Sejak penemuan mereka lebih dari 100 tahun yang lalu, pesawat terbang telah dipindahkan melalui udara oleh permukaan pemintalan baling-baling atau turbin. Tetapi menonton film-film fiksi ilmiah seperti "Star Wars, " "Star Trek" dan "Back to the Future", saya membayangkan bahwa sistem propulsi masa depan akan diam dan diam - mungkin dengan semacam cahaya biru dan "wusss" “Kebisingan, tetapi tidak ada bagian yang bergerak, dan tidak ada aliran polusi yang mengalir keluar dari belakang.
Itu belum ada, tetapi setidaknya ada satu prinsip fisik yang bisa menjanjikan. Sekitar sembilan tahun yang lalu, saya mulai menyelidiki dengan menggunakan angin ionik - aliran partikel bermuatan melalui udara - sebagai sarana untuk menyalakan pesawat. Membangun penelitian dan eksperimen selama beberapa dekade oleh para akademisi dan penghobi, profesional, dan siswa sains sekolah menengah, kelompok riset saya baru-baru ini menerbangkan pesawat yang hampir sunyi tanpa ada bagian yang bergerak.
Pesawat berbobot sekitar 2, 45 kilogram dan memiliki lebar sayap 15 kaki (5 meter), dan menempuh jarak sekitar 180 kaki (60 meter), jadi itu jauh dari pengangkutan kargo yang efisien atau jarak jauh orang. Tetapi kami telah membuktikan bahwa adalah mungkin untuk menerbangkan kendaraan yang lebih berat dari udara menggunakan angin ionik. Ia bahkan memiliki cahaya yang bisa Anda lihat dalam gelap.
Meninjau kembali penelitian yang dibuang
Proses yang digunakan pesawat kami, yang secara resmi disebut electroulerodynamic propulsion, diselidiki sejauh tahun 1920-an oleh seorang ilmuwan eksentrik yang mengira ia telah menemukan anti-gravitasi - yang tentu saja bukan itu masalahnya. Pada 1960-an, insinyur ruang angkasa mengeksplorasi menggunakannya untuk menggerakkan penerbangan, tetapi mereka menyimpulkan bahwa tidak mungkin dengan pemahaman tentang angin ionik dan teknologi yang tersedia saat itu.
Namun, baru-baru ini, sejumlah besar penggemar - dan siswa sekolah menengah yang mengerjakan proyek-proyek sains - telah membangun perangkat propulsi elektroerodinamik kecil yang menyarankan itu bisa berhasil. Pekerjaan mereka sangat penting untuk hari-hari awal pekerjaan kelompok saya. Kami berupaya meningkatkan kinerja mereka, terutama dengan melakukan serangkaian besar eksperimen untuk mempelajari cara mengoptimalkan desain pendorong elektroerodinamik.
Memindahkan udara, bukan bagian pesawat
Fisika yang mendasari propulsi electroaerodynamic relatif mudah untuk dijelaskan dan diterapkan, meskipun beberapa fisika yang mendasarinya kompleks.
Kami menggunakan filamen tipis atau kawat yang diisi hingga +20.000 volt menggunakan konverter daya ringan, yang pada gilirannya mendapatkan kekuatannya dari baterai lithium-polimer. Filamen tipis disebut emitor, dan lebih dekat bagian depan pesawat. Di sekitar penghasil emisi ini, medan listrik sangat kuat sehingga udara terionisasi - molekul nitrogen netral kehilangan elektron dan menjadi ion nitrogen bermuatan positif.
Lebih jauh kembali ke pesawat kita menempatkan airfoil - seperti sayap kecil - yang ujung tombaknya konduktif secara elektrik dan dibebankan ke -20.000 volt oleh konverter daya yang sama. Ini disebut kolektor. Kolektor menarik ion positif ke arahnya. Ketika ion-ion mengalir dari emitor ke kolektor, mereka bertabrakan dengan molekul-molekul udara yang tidak bermuatan, menyebabkan apa yang disebut sebagai angin ionik yang mengalir di antara penghasil dan pengumpul, mendorong pesawat ke depan.
Angin ionik ini menggantikan aliran udara yang akan dihasilkan oleh mesin jet atau baling-baling.
Mulai dari yang kecil
Saya telah memimpin penelitian yang telah mengeksplorasi bagaimana jenis propulsi ini benar-benar bekerja, mengembangkan pengetahuan terperinci tentang seberapa efisien dan kuatnya itu.
Tim saya dan saya juga telah bekerja dengan insinyur listrik untuk mengembangkan elektronik yang diperlukan untuk mengubah output baterai menjadi puluhan ribu volt yang diperlukan untuk menciptakan angin ionik. Tim ini mampu menghasilkan konverter daya yang jauh lebih ringan daripada yang ada sebelumnya. Alat itu cukup kecil untuk praktis dalam desain pesawat terbang, yang akhirnya bisa kami bangun dan terbang.
Penerbangan pertama kami, tentu saja, sangat jauh dari penerbangan orang. Kami sudah berupaya membuat propulsi jenis ini lebih efisien dan mampu membawa beban yang lebih besar. Aplikasi komersial pertama, dengan asumsi itu sejauh itu, bisa dalam membuat drone sayap tetap, termasuk untuk pemantauan lingkungan dan platform komunikasi.
Melihat lebih jauh ke masa depan, kami berharap dapat digunakan di pesawat yang lebih besar untuk mengurangi kebisingan dan bahkan memungkinkan kulit luar pesawat untuk membantu menghasilkan daya dorong, baik di tempat mesin atau untuk menambah kekuatan mereka. Mungkin juga bahwa peralatan electroaerodynamic dapat miniatur, memungkinkan berbagai baru nano-drone. Banyak yang mungkin percaya bahwa kemungkinan ini tidak mungkin atau bahkan tidak mungkin. Tapi itulah yang dipikirkan para insinyur tahun 1960 tentang apa yang sudah kita lakukan hari ini.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation.
Steven Barrett, Profesor Aeronautika dan Astronautika, Massachusetts Institute of Technology
