Science non-fiction: (model)vliegtuig met ionenmotor!

28 november 2018, 17:59
Ionenmotor van het modelvliegtuig. Afbeelding: MIT
 
Ionenmotor van het modelvliegtuig. Afbeelding: MIT
 
Het lijkt op klassieke Science Fiction, maar het is een werkelijk geslaagde demonstratie van technologie van het MIT: Voor het eerst is een vlucht over een afstand van enkele tientallen meters met een echte ionenmotor gelukt. Het is nog ver te gaan voordat we Starship Enterprise kunnen nabouwen, maar het begin is er!

Het is nog maar ongeveer 115 jaren geleden dat de Gebroeders Wright de eerste gemotoriseerde vlucht in de geschiedenis van de mensheid maakten. (Als we er tenminste niet van uitgaan dat de mensheid hier lang geleden met een ruimteschip is aangekomen.) ;-)

Na de aandrijving met een viertakt-benzinemotor volgden al snel ontwerpen met stermotoren, daarna turbines, raketten en ramjets of scramjets. Voor „ruimteschepen“ van de planeet Terra was tot nu toe de klassieke raketmotor de enige oplossing. Hoewel ionenmotoren ook al bijna 100 jaar geleden zijn bedacht, zijn ze vooral bekend uit de Science Fiction, zoals bijvoorbeeld van het ruimteschip Enterprise. Toch zijn ze in de praktijk al 20 jaar experimenteel ingezet als sondeaandrijving bijvoorbeeld bij Deep Space 1.

De onderzoekers van het MIT in het team van Steven Barret hebben nu iets heel aards gepresteerd: Toepassing van een ionenmotor in de atmosfeer in plaats van in het vacuüm van het heelal. De demonstratie werkt met een vrij groot modelvliegtuig.
 
Video over de techniek van de ionenaandrijving met Steven Barret van het MIT.

Het principe van een ionenmotor is eigenlijk heel simpel: gasmoleculen worden door een heel krachtig elektrisch veld geïoniseerd en door datzelfde veld worden ze ook versneld. In het heelal zouden we daarvoor zelf gas moeten meebrengen, maar omdat het een veel grotere snelheid krijgt dan bijvoorbeeld bij de chemische reactie in een raketmotor, hoeven we toch maar weinig massa (=brandstof) mee te nemen. Dat maakt de ionenmotor in principe heel bruikbaar.

Binnen de dampkring ligt dat anders, omdat we hier geen gassen mee hoeven te brengen: de lucht zelf dient als „brandstof“. Op hun weg van anode naar kathode slepen de versnelde positieve stikstofionen meer gasmoleculen met zich mee en zo ontstaat een „ionenwind“. Door het versnellen van de ionen ontstaat een terugslag, die het vliegtuig vooruit duwt.

Natuurlijk zijn er nog veel natuurkundige problemen te overwinnen, vooral omdat er met erg hoge spanningen moet worden gewerkt. En omdat er geen overslag tussen de elektroden mag plaatsvinden, moet de spanning toch begrensd blijven. Verder is de bereikbare kracht per oppervlakte-eenheid van de ionenmotor maar beperkt. Toch zijn de ingenieurs van het MIT erin geslaagd, om een licht vliegtuigmodel met deze kracht in de lucht te houden, nadat hij is gestart met een katapult. Er zullen zich nog heel wat ionen tussen de beide elektroden bewegen, voordat deze techniek werkelijk praktisch inzetbaar is.
Maar is elk geval is een puur elektronische aandrijving zonder één bewegend onderdeel zeker „fascinerend“, zoals Spock het zou zeggen…
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items