Έναρξη της MHD7
Η ηλεκτρομαγνητική πρόωση.
...Ένα προηγούμενο σχέδιο, που δείχνει τη ροή που προκαλείται από τις δυνάμεις Lorentz γύρω από έναν κύλινδρο, αποδεικνύει ότι αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόωση ελαφρών ή ναυτικών μηχανημάτων. Ωστόσο, η κυλινδρική μορφή δεν φαίνεται η πιο κατάλληλη. Είναι εύκολο τότε να προχωρήσουμε σε σφαιρική μορφή, προσθέτοντας σε ένα τέτοιο αντικείμενο μια δακτύλιο ηλεκτροδίων.
...Ένας σύστημα περιστρεφόμενου διακόπτη επιτρέπει τη σειριακή παροχή ρεύματος σε δύο διαμετρικά αντίθετα ηλεκτρόδια, με ένα να λειτουργεί ως ανόδος και το άλλο ως κάθοδος. Το σύστημα είναι τότε να συζευχθεί με ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Δεν είναι απαραίτητο, σε αυτή την περίπτωση, να υπάρχει μαγνήτης στο εσωτερικό του μοντέλου, στερεωμένος σε άξονα (παρόλο που αυτό είχαμε κάνει σε προηγούμενες διδακτικές εφαρμογές υδραυλικής, το 1976, τοποθετώντας ένα περιστρεφόμενο μαγνήτη στο εσωτερικό μιας μπάλας πινγκ-πονγκ). Όλοι οι φυσικοί γνωρίζουν ότι, αν τοποθετήσουμε τρία σολενοειδή σε γωνία 120° και τα διαρρέουν με ρεύματα που έχουν κατάλληλη φάση, παράγουμε το ισοδύναμο ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού διπόλου. Το αποτέλεσμα είναι:
...Αν η πείραμα ακύρωσης της συγκρούσεως κυμάτων είχε επιτύχει γύρω από ένα λεπτό προφίλ, είχαμε προγραμματίσει να επαναλάβουμε τη διαδικασία με ένα τέτοιο μοντέλο, με πολλαπλά ηλεκτρόδια και περιστρεφόμενο πεδίο, όλο το σύστημα τροφοδοτούμενο με εκκενώσεις πυκνωτών, κατάλληλα συγχρονισμένες.
...Το πείραμα σε ψυχρό αέριο θα ήταν επίσης ενδιαφέρον. Αρκούσε να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο ως ραδιοφωνική κεραία. Είχαμε ήδη πραγματοποιήσει, από το 1978, πολύ ενδιαφέρουσες εμπειρίες σε αυτό το θέμα. Εκ νέου, η ιονισμός θα είχε περιοριστεί με σοβαρότητα στη γειτονιά του αντικειμένου.
Τα λεπτά αεροδυναμικά μηχανήματα.
...Ωστόσο, το πιο ενδιαφέρον πείραμα θα αφορούσε το θέμα του λεπτού MHD αεροδυναμικού μηχανήματος (δημοσίευση στα Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, 1975, με τίτλο "Μετατροπείς MHD ενός νέου είδους"). Πρόκειται τότε για μηχάνημα χωρίς ηλεκτρόδια.
...Εξετάστε ένα σολενοειδές που διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Δημιουργεί στο περιβάλλον αέρα ένα επαγόμενο πεδίο, το οποίο μπορεί να συνοδεύεται από ροή ρεύματος, το οποίο συνδέεται με ένα δευτερεύον πεδίο που αντιστέκεται (νόμος του Lenz) στη μεταβολή του επαγόμενου πεδίου.
...Το επαγόμενο ρεύμα (i), το οποίο δημιουργεί κλειστές καμπύλες, αλληλεπιδρά με το επαγόμενο πεδίο B(t) προκαλώντας δυνάμεις Lorentz σε κατεύθυνση από το κέντρο προς τα έξω και αντίστροφα. Για παράδειγμα, στην παραπάνω εικόνα, τη στιγμή t₀, οι διευθύνσεις του πεδίου B (διέγερσης) και της πυκνότητας ρεύματος J (επαγόμενο πεδίο, που διαρρέει την αέρια μάζα) θα δημιουργούσαν μια κεντροστοιχημένη δύναμη.
Στη στιγμή t₁, αυτή η δύναμη θα ήταν εκκεντρική.
...Αν το αέριο που πλησιάζει το δίσκο με το εσωτερικό σολενοειδές δεν είναι ιονισμένο, δεν θα συνέβαινε τίποτα σημαντικό. Αν όμως το αέριο ιονιστεί, θα ταλαντωνόταν από ένα σύστημα δυνάμεων που εναλλάσσονται μεταξύ εκκεντρικών και κεντροστοιχημένων, όπως σε έναν ανακατευτή.
...Μπορούμε να φανταστούμε ένα σύστημα πρόωσης βασισμένο σε αυτή τη βάση, δημιουργώντας μια χρονικά μεταβλητή ιονισμό στις επάνω και κάτω επιφάνειες, έτσι ώστε η μάζα του αέρα που βρίσκεται πάνω από το μηχάνημα να είναι ηλεκτρικά αγώγιμη όταν οι δυνάμεις είναι εκκεντρικές:
και να είναι αντίστροφα αγώγιμη όταν οι δυνάμεις είναι κεντροστοιχημένες:
...Έτσι θα επιτευχθεί ένα σύστημα δυνάμεων που θα επιδιώκει να κάνει τον αέρα να κυκλοφορεί ισχυρά γύρω από το μηχάνημα:
...Η τύπος (Comptes Rendus της Ακαδημίας Επιστημών της Παρισιού, 1975) είναι ελκυστική. Ωστόσο, πρέπει να βρεθεί ένας τρόπος για να δημιουργηθεί αυτός ο παλμικός ιονισμός κοντά στην επιφάνεια. Το πρόβλημα είναι δύσκολο, αφού είναι απαραίτητο το χρονικό διάστημα κατά το οποίο κάνουμε τον αέρα αγώγιμο να είναι της ίδιας τάξης με το χρόνο διαβίβασης της αέριας μάζας γύρω από το αντικείμενο. Αν θεωρήσουμε ένα αντικείμενο που διασχίζει με 3000 μέτρα το δευτερόλεπτο και χαρακτηριστική μήκος δέκα μέτρα (διάμετρος του μηχανήματος), αυτό οδηγεί σε χρόνους της τάξης του χιλιοστού δευτερολέπτου, πράγμα που δεν είναι απίθανο με παλμική εκπομπή ραδιοκυμάτων στα 3 γιγαχέρτζ. Έτσι, οι επάνω και κάτω επιφάνειες της μηχανής θα έπρεπε να είναι εφοδιασμένες με μικρούς κλυστρόν, που εκπέμπουν εναλλάξ και αποσπούν ελεύθερα ηλεκτρόνια από τα μόρια του αέρα.
...Μια άλλη λύση φαίνεται από πρώτη όψη πιο ενδιαφέρουσα. Γνωρίζουμε ότι, αν βομβαρδίσουμε μόρια με ηλεκτρόνια που έχουν καλά ρυθμισμένη ενέργεια, συμβαίνει πρόσληψη ηλεκτρονίων. Ορισμένα μόρια αποκτούν τότε ένα περιττό ηλεκτρόνιο και γίνονται αρνητικά ιόντα, με πολύ σύντομη διάρκεια ζωής, κάτι που στην περίπτωσή μας είναι ενδιαφέρον.
...Οι πυραύλοι ηλεκτρονίων στην περιφέρεια θα έχουν τη μορφή μικρών παγίδων. Το απλό αυτό αρχικό είναι: ένα σολενοειδές δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο με την παρακάτω διάταξη:
...Αυτό το πεδίο, κάθετο στην επιφάνεια, μειώνεται με την απόσταση από την επιφάνεια. Συνδέεται με μια μαγνητική πίεση:
...Στη δεξιά εικόνα, μια ηλεκτρική απόκρουση που συμβαίνει μεταξύ μιας κεντρικής ηλεκτροδίου και μιας δακτυλίου ηλεκτροδίου, θα εκτοξεύσει τα ηλεκτρόνια σε περιοχές όπου η μαγνητική πίεση είναι λιγότερο έντονη, δηλαδή μακριά από την επιφάνεια, με ενέργεια που εξαρτάται από την τιμή του B. Αν αυτή είναι σωστά ρυθμισμένη, αυτοί οι πυραύλοι ηλεκτρονίων θα προκαλέσουν τη δημιουργία στον αέρα αρνητικών ιόντων, αποτελεσματικά μέσα για τη μεταφορά του επαγόμενου ρεύματος που σχετίζεται με τη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου B, που δημιουργείται από το δακτυλίου σολενοειδές (βλ. παραπάνω). Η μέγιστη αεροδυναμική απόδοση επιτυγχάνεται όταν ενεργούμε στο αέριο στ слой που βρίσκεται αμέσως δίπλα στην επιφάνεια (όπως ονομάζεται "στρώση ορίου"). Ωστόσο, προκύπτει τότε ένα πρόβλημα συγκράτησης πλάσματος, που μελετήθηκε εμπειρικά κατά τη διάρκεια πειραμάτων σε χαμηλή πίεση, και έλυσε γρήγορα.
...Το μαγνητικό πεδίο B που δημιουργείται από ένα εκτατικό σολενοειδές συνδέεται επίσης με μια μαγνητική πίεση. Αυτή μειώνεται καθώς απομακρύνεται από το επίπεδο συμμετρίας. Κάθε ηλεκτρική απόκρουση είχε τότε την τάση να απομακρύνεται σημαντικά από την επιφάνεια, γίνοντας έτσι ακατάστατη.
...Η λύση ήταν να χρησιμοποιηθούν όχι ένα, αλλά τρία σολενοειδή, δύο μικρότερα σολενοειδή, που εργάζονται ως σολενοειδή συγκράτησης.
...Σε μία δεδομένη στιγμή, τα ρεύματα που διαρρέουν:
...- Το εκτατικό σολενοειδές
...- Τα δύο σολενοειδή συγκράτησης
έχουν αντίθετη φορά. Η γεωμετρία επιτρέπει έτσι τη δημιουργία στη γειτονιά μιας κοίλης επιφάνειας ενός γραδιανού πεδίου μαγνητικής πίεσης που θα σφίξει την ηλεκτρική απόκρουση κοντά στην επιφάνεια, κρατώντας τη στη στρώση ορίου (πρακτικά, για μηχάνημα δεκάδων μέτρων διαμέτρου, σε στρώση πάχους μερικών εκατοστών).
...Αυτά τα πειράματα συγκράτησης στην περιφέρεια ήταν από τα πιο εντυπωσιακά που πραγματοποιήσαμε, στα τέλη της δεκαετίας του 1970, με περιορισμένα μέσα.
...Γενικά, το μηχάνημα είχε τότε τη μορφή δύο πιατιών που έγιναν συνδεδεμένα, και αυτό πιθανότατα προκάλεσε την αποδοκιμασία των στρατιωτικών.
...Μπορεί να ρωτήσει κανείς πώς μια μηχανή που φαίνεται τόσο αντιαεροδυναμική μπορεί να κινείται σε Mach 10, με το διάνυσμα της ταχύτητας να είναι προς τον άξονά της, πράγμα που υπονοεί μια πολύ απότομη στροφή του αέρα στην εκτατική περιφέρεια του μηχανήματος. Για να γίνει αυτό, το αέριο θα έπρεπε να υπακούει στο δάχτυλο και στο μάτι στις εντολές που προέρχονται από τις ηλεκτρομαγ