La propulsione MHD.
Un disegno precedente, che mostra il flusso indotto dall'azione delle forze di Laplace attorno a un cilindro, dimostra che queste possono essere utilizzate per la propulsione di macchine volanti o naviganti. Tuttavia, la forma cilindrica non sembra la più adatta. È quindi facile passare alla sfera, dotando un tale oggetto di una corona di elettrodi.
Un sistema di commutatore rotante permette di alimentare sequenzialmente due elettrodi diametralmente opposti, uno funzionante da anodo e l'altro da catodo. Il tutto consiste quindi nel collegare questo dispositivo a un sistema di campo magnetico rotante. In questo caso non è necessario disporre all'interno del modello un magnete montato su un asse (anche se questo è ciò che avevamo fatto durante esperimenti idraulici nel 1976, alloggiano un magnete rotante all'interno di una pallina da ping-pong). Tutti gli studenti di fisica sanno che disponendo tre solenoidi a 120° e alimentandoli con correnti opportunamente sfasate, si ottiene allora l'equivalente di un dipolo magnetico rotante. Il risultato è:
Se l'esperimento di annichilazione d'onda d'urto avesse avuto successo intorno al profilo a lenticchia, avevamo previsto di ripetere l'operazione con un modello di questo tipo, a più elettrodi e con campo rotante, alimentato da scariche di condensatori opportunamente sincronizzate.
L'esperimento, in gas freddo, sarebbe stato altresì interessante. Sarebbe stato sufficiente utilizzare il modello come antenna ad alta frequenza. Avevamo già condotto, già nel 1978, esperimenti molto interessanti su questo argomento. Ancora una volta, l'ionizzazione si sarebbe localizzata con discrezione nelle immediate vicinanze dell'oggetto.
Gli aerodini a lenticchia.
Ma l'esperimento più interessante avrebbe riguardato il tema dell'aerodino MHD a lenticchia (pubblicazione ai CRAS, 1975, con il titolo "Convertitori MHD di un nuovo genere"). Si tratta allora di una macchina priva di elettrodi.
Consideriamo un solenoide percorso da corrente alternata. Esso genera nell'aria circostante un campo indotto, che può essere accompagnato da una circolazione di corrente, alla quale si associa un campo secondario che si oppone (legge di Lenz) alla variazione del campo induttore.
La corrente indotta (i), che forma curve chiuse, reagisce con il campo induttore B(t) generando forze di Laplace radiali, alternativamente centrifughe e centripete. Per esempio, nella figura sopra, all'istante t₀ le direzioni del campo B (eccitatore) e della densità di corrente J (campo indotto, che circola nella massa gassosa) produrrebbero una forza radiale centripeta.
All'istante t₁ questa forza sarebbe centrifuga.
Se il gas adiacente al disco dotato del suo solenoide interno non è ionizzato, non accadrà nulla di notevole. Se invece ionizziamo questo gas, esso sarà scosso da un sistema di forze alternativamente centrifughe e centripete, come in uno shaker.
Si può concepire su questa base un sistema di propulsione, organizzando in modo da creare un'ionizzazione modulata nel tempo sulle facce superiore e inferiore, in modo che la parte di gas situata sopra il veicolo sia conduttrice quando le forze sono centrifughe:
e che, al contrario, quella situata sotto il veicolo lo sia quando queste forze sono centripete:
Si otterrebbe così un sistema di forze combinate che tenderebbe a far circolare intensamente l'aria attorno al veicolo:
La formula (Compte Rendu all'Académie des Sciences di Parigi, 1975) è affascinante. Tuttavia, è necessario trovare un modo per creare questa ionizzazione pulsata vicino alla parete. Il problema è delicato, poiché è necessario che il tempo durante il quale si rende l'aria conduttrice sia dell'ordine di grandezza inferiore al tempo di transito della massa gassosa attorno all'oggetto. Considerando un oggetto che si muove a 3000 metri al secondo e una lunghezza caratteristica di dieci metri (il diametro del veicolo), ciò porta a tempi dell'ordine del millisecondo, che non è irrealizzabile con emissioni di microonde pulsate a 3 gigahertz. Le pareti superiore e inferiore della macchina dovrebbero quindi essere rivestite da mini-klystron, che emettono alternativamente e strappano elettroni liberi dalle molecole d'aria.
Un'altra soluzione è a priori più interessante. Si sa che se si bombardano molecole con elettroni aventi un'energia ben regolata, si verificano degli attacchi elettronici. Alcune molecole acquisiscono così un elettrone in più e diventano ioni negativi, con una vita molto breve, il che, nel caso che ci interessa, è interessante.
I cannoni a elettroni parietali avranno la forma di piccoli trappole per lupi. Il principio è semplice. Un solenoide genera un campo magnetico con la configurazione seguente:
Questo campo, perpendicolare alla parete, diminuisce in intensità in funzione della distanza da essa. Gli si associa una pressione magnetica:
Nella figura di destra, una scarica elettrica che si verifica tra un elettrodo centrale e un altro anulare vedrà i suoi elettroni espulsi verso regioni dove la pressione magnetica è minore, quindi lontano dalla parete, con un'energia che dipende dal valore di B. Se questo valore è opportunamente regolato, questi getti di elettroni innesteranno la formazione, nell'aria, di ioni negativi, veicoli efficaci della corrente indotta legata alla variazione del campo induttore B creato dal solenoide anulare (vedi sopra). L'efficienza aerodinamica massima consiste nell'agire nella strato gassoso immediatamente a contatto con la parete (detto "strato limite"). Ma si pone allora un problema di confinamento del plasma, studiato sperimentalmente in esperimenti condotti a bassa pressione, risolto rapidamente.
Il campo magnetico B creato da un solenoide equatoriale è anch'esso associato a una pressione magnetica. Questa diminuisce man mano che ci si allontana dal piano di simmetria. Ogni scarica elettrica tendeva quindi a allontanarsi sensibilmente dalla parete, diventando incontrollabile.
La soluzione consistette nell'utilizzare non un solo solenoide, ma tre, due solenoidi secondari di diametro più piccolo, che svolgevano il ruolo di solenoidi di confinamento.
In un certo istante, le correnti che passano:
- Nel solenoide equatoriale
- Nei due solenoidi di confinamento
hanno verso opposto. La geometria permette quindi di creare vicino a una parete concava un gradiente di pressione magnetica in grado di premere la scarica elettrica contro la parete, mantenendola nella strato limite gassoso (concretamente, per una macchina di una decina di metri di...)