Pesawat bertenaga ion: mimpi pipa atau masalah waktu? Pesawat pertama dengan mesin ion diluncurkan di Amerika Serikat Do-it-yourself ionic wind

Pendingin CPU tradisional: pasif (dengan heatsink) dan aktif (dengan kipas)

Lebih dekat ke eksotis: pendingin transisi fase

Pengaturan eksperimental di laboratorium Kronos Advanced Technologies

Diagram skema pendingin "ionik"

Fotomikrograf inframerah dari pendingin yang berfungsi

Metode pendinginan yang paling sederhana dan bahkan kuno adalah dengan meningkatkan luas permukaan: diketahui bahwa gajah membutuhkan telinga yang besar secara tepat untuk mendinginkan tubuh mereka yang besar. Dengan cara yang persis sama, Anda dapat menghilangkan panas dari prosesor dengan memasang heatsink khusus di atasnya - bagian logam besar dengan sejumlah besar pelat yang secara signifikan meningkatkan luas permukaan perangkat. Biasanya, radiator terbuat dari tembaga atau aluminium (logam ini memiliki konduktivitas termal yang relatif tinggi dan biaya rendah). Keuntungan dari pendinginan pasif termasuk kesederhanaan, manufakturabilitas dan kebisingan yang lengkap. Namun, kelemahan utamanya adalah ketidakmampuan untuk menghilangkan sejumlah besar panas dalam waktu singkat. Heatsink sendiri tidak lagi mampu memberikan pendinginan untuk mikroprosesor modern - untuk ini mereka membutuhkan bantuan kipas.

Di sebagian besar komputer modern, pembuangan panas yang diperlukan disediakan oleh aliran udara yang dibuat oleh kipas. Sebagai aturan, skema pendinginan gabungan digunakan, di mana aliran udara diarahkan ke radiator logam. Kombinasi metode pendinginan aktif dan pasif semacam itu memungkinkan Anda meningkatkan pembuangan panas dengan urutan besarnya dibandingkan dengan radiator biasa. Tetapi kekurangan utama (kita semua merasakannya pada diri kita sendiri) adalah kebisingan yang mereka buat selama operasi. Selain itu, cepat atau lambat mereka rusak, dan mereka harus diganti - tidak seperti radiator yang benar-benar sunyi dan hampir abadi.

Metode yang agak kurang populer dan lebih eksotis adalah pendinginan air. Dibandingkan dengan udara, air memiliki kapasitas panas yang jauh lebih tinggi, sehingga dapat menghilangkan lebih banyak panas per satuan waktu. Sebagai aturan, sistem pendingin cair dibangun sesuai dengan skema yang sangat sederhana: pompa kecil memompa air dalam lingkaran setan, sebagai akibatnya ia pertama kali melewati prosesor, mengambil panas darinya, dan kemudian mendingin dalam radiator , yang biasanya terletak di luar unit sistem. Pendinginan air chip tidak banyak digunakan karena biaya tinggi dan kompleksitas metode ini. Pompa air agak lebih tenang daripada kipas, tetapi juga mengandung bagian yang bergerak, yang secara negatif mempengaruhi daya tahan dan keandalan sistem tersebut.

Pendekatan yang sama sekali baru untuk pendinginan cair diusulkan oleh nanoCoolers, yang pengembangnya menduga menggunakan logam cair sebagai fluida kerja, yaitu, paduan yang agak rumit yang terutama terdiri dari indium dan galium (yang terakhir masuk ke fase cair sudah pada 30,1 ° C) . "Cairan logam" semacam itu memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada air, tetapi yang utama adalah dapat didorong melalui tabung menggunakan gaya elektromagnetik, dan tidak perlu pompa mekanis. Namun, karena tingginya biaya sistem tersebut, mereka belum dapat mengklaim sebagai alternatif massal untuk pendingin konvensional.

Mungkin jenis pendingin cair yang paling eksotis adalah sistem di mana komputer benar-benar direndam dalam cairan yang praktis tidak menghantarkan arus listrik, seperti oli. Untuk alasan yang jelas, sebagian besar pengguna tidak dapat menggunakan metode ini dengan cara apa pun. Ada juga sistem pendingin yang beroperasi pada transisi fase: dengan ekspansi yang tajam, zat yang bekerja juga berpindah dari keadaan cair ke keadaan gas dan, sesuai dengan hukum termodinamika, mendingin. Lemari es dan AC modern bekerja berdasarkan prinsip ini, dan beberapa produsen telah berhasil menyesuaikannya dengan komponen komputer yang dingin. Pendingin perubahan fase sangat kuat, tetapi perangkat sangat mahal: pengguna yang antusias harus membayar ribuan dolar untuk mereka.

Masing-masing metode ini memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri - beberapa terlalu mahal, yang lain tidak cukup produktif, dan yang lainnya dicirikan oleh keandalan yang rendah dan tingkat kebisingan yang tinggi. Oleh karena itu, pertanyaan untuk menciptakan perangkat yang murah dan sederhana yang mampu mendinginkan prosesor modern secara efektif masih terbuka. Kronos Advanced Technologies mengklaim telah hampir menyelesaikan masalah ini. Perangkat, yang sedang dikembangkan di Kronos, menggunakan angin ionik dari pelepasan korona yang muncul di sekitar konduktor bermuatan karena ionisasi lingkungan, cair atau gas.

Selain emisi radio, pelepasan korona adalah salah satu sumber utama kerugian energi selama pengangkutan listrik melalui saluran tegangan tinggi. Pada saat yang sama, pelepasan korona telah menemukan aplikasi luas di industri fotokopi, sistem pendingin udara dan pemurnian udara, dan banyak perangkat lainnya. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa udara dapat dipaksa untuk bergerak ke arah yang benar dengan bantuan ionisasi: peneliti pertama yang mencatat pergerakan udara di dekat tabung bermuatan adalah peneliti Inggris Francis Hawksby, yang hidup tiga abad yang lalu. Fenomena inilah yang mendasari perkembangan yang dilakukan oleh Kronos.

Pendingin mahkota bekerja sebagai berikut. Medan listrik yang kuat dibuat di ujung katoda, yang terletak di satu sisi prosesor, di mana molekul nitrogen dan oksigen di udara terionisasi, memperoleh muatan positif dan bergegas ke anoda di sisi yang berlawanan. Pada saat yang sama, mereka bertabrakan dengan molekul udara netral, memberi tahu mereka tentang momen gerak mereka. Akibatnya, aliran udara yang efektif terbentuk, diarahkan dari katoda ke anoda - inilah yang mendinginkan prosesor, tanpa kipas apa pun.

Keuntungan dari pendekatan ini cukup jelas: pendingin mahkota tidak memiliki bagian yang bergerak, benar-benar senyap, cukup ekonomis, dan sangat sederhana dan kompak. Menurut Igor Krichtafovitch, ukuran prototipe yang dibuat saat ini tidak melebihi beberapa milimeter kubik, sementara mereka cukup mampu memberikan pendinginan yang cukup untuk prosesor daya menengah. Peluncuran komersial pendingin tersebut dapat berlangsung dalam dua tahun.

Pada tahun 60-an, "ionolet" tampaknya menjadi inovasi dan revolusi dalam sains. Bahkan ada pembicaraan bahwa prinsip operasinya dapat digunakan di pesawat kecil dan dalam urusan militer, karena "ionolettes" seperti itu tidak menghasilkan panas dan karenanya tidak dapat dideteksi oleh radar. Pada suatu waktu, karena tidak bersuara, mereka ingin mengganti helikopter konvensional dengan "ionolet" dan bahkan membangun platform terbang khusus untuk pertahanan rudal dan memantau lalu lintas di jalan.

Masalahnya adalah kekuatan. Teknologi ini bekerja dengan baik dengan model-model kecil seperti yang terlihat dalam video di atas, tetapi sama sekali tidak cocok untuk membangun "ionoplanes" yang lebih besar. Apa yang bisa kita katakan, teknologinya bahkan tidak memungkinkan membawa sumber daya sendiri ke dalam pesawat, belum lagi peralatan tambahan. Maka beberapa waktu kemudian, teknologi mulai dilupakan.
Ketika para ilmuwan dari MIT memutuskan untuk kembali ke masalah ini, mereka menemukan bahwa sebenarnya tidak ada studi serius tentang angin ionik dan kemungkinan membuat mesin berdasarkan itu. Oleh karena itu, mereka memutuskan untuk melakukan percobaan di mana ratusan volt arus akan disuplai ke desain "ionolet", yang akan cukup untuk menyalakan bola lampu biasa.

Hasilnya luar biasa. Tim peneliti menemukan bahwa penggerak ion lebih efisien daripada, misalnya, mesin pesawat. Sementara mesin pesawat (turbojet) menghasilkan daya dorong 2 N per kilowatt, pendorong ion mampu menghasilkan daya 110 N per kilowatt. Selain itu, ternyata mesin seperti itu paling efektif untuk memberikan daya dorong rendah. Dengan kata lain, energi tidak terbuang percuma.

Terlepas dari penemuan yang cukup menjanjikan ini, kita seharusnya tidak berharap bahwa kita akan dapat melihat dan bahkan menerbangkan "pesawat iono" dalam waktu dekat. Bagaimanapun, terlepas dari keefektifannya, teknologi ini membutuhkan jumlah energi yang sangat tinggi yang dikonsumsi untuk menyalakannya. Bahkan untuk mengangkat yang kecil ke udara, energi megavolt akan dibutuhkan. Oleh karena itu, para ilmuwan masih harus memecahkan pertanyaan tentang bagaimana menjejalkan daya yang dihasilkan oleh seluruh pembangkit listrik ke dalam pesawat terbang.

Namun demikian, karakteristik dan fitur mesin ion membawa kita pada argumen bahwa dengan peningkatan mesin itu sendiri, jarak antara anoda dan katoda juga meningkat. Oleh karena itu, untuk diluncurkan dari darat, "ionoplane" akan membutuhkan mesin yang begitu besar sehingga praktis pesawat itu sendiri akan ditempatkan di dalam mesin ini. Dan ini berarti bahwa "ionolet" mungkin akan sangat besar, bulat, dengan dek utama terletak di tengah.

Dengan kata lain, siapa tahu suatu hari nanti kita bisa melihat piring terbang yang benar-benar sunyi.

MOSKOW, 21 November - RIA Novosti. Ilmuwan MIT telah membangun pesawat pertama yang ditenagai oleh pendorong ion "udara" dan telah berhasil mengujinya di laboratorium. Penerbangan debut mobil itu hanya berlangsung selama dua belas detik, menurut sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature.

Semangat inovasi

Gagasan membuat mesin ion jauh dari baru - pemikiran seperti itu pertama kali muncul di antara desainer Soviet dan Amerika pada tahun 60-an abad terakhir. Selama setengah abad terakhir, beberapa pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan mesin serupa telah diluncurkan sekaligus - probe Soviet dari seri Meteor dan Kosmos, satelit iklim GOCE, probe Deep Space 1 dan Dawn NASA, stasiun antarplanet Hayabusa Jepang dan sejumlah satelit. perangkat lain.

Semuanya memiliki kelebihan dan kekurangan yang sama. Di satu sisi, mesin ion sangat ekonomis, membutuhkan bahan bakar yang sangat sedikit. Di sisi lain, efisiensi dan daya dorong yang mereka hasilkan sangat kecil. Oleh karena itu, akselerasi dan deselerasi kapal sangat lambat, yang menjadikannya sarana yang sangat tidak nyaman untuk mengirim orang ke Mars dan planet lain.

Untuk alasan yang sama, seperti yang ditunjukkan Barrett, para insinyur tidak pernah mempertimbangkan propulsi ion sebagai kemungkinan pengganti mesin turbofan atau turboprop yang digunakan saat ini dalam penerbangan sipil dan militer.

Insinyur dan fisikawan di MIT menemukan bahwa ide-ide ini salah, setelah menemukan teknik untuk ionisasi udara, yang akan meningkatkan efisiensi mesin tersebut beberapa kali lipat dalam waktu dekat.

Angin ionik

Seperti yang telah ditemukan para ilmuwan, sayap berbentuk khusus yang ditutupi dengan kisi elektroda tipis dapat menyebabkan semacam "reaksi berantai" di udara, memaksa elektron bebas yang ada di dalamnya untuk bertabrakan dengan molekul netral dan melumpuhkan partikel lain darinya, mengisi ruang di sekitar mereka dengan "sup" banyak ion dan partikel tak bermuatan.

Jika "sup" ini berada di dalam medan listrik, maka partikel bermuatan akan mulai bergerak di dalamnya menuju kutub yang berlawanan, bertabrakan dengan molekul netral dan memaksa mereka untuk bergerak ke arah yang berlawanan. Semacam "angin ionik" akan muncul, memiliki gaya traksi yang cukup besar.

Menggunakan teknik serupa, Barrett dan rekan-rekannya secara efektif melipatgandakan rekor efisiensi pendorong ion dari 1% menjadi 2,4% dan menciptakan miniatur pesawat seberat 2,5 kilogram dan dengan lebar sayap 5 meter.

Mesin ini, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen para ilmuwan, mampu terbang sejauh 55 meter di laboratorium, menghabiskan sekitar 900 watt listrik selama 12 detik penerbangan. Di masa depan, menurut fisikawan, angka-angka ini dapat ditingkatkan berkali-kali dengan mengoptimalkan bentuk sayap dan meningkatkan sifat "ekor" ionnya.

Keberhasilan seperti itu, seperti yang diakui para ilmuwan, mungkin tampak sederhana bagi publik, namun, pelarian Wright bersaudara, yang terjadi sedikit lebih dari seratus tahun yang lalu, tidak berlangsung lama dan juga tidak menimbulkan banyak optimisme. Namun, hanya 20-30 tahun setelah eksperimen mereka, mesin terbang telah menjadi bagian penting dari pasukan semua kekuatan terkemuka dunia dan salah satu pilar utama ekonomi dunia.