Jonowy lepszy od odrzutowego

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Zjawisko ciągu elektrohydrodynamicznego znane jest od lat 60. ubiegłego wieku. Pojawia się ono w postaci "wiatru jonowego" gdy pomiędzy dwiema elektrodami przepływa prąd. Wówczas w oddzialającym je powietrzu pojawia się wspomniany wiatr.

Od 50 lat "wiatrem jonowym" interesują się głównie amatorzy, którzy umieszczają w internecie filmy prezentujące lekkie obiekty latające, które unoszą się w powietrzu i latają tym sprawniej im większe napięcie jest podawane. Prowadzono niewiele badań naukowych, a niektórzy uczeni spekuklowali, że teoretyczne silniki jonowe byłyby bardzo nieefektywne, gdyż wymagałyby olbrzymich ilości energii.

Uczeni z MIT-u przeprowadzili swoje własne badania i stwierdzili, że silnik jonowy byłby znacznie bardziej efektywny od obecnie wykorzystywanych silników odrzutowych. Naukowcy odkryli, że "wiatr jonowy" generuje 110 niutonów ciągu na każdy kilowat energii. Współczesny silnik odrzutowy generuje jedynie 2 niutony na kilowat.

Profesor Steven Barrett z MIT-u uważa, że silniki jonowe byłyby idealnym rozwiązaniem dla lekkich pojazdów latających. Są wydajne, ciche i niewidoczne w podczerwieni. Wyobraźmy sobie całą gamę rozwiązań z dziedziny wojskowości czy bezpieczeństwa opierających się na cichym napędzie, który nie daje żadnego sygnału w podczerwieni - mówi uczony.

Podstawowy napęd jonowy składa się z bardzo cienkiej elektrody miedzianej, grubszej tuby aluminiowej i znajdującego się pomiędzy nimi powietrza. Po podaniu napięcia do elektrody, gradient pola elektrycznego powoduje, że dochodzi do jonizacji molekuł powietrza. Molekuły są silnie przyciągane przez aluminiową tubę. Gdy się poruszają, uderzają w obojętne molekuły i je popychają, tworząc "wiatr jonowy". Badania uczonych z MIT-u wykazały, że taki system jest najbardziej efektywny przy wytwarzaniu niewielkiego ciągu. Przy szybko poruszającym się "wietrze jonowym" mamy do czynienia z olbrzymimi stratami energii kinetycznej. Całość działa najbardziej efektywnie przy najwolniejszym możliwym do uzyskania "wietrze", który jednak jest wystarczający, by uzyskać ciąg odpowiedni do napędzenia pojazdu.

Profesor Barret mówi, że wspomniana technologia ma jedną poważną wadę. Napęd jonowy zależy od "wiatru" powstającego pomiędzy elektrodami. Im większa odległość między nimi, tym większy ciąg. Uniesienie niewielkiego samolotu i jego źródł energii wymaga dużej odległości pomiędzy elektrodami. Druga wada to konieczność zapewnienia dużego napięcia przy starcie. Uczony szacuje, że niewielki samolot niosący na pokładzie instrumenty oraz źródło zasilania będzie potrzebował setek lub tysięcy kilowoltów.

Wady te nie przekreślają napędu jonowego. Ned Allen, główny naukowiec Lockheed Martin mówi, że napęd ten ma tyle zalet, że jego firma jest nim zainteresowana.

[rs1958 6]

Dwie uwagi:

Newton to miał na imię Isaac, a jednostka siły w języku polskim nosi nazwę niuton [N];

pole elektryczne jest polem wektorowym, a gradient to pochodna pola skalarnego.

[Mariusz Błoński 196]

Co jest wobec tego odpowiednikiem gradientu w tym przypadku?

[rs1958 6]

No cóż, oryginalny tekst z MIT też precyzją nie grzeszy. Moim skromnym zdaniem chodzi o wyładowanie koronowe, jakie powstaje w silnych polach elektrycznych, a zwłaszcza na powierzchniach o dużych krzywiznach lub ostrzach (tu mamy cienki drut), gdzie występują duże niejednorodności pola elektrycznego. I może właśnie o tę niejednorodność pola chodzi. Czyli wyrywanie elektronów z obojętnych atomów przez silne pole elektryczne, oraz silna polaryzacja cząsteczek lub atomów i w efekcie tego rozpędzanie ich w niejednorodnym polu - w rezultacie możliwa również jonizacja w zderzeniach rozpędzonych cząstek.