Desde sua invenção, há mais de 100 anos, os aviões foram movidos pelo ar pelas superfícies de fiação de hélices ou turbinas. Mas assistindo filmes de ficção científica como Star Wars, Star Trek e Back to the Future, eu imaginei que os sistemas de propulsão do futuro seriam silenciosos e quietos - talvez com algum tipo de brilho azul e “whoosh”. Ruído, mas sem partes móveis, e nenhum fluxo de poluição saindo pelas costas.
Isso ainda não existe, mas há pelo menos um princípio físico que pode ser promissor. Cerca de nove anos atrás, comecei a investigar usando ventos iônicos - fluxos de partículas carregadas no ar - como um meio de alimentar o vôo. Com base em décadas de pesquisa e experimentação por acadêmicos e amadores, profissionais e estudantes de ciências do ensino médio, meu grupo de pesquisa recentemente voou em um avião quase silencioso, sem partes móveis.
O avião pesava cerca de 2, 45 kg e tinha uma envergadura de 5 metros e percorria cerca de 60 metros, portanto, é muito longe de transportar cargas ou pessoas a longas distâncias. Mas provamos que é possível pilotar um veículo mais pesado que o ar usando ventos iônicos. Até tem um brilho que você pode ver no escuro.
Revisitando a pesquisa descartada
O processo que nosso avião usa, formalmente chamado de propulsão eletroaerodinâmica, foi investigado nos anos 20 por um cientista excêntrico que achava ter descoberto a antigravidade - o que obviamente não era o caso. Na década de 1960, os engenheiros aeroespaciais exploraram o uso para impulsionar o vôo, mas concluíram que isso não seria possível com a compreensão dos ventos iônicos e da tecnologia disponível na época.
Mais recentemente, no entanto, um grande número de entusiastas - e estudantes do ensino médio fazendo projetos de feiras de ciências - construíram pequenos dispositivos de propulsão eletro-aerodinâmica que sugeriam que poderia funcionar, afinal. Seu trabalho foi fundamental para os primeiros dias do trabalho do meu grupo. Buscamos melhorar seu trabalho, principalmente realizando uma grande série de experimentos para aprender a otimizar o projeto de propulsores eletroerodinâmicos.
Movendo o ar, não as partes do avião
A física subjacente da propulsão eletroaerodinâmica é relativamente simples de explicar e implementar, embora parte da física subjacente seja complexa.
Usamos um filamento fino ou fio que é carregado a + 20.000 volts usando um conversor de energia leve, que por sua vez recebe sua energia de uma bateria de polímero de lítio. Os filamentos finos são chamados emissores e estão mais próximos da frente do avião. Em torno desses emissores, o campo elétrico é tão forte que o ar fica ionizado - moléculas neutras de nitrogênio perdem um elétron e se tornam íons de nitrogênio carregados positivamente.
Mais atrás, no avião, colocamos um aerofólio - como uma pequena asa - cuja borda de ataque é eletricamente condutora e carregada a -20.000 volts pelo mesmo conversor de potência. Isso é chamado de colecionador. O colecionador atrai os íons positivos em direção a ele. À medida que os íons fluem do emissor para o coletor, eles colidem com moléculas de ar sem carga, causando o que é chamado de vento iônico que flui entre os emissores e coletores, impulsionando o avião para frente.
Este vento iônico substitui o fluxo de ar que um motor a jato ou hélice criaria.
Começando pequeno
Eu conduzi pesquisas que exploraram como esse tipo de propulsão realmente funciona, desenvolvendo um conhecimento detalhado de quão eficiente e poderoso ele pode ser.
Minha equipe e eu também trabalhamos com engenheiros elétricos para desenvolver a eletrônica necessária para converter a saída das baterias em dezenas de milhares de volts necessários para criar um vento iônico. A equipe conseguiu produzir um conversor de energia muito mais leve do que qualquer outro anteriormente disponível. Esse dispositivo era pequeno o suficiente para ser prático em um projeto de aeronave, que finalmente conseguimos construir e voar.
O nosso primeiro voo é, obviamente, muito longe de pilotar pessoas. Já estamos trabalhando para tornar esse tipo de propulsão mais eficiente e capaz de transportar cargas maiores. As primeiras aplicações comerciais, supondo que chegam tão longe, poderiam ser na fabricação de drones silenciosos de asa fixa, inclusive para monitoramento ambiental e plataformas de comunicação.
Olhando mais para o futuro, esperamos que ela possa ser usada em aeronaves maiores para reduzir o ruído e até mesmo permitir que a pele externa de uma aeronave ajude a produzir empuxo, seja no lugar de motores ou para aumentar sua potência. Também é possível que equipamentos eletroaerodinâmicos possam ser miniaturizados, possibilitando uma nova variedade de nano-drones. Muitos podem acreditar que essas possibilidades são improváveis ou mesmo impossíveis. Mas é isso que os engenheiros da década de 1960 pensaram sobre o que já estamos fazendo hoje.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Steven Barrett, Professor de Aeronáutica e Astronáutica, Massachusetts Institute of Technology
