În general motoarele ionice sunt folosite pentru zborurile cosmice de lungă durată. Din nefericire, acestea oferă tracțiuni foarte mici și nu pot fi folosite decât în condițiile vidului interplanetar. De mai multă vreme sunt cunoscute versiuni ale acestor motoare, care pot funcționa în atmosfera terestră. Doi cercetători de la MIT au evaluat eficiența propulsoarelor bazate pe ”tracțiune electrohidrodinamică”.

 

Atunci când un curent electric trece prin doi electrozi, dintre care unul este foarte subțire în raport cu celălalt, se produce un curent de aer între cei doi electrozi. Dacă diferența de potențial aplicată este suficient de mare, curentul de aer este suficient de puternic pentru a produce o forță de tracțiune semnificativă. Fenomenul poartă numele de ”tracțiune electrohidrodinamică” sau, mai popular, ”vânt ionic” și este cunoscut încă de pe la începutul secolului trecut. Până acum fenomenul a fost folosit numai de către hobbyști  pentru a realiza mici ionocrafturi, vehicule construite din balsa și staniol, care se pot ridica în aer, atunci când sunt alimentate cu o diferență mare de potențial electric. De asemenea, inventatorii naivi cred că folosirea acestor vehicule ar fi calea către antigravitație…  Înainte de a trece mai departe la citirea acestei știri vă invit să vedeți un scurt clip video în care sunt prezentați pașii ce trebuie urmați pentru construcția unui ionocraft.

În ciuda faptului că există un volum foarte mare de informații provenind de la hobbyști, privitoare la utilizarea vântului ionic pentru propulsie, există foarte puține studii riguroase asupra acestui subiect. Unii cercetători presupun că un asemenea sistem ar fi de o ineficiență extremă, fiind nevoie de cantități uriașe de energie electrică pentru a putea fi folosit la propulsia vehiculelor.

Un nou studiu, realizat de către cercetătorii de la MIT, demonstrează că această presupunere este greșită. În urma determinărilor experimentale, ei au constatat că un motor bazat pe vântul ionic produce o tracțiune de circa 110 Newtoni pe kilowatt de energie consumată, în timp ce un motor cu reacție obișnuit produce numai… 2 Newtoni pe kilowatt. Evident, motorul bazat pe vântul ionic este extrem de eficient, raportat la un motor cu reacție. Dar, așa cum veți vedea, și aici se aplică principiul ingineresc, conform căruia dacă obții rezultate bune într-un loc, atunci este obligatoriu să ai rezultate proaste în alt loc.

Studiul a fost publicat în Proceedings of the Royal Society și este semnat de Steven Barrett, profesor asistent la MIT și Kento Masuyama, student la aceeași prestigioasă instituție. Un motor ionic bazat pe tracțiunea electrodinamică este alcătuit din trei componente: un fir foarte subțire din cupru, numit emiter, un tub (cu secțiune triunghiulară sau poligonală) realizat din staniol, numit colector, și aerul dintre primele două componente. Atunci când pe emiter este aplicat un potențial electric mare se produce ionizarea aerului din vecinătatea lui. Acești ioni sunt respinși de emiter și atrași cu putere de colector și pe drumul lor se ciocnesc cu molecule neutre de aer. Astfel rezultă un curent de aer care generează tracțiune.

Pentru a măsura eficiența motorulu ionic, Barrett și Masuyama au construit o versiune simplă, pe care au amplasat-o pe un stand de probă, după care au început să măsoare diferiți parametri. Astfel au putut constata că acest tip de motor este mai eficient la viteze scăzute. Au mai constatat că tracțiunea este proporțională cu distanța dintre electrozi: cu cât este mai mare distanța dintre aceștia, cu atât mai mare este tracțiunea.

Și au mai aflat ceva. Au avut confirmarea principiul ingineresc de care aminteam mai sus. Dacă pentru un model mic, cum este cel realizat de hobbyști, este suficientă o diferență de potențial de câțiva kilovolți, pentru a asigura tracținea necesară propulsării unei aeronave ușoare ar fi nevoie de sute sau chiar mii de kilovolți. Este vorba despre valori enorme care, fiind vorba despre aparate de zburat, trebuie obținute cu ajutorul unor instalații de masă foarte mică. Asta nu înseamnă că nu se întrevăd soluții tehnice pentru a rezolva această problemă. Trebuie doar să mai așteptăm o vreme, pentru a vedea dacă se pot construi motoare de aviație mult mai eficiente decât actualele motoare cu reacție.

Surse: MIT,  On the performance of electrohydrodynamic propulsion (Proceedings of the Royal Society)