Decolla primo aereo prototipo a propulsione ionica

Un paio di ali con con dei fili elettrici potrebbero forse rappresentare un momento decisivo per l'aviazione, si tratta infatti del primo oggetto ad alzarsi in volo grazie ad un vento ionico autoprodotto.

Immagine 1 - Immagine 3D del prototipo di aeroplano a propulsione ionica. Credits: Steven Barrett/MIT

A prima vista il prototipo assomiglia al celebre aeroplano dei fratelli Wright. Ma gli ingegneri del MIT che hanno progettato è costruito il dispositivo stanno testando la fattibilità di un sistema di propulsione basato sulla spinta generata da particelle cariche che si muovono contro un fluido.

Da notare che non bisogna confondere questo tipo di motore con un altro tipo di motori che utilizzano l'elettromagnetismo per genere una spinta nel vuoto.
 

Cos'è l'elettroidrodinamica?

L'elettroidrodinamica è un concetto abbastanza semplice, almeno come principio teorico. Gli elettroni e molecole cariche (o ioni) vengono generate in modo tale che possono essere utilizzate per produrre una spinta in atmosfera.

Ciò è possibile attraverso un fenomeno chiamato effetto corona (anche conosciuto come scarica effetto corona), gli ioni che circondano un elettrone danno origine ad un effetto a cascata per cui piogge di elettroni strappano via altri elettroni dalle molecole circostanti in atmosfera.

La fluttuazione continua delle molecole di aria ionizzata può teoricamente creare una spinta. In parole povere tale ”vento ionizzato” potrebbe fare più o meno lo stesso lavoro compiuto dalle eliche in movimento o dal gas ad alta temperatura che fuoriesce da un motore a reazione.

La propulsione ionica può generare una spinta sufficiente a tenere in volo un aeroplano?

Si tratta di una di quelle idee belle in teoria. Ma per riuscire a tenere in volo un aeroplano è necessario generare una spinta propulsiva non trascurabile. Per decenni ciò non è accaduto.

Un approccio pratico (Ion-neutral propulsion in atmospheric media) venne proposto, insieme ad alcune sperimentazioni, negli anni 60 e venne considerato troppo inefficiente per essere poco più che una semplice curiosità. La NASA effettuò alcune sperimentazioni sulla propulsione ionica circa 10 anni fa concludendo che «l'utilizzo dell'effetto corona per la propulsione aeronautica non sembrava un approccio molto pratico».

I risultati erano molto scoraggianti ma gli scienziati della NASA non affermarono che la cosa fosse impossibile. Pertanto alcuni ricercatori si sono domandati se non fosse soltanto una questione di trovare i materiali adatti e di realizzare una progettazione migliore.

Così gli ingegneri del MIT attraverso l'utilizzo di una tecnica chiamata ”programmazione geometrica” sono riusciti a mettere a punto il progetto ottimale e i requisiti di alimentazione elettrica: i ricercatori sono riusciti a trovare in questo modo un modello che ha più che raddoppiato l'efficienza prevista in studi precedenti.

Numerosi cavi sottili chiamati dagli ingegneri emettitori servono per produrre la spinta dell'aeroplano, tali cavi erogano almeno 20000 volt di potenziale elettrico per fornire la scarica effetto corona in grado di sollevare l'aeroplano.

Il modello risultante assomiglia molto ai primi modelli di macchine volanti. Francamente sembra averne anche le prestazioni.

Alcune caratteristiche del prototipo

Il prototipo pesa all'incirca 2,5 kg e il suo telaio ultraleggero potrebbe trasportare non più di una valigetta. Durante i test il dispositivo ha effettuato 10 viaggi ma non è mai andato oltre 60 m.

Nonostante tutte queste limitazioni il fatto che il dispositivo sia riuscito comunque a sollevarsi e a viaggiare a una velocità di circa 4,8 metri al secondo (17,28 Km/h) rende tutto ciò un significativo passo in avanti.

Inoltre i risultati indicano che la velocità potrebbe aumentare. Nel momento in cui la velocità aumenterà il dispositivo consumerà relativamente meno energia. Ad una velocità di circa 300 metri al secondo una aeroplano potrebbe essere il 50% più efficiente.

Aumentando il numero dei fili elettrici aumenterà la resistenza aerodinamica?

Considerato che i motori sono poco più che dei fili sottili l'aumento del numero dei fili non comporterà un aumento della resistenza aerodinamica. Questo significa che il prototipo potrebbe essere ingrandito.

Questo tipo di motori basati sulla tecnologia dell'elettroidrodinamica sono a stato solido. Ciò significa che non richiedono nemmeno una goccia di combustibile e non hanno parti in movimento, pertanto il volo di un simile aeroplano sarebbe relativamente privo di rumore (a parte il ronzio prodotto dall'elettricità che fluisce in un circuito).

Nel video Stephen Barret del dipartimento di aeronautica e astronautica del MIT spiega il fascino del lavoro compiuto per realizzare il prototipo:

Siamo ancora molto lontani dal viaggiare su aeroplani che ci portano da una parte all'altra del mondo su una rete di fili elettrici. Mentre la tecnologia può essere sviluppata per essere estesa su una scala più grande (ad esempio ingrandendo il prototipo) non c'è ancora alcuna prova che suggerisce la possibilità di caricare a bordo di un tale dispositivo carichi pesanti.

Questi dispositivi potrebbero invece solcare i cieli senza sosta senza la necessità di effettuare rifornimento oppure sciami di droni che si muovono senza sosta nelle periferie della città.
Molto probabilmente verranno effettuate ulteriori sperimentazioni nel prossimo futuro.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.