Los motores de iones son la mejor tecnología para enviar naves espaciales en misiones de larga distancia.No son adecuados para lanzar naves espaciales en contra de la fuerte gravedad, pero requieren un propulsor mínimo en comparación con los cohetes y conducen la nave espacial a velocidades más altas durante largos períodos de tiempo.Los propulsores de iones también son silenciosos y algunos científicos se preguntan si pueden usarse en la Tierra en aplicaciones donde el ruido no es deseable.
Los vuelos motorizados son ruidosos.Los helicópteros hacen ruidos terribles y los sonidos de los motores a reacción pueden hacer que la vida cerca de un aeropuerto sea casi insoportable.Incluso los aviones pequeños de hélice son ruidosos.Pero, ¿qué pasaría si se pudieran usar motores de iones en lugar de estos sistemas de propulsión más grandes, al menos en algunas aplicaciones donde el ruido es un problema?
Steven Barrett del MIT cree que la idea tiene mérito.Barrett es profesor de aeronáutica y ciencias espaciales en el Instituto Tecnológico de Massachusetts.También es el director del Laboratorio de Aviación y Medio Ambiente del MIT.“El objetivo de investigación de Steven es llevar la aviación a un impacto ambiental cero”, explica el sitio web del MIT.“Esto incluye el desarrollo de tecnologías de propulsión de bajo nivel de emisiones y ruido para aeronaves… “El trabajo de Barrett sobre la propulsión iónica comienza aquí.
Barrett se ha interesado en los sistemas de propulsión iónica durante muchos años.En 2018, Barrett y sus colegas publicaron en la revista “Nature” “Vuelo de un avión con propulsión sólida.“El sólido sistema de propulsión no tiene partes móviles, por lo que es muy silencioso.El poder para volar proviene de la electroaerodinámica, donde la electricidad mueve iones y proporciona propulsión.Barrett y sus colegas se refieren al flujo de iones como “vientos iónicos”.Lo usaron para impulsar pequeños aviones de prueba en vuelo estable y estable.
“Este es el primer vuelo sostenido de un avión sin partes móviles en el sistema de propulsión”, dijo Barrett en 2018. Esto abre posibilidades nuevas e inexploradas para aeronaves potencialmente más silenciosas, mecánicamente simples y sin emisiones de combustión”. disponer.”
Este video de 2018 describe el trabajo de Barrett hasta ese momento.
Hasta ahora, Barrett y su equipo han demostrado con éxito el concepto con un planeador de 2,26 kg (5 libras) y una envergadura de 5 m (16,4 pies).Las alas están atadas con alambre como cercas horizontales.Las baterías de litio en el fuselaje suministran corriente a los cables.La batería suministra una carga positiva al cable a lo largo de la parte delantera y la parte inferior del ala, y el cable a lo largo del borde trasero del ala actúa como un electrodo negativo.
Un sistema de batería único proporciona 40.000 voltios de electricidad al ánodo.Una carga positiva elimina electrones de las moléculas de aire, ionizándolas.Las moléculas recién ionizadas son atraídas al cátodo en el borde de salida del ala.Esta polaridad crea un viento iónico que fuerza el aire alrededor del ala, creando sustentación y empuje.A medida que las moléculas ionizadas viajan hacia el cátodo, chocan con millones de otras moléculas de aire, impulsando el avión hacia adelante.
Desde que publicó un artículo en 2018, Barrett ha llevado más allá la idea de los aviones electroaerodinámicos de estado sólido. Ahora trabaja con el programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA.En un artículo fechado el 7 de febrero de 2022, Barrett describió el estado actual de la idea.
“La movilidad aérea avanzada (AAM) es un ecosistema de aviación que prevé la operación de aeronaves pequeñas, eléctricas, de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) en áreas urbanas”, escribió.El problema con este escenario es el ruido. El complejo no agradece el ruido adicional.La electroaerodinámica de iones (EAD) puede aliviar estos problemas.
El sistema EAD es prácticamente silencioso ya que no hay partes móviles.El silencio ayuda con algunas misiones potenciales.“Ejemplos de misiones posibles gracias al impulso silencioso de EAD incluyen misiones cerca de áreas urbanas sensibles al ruido, o misiones de entrega de tiempo crítico (como suministros médicos críticos) por la noche cuando la oposición de la comunidad al ruido es mayor”.
La propulsión iónica tiene la ventaja de ser silenciosa, pero también tiene desventajas.Produce un empuje inicial bajo.En los viajes espaciales, esto no es un problema.La NASA, por ejemplo, utiliza potentes cohetes convencionales paramisión de dardosEsto se debe a que los cohetes convencionales desarrollan suficiente empuje para alcanzar la velocidad de escape.Sin embargo, después de que DART dejó atrás la Tierra y la gravedad, utilizó impulsores iónicos para la propulsión.
Barrett y su equipo demostraron que un avión EAD podía volar continuamente.¿Pero se pueden realizar vuelos VTOL?
Barrett cree que pueden.Barrett escribió en un artículo de febrero que “se usará un nuevo propulsor EAD MSD (conducto de múltiples etapas) con múltiples etapas de propulsor EAD incrustadas dentro del conducto para aumentar el empuje lo suficiente como para permitir la operación VTOL”.“Bajo estos esfuerzos, diseñaremos aeronaves casi silenciosas con capacidad VTOL propulsadas por propulsores MSD”.
Si pueden hacer realidad la idea, no transportarán pasajeros en el corto plazo.Sin embargo, los aviones VTOL EAD pueden llenar otros nichos.
“La aeronave podrá realizar misiones de entrega de paquetes en áreas sensibles al ruido o de noche”, dijo Barrett.Entonces, básicamente, será un dron más silencioso.
Pero Barrett está pensando en grande.La propulsión EAD inicialmente limita el tamaño de la aeronave, pero las iteraciones posteriores pueden resultar en cargas útiles más grandes, más poderosas y pesadas para el portaaviones, incluidos los pasajeros.“Este esfuerzo respalda el objetivo a largo plazo de evaluar la aplicabilidad de la tecnología de propulsión MSD para (1) construir y volar aviones con motor MSD y (2) otros casos de uso de AAM, incluidos pasajeros dentro y entre ciudades. Transporte”, dice Barrett.
El transporte de pasajeros es donde la tecnología puede dar sus frutos.Hay una gran cantidad de viajes aéreos en el mundo.En conjunto, los viajes aéreos emitieron 1040 millones de toneladas de CO2 en 2018, incluidos pasajeros y carga.Representa alrededor del 2,5% de las emisiones globales de CO2.Las nuevas tecnologías como la propulsión EAD pueden ayudar.
Con eso en mente, no sorprende que Barrett fuera fanático de Star Trek.Estaba interesado en los transbordadores y en cómo se movían silenciosamente sin piezas móviles ni escapes.En 2018, Barrett dijo: “Pensé que en el futuro a largo plazo, los aviones no deberían tener hélices ni turbinas”, dijo Barrett. planeo.”
La propulsión EAD tiene un largo camino por recorrer antes de convertirse en una realidad más allá de los drones más silenciosos.Pero, dice Barrett, pasar del concepto al prototipo de vuelo limitado como prueba de concepto también es un largo viaje.
“Tomó mucho tiempo llegar aquí”, dijo Barrett.“Pasar de los fundamentos a volar realmente ha sido un largo viaje para caracterizar la física y luego idear un diseño y hacerlo funcionar.Ahora las posibilidades de este tipo de sistema de propulsión son viables”.