Un nou avion folosește molecule încărcate, nu elice sau turbine, pentru a zbura

Un prototip de avion nou proiectat elimină elicele și turbinele zgomotoase.

În schimb, este alimentat de vânt ionic: molecule încărcate, sau ioni, care curg într-o direcție și împing planul în cealaltă. Această configurație face ca aeronava să fie aproape silențioasă. Astfel de avioane ascunse ar putea fi utile pentru monitorizarea condițiilor de mediu sau pentru captarea imaginilor aeriene fără a perturba habitatele naturale de dedesubt.

Aeronava este prima de acest gen care este propulsată în acest mod, anunță cercetătorii în 22 noiembrie. Natură. În 10 zboruri de testare în interior, avionul mic, care cântărește aproximativ la fel de mult ca un Chihuahua, a călătorit între 40 și 45 de metri timp de aproape 10 secunde la o înălțime constantă, câștigând chiar și aproximativ jumătate de metru altitudine pe parcursul unui zbor.

Majoritatea avioanelor se bazează pe piese care se rotesc pentru a avansa. În unele, un motor întoarce o elice care împinge avionul înainte. Sau o turbină aspiră aer cu un ventilator care se învârte și apoi trage jeturi de gaz care propulsează avionul înainte.

Vântul ionic este generat în schimb de un câmp electric de înaltă tensiune în jurul unui fir încărcat pozitiv, numit emițător. Electricitatea, adesea furnizată de baterii, face ca electronii din aer să se ciocnească cu atomii și moleculele, care apoi eliberează alți electroni. Acest lucru creează un roi de molecule de aer încărcate pozitiv în jurul emițătorului, care sunt atrase de un fir încărcat negativ. Mișcarea moleculelor dintre cele două fire, vântul ionic, poate împinge un avion înainte. Designul actual folosește patru seturi de aceste fire.

o fotografie compozită care arată noul avion care zboară peste un depozit
CALE DE ZBOR Oamenii de știință au testat o nouă aeronavă, propulsată de vânt ionic, pe pista interioară a MIT. Această fotografie time-lapse arată că avionul poate zbura la o înălțime de nivel pe zeci de metri. Steven Barrett

Ionii în mișcare au ajutat alte lucruri să zboare prin aer, cum ar fi roboții mici din aer. Dar înțelepciunea convențională spunea că utilizarea abordării pentru a deplasa ceva prin aer la fel de mare ca un avion nu era posibilă, deoarece adăugarea unei baterii suficientă pentru a propulsa un avion în acest fel l-ar face prea greu pentru a rămâne în sus. (Productoarele ionice care propulsează navele spațiale prin vidul spațiului funcționează într-un mod foarte diferit și nu sunt funcționale în aer.) Încercările de a construi aeronave cu propulsie ionică în anii 1960 nu au avut prea mult succes.

Cercetătorul în aeronautică al MIT Steven Barrett a gândit diferit. Cu un design adecvat al aeronavei și baterii suficient de ușoare, zborul ar putea fi posibil, au sugerat calculele sale inițiale. Așa că el și echipa sa au folosit ecuații matematice pentru a optimiza diverse caracteristici ale avionului – forma, materialele, sursa de alimentare – și pentru a prezice modul în care va zbura fiecare versiune. Apoi, cercetătorii au construit prototipuri cu modele promițătoare și au testat avioanele pe pista interioară MIT, lansându-le printr-un sistem bungee.

„Modelele și realitatea construcției nu se potrivesc întotdeauna perfect”, spune Barrett, așa că găsirea designului potrivit a fost nevoie de multe încercări. Dar în noul studiu, el și colaboratorii săi raportează succes: 10 zboruri ale aeronavei, care are o anvergură de 5 metri și cântărește puțin sub 2,5 kilograme.

Echipa lui Barrett nu este singura care a crezut că metoda vântului ionic ar putea decola. Pe baza calculelor efectuate în laboratorul său, „eram încrezători că acest lucru se poate face”, spune Franck Plouraboue de la Institutul de Mecanică a Fluidelor din Toulouse din Franța, care nu a făcut parte din cercetare. „Iată că au făcut-o – ceea ce este fantastic!”

Este un exemplu de propulsie electrică distribuită, spune Plouraboue – răspândirea părților generatoare de forță ale avionului, în loc să aibă o singură sursă centralizată. Acesta este un domeniu fierbinte pentru cercetarea avioanelor chiar acum. Avionul X-57 Maxwell al NASA, de exemplu, poartă de-a lungul aripilor 14 motoare care funcționează cu baterii. Creșterea numărului de elice face ca avionul să meargă mai departe cu aceeași cantitate de energie, spune Plouraboue, dar crește și rezistența. Cu propulsia ionică a vântului, creșterea numărului de fire nu crește foarte mult rezistența.

Avionul mai are nevoie de câteva upgrade-uri înainte de a fi pregătit pentru lumea reală: cel mai lung zbor al său a fost de doar 12 secunde. Și, în timp ce aeronava poate menține zborul constant pentru o perioadă scurtă de timp odată lansată, nu poate decola de la sol folosind vântul ionic.

Chiar și cu îmbunătățiri, aeronavele cu propulsie ionică nu își vor găsi nișa ca avioane de pasageri, prezice Daniel Drew, cercetător în aerodinamică la Universitatea din California, Berkeley, care nu a fost implicat în lucrare. (Drew a proiectat roboți zburători în miniatură care zboară folosind propulsie ionică.) Probabil că nu este fezabil să se extindă la ceva de dimensiunea unui 747 – există compromisuri de eficiență pe măsură ce avioanele devin mai mari, spune el. Dar pe drum, abordarea ar putea fi utilă pentru avioane mici, fără echipaj sau drone.