Αεροπλάνο χωρίς κινούμενα μέρη πετάει
Όταν το διάσημο αεροπλάνο των Wilbur και Orville Wright, το Wright Flyer, πέταξε για πρώτη φορά το 1903, θα πρέπει να έκανε αρκετά μεγάλη ρακέτα, με τον ακατέργαστο βενζινοκινητήρα του να περιστρέφει δύο έλικες μέσω αλυσίδων μετάδοσης κίνησης. Σχεδόν 115 χρόνια αργότερα, ένας άλλος τύπος αεροπλάνου έχει πετάξει τόσο ήσυχο σαν φάντασμα, χωρίς ούτε ένα κινούμενο μέρος. Ο νέος τύπος αεροσκάφους θα μπορούσε να εισάγει αθόρυβα drones και ίσως πολύ πιο απλά αεροπλάνα—αν οι ερευνητές μπορέσουν να ξεπεράσουν το δύσκολο έργο της κλιμάκωσης της τεχνολογίας.
Αντί να βασίζεται σε μια προπέλα ή έναν κινητήρα τζετ, το αεροπλάνο, περίπου στο μέγεθος ενός καγιάκ ενός ατόμου, σπρώχνεται στον αέρα χρησιμοποιώντας ηλεκτροαεροδυναμική (EAD). Αυτή η μορφή πρόωσης χρησιμοποιεί ηλεκτρικά εφέ για να στείλει αέρα προς τα πίσω, δίνοντας στο αεροπλάνο ίση ώθηση προς τα εμπρός.
Οι μηχανικοί αεροναυπηγών έχουν από καιρό θεωρήσει ότι τα αεροπλάνα θα μπορούσαν να τροφοδοτούνται από την EAD, λέει ο Steven Barrett, αεροναυπηγός μηχανικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) στο Κέμπριτζ. Αλλά κανείς δεν είχε ποτέ κατασκευάσει ένα αεροπλάνο EAD ικανό να σηκώσει το δικό του βάρος. Όταν ο Μπάρετ και οι συνάδελφοί του τελικά τα κατάφεραν, στάθηκαν με φοβερή σιωπή, λέει. «Χρειάστηκαν περίπου 7 χρόνια δουλειάς για να κατέβω στο έδαφος.»
Σε ένα σύστημα πρόωσης EAD, ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί έναν άνεμο από ταχέως κινούμενα φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ιόντα, τα οποία χτυπούν σε ουδέτερα μόρια αέρα και τα σπρώχνουν πίσω από το αεροπλάνο, δίνοντας στο αεροσκάφος μια ώθηση προς τα εμπρός. Η τεχνολογία -που ονομάζεται επίσης κίνηση ιόντων, άνεμος ιόντων ή πρόωση ιόντων- έχει ήδη αναπτυχθεί για χρήση στο διάστημα από τη NASA και τώρα αναπτύσσεται σε ορισμένους δορυφόρους και διαστημόπλοια. Επειδή το διάστημα είναι κενό, αυτά τα συστήματα φέρνουν μαζί ένα ρευστό, όπως το ξένο, για να ιονιστεί, ενώ το αεροσκάφος του Barrett έχει σχεδιαστεί για να ιονίζει μόρια αζώτου στον αέρα του περιβάλλοντος.
Ωστόσο, είναι πολύ πιο εύκολο να αναπτυχθεί η κίνηση ιόντων στο διάστημα παρά στην ατμόσφαιρα. Η βαρύτητα καθοδηγεί έναν δορυφόρο σε όλο τον πλανήτη, με κίνηση ιόντων που εφαρμόζει μικρές διορθώσεις πορείας. Αντίθετα, ένα αεροπλάνο πρέπει να παράγει αρκετή ώθηση για να διατηρείται ψηλά και να ξεπερνά τη συνεχή αντίσταση της αντίστασης του αέρα.
Μετά από πολλαπλές προσομοιώσεις σε υπολογιστή, η ομάδα του Barrett καταλήξει σε ένα σχέδιο για ένα αεροπλάνο με άνοιγμα φτερών 5 μέτρων και μάζα 2,45 κιλά, περίπου το βάρος ενός κοτόπουλου. Για να δημιουργηθεί το απαραίτητο ηλεκτρικό πεδίο, σετ ηλεκτροδίων που μοιάζουν με βενετσιάνικα περσίδες τρέχουν κάτω από τα φτερά του αεροπλάνου, το καθένα αποτελούμενο από ένα θετικά φορτισμένο σύρμα από ανοξείδωτο χάλυβα λίγα εκατοστά μπροστά από μια εξαιρετικά αρνητικά φορτισμένη φέτα αφρού καλυμμένου με αλουμίνιο. Το αεροπλάνο φέρει επίσης μια προσαρμοσμένη στοίβα μπαταριών και έναν μετατροπέα για να αυξήσει την τάση από τις μπαταρίες από περίπου 200 βολτ σε 40 κιλοβολτ. Αν και τα πολύ φορτισμένα ηλεκτρόδια ήταν εκτεθειμένα στα πλαίσια του αεροπλάνου, μπορούσαν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν με τηλεχειριστήριο για την αποφυγή κινδύνων για την ασφάλεια.
Η ομάδα δοκίμασε το αεροπλάνο μέσα σε ένα γυμναστήριο στο MIT, δουλεύοντας σε περίεργες ώρες για να αποφύγει να συναντήσει αθλητικές ομάδες. «Υπήρξαν μερικά επικά ατυχήματα», λέει ο Barrett. Τελικά, η ομάδα επινόησε μια συσκευή σαν σφεντόνα για να βοηθήσει στην εκτόξευση του αεροσκάφους. Μετά από εκατοντάδες αποτυχημένες προσπάθειες, το αεροσκάφος κατάφερε τελικά να προωθηθεί αρκετά ώστε να παραμείνει στον αέρα. Πάνω από 10 δοκιμαστικές πτήσεις, το αεροπλάνο πέταξε έως και 60 μέτρα, λίγο πιο μακριά από την πρώτη πτήση των αδερφών Ράιτ, σε περίπου 10 δευτερόλεπτα, με μέσο ύψος μισού μέτρου, αναφέρουν οι ερευνητές αυτήν την εβδομάδα στο Nature .
«Αυτό είναι ένα εξαιρετικό πρώτο βήμα», λέει ο Daniel Drew, ηλεκτρολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, ο οποίος εργάζεται σε μικρορομπότ EAD και δεν συμμετείχε στη μελέτη. Ωστόσο, προειδοποιεί «αν προσπαθήσουν να γίνουν πολύ μεγαλύτερα με το μέγεθος του αεροπλάνου, θα αντιμετωπίσουν πολλά προβλήματα». Το βασικό πρόβλημα έγκειται στην κλιμάκωση, λέει ο Drew. Καθώς το μέγεθος του αεροπλάνου αυξάνεται, το βάρος του θα αυξάνεται ταχύτερα από την περιοχή των φτερών του. Έτσι, για να παραμείνει ψηλά, ένα μεγαλύτερο αεροπλάνο πρέπει να παράγει πολύ περισσότερη ώθηση ανά μονάδα επιφάνειας φτερών, εξηγεί, κάτι που "θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθεί από φυσική άποψη."
Ο Μπάρετ δεν είναι έτοιμος να αποκλείσει το ενδεχόμενο μια μέρα να μεταφέρει ανθρώπους. «Είμαστε ακόμη πολύ μακριά προφανώς και υπάρχουν πολλά πράγματα που πρέπει να βελτιώσουμε για να φτάσουμε εκεί», λέει, «αλλά δεν νομίζω ότι υπάρχει κάτι που να το κάνει ουσιαστικά αδύνατο». Η ώθηση θα μπορούσε να βελτιωθεί κάνοντας το σύστημα μετατροπέα ισχύος και τις μπαταρίες πιο αποτελεσματικές, δοκιμάζοντας διαφορετικές στρατηγικές για τη δημιουργία ιόντων ή ενσωματώνοντας τους προωθητές στο πλαίσιο του αεροπλάνου για μείωση της οπισθέλκουσας, λέει. Ο Franck Plouraboué, ερευνητής μηχανικής ρευστών στην εθνική ερευνητική υπηρεσία CNRS της Γαλλίας και στο Πανεπιστήμιο της Τουλούζης, λέει ότι ένας τρόπος για να τροφοδοτηθεί το αεροσκάφος EAD θα μπορούσε να είναι μέσω των υπερελαφρών ηλιακών συλλεκτών που είναι προσαρτημένοι στην κορυφή του αεροπλάνου.
Ο Drew πιστεύει ότι είναι πιο πιθανό να δούμε μια μέρα ένα σμήνος μικρότερων αεροσκαφών EAD. Σε αυτό το πλαίσιο, ο Barrett πιστεύει ότι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των αεροσκαφών EAD θα είναι η έλλειψη θορύβου. "Αν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε drones σε όλες τις πόλεις μας για να μεταφέρουμε πράγματα και να παρακολουθούμε την ποιότητα του αέρα, όλος αυτός ο βόμβος και η ηχορύπανση θα γίνουν αρκετά ενοχλητικοί."
