Inizio di MHD6
...Con le dimensioni di un secchio da cucina, si tratta di un contenitore che contiene un'anodo e un catodo, quest'ultimo presentato sotto forma di bacino di mercurio. Tra anodo e catodo: il vuoto. Cioè uno spazio riempito da vapore saturo di mercurio, corrispondente alla temperatura ambiente, con una conducibilità elettrica troppo bassa per permettere il passaggio di corrente, le elettrodi essendo sottoposti a tensione (5 kV). Un "trigger" è un piccolo elettrodo posizionato vicino alla superficie del mercurio. Quando si produce una scarica tra questo elettrodo e il catodo-mercurio, il mercurio viene vaporizzato, e questo vapore riempie allora la camera, permettendo il passaggio di un arco elettrico. Una vera e propria fulminazione in vasca chiusa. Una volta innescata, la scarica si autoalimenta fino a quando l'energia dei condensatori non sia stata dissipata per effetto Joule nei conduttori di rame. A quel punto il vapore di mercurio si condensa e l'ignitron è pronto per un nuovo tentativo. Un secondo ignitron, delle dimensioni di una lattina di birra, è sufficiente per innescare al momento opportuno il passaggio di corrente nelle elettrodi dotati di una prototipo sperimentale.
...Di seguito, lo schema del controllo delle operazioni:
...Nel 1965 il costo principale di questo tipo di esperimento riguardava l'elettronica e la registrazione dei dati. Ovviamente, in quell'epoca i microcomputer non esistevano. La larghezza di banda degli oscilloscopi più performanti dell'epoca (modelli americani Tektronix a valvole) farebbe sorridere oggi: 1 megahertz. Ma in quegli anni il prezzo unitario raggiungeva i 40.000 franchi. Oggi si potrebbe dividere questo costo per un fattore dieci, mantenendo le stesse prestazioni.
Le tracce apparse sugli schermi degli oscilloscopi venivano fotografate su pellicola polaroid. Oggi tutta la registrazione di questi parametri sperimentali potrebbe essere gestita da un microcomputer di fascia bassa, dotato di una scheda ad hoc.
...La registrazione dei parametri della galleria del vento era estremamente semplice. Bastava disporre, sulla parete, coppie di piccole aghi sottoposti a bassa tensione. La distanza tra questi aghi era di un millimetro e la tensione era sufficientemente bassa perché la corrente non potesse passare nell'atmosfera rarefatta di argon. Ma quando l'onda d'urto passava, il semplice fatto che queste elettrodi si trovassero immediatamente a valle dell'onda in argon a 10.000° era sufficiente a generare un segnale. Registrando con un oscilloscopio a doppia traccia i segnali emessi da due di queste "sonde di ionizzazione", distanti dieci o venti centimetri e posizionate a monte della gola, si poteva misurare la velocità dell'onda d'urto, e quindi calcolare tutti i parametri gasodinamici: temperatura, pressione, grado di ionizzazione, conducibilità elettrica. Altri oscilloscopi erano necessari per effettuare misure complementari. Per proteggere questi strumenti dai forti disturbi emessi dagli scintillatori della camera ad alta pressione e in generale da tutti gli elementi del commutatore elettrico, essi, collegati alle sonde tramite cavi coassiali schermati, erano collocati all'interno di una gabbia di Faraday, nella quale si trovavano anche gli esperimentatori.
...Ecco quindi la descrizione dell'impianto sperimentale che avrebbe permesso di verificare la validità della teoria sviluppata tra il 1975 e il 1980 riguardo alla fattibilità dell'evoluzione di un oggetto a velocità supersonica in un gas senza generazione di onde d'urto. Rimane da esporre il modo per evidenziare l'annullamento di queste onde. Si può allora utilizzare un metodo classico ed efficace, creando un sistema di righe orizzontali facendo interferire due raggi luminosi, uno che attraversa il flusso sperimentale e l'altro che passa all'esterno. Un'onda d'urto rappresenta un salto improvviso della densità del gas, che si traduce in una variazione dell'indice di rifrazione. Così, le onde d'urto vengono classicamente evidenziate con questo metodo. A sinistra, l'aspetto tipico del "salto di frangia" dovuto alla presenza di un'onda d'urto obliqua attaccata al bordo d'attacco di un profilo alare. A destra, la stessa immagine, onde d'urto annullate.
...Il plasma di argon a 10.000° è abbastanza luminoso, quindi la sorgente da utilizzare sarà un piccolo laser elio-neon, che emette una luce più intensa rispetto a quella del plasma.
...Alla fine degli anni Ottanta abbiamo calcolato, Lebrun e io, tutti i parametri di un tale esperimento, nel quadro della sua tesi di dottorato finanziata dal CNRS. Sono convinto che questo esperimento sarebbe riuscito al primo tentativo, come tutte le esperienze MHD che avevo tentato in precedenza in laboratorio su tubo ad urto. Mi ricordo particolarmente di un esperimento del 1966 (di cui parlerò in un documento futuro) in cui l'obiettivo era far funzionare un generatore MHD in "bitemperatura", cioè con una temperatura elettronica (10.000°) sensibilmente superiore a quella del gas sperimentale (6000°). L'ostacolo era allora l'"instabilità di Vélikhov" (che aveva vanificato tutti gli sforzi compiuti in MHD in numerosi paesi). Una piccola astuzia permetteva di superare questo ostacolo, e l'esperimento funzionò al primo tentativo. Presentai allora questo lavoro al convegno internazionale di Varsavia nel 1967. Ma l'atmosfera disastrosa che regnava in quel laboratorio mi costrinse a lasciarlo e a cambiare disciplina, diventando astrofisico. Il mio studente, Jean-Paul Caressa, recuperò l'intero tema di ricerca, che divenne la sua tesi (benché evidentemente non avesse compreso neanche una parola delle sottigliezze dell'instabilità di ionizzazione di Vélikhov, la cui annullamento era la chiave dell'esperimento), ottenendo così il premio Worthington e permettendogli in seguito di diventare direttore del laboratorio di aero-termica di Meudon, poi direttore regionale del CNRS per la regione Provenza-Alpi-Costa Azzurra.
Cosa accadde a un progetto del genere.
...A metà degli anni Ottanta ero riuscito a interessare il Direttore Generale del CNRS, Pierre Papon, a questo tema di ricerca. Egli ci diede il suo appoggio, tramite il suo vice Michel Combarnous, direttore del dipartimento Scienze Fisiche dell'Ingegnere. In quell'epoca ero già in servizio all'osservatorio di Marsiglia, un luogo poco adatto all'installazione di tali esperimenti. Combarnous ci trovò allora un laboratorio ospitante, quello del professor Valentin a Rouen. Il CNRS avrebbe finanziato parte dell'operazione, l'esercito doveva fornire un contributo aggiuntivo. Ma rapidamente i militari richiesero che fossi completamente escluso da questi lavori, per ragioni che non hanno nulla a che fare con la scienza. Con il cambiamento della direzione del CNRS, persi l'appoggio di Papon e di Combarnous. La borsa di Lebrun essendo esaurita, non si fece nulla per permettergli di continuare i suoi lavori.
...L'équipe rouennaise, totalmente inesperta in materia di MHD (ma dotata di un vecchio tubo ad urto), accumulò errori. Denaro fu infine speso senza risultati (le ugelli MHD e le installazioni elettriche ad alta potenza costruite da questi dilettanti esplosero uno dopo l'altro).
...Tutto ciò è molto triste. In un futuro prossimo metterò su un CD-ROM tutti gli elementi, sia teorici che sperimentali, che potrebbero permettere a un laboratorio interessato di portare a termine questo tipo di esperimento, relativamente semplice. Il presente descrizione, sebbene sommaria, permette comunque di rendersi conto che, dato il calo dei costi dell'elettronica, questa tipologia di ricerca è alla portata di una scuola di ingegneria o del dipartimento di fisica di un'università americana di seconda fascia. Ma dubito fortemente che queste attività possano svilupparsi in Francia, dove la ricerca civile è spesso (almeno in questi settori) sotto il controllo militare.
...Si potrebbe pensare che essi vogliano conservarne l'esclusiva. Nemmeno per sogno. Dopo un'indagine, sembra che quattordici anni dopo (dopo il mio abbandono forzato nel 1986) la "MHD militare" sia rimasta totalmente inesistente.
...Se questo esperimento fosse riuscito, avremmo allora considerato esperimenti con gas freddo (aria atmosferica). Un esperimento interessante (che fu completamente fallito nel 1979 da un team di Tolosa, quello del "GEPAN", in condizioni, diciamo, "umanamente sgradevoli") riguarda la soppressione della turbolenza di scia dietro un cilindro, che avevamo già ottenuto nel 1975 in idrodinamica.
...Torniamo allo schema della macchina MHD cilindrica menzionata in precedenza.
...Abbiamo indicato in precedenza come abbiamo utilizzato un tale montaggio per eliminare l'onda di prua davanti a questo oggetto. Ma se ci si limita a parametri di interazione più deboli, si può allora, in un fluido fermo, creare un flusso indotto abbastanza interessante.
...Il flusso all'epoca poté essere evidenziato con filamenti colorati (per la cronaca: nella cucina del mio collega e amico Maurice Viton, astronomo al laboratorio di astronomia spaziale, che aveva preso a quel tempo un ottimo film in 16 mm).
...Collocata in un flusso fluido a velocità moderata, questa modellina permette di eliminare completamente la scia turbolenta che si stabilisce classicamente a valle di un cilindro le cui generatrici sono perpendicolari al flusso. La mia idea fu quindi fin dal 1979 di tentare di evidenziare, con un semplice microfono posizionato sulla parete, la scomparsa della turbolenza (rumorosa), durante esperimenti in regime subsonico nell'aria a pressione atmosferica. Nel principio, la procedura era semplice. Due solenoidi laterali potevano fornire alcuni migliaia di gauss in continuo, ampiamente sufficienti. Restava da risolvere il problema dell'ionizzazione nelle vicinanze della modellina.
...In un rapporto che avevo presentato al GEPAN nel 1979, intitolato "prospettive in magneto-idrodinamica", i principi di questo esperimento erano descritti. Avevo suggerito di utilizzare microonde a 3 gigahertz per creare l'ionizzazione desiderata. Questa gente costruì quindi, senza il mio consenso, l'esperimento seguente, utilizzando una sorgente HF ad alta potenza (pulsata a 500 Hz, potenza di picco: 1 MW).
...Le microonde venivano introdotte lateralmente nella gola tramite un grosso guida d'onda di 10 cm per 10 cm, che si apriva su una finestra in teflon.
...L'ingegnere incaricato del progetto, Bernard Zappoli, dipendente direttamente dal capo del GEPAN dell'epoca, Alain Esterle, immaginò così di poter creare tramite questa iniezione trasversale di microonde un'ionizzazione che popolasse tutta la sezione vicino alla modellina. Ignorando completamente il fenomeno di ionizzazione con HF, ottenne un risultato che lo sorprese enormemente. L'ionizzazione si verificò effettivamente, ma si limitò ai pochi millimetri di gas adiacenti alla finestra di teflon.
...Dove c'è ionizzazione, c'è plasma. Ora è ben noto che i plasmi costituiscono eccellenti schermi alle onde elettromagnetiche, altrimenti potremmo comunicare liberamente per radio con gli astronauti durante la fase di rientro atmosferico.
...È un peccato che questo bravo ragazzo non abbia chiesto il mio aiuto in quel momento. Gli avrei salvato la situazione in un batter d'occhio. Infatti, doveva ionizzare? Intorno alla modellina. La sua soluzione sarebbe stata quindi far arrivare questa HF attraverso l'interno di una modellina cava (un semplice tubo di PVC come usato dai idraulici). Due cannuccine di ferro acquistate dal droghiere di quartiere avrebbero garantito un'eccellente diffusione di queste microonde, che agendo sull'aria immediatamente a contatto con la modellina avrebbero creato intorno ad essa un involucro di gas ionizzato ben omogeneo.
...La procedura avrebbe probabilmente funzionato al primo tentativo, come tutte quelle che ho provato nella mia carriera di ricercatore.