A cura di Jonathan Napolitano

Attualmente la necessità di sviluppare tecnologie alternative ai combustibili fossili sta diventando una notizia in primo piano. Ne parlano le televisioni, le radio e tutte le forme mediatiche. Il mondo ne ha un immenso bisogno e, gradualmente, ognuno di noi se ne sta rendendo conto.

I ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology), in merito, stanno sviluppando una tecnologia “da film”: un aereo che non ha né un motore elettrico, né le tradizionali eliche a propulsione, né i propulsori a getto dei caccia che volano sopra mach 2 (circa i 2000km/h per intenderci). La domanda che nasce spontanea è: cosa tiene in aria questo aereo sperimentale? Il vento ionico.

Rendering fotorealistico velivolo elettrico con propulsione a vento ionico (vista frontale). Credits: Christine Y. He

Questo fenomeno elettrostatico si muove in ‘sordina’ da anni all’interno delle nuove tecnologie aeronautiche. Consiste in un silenzioso flusso di ioni prodotto a bordo del mezzo stesso in grado di generare una spinta che permette la sostentazione necessaria per mantenere il velivolo in volo costante.

Spiega Steven Barrett, professore associato di aeronautica e astronautica direttamente sul sito del MIT:

Si tratta del primo volo in assoluto di un aereo senza parti mobili nel sistema di propulsione. Tutto questo sta potenzialmente aprendo nuove e inesplorate possibilità per realizzare aerei che siano più silenziosi, meccanicamente più semplici e senza emissioni

Qual è il principio che sta alla base della propulsione ionica?

Funzionamento propulsione a vento ionico. Credits: www.nature.com

La propulsione ionica si basa sul principio dell’elettroidrodinamica, un concetto in realtà non molto difficile. L’elettroidrodinamica tratta la produzione di elettroni e ioni generati al fine di trasmettere una spinta all’interno dell’atmosfera.

Si sviluppa così un effetto denominato “effetto corona”, un fenomeno per il quale una determinato corrente elettrica si muove all’interno di un conduttore fornito di un potenziale elettronico molto elevato ed un fluido neutro circostante, come in questo caso l’aria.

La fluttuazione continua delle molecole di aria ionizzata generare così una vera e propria spinta.

Il modello del MIT

Il modello creato dal MIT è rimasto in volo dodici secondi, più o meno quanto il volo inaugurale dei Fratelli Whright, ma l’idea del team di Steven Barrett segna davvero una conquista nel mondo dell’aviazione.

Il velivolo è caratterizzato da un corpo centrale costituito da una griglia di cavi sottilissimi, denominati emettitori. La rete di cavi orizzontali frontali è caricata positivamente mentre la rete di cavi posteriori, più grossi, serve da elettrodo negativo. Le batterie a polimeri di Litio, contenute nell’involucro che costituisce il muso, forniscono 600 watt ai cavi anteriori a 40.000 volt attraverso un convertitore leggero. Una volta energizzati, i cavi attraggono e separano dalle molecole circostanti gli elettroni caricati negativamente, come un gigantesco magnete attrae i metalli.

Le molecole che rimangono vengono nuovamente ionizzate e vengono attratte da elettrodi posteriori caricati negativamente. Mentre questo flusso si dirige verso i cavi posteriori, ogni ione entra in collisione milioni di volte con altre molecole dell’aria creando una spinta in avanti del velivolo.

Gli studi sono iniziati nove anni fa ed hanno portato alla realizzazione di un modello del peso di 2,45 kg con un’apertura alare di 5 metri. Durante i test il dispositivo ha effettuato 10 viaggi ma non è mai andato oltre 60 metri. Il prototipo è riuscito a sollevarsi e volare a circa 4,8 metri al secondo (17,28 Km/h), il che rende il tutto realmente affascinante ed avveneristico. I risultato sono assolutamente incoraggianti e dimostrano che la velocità può essere aumentata.

Primo volo velivolo con propulsione a vento ionico (MIT). Credits: https://techcrunch.com

L’aumento della velocità permetterà un abbassamento dei consumi dell’aeromobile. Quando il velivolo riuscirà a raggiungere una velocità di 300 m/s, beneficerà di un aumento del 50 % della sua efficienza. Un elemento importante, da non trascurare, è che l’aumento dei “motori”, in questo caso, sottilissimi fili elettrici, non comporterà un evidente aumento della resistenza aerodinamica, il che risulterà fortemente a vantaggio dello sviluppo del prototipo ed un suo upgrade in termine di dimensioni.

I motori del velivolo sperimentale del team di Barrett sarà anche fortemente silenzioso, datosi che non sarà provvisto di parti in movimento e l’unico rumore che produrrà sarà il ronzio prodotto dall’elettricità, generata da motori a stato solido, che si muove all’interno dei circuiti.

Finora si pensava che questa tecnologia fosse adatta a modellini da laboratorio e non a velivoli veri e propri. La spinta propulsiva può essere aumentata ingrandendo l’aereo, che a quel punto però diviene troppo pesante per sostenersi. Il team di ingegneri ha studiato per nove anni la fisica di questo tipo di macchine, utilizzando modelli computerizzati basati sulla “programmazione geometrica” per calcolare il rapporto ideale tra peso e propulsione. Gli esperimenti vengono condotti nella palestra del duPont Athletic Center del MIT ove sono stati effettuati voli sulla distanza massima disponibile dall’edificio (60 metri).

Sviluppi futuri

Le applicazioni immediate sono su droni sia a bassa che ad altissima quota, ma si possono immaginare sviluppi più ambiziosi. Ci si augura che il team di Barrett termini le prototipazione e renda il modello una realtà concreta e non una semplice chimera. Il mondo, l’ambiente e tutti noi abbiamo bisogno di stimoli che ci portino a considerare sempre più il lato “green” della tecnologia in ambito aerospaziale.