Αναμείνατε ολίγον τι
Τεχνολογία

Νέα τεχνολογία προώθησης των αεροπλάνων εμπνευσμένη από το Star Trek

Αεροπλάνο ανέμου ιόντων

Μια νέα τεχνολογία προώθησης αεροσκαφών εμπνευσμένη από τον κόσμο του Star Trek δοκιμάστηκε για πρώτη φορά σε πραγματικές συνθήκες.

Το άνοιγμα των φτερών του σκάφους -που θυμίζει glider- είναι 5 μέτρα (16.4 πόδια), και δεν διαθέτει έλικες, τουρμπίνες ή κάποιου είδους κινητήρα -κάποιου είδους προωθητήρα με κινητά στελέχη- και είναι εντελώς αθόρυβο.

Ας δούμε όμως πως έχουν τα πράγματα: Όπως περιγράφεται στο ελληνικό άρθρο της Wikipedia, “Το αεροπλάνο είναι μηχανοκίνητο αεροσκάφος σταθερών πτερύγων το οποίο ωθείται μπροστά από έναν κινητήρα αεριώθησης ή έναν έλικα.” ή όπως ορίζεται αντίστοιχα στο Αγγλικό άρθρο, “An airplane or aeroplane (informally plane) is a powered, fixed-wing aircraft that is propelled forward by thrust from a jet engine, propeller or rocket engine.”.

Ίσως όμως να έρχεται ο καιρός -σε μεγάλο βάθος χρόνου- που θα πρέπει να προσαρμοστεί η παραπάνω φράση στα νέα δεδομένα.

Η νέα τεχνολογία δεν περιγράφεται από τον παραπάνω ορισμό, αφού δεν ωθείται από κάποιο κινητό μέλος, αλλά είναι ικανή να δημιουργήσει την απαιτούμενη ώθηση ώστε ένα σκάφος να πετάξει.

Πως όμως καταφέρνει να πετάξει;

Αντίθετα με αυτά που γνωρίζουμε μέχρι τώρα, ένας “άνεμος ιόντων” (ionic wind), όπου αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια αέρα που συγκρούονται με τα σωματίδια του αέρα, παράγει την ώθηση που χρειάζεται για να βρεθεί το σκάφος στους αιθέρες.

 

Από την μία μπορεί να δει κανείς σε αυτήν την τεχνολογία το μέλλον των αεροπορικών μετακινήσεων, που θα δώσει και ένα τέλος στην ηχορύπανση που υπάρχει στα αεροδρόμια και στις γύρω τους περιοχές. Από την άλλη, δεν παράγεται κανένα είδος ρύπων ή αερίων του θερμοκηπίου, και έτσι έχουμε στην κατοχή μας ένα πράσινο μέσο μεταφοράς.

 

Στις δοκιμές που έγιναν, το σκάφος που χρησιμοποιήθηκε τροφοδοτούταν από μπαταρίες και δεν ήταν επανδρωμένο. Ζύγιζε μόλις 2.3 χιλιόγραμμα (5 λίβρες) και  είχε ύψος 0.47 μέτρα, και κατόρθωσε να διατηρηθεί στο μέσο ύψος πτήσης των 60 μέτρων (197 ποδιών).

Οι εφευρέτες της νέας τεχνολογίας, κάνουν μία σύγκριση αυτών των δοκιμών με τα αντίστοιχα πειράματα των αδελφών Wright, που έγιναν πριν 100 χρόνια, και καταλήγουν ότι τέτοια μικρά βήματα είναι που εν τέλει μετέτρεψαν τον τομέα των αερομετακινήσεων.

Όπως προβλέπουν, στο προσεχές μέλλον, οι προωθητήρες ανέμου ιόντων θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή αθόρυβων βόμβων-drones.

Σε βάθος χρόνου, ευελπιστούν ότι η τεχνολογία αυτή θα συνδυαστεί με τα συμβατικά συστήματα προώθησης ώστε να δημιουργηθούν αεροσκάφη υβριδικού τύπου με πολύ υψηλή απόδοση κατανάλωσης καυσίμων.

 

Ο κεντρικός ερευνητής, του Massachusetts Institute of Technology των Η.Π.Α., Dr Steven Barrett δήλωσε: “Αυτή είναι η πρώτη συνεχής πτήση ενός αεροσκάφους που δεν διαθέτει κινητά μέλη στο προωθητικό του σύστημα. Πιθανότατα έχει ανοίξει νέες και ανεξερεύνητες δυνατότητες για αεροσκάφη που είναι πιο αθόρυβα, μηχανικά απλούστερα, και που δεν εκπέμπουν ρύπους”.

 

Ανάμεσα στις δηλώσεις του, μας αποκάλυψε και ότι αυτό το εγχείρημα είναι εν μέρει εμπευσμένο από την σειρά επιστημονικής φαντασίας Star Trek, την οποία παρακολουθούσε φανατικά σαν παιδί.

Όπως αναφέρει, είχε εντυπωσιαστεί πάρα πολύ από τα φουτουριστικά διαστημικά σκάφη (shuttles) της σειράς που διέσχιζαν τους αιθέρες χωρίς να δημιουργούν κανένα σχεδόν θόρυβο ή κάποιο άλλο παράγωγο/ρύπο.

“Αυτό με έκανε να σκεφτώ, ότι στο μακροπρόθεσμο μέλλον, τα αεροπλάνα δεν θα πρέπει να έχουν έλικες και τουρμπίνες”

“Θα πρέπει να είναι περισσότερο σαν τα σκάφη του Star Trek, έχοντας ένα μπλε φως και να γλιστρούν (glide) αθόρυβα.”

Μοντέλο του αεροσκάφους με το σύστημα ανέμου ιόντων

Πως λειτουργεί πραγματικά όμως; Τι είναι ο άνεμος ιόντων;

Το σκάφος των δοκιμαστικών πτήσεων φέρει μία σειρά από λεπτά καλώδια κάτω από το μπροστινό μέρος των φτερών του.

Αυτά τα καλώδια φέρουν το θετικό φορτίο των 20.000 volts, και έτσι αφαιρούνται τα ηλεκτρόνια από τα μόρια του αέρα (Άζωτο).

Το νέφος των θετικά φορτισμένων μορίων που μόλις δημιουργήθηκαν, κινούνται προς τα αρνητικά φορτισμένα καλώδια που βρίσκονται στο πίσω μέρος του σκάφους.

Στο ταξίδι του νέφους προς το αρνητικό φορτίο, τα ιόντα συγκρούονται εκατομμύρια φορές με άλλα μόρια του αέρα, δημιουργώντας έτσι την ώθηση που κινεί το σκάφος.

 

Η τάση είναι παρόμοια με αυτή του γνωστού “μπουζί” (spark plug) των αυτοκινήτων/μηχανών, αλλά το κενό που υπάρχει μεταξύ των άκρων στο αεροπλάνο είναι 10 φορές μεγαλύτερο από αυτό που έχουν τα μπουζί των κινητήρων, γι’ αυτό το ρεύμα δεν κάνει κάποιο άλμα ή κάποιο σπινθήρα.

Αντιθέτως, αφαιρεί, όπως είπαμε, τα ηλεκτρόνια από τα μόρια του αέρα (Άζωτο) και η κίνηση των ιόντων δημιουργεί τον ονομαζόμενο άνεμο ιόντων που μετακινεί το σκάφος.

 

Από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που έπρεπε να ξεπεράσουν ήταν ο σχεδιασμός μίας μονάδας τροφοδοσίας που θα μπορεί να παράγει 40.000 volts από την έξοδο της μπαταρίας του αεροπλάνου.

Σημαντικό είναι να σημειώσουμε ότι είναι η πρώτη φορά που ένα τέτοιο σύστημα προώθησης, που δεν διαθέτει κάποιο κινητό μελος, έλικα ή τουρμπίνα, κατάφερε να κάνει ένα σκάφος να πετάξει.

Στα τωρινά σχέδια της ομάδας βρίσκεται η βελτίωση της απόδοσης του συστήματος. Προσπαθούν να επιτύχουν την παραγωγή του ανέμου ιόντων χρησιμοποιώντας μικρότερη διαφορά δυναμικού.

 

Οι δοκιμές

Οι δοκιμαστικές πτήσεις έγιναν στο γυμναστήριο duPont Athletic Centre του MIT, ο μεγαλύτερος εσωτερικός χώρος που μπορούσαν να βρουν οι ερευνητές.

Η ομάδα του MIT έκανε 10 δοκιμαστικές πτήσεις του αεροπλάνου μέσα στο γυμναστήριο, χρησιμοποιώντας ένα bungee σύστημα εκτόξευσης (bungee-powered launch system).

Για να αποδείξουν ότι το σύστημα του ανέμου ιόντων λειτουργούσε, οι ερευνητές έπρεπε να δείξουν ότι η συνεχής πτήση του δεν ήταν αποτέλεσμα της αρχικής δύναμης του συστήματος εκτόξευσης.

Έτσι δοκίμασαν την πτητική ικανότητα του σκάφους αρχικά παρέχοντας τάση στα καλώδια των φτερών και έπειτα χωρίς την παροχή της τάσης.

Τα αποτελέσματα των 10 πτήσεων παρουσιάζονται με μπλε χρώμα στο παρακάτω σχήμα (το b. στα δεξιά). Στις δοκιμές αυτές, το σκάφος αποκτούσε ύψος μέσα στα πρώτα 8 δευτερόλεπτα και συνέχισε να ίπταται για 50 ή και περισσότερα μέτρα.

 

Οι πτήσεις στις οποίες δεν λειτουργούσε το σύστημα των ιόντων δεν κατάφεραν να ξεπεράσουν τα δέκα μέτρα σε απόσταση.

Τα αποτελέσματα των δεύτερων παρουσιάζονται με κόκκινο χρώμα στο ίδιο σχήμα.

Για τις μετρήσεις τους, χρησιμοποίησαν ένα σύστημα παρακολούθησης κίνησης (motion tracking) τριών καμερών GoPro, που είχαν τοποθετηθεί κάθετα στην προκαθορισμένη διαδρομή των πτήσεων μέσα στο γυμναστήριο.

Το σκάφος διέθετε φώτα LED, ένα κόκκινο και ένα πράσινο, τοποθετημένα στο φτερό (Pylon) και στην ουρά αντίστοιχα, και με την βοήθεια αυτών παρακολούθησαν τις κινήσεις του κατά την διάρκεια την πτήσης.

Με την βοήθεια του λογισμικού MATLAB και των πακέτων που διαθέτει κατάφεραν να παρακολουθήσουν – όπως φαίνεται και στο διάγραμμα α, στα αριστερά.

 

Όπως ανέφερε ο Dr Barrett, “Χρειάστηκε πολύς χρόνος για να φτάσουμε σε αυτό το σημείο. Ξεκινώντας από την βασική αρχή για να φτάσουμε σε κάτι που πραγματικά πετάει ήταν ένα μακρύ ταξίδι, του χαρακτηρισμού των θεωριών της φυσικής, στην συνέχεια του σχεδιασμού του σκάφους και τέλος να το κάνουμε να λειτουργήσει.”.

Τα αποτελέσματα έχουν δημοσιευθεί στο journal Nature.

Είναι σίγουρα μία πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, που θα χρειαστεί ένα εύλογα μεγάλο χρονικό διάστημα μέχρι να ωριμάσει και να φτάσει να αντικαταστήσει τις συμβατικές τεχνολογίες.

Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, τέτοια μικρά βήματα έκαναν το κόσμο της αεροπορίας να ανθίσει και να φτάσει εκεί που βρίσκεται τώρα.

Σίγουρα ένα μεγάλο βήμα θα είναι η δημιουργία υβριδικών αεροπλάνων που θα εκμεταλλεύονται και τις δύο τεχνολογίες.

Πηγές

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.
agathan

agathan

Αποφοίτησα απο το τμήμα Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης. Κάτα την διάρκεια εργάστηκα στην τεχνική υποστήριξη του τμήματος. Ακολούθησε το μεταπτυχιακό μου, Msc In Applied Mathematics at University Of Delaware. Ύστερα δούλεψα για μερικά χρόνια σαν web developer (CMS and what not) και SEO/Google Ads engineer.
Και τώρα είμαστε στο GeekD, μια λέξη που περιγράφει όλα τα παραπάνω.

"All we have to decide is what to do with the time that is given us."
-Gandalf The Grey, JRR Tolkien

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Πώς τα μυστικά των πρώτων αριθμών κάνουν τον κόσμο μας ασφαλέστερο
Πώς ο Ερατοσθένης υπολόγισε την περιφέρεια της Γης πάνω από 2000 χρόνια πριν;
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Εκπληκτικές φωτογραφίες του Cassini λίγο πριν τη συντριβή του στον Κρόνο