Ak si pod pojmom „vesmír“ predstavujeme vákuum, prípadne iný priestor medzi vesmírnymi telesami, tak by spomínaný prístroj pravdepodobne nefungoval. Existujú však vesmírne pohony, ktoré vysoké napätie využívajú. Princíp ich činnosti je však o niečo odlišný.

Domáci experiment na videu

Najprv však okomentujem video, ktoré je súčasťou dotazu. Video popisuje domáci experiment, na ktorom je zobrazená ľahká konštrukcia, skladajúca sa z tenkej obruče (asi z hliníkovej fólie), nad ktorou je pomocou drevených paličiek umiestnený tenulinký drôt. Celý experiment je umiestnený na sklenenej podložke a voľne prichytený pomocou tenkej šnúrky. Autor videa uvádza, že priemer experimentu je približne 20 cm, avšak neuvádza jeho hmotnosť. Na tenký drôtik, ako aj obruč, je pripojený vysokonapäťový transformátor pochádzajúci z počítačového monitora. K transformátoru je následne pripojený riadiaci obvod a 12V batéria. Po pripojení batérie sa experiment vznáša vo vzduchu.

Autor videa popisuje, že vznášanie je zapríčinené vznikom antigravitačného poľa nad experimentom. Podľa môjho názoru to však nie je správne tvrdenie, nakoľko gravitácia je spôsobená prítomnosťou hmoty. Pre vytvorenie antigravitačného poľa by bolo potrebné získať látku so zápornou hmotnosťou, a to sa doposiaľ ešte nikomu nepodarilo. Predpokladám, že hlavnou príčinou vznášania sa je prítomnosť elektromagnetického poľa.

Transformátor a jednosmerné napätie

Transformátor napájaný jednosmerným napätím bežne v elektronike nenájdeme. Transformátory pre monitory sú oproti tým, ktoré nájdeme napr. v nabíjačkách, unikátne v tom, že obsahujú dve sekundárne vinutia: jedno hlavné pre vysoké napätie a druhé, s oveľa menším počtom závitov, slúži ako spätná väzba pre napájací obvod. Vďaka nej dokáže riadiaci tranzistor pripájať a odpájať transformátor k 12V baterke. Práve pulzovanie napätia spôsobí, že transformátor funguje aj pri použití jednosmerného napätia z 12V batérie [1]. (Podobne funguje aj školský zvonček.)

Pre nás je však dôležité, že takýto obvod vytvára vysoké napätie. Z videa nie je veľkosť napätia zrejmá, typicky však takéto transformátory produkujú 15 kV pri frekvencii 15–150 kHz, viď napr. [2].

Iónový vietor

Vysoké napätie z transformátora je vo videu privedené na experiment: kladný potenciál vedie na tenký drôtik, záporný na obruč. Z obruče a drôtika sa po pripojení batérie stávajú elektródy, medzi ktorými vzniká veľmi vysoké elektrické pole.

Vzdialenosť medzi elektródami je síce pre vznášanie dôležitá, ale kľúčom je práve hrúbka drôtika. Čím je drôtik tenší, tým je elektrické pole v jeho blízkosti intenzívnejšie. Ak prekonáme určitú hranicu intenzity, v okolí drôtika začne horieť korónový výboj [3]. Takýto výboj ionizuje molekuly vzduchu a produkuje kladne nabité ióny, ktoré sú elektrickým poľom priťahované k spodnej elektróde (obruči). Takto urýchlené ióny však počas svojej cesty narážajú do ostatných molekúl vzduchu, predávajú im svoju hybnosť, a tým ich strhávajú so sebou smerom dolu.

Takýto efekt je známy pod pojmom iónový vietor alebo ako Biefel-Brownov efekt [4, 5]. Ak je zostava dostatočne ľahká, iónový vietor sa dá použiť na jej vznášanie. V praxi má iónový vietor svoje využitie napríklad v elektrostatických odlučovačoch (zachytávanie prachu alebo splodín v komínoch), riadení tepelného toku alebo pri znižovaní trenia (napríklad na krídlach vojenských lietadiel). Ako pohon je však korónový výboj málo efektívny [6].

Autor videa však iónový vietor za príčinu vznášania nepovažuje, pretože prúd vzduchu pri podložke nie je dostatočne silný, aby odfúkol papier. Bez samotného experimentu je takéto tvrdenie ťažké vyvrátiť. Poznamenám však, že:

Iónový vietor, ako aj prítomnosť ťahu, bude najbadateľnejšia práve medzi elektródami. Za elektródou bude vytvorený vietor rýchlo slabnúť, nakoľko ho už nemá čo poháňať.
Rozhodujúca je aj hmotnosť celej zostavy. Konštrukcia s hmotnosťou pár desiatok gramov nepotrebuje veľa ťahu k tomu, aby sa vzniesla.
Posledným faktorom môže byť statický náboj, ktorý ióny nesú. Nie všetky ióny dopadnú na spodnú elektródu. Množstvo z nich dopadne práve na sklenenú dosku pod experimentom, ako aj na samotný papierik. Takýto náboj môže mať vplyv na odozvu papierika položeného na sklenenej podložke.

Vo vesmíre by sme museli použiť niečo iné

Vo vesmírnej avionike by tento princíp nefungoval práve preto, že iónový vietor potrebuje okolité molekuly plynu, do ktorých môžu ióny narážať. Čím nižší je okolitý tlak, tým slabší vietor bude fúkať. Vesmírne misie využívajú iné, avšak veľmi podobné techniky.

Asi najznámejšou je iónový pohon [7]. Ten využíva iba samostatné ióny, tvorené prevažne vo výboji plynného xenónu alebo kryptónu pri nízkom tlaku. Takéto ióny sú elektrickým poľom urýchlené von z iónového motora obdobne ako vo videu. Ťah však spôsobujú iba samotné ióny, bez neutrálneho plynu. Takýto mechanizmus je vysoko efektívny a môže pracovať roky, avšak samotný ťah motora (technicky nazývaný špecifický impulz) je veľmi malý. Preto sa iónové motory používajú pre malé vesmírne sondy a družice, ktorých vesmírne misie trvajú roky (napr. satelity spoločnosti Starlink, prípadne vesmírna misia Dawn).

Ďalším príkladom sú vesmírne plachetnice. Tie si však iónový vietor netvoria, ale využívajú tok častíc, ktoré produkuje Slnko. Družica rozopne rozľahlú plachtu, do ktorej slnečný vietor naráža, prenáša do nej svoju hybnosť a pomaly urýchľuje družicu s plachtou smerom od Slnka. Aj vesmírna plachetnica, podobne ako iónové motory, má veľmi malý ťah, avšak takýto pohon je úplne pasívny a dokáže pracovať bez obmedzenia. Táto technika je práve v procese testovania a predpokladá sa, že môže byť v budúcnosti pre niektoré vesmírne misie zaujímavou alternatívou k ostatným pohonom [8].

Drobnosť na záver

Záujemci nájdu v dodatočnej literatúre pod článkom odkaz, kde sa môžu dozvedieť viac o princípe či histórii. Taktiež tam nájdu návod na zostrojenie takéhoto obvodu. Podotýkam však, že sa jedná o experimenty nebezpečné, až život ohrozujúce, pokiaľ človek poriadne nevie, čo robí! Odvážny čitateľ môže sám vyskúšať, či sa jedná o ióny alebo antigravitáciu. Antigravitácia, podobne ako gravitácia, by ovplyvnila všetky hmotné telesá v okolí. Všetko v okolí experimentu by bolo priťahované, prípadne odpudzované rovnako, ako vznášadlo.