Imaginați-vă un motor de aeronavă fără componente în mișcare, care nu produce gaze nocive și care nu face zgomot.

Un astfel de motor au creat cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) din SUA pentru propulsia aeronavelor viitorului. Acest lucru a fost posibil prin adaptarea unei tehnologii utilizate anterior doar în cazul sondelor sau navelor spațiale.

Motorul cu propulsie ionică a fost utilizat în construcția sondelor spațiale începând cu anii 1960, dar el are dezavantajul că generează o forţă mică de reacţie.

Motoarele ionice nu pot fi folosite pentru lansarea în spaţiul cosmic a unor nave spațiale în condiţii de gravitaţie mare, în schimb avantajul acestor motoare constă în faptul că ele pot genera tracţiune un timp îndelungat şi din acest motiv sistemele de propulsie ionică pot asigura viteze de top foarte mari.

Pe lângă faptul că nu emit gaze nocive, aceste motoare sunt mai ieftine şi mai sigure în funcţionare decât motoarele turboreactoare care sunt utilizate, în mod obişnuit, în construcţia aeronavelor, deoarece ele nu conţin compresor, turbină de gaz sau pompe de combustibil.

Singura problemă este că în câmpul gravitaţional al Pământului forța reactivă produsă de motoarele ionice nu era suficient de mare ca să depăşească greutatea bateriilor electrice necesare pentru funcţionarea acestor motoare. Cel puţin până acum.

O nouă cercetare, publicată în Nature, deschide calea realizării unor drone silenţioase în viitorul foarte apropiat, iar alte progrese în ceea ce priveşte materialele utilizate și randamentul conversiei energiei ar putea conduce la construcţia unor aeronave comerciale silenţioase propulsate de motoare cu propulsie ionică.

Progresele obţinute de cercetători până în prezent ar putea fi doar primul pas în direcţia utilizării motoarelor ionice pentru propulsia aeronavelor, ceea ce ar schimba radical aviaţia comercială în viitor.

Motoarele cu reacţie utilizate pe aeronavele din prezent funcţionează pe bază principiul acţiunii şi reacţiunii sau legea a treia a lui Newton, în sensul că forţa de propulsie generată de aceste motoare rezultă prin producerea şi evacuarea unui jet de gaze de mare viteză.

În schimb, motoarele ionice utilizează particule încărcate electric, ioni, care sunt atrase de o pereche de grile electrostatice, având o tensiune electrică mare între ele, și sunt eliminate în afara camerei motorului sub forma unui fascicul ionic. Ionii accelerați în acest mod interacţionează cu aerul ceea ce generează forţa de reacţie ce propulsează aeronava.

Ca și în cazul avioanelor electrice cu panouri solare, aeronavele propulsate de motoare ionice sunt alimentate cu energie electrică, ceea ce înseamnă că ele nu trebuie să transporte un alt combustibil în afară de bateriile electrice.

Noua cercetare arată că printr-o modificarea inteligentă a configurației bateriei și a modului cum este convertită energia electrică este posibil să se reducă greutatea bateriei suficient de mult încât această tehnologie să poată fi aplicată în cazul aeronavelor.

O aeronavă cu propulsie ionică necesită un profil frontal suficient de mare pentru a genera un “vânt ionic” într-un mod cât mai corect. Din păcate acest lucru măreşte greutatea aeronavei, astfel încât cercetătorii au fost nevoiţi să găsească o soluţie de compromis.

Aeronavă cu motor ionic

Prima aeronavă propulsată de un motor ionic. Credit: Steven Barrett/MIT

Ei au proiectat o aeronavă cu o anvergură a aripilor suficient de mică pentru a reduce greutatea aeronavei şi costurile de testare, dar care era totuşi destul de mare pentru a permite și folosirea unor componente standard de control la distanță.

Cercetătorii au utilizat o aeronavă cu o anvergură a aripilor de 5 metri, care cântărea mai puțin de 2,5 kilograme. Aceasta a efectuat 10 zboruri, reuşind să zboare timp de maxim 9 secunde pe o distanță de 45 de metri cu o viteză de 5 metri pe secundă.

Aeronava are nevoie de aproximativ 20 de secunde pentru a genera puterea necesară de propulsie și a fost lansată folosind un sistem mecanic de tip “bungee”, adică cu ajutorul unor sfori elastice.

Testarea primei aeronave cu motor ionic

Testarea primei aeronave cu motor ionic. Credit: Steven Barrett / MIT

Chiar dacă durata de zbor și distanța parcursă s-ar putea să nu impresioneze prea mult, cercetătorii subliniază faptul că acestea sunt aproximativ similare cu cele din primul zbor al aeronavei fraților Wright din anul 1903.

Progresele viitoare în materie de materiale și electronica de putere, precum și optimizarea structurii aeronavei ar putea asigura o viteză mai mare şi o durată mai lungă a zborului. De asemenea, este posibil să se utilizeze panouri solare pentru a genera energia electrică necesară pentru alimentarea motorului ionic.

Unul dintre marile avantaje ale unei aeronave cu motor ionic îl reprezintă nivelul de zgomot foarte redus, astfel încât este de aşteptat ca această tehnologie să fie aplicată, pentru început, pentru realizarea unor drone silenţioase.

Lipsa unor componente în mișcare ar trebui să permită adaptarea relativ uşoară a acestei tehnologii și în cazul unor aeronave mai mari, dar care vor necesita creşterea puterii motoarelor ionice.

Ţinând cont de cât de mult a progresat aviaţia de la primul zbor al fraților Wright, nu putem decât să fim optimişti în ceea ce priveşte viitorul acestei tehnologii.

Traducere şi adaptare după Ion drive space engine used on aircraft for first time