I ricercatori hanno sviluppato un concetto di occultamento dell'acqua basato su forze elettromagnetiche che potrebbero eliminare la scia di un oggetto, riducendo notevolmente la sua resistenza e contemporaneamente aiutandolo a evitare il rilevamento.

L'idea è nata alla Duke University nel 2011, quando i ricercatori hanno delineato il concetto generale. Abbinando l'accelerazione dell'acqua circostante al movimento di un oggetto, sarebbe teoricamente possibile aumentare notevolmente la sua efficienza propulsiva lasciando indisturbato il mare circostante. La teoria era un'estensione del lavoro pionieristico del gruppo sui metamateriali, dove la struttura di un materiale, piuttosto che la sua chimica, crea le proprietà desiderate.

Sei anni dopo, Yaroslav Urzhumov, assistente professore a contratto di ingegneria elettrica e informatica presso la Duke, ha aggiornato la teoria dettagliando un potenziale approccio. Ma invece di utilizzare un complesso sistema di pompe molto piccole come originariamente ipotizzato, Urzhumov si sta rivolgendo ai campi elettromagnetici e alla densa concentrazione di particelle cariche presenti nell'acqua salata.

Lo studio appare online sulla rivista Revisione fisica E il 7 dicembre 2017.

"L'idea originale era così grande che ha indotto i colleghi del Naval Undersea Warfare Center ad aiutarci a realizzarla, anche se erano incredibilmente scettici, " disse Urzhumov, che era tra i ricercatori che hanno lavorato al documento originale del 2011. "Da allora, abbiamo identificato un percorso per materializzare questa proposta apparentemente impossibile."

Il nocciolo del problema affrontato è che l'acqua è un liquido relativamente viscoso che, quando spostato, ama trascinare l'ambiente circostante per il viaggio attraverso le forze di taglio. Un pesce si sente molto più pesante quando viene trascinato nell'acqua che sollevato all'aria aperta a causa di tutta l'acqua trascinata con sé.

Oltre essenzialmente a tirare più acqua, la resistenza può anche essere aumentata dal modo in cui l'acqua scorre intorno a un oggetto. Un oggetto idrodinamico con un fluido che scorre uniformemente lungo la sua superficie crea molta meno resistenza di un oggetto a blocchi che crea un caos di caos, flussi turbolenti nella sua scia.

La soluzione a questi problemi è spostare l'acqua di mezzo. Accelerando l'acqua intorno all'oggetto in modo che corrisponda alla sua velocità, forze di taglio e flussi turbolenti possono essere evitati.

"Ci sono molti modi per ridurre la scia e il trascinamento, come circondare un oggetto con bolle a basso attrito, che in realtà è fatto con alcuni siluri navali, " disse Urzhumov. "Ma c'è solo così tanto che puoi fare se stai solo applicando forze in superficie. Questa idea di occultamento apre una nuova dimensione per creare forze attorno a una nave o un oggetto sottomarino, che è assolutamente necessario per ottenere la cancellazione completa della scia."

Urzhumov originariamente immaginava una sorta di cornice a traliccio che avvolgeva un oggetto con strutture sottili e minuscole pompe per accelerarne il flusso mentre passava. Ma col passare del tempo, decise che un approccio più pratico sarebbe stato quello di usare forze "magnetoidrodinamiche".

Quando una particella carica attraversa un campo elettromagnetico, il campo crea una forza sulla particella. Perché l'acqua dell'oceano è piena zeppa di ioni come il sodio, potassio e magnesio, ci sono molte particelle cariche da spingere. L'idea non è così folle come potrebbe sembrare:il Giappone ha costruito un prototipo di nave passeggeri nel 1991 chiamata Yamato 1 usando queste forze come mezzo di propulsione, ma ha scoperto che l'approccio non era più efficiente delle eliche tradizionali.

Nel nuovo giornale, Urzhumov e il suo studente laureato, Dean Culver, utilizzare simulazioni fluidodinamiche per mostrare come si potrebbe ottenere un mantello d'acqua utilizzando questo approccio. Controllando la velocità e la direzione dell'acqua che circonda un oggetto in movimento, le simulazioni mostrano che un tale sistema può abbinare il movimento dell'acqua all'interno del mantello a quello del mare circostante.

Ciò farebbe sembrare che l'acqua all'interno del mantello sia completamente stagnante rispetto all'acqua all'esterno del mantello, eliminando il trascinamento e la riattivazione. Certo, le implementazioni pratiche non sono perfette, quindi un po' di trascinamento rimarrebbe in qualsiasi realizzazione del dispositivo.

Mentre le simulazioni usavano un guscio di occultamento metà della larghezza dell'oggetto stesso, i calcoli mostrano che il guscio potrebbe teoricamente essere sottile come volevi che fosse. Un altro risultato importante fu che le forze all'interno del guscio non avrebbero dovuto cambiare direzione quando l'oggetto accelerava, avrebbero solo bisogno di più potenza.

"Questo è uno dei principali risultati di questo documento, " disse Urzhumov. "Se non devi regolare la distribuzione delle forze, non hai bisogno di interruttori elettronici o altri mezzi di controllo dinamico. Puoi impostare la struttura con una configurazione specifica e semplicemente aumentare la corrente man mano che l'oggetto accelera."

Urzhumov afferma che per una nave o un sottomarino reale utilizzare un tale dispositivo, servirebbe un reattore nucleare per alimentarlo, data l'enorme richiesta di energia per occultare un oggetto di quelle dimensioni. Ciò non significa, però, che una nave diesel più piccola non potrebbe alimentare un dispositivo di occultamento più piccolo per proteggere dal rilevamento sporgenze potenzialmente vulnerabili.

Urzhumov afferma anche che le sue teorie e i suoi calcoli hanno molte potenziali applicazioni al di fuori dell'oceano. Progetti simili potrebbero essere utilizzati per creare un sistema di propulsione ionica distribuita per veicoli spaziali o per sopprimere le instabilità del plasma nei prototipi per reattori a fusione termonucleare.

"Credo che queste idee fioriranno in molti di questi campi, " ha detto Urzhumov. "E 'un momento molto emozionante."