Aviões do futuro usarão eletricidade e ar como combustível

Com informações da New Scientist -  22/05/2017

Ilustração artística de um avião movido por motores a jato de plasma.[Imagem: Future Workshop Electrofluidsystems TU Berlin]

Aviões com motor de plasma

Podemos estar prestes a ver os motores a jato movidos a querosene se tornarem coisa do passado.

Uma nova tecnologia emergente pretende fazer com que os aviões voem do solo até a borda do espaço usando apenas ar e eletricidade.

Os motores a jato tradicionais geram impulso misturando ar comprimido com o combustível e inflamando-o. Ao se queimar, a mistura se expande rapidamente, sendo expelida pela parte traseira do motor, empurrando-o para frente.

Em vez de combustível, os motores a jato de plasma usam eletricidade para gerar campos eletromagnéticos. Esses campos comprimem e energizam um gás, como o ar atmosférico ou o argônio, criando um plasma, um estado ionizado quente e denso, semelhante ao interior de um reator de fusão - ou a uma estrela.

Motor a jato de plasma

Os motores de plasma não têm ficado restritos aos laboratórios, já sendo utilizados na propulsão de satélites no espaço.

Mas Berkant Goksel e Igor Mashek, da Universidade Técnica de Berlim, na Alemanha, querem colocar esses motores de plasma em aviões. "Queremos desenvolver um sistema que possa operar acima de uma altitude de 30 quilômetros, onde os motores a jato tradicionais não podem ir," disse Goksel. Isto tornaria os aviões a plasma capazes de levar passageiros para a borda da atmosfera e até mais do que isso.

Até agora, os motores a jato de plasma vinham sendo projetados para trabalhar no vácuo, a bordo dos satélites já no espaço, ou nas baixas pressões da alta atmosfera, o que exige que eles sempre levem um suprimento de gás.

Goksel e Mashek construíram um protótipo que funciona no ar a uma pressão de uma atmosfera. Em outras palavras, um motor de propulsão a plasma aspirado, que captura o ar atmosférico, permitindo seu uso para pouso e decolagem, e não apenas para os voos em altitudes elevadas.

"Somos os primeiros a produzir jatos de plasma rápidos e potentes no nível do solo. Esses jatos de plasma podem atingir velocidades de até 20 quilômetros por segundo," afirmam eles.

A dupla usou um fluxo rápido de descargas elétricas, com pulsos na faixa dos nanossegundos, para ativar a mistura de propulsão - uma técnica similar à usada nos motores de combustão por detonação pulsada, o que os torna mais eficientes do que os motores normais alimentados a combustível.

Imagens do protótipo "em ponto morto" (em cima) e perfis dos jatos ejetados a 400 e 500 Volts (embaixo). [Imagem: Goksel/Mashek - 10.1088/1742-6596/825/1/012005]

Baterias ou minirreatores de fusão

Apesar do entusiasmo dos dois engenheiros, ainda há vários desafios a serem vencidos antes que a tecnologia possa impulsionar um avião real. Para começar, a dupla testou minipropulsores de 8 centímetros de comprimento, e um avião comercial precisaria de 10 mil deles para levantar voo, o que torna o projeto muito complexo para aviões de grande porte.

Por isso, a dupla planeja focar seus esforços em aviões pequenos, acreditando ser viável usar entre 100 e 1.000 propulsores para impulsionar um avião monomotor - eles já fizeram testes com uma versão anterior do motor de plasma, ainda de alta pressão, para movimentar um dirigível mais leve que o ar.

Faltará então resolver o problema das baterias. Embora já existam vários aviões elétricos, a geração e sustentação do plasma exigiria muito mais energia do que a necessária para girar motores elétricos. Goksel afirma que espera um avanço nos reatores de fusão compactos para alimentar seu sistema. Outras opções possíveis poderiam ser painéis solares ou transmissão de eletricidade sem fios, diz ele.

Para não ficar esperando, os pesquisadores estão de olho em aviões híbridos, em que seu motor de plasma pode ser combinado com motores de combustão interna com detonação de pulso ou mesmo foguetes.

Bibliografia:

First Breakthrough for Future Air-Breathing Magneto-Plasma Propulsion Systems
Berkant Goksel, Igor Ch Mashek
Journal of Physics
Vol.: 825, conference 1
DOI: 10.1088/1742-6596/825/1/012005