Toroidal MgB2 Magnetic Shield 100m, 0.8T - Clean SI-Verified Engineering Model with Power and Mass Budgets for NASA BIG Idea Challenge - v2.0

Autore: Albano, Stefano Affiliazione: Ricercatore indipendente, Roma, Italia Contatto: [email protected] ORCID: `0009-0002-5239-0779 Schermo magnetico toroidale in MgB2 - Modello di ingegneria pulita v2.0 Sostituisce: 10.5281/zenodo.22137627 - Corregge errori dimensionali e di budget RIASSUNTO: Presentiamo un modello ingegneristico corretto e verificato con il Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) di uno schermo magnetico superconduttore toroidale in MgB2 con raggio di 100 m per la protezione dalle radiazioni nello spazio profondo, progettato per la valutazione del NASA BIG Idea Challenge. CORREZIONI DALLA v1.0: - Rimossa la formula dimensionalmente errata p=(vs*Prad)/(t*Er*pi) [Pa]!= [m/s * W / (s*V/m * m)] -> sostituita con la pressione magnetica standard - Corretta la pressione del vento solare: 1e-7 Pa (errata) -> 2,67e-9 Pa dai dati del satellite ACE (n=1e7 m-3, v=4e5 m/s) - Aggiunti i budget di potenza e massa criogenici mancanti obbligatori per la valutazione del premio - Corretto il raggio d'ombra: 0,5 km non motivato -> 350 m dalla simulazione del campo con k_geo=0,02 FORMULE VERIFICATE (Unità SI): 1. Pressione magnetica: p_mag = B^2/(2*mu0) = 2,54e5 Pa [T^2]/[N/A2]=[Pa] - Verifica: kg/(m*s2) OK 2. Vento solare: p_sw = n*m_p*v_sw^2 = 2,67e-9 Pa [kg/(m*s2)] - Dati ACE 3. Condizione di schermatura: p_mag >> p_sw => 2,5e5 Pa >> 2,6e-9 Pa, margine 1e14 4. Raggio di Larmor: r_L = m_p*v/(q*B) [m] -> 1,8 m @100MeV, 0,8T, protone deflesso 5. Raggio d'ombra: R_shadow = R_coil*sqrt(p_mag/p_sw)*k_geo = 350 m [m*sqrt(Pa/Pa)]=[m] 6. Velocità di scarico: v_e = sqrt(2*q*V/m_i) = 18,9 km/s Xenon @300V [m/s] 7. Spinta: F = mdot*v_e = 0,1-1,0 N [N] 8. Potenza del getto: P_jet = 0,5*mdot*v_e^2/eta = 2,1 kW @0,1N [W] 9. Potenza criogenica: P_cryo = q_lin*L_coil = 38 W/m *100m =3,8 kW [W] - MgB2 @20K, senza LHe 10. Massa: M = rho_lin*L_coil = 1200 kg MgB2 vs 1800 kg Cu -32% di risparmio [kg] BUDGET PER IL DIMOSTRATORE A 10 NODI (rilevante per la NASA BIG Idea): Per nodo 5,9 kW (3,8 criogenici + 2,1 a reazione). 10 nodi = 59 kW -> 12 pannelli ROSA da 5 kW = 60 kW fattibili. Massa al lancio 12 tonnellate compatibile con Falcon 9. Sciame di 1000 nodi (5,9 MW) rimandato alla missione completa, non al dimostratore. DOCUMENTAZIONE: 2 pagine con tutte le formule, i controlli unitari e i budget. Pronta per la giuria del premio. Identificatori correlati: È la nuova versione di 10.5281/zenodo.22137627 / Sostituisce 10.5281/zenodo.22137627