Met de afmetingen van een keukenemmer is het een kamer met een anode en een kathode, waarbij de kathode in de vorm van een kwikbad is. Tussen anode en kathode: vacuüm. Dat wil zeggen een ruimte gevuld met verzadigde kwikdamp, overeenkomstig de omgevingstemperatuur, met een elektrische geleidbaarheid die te laag is om stroom door te laten, terwijl de elektroden onder spanning staan (5 kV). Een "trigger" is een kleine elektrode dicht bij het kwikoppervlak. Wanneer er een ontlading plaatsvindt tussen deze elektrode en het kwik-kathode, verdampt het kwik, en deze damp vult dan de kamer, waardoor een elektrische boog mogelijk wordt. Een soort binnenshuis bliksem. Zodra de ontlading is aangestoken, houdt deze zichzelf in stand tot de energie van de condensatoren is weggevallen door het Joule-effect in de koperen geleiders. Dan condenseert de kwikdamp weer en is de ignitron klaar voor een nieuwe poging. Een tweede ignitron, met de grootte van een blikje bier, voldoet om op het juiste moment de stroomdoorstroming in de elektroden van de testmodel te activeren.
Hieronder het schema van de bediening van de operaties:
In 1965 was de belangrijkste kostenpost bij dit soort experimenten de elektronica en het opslaan van gegevens. Natuurlijk bestonden er in die tijd nog 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 zo’n apparaat een prijs van 40.000 frank. Vandaag zou die kostenprijs bij gelijkwaardige prestaties met een factor tien kunnen worden verlaagd.
De sporen op de schermen van de oscilloscopen werden gefotografeerd op polaroïd-film. Vandaag zou het hele gegevensverzamelingsproces door een goedkope microcomputer, uitgerust met een speciale kaart, kunnen worden geregeld.
Het opslaan van de parameters van de windtunnel was extreem eenvoudig. Het voldoende om in de wand kleine naaldparen onder een lage spanning te plaatsen. De afstand tussen deze naalden was één millimeter en de spanning was laag genoeg zodat de stroom niet door de verdunde argonlucht kon stromen. Maar wanneer de schokgolf passeerde, was het voldoende dat deze elektroden direct achter de golf in argon van 10.000°C zouden worden ondergedompeld om een signaal te verkrijgen. Door met een dubbelspooroscilloscoop de signalen van twee van deze "ionisatiesondes", op tien of twintig centimeter afstand en voor de uitlaat, op te nemen, kon de snelheid van de schokgolf worden gemeten, en daarmee via berekening alle gasdynamische parameters worden afgeleid: temperatuur, druk, mate van ionisatie, elektrische geleidbaarheid. Andere oscilloscopen waren nodig voor aanvullende metingen. Om deze oscilloscopen te beschermen tegen sterke storingen van de ontstekingsapparaten in de hoge-drukkamer en over het algemeen door alle elementen van de schakeling, werden deze, via geïsoleerde coaxiale kabels, in een Faradaykooi geplaatst, 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 wij tussen 1975 en 1980 hadden ontwikkeld over de haalbaarheid van een object dat met supersone snelheid door een gas beweegt zonder schokgolf te veroorzaken. Het blijft nog om uit te leggen hoe deze golven kunnen worden geannihileerd. Daarvoor kan een klassieke en bewezen methode worden gebruikt, waarbij een systeem van horizontale lijnen wordt gecreëerd door twee lichtstralen te laten interfereren, waarvan één door de teststroom gaat en de ander buiten de stroom. Een schokgolf vertegenwoordigt een abrupte sprong in de dichtheid van het gas, wat zich uitdrukt in een verandering van de brekingsindex. Zo worden schokgolven klassiek zichtbaar gemaakt met deze methode. Hieronder links: de typische vorm van de "fringesprong" door een schokgolf onder een hoek, die zich aan de voorkant van een vleugelprofiel aansluit. Rechts: dezelfde afbeelding, maar met geannihileerde schokgolven.
Het argonplasma bij 10.000°C is voldoende helder, dus zou een klein helium-neonlaser worden gebruikt, die een intensievere lichtbron levert dan het plasma zelf.
Aan het einde van de jaren tachtig berekenden Lebrun en ik alle parameters voor een dergelijk experiment, in het kader van zijn doctoraalscriptie, gefinancierd door het CNRS. Ik ben ervan overtuigd dat dit experiment direct zou zijn gelukt, net als alle MHD-experimenten die ik eerder had uitgevoerd in de laboratoriumschockbuis. Ik herinner me met name een experiment uit 1966 (waarover ik in een toekomstig document zal spreken), waarbij het doel was om een MHD-generator in "tweetemperatuur" te laten werken, dat wil zeggen met een elektronentemperatuur (10.000°C) die aanzienlijk hoger was dan de temperatuur van het testgas (6000°C). Het probleem was toen de "Vélikhov-onstabiele" situatie (die alle MHD-inspanningen in vele landen teniet deed). Een slimme oplossing om dit obstakel te omzeilen maakte het experiment mogelijk bij de eerste poging. Ik presenteerde dit werk toen op het internationale congres in Warschau in 1967. Maar de uiterst slechte sfeer in dat laboratorium dwong mij om te vertrekken en mijn vakgebied te veranderen, waardoor ik astrophysicus werd. Mijn student, Jean-Paul Caressa, nam het gehele onderzoeksproject over, waarvan hij zijn doctoraat maakte (hoewel hij duidelijk geen greep had op de subtiliteiten van de Vélikhov-ionisatie-onstabiliteit, waarvan de annihilatie de sleutel was van het experiment), wat hem de Worthington-prijs opleverde en hem uiteindelijk toegang gaf tot het directoraat van het laboratorium voor aero-thermodynamica in Meudon, en later tot het regionale directoraat van het CNRS voor de regio Provence-Alpes-Côte d'Azur.
Wat er met dit project gebeurde.
In het midden van de jaren tachtig had ik de algemeen directeur van het CNRS, Pierre Papon, weten te interesseren voor dit onderzoeksgebied. Hij gaf ons zijn steun, via zijn adjunct Michel Combarnous, directeur van het departement Natuurwetenschappen voor Ingenieurs. Toen was ik al werkzaam aan het observatorium van Marseille, een plek die weinig geschikt was voor dergelijke experimenten. Combarnous vond toen een gastlaboratorium, dat van professor Valentin in Rouen. Het CNRS zou een deel van de kosten dekken, terwijl het leger een aanvulling zou leveren. Maar snel eisten de militairen dat ik volledig uit dit werk werd buitengesloten, om redenen die niets te maken hadden met wetenschap. Omdat de directie van het CNRS was veranderd, verloor ik de steun van Papon en Combarnous. Aangezien Lebruns beurs was uitgeput, werd er niets gedaan om hem te helpen zijn werk voort te zetten.
Het team uit Rouen, volledig onervaren op het gebied van MHD (maar wel beschikkend over een oude schockbuis), maakte een reeks fouten. Het geld werd uiteindelijk verspild zonder resultaat (de MHD-sproeiers en elektrische installaties, gebouwd door deze amateurwerkers, exploderen één voor één).
Dit is zeer jammer. In de nabije toekomst zal ik op een cd-rom alle theoretische en experimentele elementen plaatsen die nodig zijn om een geïnteresseerd laboratorium in staat te stellen dit type experiment, dat relatief eenvoudig is, succesvol uit te voeren. Hoewel deze beschrijving soms kort is, laat ze toch zien dat, gezien de daling van de kosten van elektronica, dit soort onderzoek binnen bereik ligt van een ingenieurschool of het natuurkundeprogramma van een universiteit in het buitenland van tweede rang. Maar ik twijfel sterk of dergelijke activiteiten zich in Frankrijk zullen kunnen ontwikkelen, waar civiele wetenschappelijk onderzoek vaak (in deze domeinen tenminste) onder de controle staat van het leger.
Men zou kunnen denken dat zij de exclusiviteit willen behouden. Maar zelfs dat is niet het geval. Na een onderzoek blijkt dat veertien jaar later (na mijn vertrek in 1986) de "militaire MHD" volledig afwezig was.
Als dit experiment had gewerkt, hadden we vervolgens experimenten met koud gas (atmosferische lucht) kunnen overwegen. Een interessant experiment (dat in 1979 volledig mislukte door een team uit Toulouse, het "GEPAN", onder omstandigheden die ik maar "menschelijk onaangenaam" zou willen noemen) betrof de onderdrukking van de turbulentie achter een cilinder, die wij in 1975 al hadden bereikt in hydraulica.
Laten we teruggaan naar het schema van de cilindrische MHD-machine, die eerder werd genoemd.
We hebben eerder uitgelegd hoe we zo’n opstelling gebruikten om de voorwaartse golf voor dit object te onderdrukken. Maar als we ons beperken tot zwakkere interactieparameters, kunnen we in een stilstaand vloeistof een interessante geïnduceerde stroming creëren.
Toen kon deze stroming worden waargenomen met gekleurde draden (voor het verhaal: in de keuken van mijn collega en vriend Maurice Viton, astronoom aan het laboratorium voor ruimte-astronomie, die op dat moment een prachtige 16 mm-film maakte).
Plaatsen in een vloeistofstroming met matige snelheid, kan dit model volledig het sterk turbulente achterluchtverlies onderdrukken dat normaal gesproken ontstaat achter een cilinder waarvan de generatrices loodrecht op de stroming staan. Mijn idee was dus al vanaf 1979 om met behulp van een eenvoudige microfoon in de wand aan te tonen dat deze turbulentie (die luid is) verdween, tijdens experimenten in subsonische lucht onder atmosferische druk. In principe was de opstelling eenvoudig. Twee zijdelingse spoelen konden enkele duizenden gauss leveren, voldoende voor het doel. Het enige probleem was de ionisatie in de buurt van het model.
In een rapport dat ik in 1979 aan het GEPAN had ingediend, getiteld "Perspectieven in magneto-hydrodynamica", werden de principes van dit experiment beschreven. Ik had voorgesteld om microgolven op 3 gigahertz te gebruiken om de gewenste ionisatie te creëren. Deze mensen bouwden dus, zonder mijn kennis, het volgende experiment op, gebruikmakend van een HF-bron met zeer hoge vermogen (pulsatief op 500 Hz, piekvermogen: 1 MW).
De microgolven werden via een grote golfleider van 10 cm bij 10 cm aan de zijde van de buis gebracht, die uitmondde in een venster van teflon.
De ingenieur die het project leidde, Bernard Zappoli, rechtstreeks ondergeschikt aan de toenmalige directeur van het GEPAN, Alain Esterle, dacht dat hij met deze transversale injectie van microgolven 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 zeer verbaasde. De ionisatie vond inderdaad plaats, maar was beperkt tot een paar millimeter gas vlak bij het teflonvenster.
Ionisatie betekent plasma. En het is bekend dat plasmas uitstekende schermen zijn voor elektromagnetische golven; anders zou men vrijwel zonder problemen kunnen communiceren met astronauten tijdens de atmosferische terugkeer.
Het is jammer dat deze man op dat moment niet tot mij was gekomen. Ik had hem in één keer kunnen redden. In feite, waar moest men ioniseren? Rond het model. Zijn oplossing zou dus zijn geweest om die HF van binnen een hol model (een eenvoudige PVC-buis zoals gebruikt door installateurs) te laten lopen. Twee ijzeren rietjes, aangeschaft bij de plaatselijke apotheek, zouden dan een uitstekende verspreiding van de microgolven hebben gegarandeerd, die op de lucht direct aan het model zouden werken en zo een goed homogeen geïoniseerd gasmantel rond het model zouden creëren.
De opstelling zou waarschijnlijk bij de eerste poging zijn gelukt, net als alle experimenten die ik in mijn onderzoeksloopbaan heb uitgevoerd.