Scienziato afferma di aver costruito un motore a reazione che trasforma l’elettricità direttamente in spinta

Lo scorso autunno, un professore dell’Università di Wuhan di nome Jau Tang stava lavorando sodo per mettere insieme un prototipo di propulsore che, all’inizio, sembra troppo bello per essere vero. L’idea di base, ha detto in un’intervista, è che il suo dispositivo trasforma l’elettricità direttamente in spinta – non sono necessari combustibili fossili – utilizzando le microonde per energizzare l’aria compressa in uno stato di plasma e sparandola come un getto. Tang ha suggerito, senza un accenno di auto-esaltazione, che potrebbe probabilmente essere ingrandito abbastanza per pilotare grandi aerei passeggeri commerciali. Alla fine, dice, potrebbe persino alimentare astronavi:

 

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Inutile dire che queste sono affermazioni grandiose. Un propulsore che non richiede serbatoi di carburante suona in modo sospetto come fantascienza, come i jet sulla tuta di Iron Man nei film Marvel, per esempio, oi propulsori che consentono alla DeLorean di Doc Brown di volare in “Ritorno al futuro”. Ma nel racconto di Tang, la sua invenzione – chiamiamolo semplicemente Tang Jet, su cui ha lavorato con i collaboratori dell’Università di Wuhan Dan Ye e Jun Li – potrebbe avere un potenziale di cambiamento di civiltà qui nel mondo non immaginario. “In sostanza, l’obiettivo di questa tecnologia è cercare di utilizzare l’elettricità e l’aria per sostituire la benzina”, ha detto. “Il riscaldamento globale è una grave minaccia per la civiltà umana. La tecnologia senza combustibili fossili che utilizza plasma ad aria a microonde potrebbe essere una soluzione “. Il curriculum vitae di Tang scorre tra una serie abbagliante di argomenti accademici sorprendentemente disparati, dalla microscopia elettronica 4D ai laser a punti quantici, la nanotecnologia, la fotosintesi artificiale e, naturalmente, le transizioni di fase e la plasmonica.

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Ha ricoperto diverse cattedre, svolto ricerche presso Caltech e Bell Laboratories, pubblicato decine di articoli ampiamente citati, curato diverse riviste scientifiche e vinto numerosi premi. Detiene un brevetto statunitense per un dispositivo che chiama “otturatore di sincrotrone”, progettato per catturare gli elettroni che viaggiano alla velocità della luce. Tang dice di essersi imbattuto per la prima volta nell’idea del propulsore al plasma quando stava cercando di creare diamanti sintetici. Mentre cercava di coltivarli usando le microonde, ricorda, iniziò a chiedersi se la stessa tecnologia potesse essere utilizzata per produrre spinta. Altre storie enormi, come la pandemia di coronavirus e la sconcertante saga di Elon Musk che chiamava il suo bambino “X Æ A-12”, stavano succhiando molto ossigeno dal ciclo delle notizie all’inizio di maggio, quando Tang annunciò la sua invenzione al mondo. Alcuni punti raccolti la storia di Tang, tra cui nuovo atlante , Popular Mechanics , e Ars Technica , ma nessun giornalista sembra hanno effettivamente parlato con lui.

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Per questo motivo, c’era poca fanfara che circondava la portata della sua ambizione per la tecnologia – e non è stato notato che Tang a volte suona come se avesse inventato un martello e ora vede molte cose come chiodi. Dopo aver descritto i suoi piani per conquistare il settore aerospaziale con il suo nuovo propulsore, ad esempio, inizia a descrivere i piani per affrontare anche l’industria automobilistica, con auto elettriche a reazione. “Penso che il motore a reazione sia più efficiente del motore elettrico, puoi guidare un’auto a velocità molto più elevate”, ha riflettuto. “Questo è quello che ho in mente: combinare il motore a getto al plasma con una turbina per guidare un’auto.” Ma non vorrai guidarci dietro, ha avvertito, perché potresti essere bruciato dalla sua corrente a getto infuocata. Nel corso della nostra intervista, Tang ha anche evidenziato le possibilità di utilizzare la tecnologia per costruire armi a proiettile, lanciare astronavi, barche a motore e persino creare un nuovo tipo di fornello per cucinare. Su quest’ultimo punto, Tang ha detto di aver già costruito un prototipo di fornello da cucina alimentato da una torcia al plasma ad aria a microonde, ma è così rumoroso da sembrare un fulmine costante. Tecnicamente, il Tang Jet è un tentativo di costruire un “propulsore al plasma”, un concetto che periodicamente ha guadagnato attenzione nei circoli scientifici. Michael Heil, un ingegnere aerospaziale e di propulsione in pensione con una lunga carriera nell’Air Force e nella ricerca della NASA, ha detto a Futurism che la ricerca di Tang gli ricorda molti altri tentativi di costruire tecnologia di propulsione aerea che ha incontrato nel corso degli anni. I propulsori al plasma come quelli che alimenterebbero un Tang Jet sono in circolazione da un po ‘. La NASA ha lanciato per la prima volta un satellite dotato di propulsori al plasma nel 2006, ma le sue capacità sono ben lontane da ciò che Tang propone con la sua ricerca.

Gli ingegneri hanno a lungo sognato un aereo a propulsione al plasma, ma ogni tentativo è stato schiacciato dai limiti tecnologici del giorno. Ad esempio, New Scientist ha riferito nel 2017 che un team di Electrofluidsystems a Berlino ha tentato di costruire un propulsore simile, ma come ogni tentativo nel decennio precedente, il loro lavoro non è mai diventato utile al di fuori del laboratorio. I problemi con questi tentativi non sono tanto errori teorici: il concetto di generare spinta con una torcia al plasma è abbastanza valido. Piuttosto, iniziano a sorgere problemi quando si elabora la logistica della costruzione di un veicolo che funziona davvero. Tang ha poco interesse a commercializzare il jet stesso. Invece, vuole dimostrare i suoi meriti nella speranza che leader governativi ben finanziati o titani dell’industria siano ispirati a prendere le idee e correre con esse.

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“I passi verso la realizzazione di un motore a reazione al plasma completo costerebbero un sacco di soldi, tempo ed energia”, ha detto. “Tale investimento va oltre le nostre risorse attuali. Tali compiti dovrebbero essere assunti dalle industrie aerospaziali o dalle agenzie governative “. Questa è una mentalità comune per gli scienziati, ha detto Christopher Combs, ricercatore di aerodinamica presso l’Università del Texas a San Antonio. “Questo è quello che facciamo noi accademici, capiamo la fisica e diciamo ‘Beh, non voglio fare un prodotto'”, ha detto a Futurismo. “È una specie di ritornello comune vedere persone nel mondo accademico che hanno avuto qualcosa che attira molta attenzione”. Sebbene sia incuriosito dai principi alla base del Tang Jet, Combs afferma che è improbabile che raggiungerà le dimensioni necessarie per sollevare un aereo – in altre parole, le stesse sfide che si sono rivelate insormontabili ai precedenti propulsori al plasma rialzeranno la testa ancora una volta . L’attuale prototipo, per prospettiva, produce solo circa 10 Newton di spinta, circa la stessa di un modello di razzo di medie dimensioni. “Stai parlando di scalare qualcosa di cinque ordini di grandezza, più di 100.000 volte!” Combs ha detto. “Che non funziona quasi mai in modo lineare. Molta ingegneria avviene nel mezzo. “

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E anche se dovesse ridimensionarsi perfettamente, c’è la questione del potere. La tuta di Iron Man era alimentata da un “Arc Reactor” e la DeLorean volante era alimentata da un “Mr. Fusion ”che ha trasformato i rifiuti domestici in più di un gigawatt di potenza – entrambi, sfortunatamente, sono fittizi. I combustibili fossili immagazzinano molta più energia in termini di peso rispetto alle batterie, e questo è improbabile che cambi presto. E questo è un peccato, perché il Tang Jet ha bisogno di molta potenza. Secondo un documento che Tang e i suoi collaboratori hanno pubblicato  sul prototipo di propulsore sulla rivista AIP Advances a maggio, la tecnologia produce circa 28 Newton di spinta per kilowatt di potenza. I motori dell’Airbus A320, un comune jet commerciale, producono circa 220.000 Newton di spinta combinati, il che significa che un aereo a reazione di dimensioni comparabili alimentato da Tang Jets richiederebbe più di 7.800 chilowatt. In prospettiva, ciò significherebbe caricare un aereo con più di 570 unità Tesla Powerwall 2 per una singola ora di volo: un carico poco pratico, soprattutto perché il carico utile dell’A320 potrebbe trasportare solo circa 130 delle gigantesche unità della batteria. Per farla breve, nessuna tecnologia esistente per le batterie potrebbe fornire abbastanza energia.

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“Questa cosa diventa solo una batteria Tesla volante?” Combs ha detto. “Con il peso di queste batterie, non hai spazio per nient’altro.” Il problema del peso della batteria non condanna il Tang Jet, ma spinge le opzioni per la sua fonte di alimentazione ai margini. Tang punta sui miglioramenti alla tecnologia delle batterie nei prossimi anni e decenni; quei ricercatori di Electrofluidsystem hanno speculato sulla fusione nucleare. Sfortunatamente, qualsiasi possibile risposta potrebbe essere lontana decenni o impossibile. Vale la pena notare che esistono reattori nucleari a fissione compatti, come il KLT-40S russo, che producono abbastanza potenza e pesano abbastanza poco da poter stare in un aereo passeggeri o in un razzo.  Ma la sicurezza e le implicazioni ambientali degli aerei a propulsione nucleare sono gravi e Heil si è affrettato a sottolineare che la generazione di energia sufficiente non è l’unico problema che deve affrontare un Tang Jet. Effettivamente portare l’elettricità dalla fonte di alimentazione ai propulsori porrebbe le proprie difficoltà, forse richiedendo materiali superconduttori che ancora non esistono.

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“Serve potenza per generare spinta. E come muovi quella potenza sull’aereo? ” Ha detto Heil. “Spostare e controllare i megawatt dal reattore al jet è una sfida enorme. Devi usare fili di rame grandi e spessi, che aggiungono molto peso. “ Complessivamente, sia Combs che Heil hanno messo in dubbio la fattibilità di un pratico Tang Jet basato sulla tecnologia che abbiamo oggi. Senza una soluzione rapida al problema energetico, è certamente un compito arduo. Ma entrambi si sono detti affascinati dalla ricerca e sperano di vedere progressi futuri. Hanno anche sottolineato che un propulsore al plasma potrebbe essere utile per spingere satelliti o veicoli spaziali che sono già in orbita, anche se a quel punto dovrebbe portare con sé propellente piuttosto che usare l’aria atmosferica, poiché non ce ne sarebbe nessuno nel vuoto di spazio. La linea di fondo, hanno concordato Heil e Combs, è che non avremo una visione più solida del futuro della tecnologia fino a quando i colleghi di Tang non lo avranno valutato e sperimentato.

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