Tecnologia e Sviluppo: (ri)scriviamo la storia del futuro!

scusa, è un testo un po' lungo, mi ci vorrà qualche giorno per prepararlo e sintetizzarlo bene. Intanto stai sulle spine [SM=x77700]
[SM=x77687]

Dammi anche qualche nozione in più sull'idrogeno metallico, quali caratteristiche avrebbe?

Più che altro perchè non mi immagino proprio una barra di idrogeno e non ho idea delle particolarità che contradistinguerebbero questo materiale....[SM=x77737]

Beh, per l'H metallico è presto detto...
Allora, in natura trovi l'idrogeno come gas biatomico, principalmente (H2, insomma). A basse temperature il gas liquefa, ma resta "quasi" biatomico. Gli elettroni di ogni molecola (2, ovviamente) sono saldamente agganciati, e non c'è modo di ottenere singoli atomi separati dal resto.
Ad ancor più basse temperature l'h può diventare solido, ma gli atomi sono ancora così reattivi da agganciarsi in coppie appena possono.

Invece, ad altissime pressioni, dell'ordine dei 20GigaPascal e più su ancora, l'H cambia stato e (gradualmente) compie una transizione verso uno stato metallico-equivalente, cioè si forma una sorta di solido (ma NON è un vero solido, poichè gli atomi restano mobili) in cui gli elettroni si sganciano. Gli atomi perdono così la capacità di formare coppie, e si impaccano per bene, raggiungendo densità elevate, da metallo.
Ma la proprietà notevole è l'elevatissima conducibilità elettrica che si raggiunge, quasi da superconduttore.
L'h allo stato metallico si trova solo nei pianeti giganti gassosi come Saturno e Giove (provocandone l'intensissimo campo magnetico). Tanto per dire, nella loro magnetosfera fluiscono correnti dell'ordine del MegaAmpere (!!!!). Non è sicuro se H-metallico sia stabile o no, dato che pressioni così elevate vengono raggiunte solo con esperimenti di fusione con laser oppure con esperimenti che implicano l'uso di cannoni a gas (sono esperimenti un po' violenti, come puoi ben immaginare, perciò non è che si ottenga materia in equilibrio...) .

Gli usi dell'H-metallico sarebbero molteplici: carrozzerie leggere e resistenti, metodi per immagazzinare alte densità di idrogeno come carburante, pastiglie di idrogeno pronte per la fusione nucleare già ad una buona densità, e magari superconduttori ad alta temperatura.
Ovvio che sarebbe un materiale utile, no?
Comunque per ora si pensa di poterlo ottenere magari addizionandolo con metalli nobili, ma è tutto saldamente ipotetico.

Grazie Fab!

Anche se (ora che ho letto [SM=x77737]) potevo immaginare qcosa da solo, non sapevo che L'H2 avesse uno stato metallo-equivalente, quindi intendevi proprio metallico...

Ad occhio e croce immagino che la sua caratteristica principale sia l'elevata conducibilità, che d'altronde mi pare plausibilissima dato che il n° di elettroni in banda di conduzione in rapporto al n° di atomi è uno ad uno (non credo che gli altri metalli a T ambiente possano solo vagamente competere, sono 20-30 volte più grandi...).

Immagino che legando con elementi nobili si possa ottenere una situazione in cui il rapporto tra gli eletroni in banda e gli atomi sia effetivamente elevato anche a T ambiente, conservando un GAP molto piccolo -> cheap sueprconductors! [SM=x77692]

Domanda: Mi sembri la persona giusta a cui chiedere se nuove teconologie nel campo dei materiali da qui a 400 anni si potrebbero vedere? Per es. esisteranno leghe che sostituiranno l'acciaio?

Tnx!

Beh, direi, ovvio che sì!
Già entro pochi anni vedremo leghe interamente progettate al calcolatore partendo dalle proprietà desiderate e calcolandone la composizione ottimale. Da ormai 5 anni si sta diffondendo questa nuova tecnologia, basata sul calcolo delle energie di legame e di reticolo, e si sono già ottenuti alcuni interessanti risultati sperimentali:
per esempio usando questo software al contrario, cioè partendo dalla composizione, il programma è stato in grado di prevedere le proprietà di leghe già note. Ora è solo questione di tempo.

Sì, avevo sentito qocsa di vago.

Ma per quanto riguarda al reperibilità dei materiali che farà la terra nel futuro?

Dobbiamo ipotizzare un massiccio utilizo delle risorse dell'intero sistema solare...o forse sarà moderato?

Attualmente, checchè ne dicano gli ambientalisti, le risorse in materie prime stanno crescendo in continuazione (eccetto i combustibili fossili, naturalmente). Basta leggere i dati della Borsa sul Sole24Ore per rendersene conto. Se vi capita di avverlo sottomano, nella sezione Mercati si trovano quotidianamente le stime delle riserve mondiali (in carattere 2 o 3, purtroppo)per rame alluminio ferro acciaio nickel e altri.
Poi le percentuali di materiali riciclati aumentano costantemente, quindi non c'è ragione di preoccuparsi su quest'aspetto.
Guardando al futuro, la sola fascia degli asteroidi contiene una massa di minerali pari all'incirca a quella della Luna, pertanto...

Non mi stupirei se la popolazione raggiungesse i 10000miliardi di abitanti entro il 3000dC.[SM=x77685]

Sono molto ottimista.

MOLTO ottimista, più che umani saremmo criceti....no criceti no per favore? [SM=x77737]

Bene, lo sfruttamento minerario del sistema solare sembra perciò un buon incentivo all'esplorazione oltre la fascia degli asteroidi.....

[SM=x77685]

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La seguente idea rappresenta il motivo per cui ritengo plausibili viaggi spaziali largamente diffusi nel sistema solare di fine 24°secolo.
Immaginate astronavi dotate di propulsori convenzionali, diciamo ionici, che sostanzialmente accelerano plasma. Immaginatele alimentate da reattori a fusione
compatti, tanto quanto quelli a fissione alloggiati nei moderni sottomarini nucleari (tra 400 anni è plausibile, no?). Ora diamo 2 parametri importanti:
come accelerazione massima 10m/s*s (1g) e come velocità massima 1000km/s.
Sono valori grossi, certo, dato che le sonde moderne viaggiano al massimo a 40-50Km/s e accelerano mooolto meno di 1g. Questo sarà purtroppo il punto più
controverso, ma per il momento seguitemi, per favore.
La prima grossa obiezione riguarda il consumo di combustibile, ovviamente. I reattori a fusione possono
"bruciare" ogni elemento dall'idrogeno al ferro, ma tra questi l'idrogeno è di gran lunga il più abbondante e il più facile da fondere.Per il propulsore gli
elementi migliori sono i gas nobili, ma non è una scelta obbligata. Va bene qualsiasi plasma, in effetti. Per esempio il propulsore ideato da Rubbia
ipotizzava l'uso di idrogeno come propellente (è proprio l'elemento più versatile, non c'è dubbio).Qundi la scelta più "economica" è quella di usare
l'idrogeno sia per il reattore sia per il propulsore (stesso serbatoio, stesse stazioni di rifornimento, stessi impianti di produzione,etc). Diciamo che il
propulsore è efficientissimo (questa sì che è fantascienza, ma un minimo ci vuole) e accelera il plasma fino a un 1/3 della velocità della luce. La fusione
converte materia in energia con un'efficienza massima dello 0,6%, ma per noi è sufficiente la produzione di plasma caldo, più che la produzione di energia.
Dunque, in queste condizioni, per produrre la spinta richiesta (1g) basta consumare ogni secondo una quantità di combustibile pari a 1 grammo ogni 10
tonnellate di massa totale della nave, OGNI SECONDO! Per raggiungere la velocità massima (ci vogliono quasi 28 ore!) viene consumato
propellente per l'1% della massa totale della nave (pkrcel mi farà notare senz'altro che integrando
correttamente la quantità richiesta è leggermente inferiore dato che l'astronave
si alleggerisce via via che procede, ma la differenza è veramente minima!).
Quindi con un'astronave da 1000 tonnellate che accelera e poi frena alla fine del suo percorso il consumo totale è di 20 tonnellate di idrogeno (sarebbero
19,5 volendo fare i pignoli). Ok, non è un consumo esagerato. I serbatoi potrebbero bastare per una decina di accelerazioni e decelerazioni, più un poco
di propellente per le manovre.
Fine prima parte, ora arriverà la seconda, per non fare un messaggio troppo lungo!

Ok, seconda parte del testo. Spero di aggiustare il problema con le righe.

Bene, se accettate quanto detto fin qui, vediamo che tipo di viaggi si potrebbero fare. E' chiaro che
le merci non soffrono di limitazioni così grosse per le accelerazioni, ma ho deciso di limitare a 1g per
contenere il consumo di combustibile. Esseri viventi terrestri invece soffrono quando accelerano di più,
quindi tutto ok. Per andare dalla Terra alla Luna basterebbero così poche ore (ma non si raggiungerebbe
nemmeno un decimo della velocità massima: il fatto è che se si tiene un'accelerazione costante 1g, per
arrivare a 1000Km/s ci vogliono, come ho detto, quasi 28 ore e si percorrono 50milioni di km. Per
decelerare altrettanto). Pertanto per andare dalla Terra a Marte basterebbero dai 2 ai 7 giorni, a
seconda delle posizioni orbitali.
Terra--->fascia degli asteroidi: da 4 a 9 giorni
Terra--->Giove: da 8 a 13 giorni
Terra--->Saturno: dai 15 a 20 giorni
Marte--->fascia degli asteroidi: da 3 a 10 giorni
Marte--->Giove: da 7 a 14 giorni
Marte--->Saturno: da 14 a 21 giorni
Giove--->fascia degli asteroidi:da 5 a 16 giorni
Giove--->Saturno: da 8 a 27 giorni
Saturno--->fascia degli asteroidi: da 12 a 23 giorni
(è chiaro cosa intendo quando dico "a seconda delle posizioni orbitali", no?)
Ho ipotizzato, nel caso peggiore, di passare ad una distanza minima dal Sole di 140milioni di km.
I passeggeri avvertirebbero comunque una leggera accelerazione laterale, ma sempre inferiore a 1g.
La seconda obiezione riguarda la durata dei viaggi, ma come vedete non sono durate particolarmente
lunghe, inferiori a un mese. Certo per andare fino a Plutone la cosa sarebbe un poco peggiore,
diciamo quasi 2 mesi). Da 2 a 7 giorni per il percorso Terra Marte è accettabilissimo, se non ci si deve
spostare per lavoro. Saturno,Giove e la fascia degli asteroidi non saranno densamente abitati, ma
potranno ospitare impianti produttivi ed estrattivi. Gli operai non avranno dunque grosse esigenze di
spostamento. Lo stesso varrà per gli scienziati nelle basi scientifiche planetarie, dopotutto per
raggiungere le attuali basi in antartide ci vogliono sempre almeno un paio di settimane.
Le vacanze tipo crociera sono intrinsecamente di lunga durata (7, 15 o 20 giorni), perciò sarà possibile
il turismo spaziale. Infine, il commercio non sarà ostacolato, poichè le merci di lunga durata
(minerali, idrogeno, combustibili fossili,prodotti finiti) saranno le uniche a rendere il
trasporto interplanetario conveniente, non avrebbe senso del resto produrre pomodori su Giove e
portarli a Terra quando si può fare la stessa cosa da una colonia orbitante. Inoltre una petroliera
impiega normalmente 20 giorni per andare da un porto all'altro, a seconda dei mari attraversati,
quindi nessun problema, direi.
Infine, terza obiezione: lo spazio non è vuoto del tutto e le meteoriti piccole e grandi hanno effetti
esplosivi a 1000km/s. A questo, rispondo con 5 soluzioni:
-meteoriti e asteroidi grandi oltre 1km: noti e tracciati, le rotte li evitano apposta;
-oggetti tra 1 m e 1km: evitabili con manovre leggere, se i radar anticollisione sono
ragionevolmente decenti;
-oggetti tra 10 cm e 1 m: periodicamente "spazzati" da sonde automatiche che li "spingeranno" verso
il più vicino pianeta dotato di atmosfera;
-oggetti tra 0,5 mm e 10cm : verranno distrutti dalle difese attive delle astronavi, essenzialmente
piccole armi laser automatiche;
-oggetti inferiori a 0,5 mm di diametro: colpiranno la corazza esterna e ne verrà assorbito l'impatto,
tramite adeguato spessore (1o2 metri di buona corazza multistrato basteranno, e non esagero: il doppio
scafo di una petroliera moderna è VERAMENTE resistente, se proprio non lo fai esplodere apposta!).


Per ora è tutto, che ne dite?

Beh....di certo non ti faccio notare che sei pignolo...[SM=x77737]

Ad ogni modo è tutto OK per me, ma 1000Km/s come velocità massima è un fattore che seocnod me andrebbe parametrizzato a seconda del tipo di viaggio spaziale, così come l'accelerazione massima delle astronavi.

SO che è un problema una accelerazione troppo alta, ma forse si potrebbe pensare addirittura ad accelerazioni superiori.

Certo è fantascienza perchè occorre accelerare il propellente a velocità assurde, però proprio di questo stiamo parlando FANTASCIENZA (magari non space opera però...un po' ci vuole come ha giustamente affermato Fabiuzzz [SM=x77737])

Anke perkè come al solito parliamo di oggetti da migliaia di tonnellate, a decine di migliaia purtroppo....

E quindi parliamo di energia in quantità consistenti.
E i costi? Converrà trasportare le merci a queste velocità ed in questi tempi?

Al giorno d'oggi le navi mantengono una velocità che permette un consumo di carburante equilibrato per evitare di spendere i miliardi per merci che non li valgono e che non hanno bisogno di essere consegnati poi così in fretta

Lo stesso potrebbe essere vero per le astronavi commerciali.
D'altronde la situazione è ESATTAMENTE la stessa ma riportata nello spazio invece che in mare.

Ad esempio come le sonde oggigiorno sftrutano l'effetto fionda per accelerare alla velocità massima, così le nostre astronavi potrebbero accelerare nella prima fase dei viaggi lunghi risparmiando una fetta di carburante, ma in questo caso il risparmio mi sa che è scarsino (parliamo dopotutto di velocità che sono di un ordine di grandezza inferiore...)

Fab, forse è il caso che ci diamo un ordine di costi, ma io purtroppo non so quanto posa costare la produzione di Idrogeno e quanto effettivamente valga.....puoi provare a fare due conti?

Intanto mi ci metto anche io.....

Interessante obiezione, non ci avevo minimamente pensato.
A questo proposito mi sovviene un articolo che avevo letto un paio di anni fa,(quindi non so se sia ancora tanto valido).
In pratica i giapponesi stavano progettando un modernissimo impianto d'alto mare per la produzione di energia nonchè di idrogeno in un unico ciclo combinato a partire dalla fissione nucleare.
Sostanzialmente l'idea era quella di costruire una centrale in mare aperto su una piattaforma di quelle già usate per le trivellazioni petrolifere. Avrebbero estratto l'uranio dall'acqua di mare, con un procedimento appena brevettato, e con l'energia prodotta avrebbero dissalato l'acqua per poi produrre idrogeno tramite elettrolisi.

L'intera "isola energetica" sarebbe stata quindi autosufficiente o quasi. Un'ottima idea, mi sembra, ma non credo sia stata realizzata; magari ora è prematuro, ma in futuro....
Forse però intendevi i costi associati alle astronavi e ai loro propulsori?

Un po' il tutto...

Ad ogni modo rendiamo possibili le isole energetiche!
...sono proprio ciò che ci vuole per la questione energetica delle astronavi (e della terra in generale [SM=x77750]).

Il mio discorso si riferiva al fatto che se per trasportare una tonnellata di Metano liquido da Giove alla stazione di distribuzione sulla terra costa TOT, il prezzo del metano dovrà esere calibrato di conseguenza....senza entrare nel dettaglio ovviamente.

Però non so quale possa essere il costo al Km (o milione di Km [SM=x77737]) di una astronave che trasporta 1000 Ton di CH4.

E se fosse troppo?

Magari l'astronave dovrebbe trasportare Mezzo milione di tonellate di CH4 per rendere il trasporto costo-efficiente e da qui parliamo di TUTTA un'altra astronave rispetto a quella da mille tonnellate.

Capisci dove voglio arrivare?

Yax!

Dunque, le principali voci di spesa saranno:
-il costo della nave --------> [SM=x77680]
-il costo del carburante ----> incide poco, anche perchè per la maggior parte del viaggio la nave procede per inerzia;
-il costo dell'equipaggio----> vabbè, come per le navi moderne, anzi meno se l'automazione fosse superiore, e penso di sì;
-il costo della manutenzione-> mi aspetto astronavi fatte BENE, non Millennium Scarcasson! Purtroppo la corazza esterna avrà bisogno di manutenzione dopo ogni viaggio.

Per lo Shuttle, stando ai dati della Nasa, carburante e manutenzione rappresentano alla lunga il 90% dei costi operativi.
Ma per noi le voci di spesa maggiori saranno solo quelle della manutenzione, nel caso di navi mercantili o passeggeri (che si può supporre costruite in gran numero).
Per le navi militari il costo maggiore sarà forse assorbito dalla costruzione delle navi stesse, poichè la manutenzione viene praticamente fatta gratis, un po' come per le moderne navi da guerra.
Penso che le merci trasportate nello spazio saranno inevitabilmente più costose di quelle normali, ma non molto.
Navi da 1.000.000 tonnellate saranno probabilmente il massimo, anche per l'incredibile quantità di manutenzione richiesta.

Ho dimenticato qualche voce di spesa?

Certo, perchè il carburante lo si usa solo per accelerare e decelerare dato che nello spazio non c'è attrito.

Quindi sottoindendi (ovviamente ank'io) che queste astronavi NON entrino mai nel campo gravitazionale tanto da doverne poi "fuggire", giusto?

Sì in effetti il carburante può essere considerato un costo fisso in queste condizioni, così come il costo iniziale della nave.

Cmq i costi "vivi" sono tutti da imputare alla manutenzione che a mio avviso sarà COSTOSISSIMA, esattamente come per le navi odierne dopotutto.

Sì, dopotutto parliamo di mostri giganteschi pieni sistemi di controllo/eletrrici/idraulici e chi più ne ha più ne metta.

E non importa se l anave è fatta bene, questo è implicito nel discorso, il problema è se viene mantenuta bene.

con queste premesse il discorso si fa a mio avviso inutilmente complicato: prendiamo per fattible una manutenzione ordinaria, calcoleremo i costi quando sapremo meglio quali saranno stipendi/risorse/ricchezze ecc....

Yax!

No, intendevo fatte bene nel senso che non saranno astronavi tipo quelle del film "alien", con la NEBBIA [SM=x77754]
o con i gocciolamenti continui che fanno pensare ad una manutenzione non proprio impeccabile.
Certo i guasti e la sporcizia ci saranno anche nel 7000d.C ma perdio! Non la NEBBIA nelle astronavi!!!!!!!!

Dopo attenta riflessione ho deciso di rivedere leggermente i valori che avevo scritto in un messaggio precedente...

Per quanto riguarda gli oggetti con cui un'astronave potrebbe scontrarsi nello spazio, le contromisure potranno essere le seguenti

-oltre 1km di diametro: asteroidi noti e tracciati, le rotte li evitano;

-tra 10cm e 1000m: i radar anticollisione li avvistano per tempo e si possono evitare con opportune manovre (ho infatti notato che le prestazioni dei radar sono migliori di quello che pensavo);

-tra 1cm e 10 cm: periodicamente "spazzati" tramite sonde automatiche;

-tra 5mm e 10mm di diametro: il sistema difensivo avrebbe 1 o 2 secondi di preavviso, perciò sarebbero sufficienti delle piccole armi convenzionali molto precise. (ho letto le prestazioni delle mitragliatrici che abbattono i missili in arrivo ad alcuni km di distanza, per la cosiddetta "difesa di punto" delle navi militari: brrrr, impressionanti come precisione e potenza di fuoco)

-tra 1,5mm e 5mm di diametro: il s.d. avrebbe da 0,3s a 1s di preavviso, quindi sono necessarie delle piccole armi laser che vaporizzino il piccolo bersaglio (anche qui, la precisione non dovrebbe essere un problema, e neppure la potenza, dato che parliamo di pochissima materia da vaporizzare)

-inferiori a 1,5mm di diametro: la corazza li assorbe;
(ho aumentato questo valore poichè stupidamente avevo sovrastimato la densità delle micrometeoriti: in pratica avevo "tarato" la corazza come se dovesse resistere a proiettili di piombo, ma la polvere interstellare in effetti non è composta da metalli pesanti!)

Sei fin troppo preciso Fab! dopotutto non fa una grande differenza in termini di gioco...[SM=x77737]

Cmq ti sei basato sulle prestazioni di RADAR moderni?

Sai, il problema che mi immaginavo era proprio la velocità di identificazione a 1000Km/s da parte del sistema di difesa.

Ok che si tratta dell'1% della velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto, però mi riesce cmq dificile penare a reattività dell'ordine del secondo per oggetti di pochi mm di diametro (ma è solo una sensazione, beninteso...)

Sciao!

Beh, la reattività delle armi automatiche di cui sopra non è COSI' alta, ma quasi! In 5 secondi identificano i bersaglio col radar, il controllo tiro stabilisce la traiettoria dei missili,
passa il comando alle mitragliatrici, le quali sparano 6000 colpi al secondo finchè tutti i missili sono stati abbattuti. Nei test abbattevano 79 missili su 80 lanciati contemporaneamente!!!!!!!!!
E i missili viaggiano a 5 o 6 Km/s, in gruppo, mentre qui abbiamo solo 1 meterorite alla volta.
Praticamente un muro di piombo protegge la nave!