Od svog izuma prije više od 100 godina, zrakoplovi su se kretali zrakom vrtećim se površinama propelera ili turbina. Ali gledajući filmove znanstvene fantastike poput serijala "Ratovi zvijezda", "Zvjezdane staze" i "Povratak u budućnost", zamišljao sam kako će pogonski sustavi budućnosti biti tihi i mirni - možda s nekakvim plavim sjajem i "bukom" ”Buka, ali bez dijelova koji se kreću, niti struja zagađenja koja izlazi s leđa.
To još ne postoji, ali postoji barem jedan fizički princip koji bi mogao biti obećavajući. Prije otprilike devet godina počeo sam istraživati koristeći ionske vjetrove - protoke nabijenih čestica kroz zrak - kao sredstvo za napajanje leta. Nastavljajući na desetljećima istraživanja i eksperimentiranja akademika i hobista, profesionalaca i srednjoškolaca, moja istraživačka skupina nedavno je letela gotovo tihim zrakoplovom bez ikakvih pokretnih dijelova.
Zrakoplov je težio oko pet kilograma (2, 45 kilograma) i imao je raspon krila od 15 metara i putovao je oko 60 metara, tako da je daleko od učinkovitog prevoženja tereta ili ljudi na velike udaljenosti. Ali dokazali smo da je moguće letjeti vozilom teže od zraka pomoću ionskih vjetrova. Ima čak i sjaj koji možete vidjeti u mraku.
Ponovno pregledavanje odbačenih istraživanja
Proces koji naša planeta koristi, formalno nazvan elektroaerodinamičkim pogonom, istraživao je još u 1920-ima ekscentrični znanstvenik koji je mislio da je otkrio antigravitaciju - što, naravno, nije slučaj. U šezdesetim godinama prošlog vijeka, inženjeri zrakoplovstva istraživali su ga kako bi koristili let, ali zaključili su da to neće biti moguće s razumijevanjem ionskih vjetrova i tadašnje tehnologije.
U novije vrijeme, međutim, ogroman broj hobista - i srednjoškolaca koji rade projekte sajamskih nauka - izgradio je male elektroaerodinamičke pogonske uređaje koji su sugerirali da bi mogao raditi. Njihov je rad bio od presudnog značaja za rane dane rada moje grupe. Pokušali smo poboljšati njihov rad, ponajviše provođenjem velikog niza eksperimenata kako bismo naučili optimizirati dizajn elektroaerodinamičkih potisnika.
Pomicanje zraka, a ne dijelova ravnine
Temeljna fizika elektroaerodinamičkog pogona relativno je jednostavna za objašnjenje i provedbu, iako je dio fizike u njoj složen.
Koristimo tanku nit ili žicu koja se puni do + 20 000 volti pomoću lakog pretvarača struje, koji zauzvrat dobiva snagu litij-polimernom baterijom. Tanki filamenti nazivaju se odašiljači i bliži su prednjem dijelu ravnine. Oko ovih odašiljača električno je polje toliko jako da se zrak ionizira - neutralne molekule dušika gube elektron i postaju pozitivno nabijeni dušikovi ioni.
Dalje na ravnini postavljamo krilnu konstrukciju - poput malog krila - čiji je vodeći rub električno provodljiv, a isti pretvarač snage napuni do -20 000 volti. To se naziva sakupljač. Kolekcionar privlači pozitivne ione prema njemu. Dok ioni struju od emitera do kolektora, sudaraju se sa neispravanim molekulama zraka, uzrokujući ono što se naziva ionskim vjetrom koji struji između emitera i kolektora, tjerajući ravninu prema naprijed.
Ovaj jonski vjetar zamjenjuje protok zraka koji bi stvorio mlazni motor ili propeler.
Počevši od malih nogu
Vodio sam istraživanje koje je istražilo kako ta vrsta pogona zapravo djeluje, razvijajući detaljno znanje koliko efikasno i moćno može biti.
Moj tim i ja surađivali smo s inženjerima elektrotehnike kako bismo razvili elektroniku potrebnu za pretvaranje izlaza baterija u desetine tisuća volti potrebnih za stvaranje ionskog vjetra. Tim je uspio proizvesti pretvarač struje daleko lakši od bilo kojeg ranije dostupnog. Taj je uređaj bio dovoljno mali da može biti praktičan u dizajnu zrakoplova, koji smo u konačnici bili u stanju izraditi i letjeti.
Naš prvi let je, naravno, jako dug put od letećih ljudi. Već radimo na tome da ovu vrstu pogona učinimo učinkovitijim i sposobnijim nositi veće opterećenje. Prve komercijalne aplikacije, pod pretpostavkom da su stigle toliko daleko, mogle bi biti u izradi tihih bespilotnih letjelica, uključujući i za nadzor okoliša i komunikacijske platforme.
Gledamo li dalje u budućnost, nadamo se da bi ga mogli koristiti u većim zrakoplovima za smanjenje buke i čak omogućavanje vanjske kože zrakoplova kako bi se stvorio potisak, umjesto motora ili povećao snagu. Također je moguće da bi se elektroaerodinamička oprema minijaturizirala, omogućujući novu raznolikost nano-dronova. Mnogi mogu vjerovati da su ove mogućnosti malo vjerojatne ili čak nemoguće. Ali to su mislili inženjeri 1960-ih o onome što već danas radimo.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Steven Barrett, profesor aeronautike i astronautike, Massachusetts Institute of Technology
