Από τότε που το πρώτο αεροπλάνο πέταξε στον ουρανό, πάνω από έναν αιώνα πριν, πρακτικά κάθε αεροπλάνο της ιστορίας πετάει χάρη σε κάποιου είδους κινητά τμήματα, όπως έλικες, τουρμπίνες κ.α., που κινούνται χάρη στη χρήση ορυκτών καυσίμων ή με μπαταρίες. Γι' αυτό και είναι ιδιαίτερα σημαντικό το επίτευγμα επιστημόνων του ΜΙΤ που κατάφεραν μια παγκόσμια πρωτιά, κατασκευάζοντας και στέλνοντας στον ουρανό το πρώτο αεροπλάνο χωρίς κινητά τμήματα: Αντί για τουρμπίνες ή έλικες, το ελαφρύ αυτό αεροσκάφος πετά χάρη σε έναν «ιοντικό άνεμο», μια αθόρυβη μεν, ισχυρή δε ροή ιόντων που παράγονται στο αεροπλάνο και παράγει αρκετή ώθηση για να το κάνει να πετά.
Όπως υπογραμμίζει το MIT News, αντίθετα με τα συμβατικά αεροσκάφη, το αεροπλάνο αυτό δε χρειάζεται ορυκτά καύσιμα για να πετάξει, ενώ είναι εντελώς αθόρυβο. «Πρόκειται για την πρώτη στην ιστορία συνεχή πτήση ενός αεροπλάνου χωρίς κινητά τμήματα στο σύστημα προώθησης» λέει ο Στίβεν Μπάρετ, επίκουρος καθηγητής Αεροναυτικής και Αστροναυτικής στο ΜΙΤ. «Αυτό μπορεί να ανοίξει νέες και ανεξερεύνητες δυνατότητες για αεροπλάνα τα οποία είναι πιο αθόρυβα, μηχανικά απλούστερα και δεν εκπέμπουν ρύπους».
Ο ίδιος εκτιμά πως βραχυπρόθεσμα τέτοια συστήματα προώθησης με ιοντικό άνεμο θα αρχίσουν να χρησιμοποιούνται σε πιο αθόρυβα drones, ενώ μακροπρόθεσμα «βλέπει» την ιοντική προώθηση να συνδυάζεται με πιο συμβατικά συστήματα για υβριδικά, αποδοτικά και πιο οικονομικά από άποψης κατανάλωσης καυσίμου μεγάλα επιβατηγά αεροπλάνα.
Ο Μπάρετ και η ομάδα του στο ΜΙΤ δημοσιοποίησαν τα αποτελέσματα της δουλειάς τους στο Nature. O ίδιος αποκαλύπτει πως η έμπνευση προήλθε εν μέρει από το Star Trek, και ειδικά από τις φουτουριστικές ακάτους που εμφανίζονταν να πετούν με ευκολία στον αέρα, χωρίς να φαίνεται κάτι να κινείται πάνω τους, ούτε ήχους και ρύπους.
«Αυτό με έκανε να σκεφτώ πως στο μέλλον τα αεροπλάνα δε θα έπρεπε να έχουν έλικες και τουρμπίνες. Θα έπρεπε να είναι περισσότερο σαν τις ακάτους του Star Trek, που έχουν απλά μια μπλε λάμψη και πετούν αθόρυβα» αναφέρει.
Εννιά χρόνια πριν, ο Μπάρετ άρχισε να ψάχνει τρόπους να σχεδιάσει ένα σύστημα προώθησης για αεροπλάνα χωρίς κινητά τμήματα. Εν τέλει, κατέληξε στο ιοντικό άνεμο, γνωστό και ως ηλεκτροαεροδυναμική ώθηση, μια αρχή της Φυσικής που είχε ταυτοποιηθεί πρώτα τη δεκαετία του 1920 και περιγράφει έναν άνεμο ή ώθηση, που μπορεί να παραχθεί όταν περνά ρεύμα μεταξύ ενός λεπτού κι ενός παχύτερου ηλεκτροδίου. Εάν εφαρμοστεί αρκετή τάση, ο αέρας μεταξύ των ηλεκτροδίων μπορεί να παράξει αρκετή ώθηση για να προωθήσει ένα μικρό αεροσκάφος.
Για χρόνια, η ηλεκτροαεροδυναμική ώθηση ήταν κυρίως αντικείμενο για χομπίστες, που δημιουργούσαν μικρά αεροσκάφη, καθώς πιστευόταν πως δεν θα ήταν δυνατόν να παραχθεί επαρκής ιοντικός άνεμος για μεγαλύτερα αεροπλάνα.
Το αεροπλάνο που δημιούργησαν οι ερευνητές του ΜΙΤ μοιάζει οπτικά με ανεμόπτερο, έχει άνοιγμα φτερών πέντε μέτρων και βάρος μόλις 2,2 κιλών. Μεταφέρει μια διάταξη λεπτών καλωδίων, που έχουν τοποθετηθεί μπροστά από το το φτερό του αεροπλάνου. Τα καλώδια αυτά λειτουργούν ως ηλεκτρόδια με θετικό φορτίο, ενώ παχύτερα καλώδια σε παρόμοια διάταξη βρίσκονται από πίσω, λειτουργώντας ως ηλεκτρόδια με αρνητικό φορτίο. Στην άτρακτο βρίσκονται μπαταρίες λιθίου-πολυμερών.
Στην ομάδα συμμετείχαν μέλη του Power Electronics Research Group στο Research Laboratory of Electronics, που σχεδίασαν ένα σύστημα παροχής ενέργειας που μπορεί να μετατρέπει την ενέργεια της μπαταρίας σε επαρκώς υψηλή τάση για την προώθηση του αεροσκάφους. Με αυτόν τον τρόπο, οι μπαταρίες παράγουν ηλεκτρισμό στα 40.000 βολτ, φορτίζοντας τα καλώδια μέσω ενός ελαφρού μετασχηματιστή.
CHRISTINE Y. HE
Όταν τα καλώδια φορτιστούν, προσελκύουν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από τον γύρω αέρα, σαν ένας μεγάλος μαγνήτης. Τα μόρια αέρα που μένουν πίσω ιονίζονται, και ως εκ τούτου προσελκύονται από τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόδια στο πίσω μέρος του αεροπλάνου. Καθώς το νέο αυτό νέφος ιόντων κινείται προς τα αρνητικά φορτισμένα καλώδια, το κάθε ιόν συνδέεται εκατομμύρια φορές με άλλα μόρια αέρα, δημιουργώντας ώθηση, που κινεί το αεροπλάνο προς τα εμπρός.
Το αεροσκάφος πραγματοποίησε σειρά δοκιμαστικών πτήσεων εντός του duPont Athletic Center του ΜΙΤ, του μεγαλύτερου κλειστού χώρου που μπορούσε να βρεθεί για τα πειράματα. Το αεροσκάφος πέταξε σε απόσταση 60 μέτρων (τη μέγιστη απόσταση εντός του γυμναστηρίου) και διαπιστώθηκε πως είχε αρκετή ιοντική ώθηση για να διατηρείται εν πτήσει. Η πτήση αυτή επαναλήφθηκε 10 φορές, με παρόμοια αποτελέσματα.
«Ήταν το απλούστερο δυνατό αεροπλάνο που μπορούσαμε να σχεδιάσουμε, το οποίο θα αποδείκνυε ότι ένα ιοντικό αεροπλάνο μπορεί να πετάξει» είπε ο Μπάρετ. «Υπάρχει ακόμα πολύς δρόμος για ένα αεροσκάφος που θα μπορούσε να πραγματοποιήσει μια χρήσιμη αποστολή. Πρέπει να είναι πιο αποδοτικό, να πετά μακρύτερα και να πετά σε εξωτερικό χώρο» σημείωσε.
