Begin van MHD6
...Met de grootte van een keukenemmer, is het een kamer met een anode en een kathode, die in de vorm van een kwikbad voorkomt. Tussen anode en kathode: vacuüm. Dat wil zeggen een ruimte gevuld met verzadigde kwikdamp, overeenkomend met de omgevingstemperatuur, met een elektrische geleidbaarheid te laag om stroom door te laten, de elektroden zijn onder spanning (5kV). Een "trigger" is een kleine elektrode dicht bij de oppervlakte van het kwik. Wanneer er een ontlading ontstaat tussen deze elektrode en het kwik-kathode, verdampt het kwik, en deze damp vult dan de kamer, waardoor een elektrische boog mogelijk wordt. De bliksemschicht in een fles, zo te zeggen. Zodra de ontlading is aangestoken, blijft deze zichzelf onderhouden tot de energie van de condensatoren is verloren gegaan door het Joule-effect in de koperen geleiders. Dan condenseert de kwikdamp en is de ignitron klaar voor een nieuw proefje. Een tweede ignitron, van de grootte van een blikje bier, is voldoende om op het juiste moment de stroom door de elektroden te laten lopen, waarvan de proefmodel is voorzien.
...Hieronder het schema van de besturing van de operaties:
...In 1965 was de hoofdkost van dit soort experimenten de elektronica en het opslaan van gegevens. Natuurlijk, op die tijd bestonden er geen microcomputers. De bandbreedte van de meest geavanceerde oscilloscoop van die tijd (Amerikaanse Tektronix, met buizen) zou vandaag de dag lachen: 1 megahertz. Maar in die jaren zestig kostte het een eenheid 40.000 F. Vandaag zou je deze kost met een factor tien kunnen verlagen, bij gelijke prestaties.
De sporen die op de schermen van de oscilloscoop verschenen, werden gefilmd op polaroidfilm. Vandaag zou het hele opnemen van deze experimentparameters kunnen worden gedaan door een laagwaardige microcomputer, uitgerust met een speciale kaart.
...Het opslaan van de parameters van de windtunnel was extreem eenvoudig. Het voldoende om, in de wand, paren van kleine naalden onder lage spanning te plaatsen. De afstand tussen deze naalden was een millimeter en de spanning was laag genoeg zodat de stroom niet kon doorlopen in het verdunde argon. Maar wanneer de schokgolf passeerde, was het voldoende dat deze elektroden direct na de golf in argon van 10.000° baden om een signaal te verkrijgen. Door met een "dubbele tracé-oscilloscoop" de signalen te registreren die twee van deze "ionisatiesondes" uitzenden, op tien of twintig centimeter van elkaar, en geplaatst aan de ingang van de nozzle, kon men de snelheid van de schokgolf meten, en daarmee via berekening alle gasdynamische parameters bepalen: temperatuur, druk, ionisatiegraad, elektrische geleidbaarheid. Andere oscilloscopen waren nodig voor aanvullende metingen. Om deze oscilloscopen te beschermen tegen de sterke storingen die werden uitgezonden door de ontladers van de hoge drukkamer en in het algemeen door alle elektrische schakelcomponenten, werden deze, via geïsoleerde coaxiale kabels met een koperen mantel, in een Faraday-afsluiting opgeslagen, waar ook de experimentatoren zich bevonden.
...Hieronder de beschrijving van de experimentele installatie die zou kunnen worden gebruikt om de geldigheid van de theorie te controleren die we tussen 1975 en 1980 ontwikkelden over de haalbaarheid van het verplaatsen van een object met supersone snelheid in een gas zonder het creëren van een schokgolf. Het blijft nog om de manier te bespreken waarop deze golven kunnen worden geannuleerd. Men kan dan een methode gebruiken, klassiek en bewezen, waarbij men een systeem van horizontale lijnen creëert door twee lichtstralen te laten interfereren, één die de teststroom doorloopt en de andere die buiten de stroom loopt. Een schokgolf vertegenwoordigt een abrupte sprong in de dichtheid van het gas, wat zich vertaalt in een verandering van de brekingsindex. Zo worden schokgolven klassiek gemarkeerd door dit proces. Hieronder, links, de typische vorm van de "fringe-sprong" veroorzaakt door de aanwezigheid van een schokgolf die zich aan de voorkant van een vleugelprofiel bevindt. Aan de rechterkant dezelfde afbeelding, schokgolven geannuleerd.
...Het argonplasma van 10.000° is vrij helder, dus de gebruikte bron zal een klein helium-neon laser zijn, die licht afgeeft dat intenser is dan dat van het plasma.
...Aan het einde van de jaren tachtig berekenden Lebrun en ik alle parameters van zo'n experiment, in het kader van zijn doctoraat, gefinancierd door het CNRS. Ik ben ervan overtuigd dat dit experiment op de eerste poging zou werken, net als alle MHD-experimenten die ik eerder in het laboratorium had geprobeerd, in een schokbuis. Ik herinner me in het bijzonder een experiment uit 1966 (waarover ik in een toekomstig document zal spreken) waarbij het doel was om een MHD-generator in "twee temperaturen" te laten werken, dat wil zeggen met een elektronentemperatuur (10.000°) aanzienlijk hoger dan die van het testgas (6000°). Het obstakel was toen de "Vélikhov-onstabiliteit" (die alle inspanningen in MHD in vele landen tenietdeed). Een truc om dit obstakel te omzeilen, het experiment werkte op de eerste poging. Ik presenteerde dit werk toen op het internationale congres in Warschau in 1967. Maar de erge sfeer die in dat laboratorium heerste, dwong me om het te verlaten en mijn vak te veranderen, waardoor ik astrophysicus werd. Mijn student, Jean-Paul Caressa, nam het gehele onderzoeksthema over, waarmee hij zijn doctoraat maakte (hoewel hij duidelijk geen enkel woord begreep van de subtiliteiten van de Vélikhov-ionisatie-onstabiliteit, waarvan de annulatie de sleutel van het experiment was), wat hem de Worthington-prijs opleverde en hem later toegang gaf tot het directeurschap van het laboratorium voor aerothermodynamica van Meudon, en later tot het regionale directeurschap van het CNRS voor de regio Provence-Alpes-Côte d'Azur.
**Wat er van zo'n project is geworden. **
...Midden jaren tachtig had ik het succes om de algemeen directeur van het CNRS, Pierre Papon, te interesseren voor dit onderzoeksthema. Hij gaf ons zijn steun, aangevuld door zijn adjunct Michel Combarnous, directeur van het departement Fysieke Wetenschappen van de Ingenieur. Op dat moment was ik al gevestigd aan het observatorium van Marseille, een plek die niet geschikt was voor het uitvoeren van dergelijke experimenten. Combarnous vond dan ook een onderzoekslokaal voor ons, dat van professor Valentin in Rouen. Het CNRS zou een deel van de operatie financieren, terwijl de militairen verondersteld werden een aanvulling te geven. Maar snel eisten de militairen dat ik volledig uit deze werkzaamheden werd gehouden, vanwege redenen die niets te maken hebben met de wetenschap. Na een verandering in de leiding van het CNRS verloor ik de steun van Papon en Combarnous. De beurs van Lebrun was opgebruikt, er werd niets gedaan om hem te laten doorgaan met zijn werk.
...Het Rouen-team, volledig onervaren in MHD (maar met een oude schokbuis), maakte veel fouten. Uiteindelijk werd het geld verspild zonder resultaat (de MHD-sneeuw en elektrische installaties, gebouwd door deze amateurs, explodeerden een voor een).
...Dit is erg jammer. Binnenkort zal ik op een cd-rom alle theorie- en experimentele elementen plaatsen die een interessant laboratorium in staat zullen stellen deze soort experimenten, relatief eenvoudig, uit te voeren. Deze beschrijving, hoewel kort, laat toch zien dat, gegeven de daling van de kosten van elektronica, dit soort onderzoek binnen bereik is van een ingenieurschool of een fysicaafdeling van een Amerikaanse universiteit van de tweede categorie. Maar ik twijfel sterk of deze activiteiten zich in Frankrijk kunnen ontwikkelen, waar de civiele wetenschappelijke onderzoekingen vaak (in elk geval in deze gebieden) onder de controle van de militairen staan.
...Men zou kunnen denken dat zij dit exclusief willen houden. Niet eens. Na onderzoek blijkt dat veertien jaar later (na mijn opgeven in 1986) de "militaire MHD" volledig onbestaand is gebleven.
...Als dit experiment zou werken, zouden we dan ook experimenten in koud gas (atmosferisch lucht) overwegen. Een interessant experiment (dat in 1979 door een Toulousaans team, het "GEPAN", volledig mislukte, onder omstandigheden die zeggen "menselijk onaangenaam") betreft de onderdrukking van de wervelingen achter een cilinder, die wij in 1975 in hydraulica hadden bereikt.
...Laten we teruggaan naar het schema van de cilindrische MHD-machine, genoemd hierboven.
...We hebben hierboven aangegeven hoe we zo'n opstelling gebruikten om de boeggolf voor dit object te onderdrukken. Maar als we ons beperken tot lagere interactieparameters, kunnen we in een stilstaand vloeistof een aangename geïnduceerde stroming creëren.
...De stroming kon op die tijd worden waargenomen met gekleurde vlokken (voor de kleine geschiedenis: in de keuken van mijn vriend en collega Maurice Viton, sterrenkundige aan het laboratorium voor ruimteastronomie, die op die tijd een prachtige 16 mm film maakte).
...Geplaatst in een matige stroming, kan deze model de volledige, sterk wervelende achterwaartse stroom, die klassiek ontstaat achter een cilinder met generatrices loodrecht op de stroming, volledig onderdrukken. Mijn idee was dus al vanaf 1979 om met behulp van een eenvoudige microfoon, geplaatst in de wand, deze verdwijning van de lawaaiige wervelingen te demonstreren tijdens experimenten in subsonische lucht onder atmosferische druk. In principe was de manipulatie eenvoudig. Twee laterale solenoïden konden enkele duizenden gauss leveren, voldoende. Het probleem was het ionisatieprobleem in de buurt van het model.
...In een rapport dat ik in 1979 aan het GEPAN had ingediend, met de titel "Perspectieven in magneto-hydrodynamica", werden de principes van dit experiment beschreven. Ik had voorgesteld om microgolven van 3 gigahertz te gebruiken om de juiste ionisatie te creëren. Deze mensen bouwden dus, zonder dat ik het wist, het volgende experiment, gebruikmakend van een zeer krachtige HF-bron (pulsatorisch op 500 hertz, piekvermogen: 1 MW).
...De microgolven werden lateraal in de nozzle gebracht via een groot golfleider van 10 cm bij 10 cm, die uitkwam op een teflonvenster.
...De ingenieur die het project leidde, Bernard Zappoli, die direct onder de chef van het GEPAN van die tijd, Alain Esterle, stond, dacht dat hij met deze transversale microgolfinjectie een ionisatie kon creëren die de hele stroom in de buurt van het model zou bevolken. Onwetend van het fenomeen van HF-ionisatie, kreeg hij een resultaat dat hem erg verbaasde. De ionisatie vond plaats, maar beperkte zich tot enkele millimeters gas naast het teflonvenster.
...Wanneer er ionisatie is, is er plasma. Het is bekend dat plasmas uitstekende schermen zijn voor elektromagnetische golven, anders zouden we vrijelijk kunnen communiceren met astronauten tijdens hun terugkeer naar de aarde.
...Het is jammer dat deze man op die tijd geen gebruik had gemaakt van mijn diensten. Ik had hem in één keer gered. In feite, waar moest er geïoniseerd worden? Rond het model. Zijn oplossing zou zijn geweest om deze HF binnen een hol model (een simpel PVC-buisje zoals gebruikt door monteurs) binnen te laten komen. Twee stokjes van ijzer, gekocht bij de apotheek in de buurt, zouden dan een uitstekende verspreiding van deze microgolven hebben gegarandeerd, die, werkt op de lucht direct naast het model, een homogene laag van geïoniseerd gas rond het model zouden hebben gecreëerd.
...De manipulatie zou waarschijnlijk op de eerste poging gewerkt hebben, net als alle experimenten die ik in mijn onderzoeksloopbaan heb geprobeerd.