Desde que se describió por primera vez en la década de 1960, el propulsor iónico ha permanecido confinado a los sótanos de los aficionados, a la sombra del motor a reacción centenario. Sin embargo, investigaciones recientes en el MIT muestran que, en algunos aspectos, el propulsor iónico supera al motor a reacción en términos de eficiencia, lo que sugiere que definitivamente merece más atención.
El viento iónico o empuje electrohidrodinámico es un fenómeno tan fascinante como ignorado. Para generarlo, el propulsor iónico típico solo necesita tres componentes: un electrodo de cobre de alambre delgado (emisor), un tubo de aluminio más grueso que encierra el emisor (colector) y un espacio de aire entre los dos. Cuando se aplica un voltaje, se produce un gradiente de campo que elimina los electrones de las moléculas de aire. El aire ionizado resultante es repelido por el hilo emisor y atraído por las paredes del colector. El aire ionizado se mueve hacia el colector, choca con las moléculas de aire neutral, empujándolas en el proceso y produciendo así viento o empuje.
Un viento poderoso
Un esquema de propulsor iónico desarrollado por la NASA.
Las ferias de ciencias han sido amables con el propulsor iónico, donde a menudo se puede ver haciendo su aparición, y YouTube está plagado de videos instructivos sobre cómo construir uno e impresionar a tus amigos. Sin embargo, ha habido pocos estudios dispuestos a detenerse seriamente en su potencial. La razón principal de esto es que se cree que es altamente ineficiente, sin embargo, una investigación reciente realizada en el MIT dice lo contrario y, además, apunta en la dirección opuesta.
Después de producir su propulsor iónico, los investigadores del MIT realizaron experimentos y descubrieron que el viento iónico produce 110 newtons de empuje por kilovatio, en comparación con un motor a reacción de 2 newtons por kilovatio o 55 veces más eficiente.
Los investigadores principales Steven Barrett y Kento Masuyama admiten, sin embargo, que el propulsor iónico cuenta con esta eficiencia extrema a bajo empuje. Aún así, lo haría muy adecuado para aviones económicos, de baja velocidad y livianos.
Es un poco sorprendente, pero si tienes un jet de alta velocidad, dejas a tu paso una gran cantidad de energía cinética desperdiciada, explica Barrett. Por lo tanto, desea un chorro de la menor velocidad posible, mientras produce suficiente empuje. Un viento iónico es una buena manera de producir un chorro de baja velocidad sobre un área grande.
Para medir la eficiencia de los propulsores de iones, los científicos del MIT colgaron su artilugio bajo una escala digital suspendida y aplicaron decenas de miles de voltios. La distancia entre los electrodos se modificó gradualmente, mientras que el empuje se registró a medida que el dispositivo se levantaba del suelo.
Otra característica interesante que poseen los propulsores iónicos y que los hace netamente superiores a los motores de propulsión a chorro es el hecho de que son invisibles a los infrarrojos, ya que no emiten calor y son completamente silenciosos. Naturalmente, las aplicaciones militares serían enormes, especialmente las que rodean a los drones no tripulados. Podrías imaginar todo tipo de beneficios militares o de seguridad al tener un sistema de propulsión silencioso sin firma infrarroja, dice Barrett.
El propulsor iónico podría regresar, pero es un compañero quisquilloso
Entonces, ¿por qué no es esta la siguiente mejor cosa? ¿Por qué no todos los aviones funcionan con propulsores iónicos? El mayor obstáculo en la implementación práctica de los propulsores iónicos es su baja densidad de empuje o la cantidad de empuje producido por área determinada. Los propulsores iónicos dependen del viento entre los dos electrodos (emisor y colector), de modo que cuanto mayor sea el espacio entre los dos, más fuerte será el empuje. Levantar un avión, aunque sea liviano, significa que tendría que construirse con un propulsor iónico que abarque toda la longitud del avión.
Otro inconveniente serio es la cantidad de voltaje requerida para poner en marcha el propulsor. Una nave pequeña, llena de instrumentos modernos a bordo y fuente de alimentación, necesitaría cientos o miles de kilovoltios para levantar el avión del suelo inicialmente.
Los voltajes podrían volverse enormes, dice Barrett. Pero creo que ese es un desafío que probablemente tenga solución. Por ejemplo, dice que la energía podría ser suministrada por paneles solares livianos o celdas de combustible. Barrett dice que los propulsores iónicos también podrían resultar útiles en sistemas de enfriamiento más silenciosos para computadoras portátiles.
La eficiencia es probablemente el factor número uno en general que impulsa el diseño de aeronaves, dice Barrett. [Los propulsores iónicos] son viables en la medida en que sean eficientes. Todavía hay preguntas sin respuesta, pero debido a que parecen tan eficientes, definitivamente vale la pena investigar más.
El equipo del MIT publicó sus hallazgos en la revista Proceedings of the Royal Society .
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