Creo que sería bastante difícil diseñar y construir un “propulsor de avión” que todavía permita el uso de una hélice o un ventilador, pero que dependa de energía puramente eléctrica (de una batería de gran capacidad). La tecnología de batería simplemente no ha llegado al punto en el que podríamos usarla para cualquier cosa que no sea vuelos experimentales muy cortos, debido a la capacidad de almacenamiento de energía muy limitada y debido a su alto peso. Para un rendimiento útil de la aeronave, el almacenamiento de energía de muy alta densidad y el peso muy ligero son muy importantes. Desafortunadamente, el uso de baterías (quizás las mismas que usan los híbridos Toyota Prius o los automóviles Tesla) simplemente no puede competir contra la muy alta densidad de energía y el peso mucho más liviano de los combustibles de hidrocarburos de petróleo.
En el diseño e implementación de una aeronave, ¿por qué querríamos imponer la restricción adicional de no permitir el uso de una hélice o un ventilador? Es el método más fácilmente disponible que tenemos para usar la tercera ley de Newton para empujar el avión hacia adelante (empujando algo más hacia atrás: aire). Si intentáramos utilizar algún tipo de impulsión de iones de alta energía para empujar el avión hacia adelante, tendríamos que considerar cuánta masa expulsaría la aeronave hacia la parte trasera (masa extremadamente * baja *), cuánto impulso tendríamos necesita transferirse a esa masa (extremadamente * alta *) y a qué velocidad, ya que F = dP / dt (la fuerza es la derivada del momento con respecto al tiempo). Para transferir suficiente impulso a las partículas de iones, tendrían que acelerarse a una velocidad enorme, lo que requeriría una energía enorme (aproximadamente E = 0.5 * m * V ^ 2 si V es mucho menor que la velocidad de la luz, pero significativamente más que esto si las velocidades se vuelven relativistas). Simplemente es mucho más eficiente (y mucho más fácil de implementar) lanzar enormes cantidades de masa hacia atrás a velocidades mucho más moderadas para empujar el avión hacia adelante. Una gran masa de aire (cientos de libras, quizás toneladas) puede atravesar una hélice o el turboventilador de un motor a reacción cada segundo, por lo que desde una perspectiva intuitiva, es mucho más fácil simplemente “agarrar esta gran cantidad de aire”. “Y empujarlo hacia atrás, en comparación con tratar de acelerar una masa microscópica de iones a casi la velocidad de la luz para lograr el mismo efecto.
Hay una razón por la que los aviones de línea aérea y los aviones militares todavía queman combustibles fósiles y usan (con pocas excepciones) hélices o turbofans para proporcionar empuje. Este diseño funciona muy bien, hasta ahora ha resistido la prueba del tiempo (más de un siglo desde el primer vuelo del avión, y más de 60 años desde el primer avión comercial), y es la forma más rentable de hacerlo (al menos para ahora).
Para los vehículos espaciales (que viajan a través del vacío casi perfecto), no hay aire para agarrar y empujar hacia atrás con una hélice o ventilador, por lo que cualquier masa expulsada de la parte trasera de la nave espacial debe provenir de la nave espacial. Esto se hace quemando combustible para cohetes (el combustible y el oxider deben almacenarse a bordo), o tal vez mediante propulsión iónica, siendo la fuente de energía un reactor nuclear muy duradero. La propulsión iónica puede, a la larga, acelerar la nave espacial a velocidades muy altas (arrojando solo una pequeña cantidad de masa por la parte posterior, pero a velocidades enormemente altas), pero la cantidad de aceleración es muy baja (como una aceleración diesel de Volkswagen Vanagon de 0 a 60 mph en quizás uno o dos días). Pero la aceleración puede continuar durante tanto tiempo que la velocidad finalmente se convierte en algo bastante impresionante (decenas de miles de mph). Sin embargo, si estos vehículos espaciales intentaran operar dentro de una atmósfera con una densidad similar a la atmósfera de nuestra Tierra, la fuerza de propulsión del motor de iones tendría que luchar contra fuerzas de arrastre significativas a medida que el vehículo se movía a través de esa atmósfera. La velocidad máxima “terminal” en estas condiciones sería extremadamente * poco impresionante *, ¡quizás en el rango de solo unas pocas millas por hora!
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