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La “propulsione al plasma”: la sfida tra Wuhan e Boston sulla costruzione di aerei a zero emissioni.

Sin dal primo volo aereo più di 100 anni fa, gli aeroplani sono stati azionati utilizzando superfici mobili come eliche e turbine. La maggior parte è stata alimentata dalla combustione di combustibili fossili. L’Electroaerodynamics, in cui le forze elettriche accelerano gli ioni in un fluido, viene proposta come metodo alternativo di propulsione di aeroplani — senza parti in movimento, quasi silenziosamente e senza emissioni di combustione. Tuttavia, nessun aereo con un tale sistema di propulsione a stato solido, è riuscito a spiccare il volo. La rivista Nature nel suo studio “Flight of an aeroplane with solid-state propulsion” dimostra come un sistema di propulsione a stato solido può sostenere il volo a motore, progettando e pilotando un aereo più pesante dell’aria a propulsione elettro-aerodinamica.

Leggi la pubblicazione originale sulla rivista scientifica Nature: Flight of an aeroplane with solid-state propulsion.

Propulsione al plasma al MIT di Boston

La propulsione al plasma accende l’onnipresente sfida tecnologica tra Usa e Cina, entrambe pronte a rincorrersi sulla propulsione elettrica applicata all’aeronautica.

Il Massachusetts Institute of Technology di Boston e l’Institute of Technological Sciences di Wuhan hanno sviluppato due prototipi molto diversi del motore a zero emissioni per gli aerei del futuro. Il prototipo messo a punto dal MIT ha dimostrato la possibilità di volare in condizioni atmosferiche soltanto con la creazione di un vento ionico, ottenuto grazie alla generazione di plasma attraverso una differenza di potenziale elettrico di ben 40.000 Volt e senza parti in movimento. Il plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia. Quello in cui gli atomi vengono ionizzati in particelle cariche. Quindi un motore al plasma utilizza l’elettricità per generare plasma e quindi espellere gli ioni per produrre la spinta.

Il primo volo allo stato solido della storia

Il primo volo della storia aeronautica mondiale di un aereo con propulsione al plasma, senza parti in movimento, avviene nella grande palestra del DuPont Athletic Center del Massachusetts Institute of Technology di Boston. Il prototipo messo a punto dal professor Steven Barrett, direttore del Laboratorio per l’aviazione e l’ambiente del MIT, e dai suoi colleghi di diversi laboratori coinvolti nell’impresa, è lungo 60 metri e viene ripetuto dieci volte con caratteristiche simili.

Il vento ionico che si dimostra capace di sostenere il volo del prototipo è ottenuto generando plasma grazie alla differenza di potenziale tra un primo filo caricato a +20.000 Volt e un secondo che invece è a -20.000 Volt. Questo permette di sottrarre elettroni alle molecole di azoto naturalmente presenti in atmosfera e di ionizzarle, inducendo la loro forte attrazione da parte dell’elettrodo negativo.

Il flusso crea un vero e proprio vento ionico, capace di trasportare con sé le molecole d’aria con le quali entra in contatto nella migrazione. Le molecole d’aria vengono spinte verso il profilo alare e permettono l’ottenimento di una portanza e il volo dell’aereo.

The Institute of Technological Sciences Wuhan University rilancia al MIT di Boston

La megalopoli dello Hubei, nota oggi nel mondo come luogo di origine della pandemia mondiale di Coronavirus, è un centro di grande importanza dal punto di vista scientifico e tecnologico ed è sede dell’eccellente ITS – Institute of Technogical Sciences.

La sfida per il raggiungimento della propulsione al plasma in atmosfera per uso aeronautico è stata raccolta immediatamente dai ricercatori di Wuhan. Il gruppo del professore Jau Tang dell’Institute of Technological Sciences Wuhan University punta su una soluzione diversa rispetto a quella del MIT di Boston.

In questo caso non si crea un vento ionico per sostenere il volo ma si attiene un vero e proprio sistema con propulsione a getto, simile nella fisica del volo a quella degli attuali aerei turbo-jet.

Il getto, quindi, è la vera chiave della tecnologia cinese. I risultati dell’ITS, pubblicati nella rivista “AIP Advances”, di AIP Publishing, ci mostrano che il prototipo dell’ITS utilizza plasma ad aria a microonde (microwave air plasmas) per alimentare un motore jet.

Sebbene i propulsori ionici non siano nuovi – diversi satelliti e missioni interplanetarie, inclusa la sonda Dawn della Nasa lanciata nel 2007, li hanno usati – i dispositivi attuali producono solo un propellente a pressione molto bassa e possono quindi essere utilizzati solo nello spazio e in assenza di gravità dove non c’è attrito atmosferico. Il dispositivo sviluppato a Wuhan inoltre comprime e quindi ionizza l’aria, anziché argon, xeno o idrogeno usati dai veicoli spaziali. Avrebbe quindi una fonte illimitata di propellente e sarebbe molto più potente.

Nell’attesa di un futuro che orienti il nostro pianeta verso strade più sicure, la sfida perpetua tra i due Paesi si manifesta anche in questo ambito, aprendo la strada a quella tecnologia che probabilmente un giorno potrà farci inaugurare l’aereo del futuro.

Per approfondimenti Propulsione al plasma, sfida tra il MIT di Boston e Wuhan per il motore del futuro.

 

 

Antonello Salvatore Cossu
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