Para periset di MIT telah berhasil membuat dan menerbangkan pesawat tanpa bagian yang bergerak untuk pertama kalinya. Alih-alih baling-baling atau turbin, pesawat ringan ini ditenagai oleh “angin ionik” – aliran ion yang tenang namun kuat yang dihasilkan di atas pesawat, dan dapat menghasilkan daya dorong yang cukup untuk menggerakkan pesawat selama penerbangan yang berkelanjutan dan stabil.
Tidak seperti pesawat bertenaga turbin, pesawat tidak bergantung pada bahan bakar fosil untuk terbang. Dan tidak seperti drone yang digerakkan oleh baling-baling, desain baru ini benar-benar sunyi tanpa penggerak.
“Ini adalah penerbangan pesawat terbang berkelanjutan pertama tanpa bagian yang bergerak dalam sistem propulsi,” kata Steven Barrett, dari MIT. “Ini berpotensi membuka kemungkinan baru dan yang belum dijelajahi untuk pesawat yang lebih hening, mekanis yang lebih sederhana, dan tidak memancarkan emisi pembakaran.”
Dia mengharapkan bahwa dalam waktu dekat, sistem penggerak angin seperti ion dapat digunakan untuk menerbangkan drone yang kurang bising. Lebih jauh, ia membayangkan penggerak ion dipasangkan dengan sistem pembakaran yang lebih konvensional untuk menciptakan pesawat penumpang hibrida dan pesawat besar lainnya yang lebih efisien bahan bakar.
Barrett dan timnya di MIT telah mempublikasikan hasil mereka di jurnal Nature.
Kerajinan Hobby
Sekitar sembilan tahun yang lalu, Barrett mulai mencari cara untuk mendesain sistem propulsi (pendorong) untuk pesawat tanpa bagian yang bergerak. Dia akhirnya menemukan “angin ionik,” yang juga dikenal sebagai electro-aerodynamic thrust – yaitu sebuah prinsip fisika yang pertama kali diidentifikasi pada tahun 1920 dan menggambarkan sejenis angin, atau dorongan, yang dapat dihasilkan ketika sebuah arus dilewatkan di antara sebuah elektroda yang tipis dan yang tebal. Jika diterapkan tegangan yang cukup, udara di antara elektroda tersebut dapat menghasilkan daya dorong yang cukup untuk mendorong sebuah pesawat kecil.
Selama bertahun-tahun, dorongan elektro-aerodinamis sebagian besar hanya merupakan proyek hobi, dan sebagian besar desainnya hanya terbatas pada “pengangkat” desktop kecil yang ditambatkan pada suplai tegangan besar yang menciptakan cukup angin untuk menerbangkan sebuah pesawat kecil untuk melayang sebentar di udara.
Ion terbang
Desain akhir tim menyerupai pesawat luncur (glider) yang besar dan ringan. Pesawat, yang beratnya sekitar 5 kilogram dan memiliki lebar sayap 5 meter, meliputi susunan kabel tipis, yang dirangkai seperti pagar horisontal di sepanjang dan di bawah ujung depan sayap pesawat. Kabel tipis ini bertindak sebagai elektroda yang bermuatan positif. Sementara, kabel yang lebih tebal disusun dengan cara yang sama, dipasang pada ujung belakang sayap pesawat, berfungsi sebagai elektroda negatif.
Badan pesawat menahan setumpuk baterai lithium-polimer. Tim pesawat ion Barrett bersama dengan anggota kelompok riset lain telah mendesain catu daya yang akan mengubah output baterai menjadi tegangan yang cukup tinggi untuk menggerakkan pesawat. Dengan cara ini, baterai menyediakan listrik pada 40.000 volt untuk secara positif mengisi ulang kabel melalui konverter daya yang ringan.
Setelah kawat diberi energi, mereka bertindak untuk menarik dan melepaskan elektron yang bermuatan negatif dari molekul udara sekitarnya, seperti magnet raksasa yang menarik serbuk besi. Molekul udara yang tertinggal adalah yang baru diionisasi, dan pada gilirannya tertarik menuju elektroda yang bermuatan negatif di bagian belakang pesawat.
Ketika awan ion yang baru terbentuk mengalir menuju kabel bermuatan negatif, setiap ion bertabrakan jutaan kali dengan molekul udara lainnya, menciptakan dorongan yang mendorong pesawat ke depan.
Tim, yang juga termasuk staf Lincoln Laboratory, menerbangkan pesawat dalam beberapa tes penerbangan di gimnasium di MIT Athletic Centre duPont. Tim itu menerbangkan pesawat sejauh 60 meter (jarak maksimum dalam gedung olahraga) dan menemukan pesawat itu menghasilkan cukup daya dorong ion untuk mempertahankan penerbangan sepanjang waktu. Mereka mengulangi penerbangan sebanyak 10 kali, dengan hasil kinerja yang serupa.
“Ini adalah pesawat paling sederhana yang bisa kita desain yang dapat membuktikan bahwa pesawat ion bisa terbang,” kata Barrett. “Ini masih jauh dari pesawat yang bisa melakukan misi yang berguna. Ia harus lebih efisien, terbang lebih lama, dan terbang di luar ruangan. ”
Tim Barrett sedang bekerja untuk meningkatkan efisiensi desain mereka, untuk menghasilkan lebih banyak angin ionik dengan lebih sedikit tegangan. Para peneliti juga berharap untuk meningkatkan kepadatan dorongan desain – jumlah dorongan yang dihasilkan per satuan luas. Saat ini, untuk menerbangkan pesawat ringan, tim membutuhkan area elektroda yang besar, yang pada dasarnya membentuk sistem propulsi pesawat. Idealnya, Barrett ingin merancang pesawat tanpa sistem propulsi yang terlihat atau permukaan kontrol terpisah seperti kemudi dan elevator.
“Butuh waktu lama untuk sampai ke sana,” kata Barrett. “Berawal dari prinsip dasar menuju sesuatu yang benar-benar bisa terbang adalah perjalanan panjang untuk mengkarakterisasi fisika, kemudian muncul dengan desain dan membuatnya bisa berhasil. Sekarang kemungkinan untuk sistem propulsi semacam ini adalah layak.”
