar jamás realizado por los Estados Unidos y solo el Proyecto Manhattan para construir la bomba atómica en la Segunda Guerra Mundial siendo comparable en un entorno de guerra.

No esto es:

Saturno V cohete lunar W / nave espacial Apolo en la parte superior. La humanidad siempre ha mirado a la luna. Esto nos llevó allí.

O esto:

Antibióticos: matando bacterias letales desde 1928. Nuestra mejor defensa contra la enfermedad antes de esto era un trapo húmedo en la frente y cortarle las muñecas (para sangrar “pestilancia”) y esperar lo mejor.

O tal vez esto:

Lo ames o lo odies, la energía nuclear es casi 100% limpia y puede suplir fácilmente las necesidades energéticas del mundo. ¿Quién hubiera pensado que podríamos aprovechar una de las cuatro fuerzas elementales?

Pero qué hay de esto:

Comunicación instantánea con una audiencia global, en cualquier momento y en cualquier lugar.

Pero ABSOLUTAMENTE no podemos olvidar esto:

Fuego: el logro definitorio de la humanidad. Lo que nos distingue de toda otra vida en el planeta es la capacidad de crear y controlar el fuego. El Saturno V necesitaba fuego para que sus motores funcionaran. Tu auto también. El acero utilizado en la construcción necesitaba fuego para ser refinado y moldeado. La electrónica lo necesita para el proceso de dopaje. La vida moderna depende del fuego.

Los aviones de hoy son ciertamente un contendiente, pero también lo son los submarinos nucleares.

Sin embargo, ambos contienen componentes diseñados por separado, algunos de los cuales son tan impresionantes.

Por ejemplo, dispositivos semiconductores. Memoria, microprocesadores, etc. Un microprocesador o memoria moderno es una cosa enormemente complicada, que requiere computadoras y software enormemente potentes (e ingenieros y científicos muy brillantes) solo para diseñar y verificar. Deben fabricarse con cientos de etapas de proceso, implantación de iones, características de solo unos pocos nanómetros, etc. y luego deben empaquetarse y probarse. La tecnología para hacer todo esto cuesta miles de millones, todo para componentes que cuestan unos pocos dólares. La ingeniería y la física detrás de esto es sorprendente, pero la mayoría de las personas son completamente ajenas porque la complejidad es mucho menos obvia que en un avión. Sin embargo, los aviones modernos no podrían volar sin estos componentes.

La impresion solo puede medirse subjetivamente.

Hablemos de significativo en su lugar. El desarrollo de transportes a reacción económicos es probablemente una de las hazañas de ingeniería más * importantes * logradas por la humanidad. En cuanto al transporte, los motores de combustión interna son probablemente más importantes.

La hazaña de ingeniería más importante es probablemente la generación de energía nuclear factible.

Siempre es difícil determinar “lo mejor” cualquier cosa. La ingeniería es difícil porque creo que debe evaluarse en el contexto de lo que se logró cierta hazaña frente a lo que ya estaba disponible. Entonces, por ejemplo, un A330 es lo suficientemente bueno, pero no anunció una gran revolución o un salto masivo hacia adelante; fue una mejora incremental en lo que ya se logró. La gente está bastante entusiasmada con el B787 ahora, pero ¿es suficiente un salto de lo que teníamos antes para ser el mejor? Estoy impresionado, pero no creo que califique como el mejor.

De todos los aviones, Concorde se destaca para mí como un notable paso adelante, haciendo cosas que nunca antes se habían logrado, pero en términos de aviones, tal vez el salto de los bombarderos de la Segunda Guerra Mundial a los bombarderos V del Reino Unido fue aún más significativo: un cambio repentino a los aviones. , viajando a aproximadamente el doble de la altitud, el doble de la velocidad, el doble del alcance de lo que sabíamos cuando diseñamos, todo ello manteniendo la capacidad de maniobra a gran altitud suficiente para dificultar la vida de un luchador / interceptor y utilizando nuevos materiales y técnicas de fabricación . Esa fue una ingeniería seria en un avance significativo: nuevos motores, nueva aerodinámica y diseños de alas (por ejemplo, Vulcan delta, Victor crescent wing), sofisticados sistemas de control y aviónica. Haber intentado tanto y salir bien, me parece muy impresionante. Concorde llevó la aviación civil a un territorio previamente inexplorado, incluida la reescritura literal de los libros de reglas, ya que tenía que resolverse cómo se podía certificar un avión de este tipo.

Esos son probablemente mis saltos de ingeniería de aviones favoritos, pero todavía no estoy seguro de que llamaría a ninguno de ellos la mejor hazaña de ingeniería: hay mucha competencia por ese galardón, desde los edificios y sistemas de riego de la era romana y egipcia, hasta varias máquinas de la carrera espacial a dispositivos de fusión nuclear como tokamaks y stellarators. Tengo un punto débil particular para los tokamaks, incluso si han prometido electricidad viable “en aproximadamente 30 años” desde antes de que yo naciera.

En la aviación, el SR-71, un avión de la era de los años 70, todavía no tiene rival en rendimiento en la actualidad.

En el espacio, el transbordador espacial , el Hubble es el segundo.

Pero sin duda, la mejor hazaña general de la ingeniería es la computadora y los chips semiconductores que lo hacen funcionar, así como la programación.

Solo hace realidad cualquiera de las cosas mencionadas por los otros escritores.