A propulsão MHD.
Um desenho anterior, mostrando o fluxo induzido pela ação das forças de Laplace ao redor de um cilindro, demonstra que essas forças podem ser utilizadas para a propulsão de máquinas voadoras ou navegantes. No entanto, a forma cilíndrica não parece a mais adequada. É então fácil passar para a esfera, munindo um objeto desse tipo de uma coroa de eletrodos.
Um sistema de comutador giratório permite alimentar sequencialmente dois eletrodos diametralmente opostos, um funcionando como ânodo e o outro como cátodo. O essencial é acoplar esse dispositivo a um sistema de campo magnético giratório. Nesse caso, não é necessário dispor internamente da maquete um ímã montado em um eixo (embora tenhamos feito isso em experimentos de hidráulica, em 1976, alojando um ímã rotativo dentro de uma bola de pingue-pongue). Todos os estudantes de física sabem que, dispostos três solenoides a 120° e alimentados por correntes convenientemente desfasadas, obtém-se então o equivalente a um dipolo magnético giratório. O resultado é:
Se a experiência de aniquilação de onda de choque tivesse dado certo ao redor do perfil lenticular, tínhamos previsto tentar repetir a operação com uma maquete desse tipo, com múltiplos eletrodos e campo giratório, alimentada por descargas de capacitores, adequadamente sincronizadas.
A experiência em gás frio também teria sido interessante. Bastaria usar a maquete como antena de HF. Já havíamos feito, em 1978, experiências muito interessantes sobre esse tema. Mais uma vez, a ionização se localizaria com serenidade nas proximidades imediatas do objeto.
Os aerodinâmicos lenticulares.
Mas a experiência mais interessante teria se concentrado no tema do aerodinâmico MHD lenticular (publicação nos CRAS, 1975, com o título "Conversores MHD de um novo tipo"). Trata-se então de uma máquina sem eletrodos.
Consideremos um solenoide percorrido por uma corrente alternada. Ele cria no ar circundante um campo induzido, podendo estar associado à circulação de uma corrente, à qual se associa um campo secundário que se opõe (lei de Lenz) à variação do campo indutor.
A corrente induzida (i), que forma curvas fechadas, reage com o campo indutor B(t), gerando forças de Laplace radiais, alternadamente centrífugas e centrípetas. Por exemplo, na figura acima, no instante t₀, as direções dos campos B (excitador) e da densidade de corrente J (campo induzido, circulando na massa gasosa) produziriam uma força radial centrípeta.
No instante t₁, essa força seria centrífuga.
Se o gás adjacente ao disco munido de seu solenoide interno não estiver ionizado, nada de notável acontecerá. Se ionizarmos esse gás, ele será agitado por um sistema de forças alternadamente centrífugas e centrípetas, como em um shaker.
Pode-se conceber, com base nisso, um sistema de propulsão, ajustando-se para criar uma ionização modulada no tempo nas faces superior e inferior, de modo que a parte do gás situada acima do veículo seja condutora de eletricidade quando as forças forem centrífugas:
e que, inversamente, a parte localizada abaixo do veículo seja condutora quando essas forças forem centrípetas:
Assim se obteria um sistema de forças combinadas tendente a fazer circular intensamente o ar ao redor do veículo:
A fórmula (Comptes Rendus à l'Académie des Sciences de Paris, 1975) é sedutora. Basta, no entanto, encontrar um meio de criar essa ionização pulsada próximo à parede. O problema é delicado, pois é necessário que o tempo durante o qual se torna o ar condutor de eletricidade seja da ordem de grandeza inferior ao tempo de trânsito da massa gasosa ao redor do objeto. Considerando um objeto cruzando a 3000 metros por segundo e uma dimensão característica de dez metros (o diâmetro do veículo), isso conduz a tempos da ordem de milissegundo, o que não é inviável com emissão de micro-ondas pulsadas a 3 gigahertz. As paredes superior e inferior da máquina deveriam, portanto, ser revestidas de mini-klystrons, emitindo alternadamente e arrancando elétrons livres das moléculas do ar.
Outra solução é, a priori, mais interessante. Sabe-se que, se bombardearmos moléculas com elétrons de energia bem ajustada, ocorrem anexações eletrônicas. Algumas moléculas assim adquirem um elétron extra e tornam-se íons negativos, com vida útil muito curta, o que, no caso que nos ocupa, é interessante.
Os canhões de elétrons parietais terão a forma de pequenos armadilhas. O princípio é simples. Um solenoide cria um campo magnético com a configuração a seguir:
Esse campo, perpendicular à parede, tem sua intensidade decrescente em função da distância até ela. A ele associamos uma pressão magnética:
Na figura da direita, uma descarga elétrica estourando entre um eletrodo central e outro anelar verá seus elétrons expulsos para regiões onde a pressão magnética é menor, ou seja, longe da parede, com energia dependente do valor de B. Se esse valor for convenientemente ajustado, esses jatos de elétrons provocarão a formação, no ar, de íons negativos, veículos eficientes da corrente induzida ligada à variação do campo indutor B criado pelo solenoide anelar (ver acima). A eficiência aerodinâmica máxima consiste em agir na camada gasosa imediatamente adjacente à parede (o que se chama a "camada limite"). Mas surge então um problema de confinamento de plasma, estudado experimentalmente em experiências realizadas em baixa pressão, que foram rapidamente resolvidas.
O campo magnético B criado por um solenoide equatorial está, por sua vez, associado a uma pressão magnética. Essa pressão decresce à medida que nos afastamos do plano de simetria. Toda descarga elétrica tendia, portanto, a afastar-se significativamente da parede, tornando-se impossível de controlar.
A solução consistiu em não usar um único solenoide, mas três, dois solenoides secundários de diâmetros menores, atuando como solenoides de confinamento.
Em um dado instante, as correntes que passam:
- No solenoide equatorial
- Nos dois solenoides de confinamento
têm sentidos opostos. A geometria permite, portanto, criar próximo a uma parede côncava um gradiente de pressão magnética capaz de prender a descarga elétrica contra a parede, mantendo-a na camada limite gasosa (concretamente, para uma máquina de uma dezena de metros...)