עב"מים תוצרת כדור הארץ

על צלחות מעופפות ושטיחים מעופפים.

הצלחת המעופפת של סוברטה רוי

ב-2008 סייאנטיפיק אמריקן הודיע בחגיגיות, "אם פרופסור מאוניברסיטת פלורידה יצליח בדרכו, סביר שהצלחת המעופפת הראשונה שתכבד בנוכחותה את כדור הארץ, לא תהיה מהחלל החיצון אלא במקום מגווינסביל" פלורידה. פרופסור לאווירונאוטיקה והנדסת חלל מאוניברסיטת פלורידה בשם סוברטה רוי "שרטט תוכניות כדי לבנות כלי טייס עגול שיכול לרחף באוויר כמו הליקופטר ללא כל חלקים נעים או דלק".

בקיצור הפרופסור החליט לבנות עב"ם ארצי. כלי הטייס ישייט בשמי כדור הארץ בעזרת אלקטרודות שמכסות את פני משטחו. אלה נועדו ליינן את האוויר מסביב לכדי פלזמה. גזים (כמו אוויר, בעל מספר שווה של מטענים חיוביים ושליליים) יהפך לפלזמה כאשר האנרגיה (כמו חום וחשמל) תגרום למספר אטומי הגז לאבד את האלקטרונים הטעונים שלילית שלהם. בכך נוצרים אטומים בעלי מטען חיובי, או יונים חיוביים המוקפים באלקטרונים החדשים שנתלשו.

תוך שימוש במקור אנרגיה על הצלחת (כמו למשל בטרייה, אולטרא-קבל, פאנל-סולארי או כל שילוב ביניהם – כלי טיס ארצי ירוק), האלקטרודות תשלחנה זרם חשמלי לפלזמה. זה יגרום לפלזמה לדחוף כנגד האוויר הניטראלי (הלא טעון) הסובב את כלי הטייס. תיאורטית כמובן זה ייצור מספיק כוח עילוי ותנועה בכיוונים שונים – תלוי באיזה מקום על פני רכב החלל מכוונים את הזרם החשמלי.

לא נראה שניתן היה לממש את הרעיון באותה תקופה, אבל פרופ' רוי אמר ב-2008, שהוא מתכנן עד 2009 לבנות מיני מודל של כלי הטיס כדי להדגים את התיאוריה שלו.

המיני מודל, הצלחת המעופפת של הפרופסור היא בעלת קוטר של בסך הכל 15.2 סנטימטרים. פרופ' רוי קורא לה "רכב אוויר אלקטרומגנטי ללא כנפיים" (WEAV). במידות כאלה היא באמת תהיה צלחת מעופפת. תיאורטית רוי אמר ב-2008, שהצלחת המעופפת יכולה להיות גדולה וניתן לתכנן אותה באיזה גודל שרוצים, בגלל שהתכנון נותן לכלי הרכב איזון ויציבות.

במלים אחרות, ב-2008 הפרופ' חשב שניתן לבנות סוג זה של כלי טייס יום אחד, כך שיעופף בין אנשים. אבל הזהיר פרופ' רוי, "עלינו ללכת לפני שנרוץ, כך שאנחנו מתחילים בקטן". ולכן הוא החליט להתחיל להעיף צלחות מעופפות בגודל של 15.2 סנטימטר.

בכל זאת המכשול הגדול ביותר לבנות את ה-WEAV הוא להכניס נוסעים לתוכה. ברגע שיכנסו נוסעים לתוכה ובייחוד כמה כבדי משקל, הצלחת המעופפת כבר לא תהיה קלה כמקודם. כיצד נדאג שהיא תהיה מספיק קלה כדי לשאת את הנוסעים והמזוודות שלהם? רוי לא אמר נואש. אולם הוא לא ידע באיזה מקור אנרגיה הוא ישתמש למטרה זו. הוא חזה שגוף כלי הטייס יורכב מחומר שהוא מבודד כמו חומר כרמי, כי חומר זה הוא מבודד חשמלי טוב.

רוי התחיל לתכנן את ה-WEAV ב-2006. בשנה שאחר כך הוא וחוקר בשם אנתוני קולוזה מממרכז המחקר גלן של נאסא כתבו מאמר למכון למושגים מתקדמים של נאסא (NIAC - Nasa Institute for Advanced Concepts), שלא מתפקד יותר ונסגר.

המאמר עסק בשימוש באלקטרו-הידרודינמיקה, או חלקיקים מיוננים כאלטרנטיבה לדלק נוזלי להנעת רכבי חלל. כאשר נאסא סגרה את NIAC ב-31 לאוגוסט 2007, רוי החליט להמשיך את עבודתו באוניברסיטת פלורידה.

רוי קווה להצליח בפרויקט שלו, לפתח כלי רכב יותר יציב וסוג דלק חדש – אוויר. בעקרון ניתן היה להגיע לכלי רכב יציב יותר ממטוס בעזרת ה-WEAV של פרופ' רוי – מטוסים למשל נשענים על אווירודינמיקה לעילוי. זאת בעוד שהצלחת המעופפת של רוי משתמשת בשדה הפלזמה ויכולה ליצור עילוי בכל כיוון. ניתן לשנות כיוון במהירות וניתן לעלות ולרדת במהירות. נגיד שהטייס רוצה שה-WEAV ינוע ימינה. הוא רק צריך להגביר את העוצמה לאלקטרודות בצד השמאלי שעל גבי הצלחת המעופפת, ולהפך לתנועה בכיוון השני. אלקטרודות בתחתית כלי הרכב יניעו אותו כלפי מעלה ואלקטרודות מעליו ינחיתו אותו הביתה.

בסייאנטיפיק אמריקן היו מאוד סקפטיים לגבי הצלחת המעופפת של פרופ' רוי. הם כתבו ב-2008, "אם נניח שאב-הטיפוס ה-WEAV של רוי ימריא מהקרקע בשנה הבאה – וזה אם גדול – הוא יכול להווכח כיעיל במספר דרכים". הוא נשען על חשמל מבטרייה או ממקור כוח חשמלי אחר וזה במקום להישען על הליך הבערה שדורש חמצן. כידוע החמצן לא מצוי בשפע באטמוספרת כדור ה ארץ. דומה שמעריצי ה-WEAV יהיו בצבא ארה"ב והוא יכול לשמש כמזל"ט ביון וריגול.

אמנם פרופ' רוי עבד עם מעבדת המחקר של חיל האוויר האמריקאי, דומה שב-2008 חיל האוויר האמריקאי לא הביע שום רצון להזמין צי של צלחות מעופפות מהדגם שהציע רוי. אמנם חיל האוויר עבד עם רוי במחקרי פלזמה, אבל לא היו תוכניות קונקרטיות לתמוך בפיתוח ה-WEAV.

הצלחת המעופפת של רוי ב-2008 הייתה בשלב מוקדם של התכנון, עדיין לא היה ידוע כיצד יניעו אותה, כמה יעלה לבנות אותה וכמה יעלה לתפעל אותה. אבל הוא היה אופטימי. "כל החומרים הדרושים ליצר את כלי הרכב קיימים היום", הוא אמר, "ופלזמה הוא צורת החומר הנפוצה ביותר ביקום. אם נוכל איכשהו לנצל זאת בעתיד אנו אמורים להיות מסוגלים לטוס לכל מקום". מאז פרופ' רוי לא הצליח לפתח את המודל שלו והוא נגנז.

השטיח המעופף של הפרופסור ההודי

בשנת 2007 פיזיקאי הודי מהארברד בשם פרופ' לקשמינאריאנן מאהדבאן הציע את השטיח המעופף הפיסיקאלי נוסח סיפורי אלף לילה ולילה ו-"אלדין ומנורת הקסמים". למרות שהוא הצליח רק להדגים שטיח מעופף בגודל של עשרה סנטימטר, הוא וקבוצתו האמינו שניתן לגרום בעתיד לאלדין אמיתי לעוף על שטיח אמיתי...

רעיון השטיח המעופף שלו, שנובע משיקולים אווירודינמיים של גיליון הנע בנוזל, פורסם בפיזיקס רביו לטרס.

"המיתוס של השטיח המעופף מצוי בכל מקום בתרבויות רבות, מכשף דמויות של מסעות קסומים ומיסטיים" כותבים פרופ' מאהדבאן ושני החוקרים במאמר. "לאחרונה, אנימטורים מחזרו חזיונות אלה בסרטים מצוירים ואולי היום לא ירחק בו מהנדסים יספקו לנו מסע ממשי על אחד מהם. מפרספקטיבה פיזיקאלית אנו עשויים לשאול האם שטיח מעופף הוא אפשרי, ואם כן, תחת אילו תנאים הוא עשוי לפעול". ומלים אלה נכתבו במאמר באחד מכתבי העת הפיסיקאליים היוקרתיים ביותר...

החוקרים המשיכו לומר שבעולם הטבע ישנן אנלוגיות רבות לשטיח המעופף - כפי שנראה על ידי יצורים ימיים או דגים בעלי מבנה אנטומי שהוא דומה לגיליון (כמו שטיח) שגולש בנוזל. תצפיות ביצורים כאלה היוו מוטיבציה למחקר לפתרון אפשרי לבעיית השטיח המעופף: השטיח כ"שוחה" בנוזל. החוקרים התבוננו במודל כזה תוך שהוא שוחה ועובר דפורמציה. הם התבוננו בתנועת הדפורמציה שלו ובצעו אנלוגיה לגופים ששוחים בים. פרופ' מאהדבאן אכן עבד קודם לכן על מודל מתמטי-פיזיקאלי של גיליונות אשר עוברים קימוטים ועיקומים (דפורמציה) במרחב. ב-2007 הוא הרחיב את המחקר לעילוי הגיליונות בנוזל. למעשה הרעיון הוא ליצור מעין פלוקטואציות גליות שדוחפות כנגד האוויר הסמוך לפני המשטח האופקיים של הרצפה. התנועות הגליות יוצרות זרימת נוזל שמובילה ללחץ גבוה במרווח שמצוי בין השטיח לרצפה. דבר זה גורם להתרוממות השטיח. המשקל של השטיח מאזן את הלחץ שגרם לעילוי.

היכן אם כן הקסם מהמזרח שמעלה את השטיח המעופף? בעודו עולה, פלוקטואציות האדוות יכולות להניע את השטיח קדימה. קודם הן מסובבות אותו קצת על הצד ממש כמו אווירון ואחר כך השטיח נע קדימה כאשר קצהו מתרומם למעלה.

פרופ' מאהדבאן אמר לכתבי העת המדעיים, כמו נייצ'ר ודומיהם ב-2007, שמתכון זה יגרום לשטיח לעוף בדיוק כמו יצורים ימיים מסוימים שחולפים באוקיינוס. אולם מאז לא נראו שטיחים מעופפים בשמי העולם וגם הארי פוטר ומעריציו לא נראו עם מטאטאי נימבוס 2000 בשמים.

הפרופסור העריך בשנת 2007, שכדי להישאר באוויר, שטיח שמידותיו הם בערך באורך של 10 סנטימטר ורוחב של 0.1 מילימטרים, יצטרך לרטוט בערך 10 פעמים בשנייה באמפליטודה של בערך 0.25 מילימטרים. לידיעת אלאדין, נראה לי שמנורת הקסמים לא תשרוד רטט כזה והג'יני יקבל בחילה ומחלת ים בנסיעה הזו.

נניח שהשטיח הוא עבה יותר. השטיח יצטרך לעבור אדוות קשות יותר והנוסעים יחוו מחלת ים רצינית ומשמעותית בעת הנסיעה. כל זאת כדי להשיג את מעוף השטיח ואת המהירות הדרושה. תראו אם ברצונכם נסיעה חלקה, ניתן במקום זאת ליצור אדוות רבות וקטנות, אומר הפרופסור ההודי.

בכל זאת, עם היוודע רעיון השטיח המעופף תהו ושאלו את הפרופסור האם אדם יוכל לעופף עליו, והוא ענה במאמרו שזה עדיין בגדר העולם המיסטי והקסם לעת עתה וזו התשובה מדוע איננו רואים בשמים שטיחים מעופפים. מכיוון שהמנוע שדרוש להניע את הויברציות של השטיח יצטרך להיות מאוד חזק. בנוסף יצטרכו לטוות את השטיח מחומרים אולטרא-קלים ומיוחדים (אולי ממטא-חומרים?). כמובן שבמים ניגוד הצפיפות בין השטיח למים הוא לא כמו באוויר, ולכן שטיחים מעופפים עבים הם מן הסתם הגיוניים במים... אבל פרופ' מאהדבאן קווה שעבודתו לבסוף תוביל גם תוביל למטרה זו שאדם יעוף בשטיח מעופף בשמים. בכל אופן, מאז שנת 2007 פרופ' מאהדבאן לא דיבר על השטיח המעופף...