El motor depende de la relación potencia-peso de los patines cinéticos

Si los patines cinéticos pueden impulsar trenes, ¿por qué no podrían impulsar aviones? Bueno, por un lado, las máquinas de vapor impulsan trenes pero no aviones. Esto se debe a que la relación potencia/peso de una máquina de vapor es muy pobre. Pero si pudiera ser lo suficientemente ligero, entonces podrías hacer un motor de avión.

Esto funcionaría, como sugieres, en algún tipo de masa de reacción. Dado que sus generadores de fuerza cinética afectan a toda la materia, no hay necesidad de usar polvo metálico como masa de reacción, solo use aire. Después de todo, un motor a reacción solo usa aire como masa de reacción.

Entonces, si la fuerza motriz puede ser proporcionada por el patín cinético, entonces simplemente está limitado por la fuente de energía disponible. La clave aquí es que si la fuente de energía no es tan eficiente en masa como una batería, entonces el patín cinético debe ser mucho más ligero para compensar. Por ejemplo, si bien existen aviones eléctricos, no son excelentes porque su relación potencia-peso es peor que la de un motor de combustión interna. También escalan mucho peor con combustible adicional: la masa de agregar un tanque de gasolina es mucho menor que agregar la cantidad equivalente de almacenamiento de batería.

La fuente de energía puede ser una reacción química.

Ahora, los patines cinéticos necesitarán su propia fuente de energía. Dices que los reactores son demasiado pesados ​​y las baterías demasiado débiles. Entonces, idealmente, utilizará algún tipo de almacenamiento químico... aunque eso es básicamente lo que es una batería.

Es posible una pila de combustible que genere electricidad a partir de combustible de hidrógeno y un agente oxidante. Las primeras celdas de combustible se inventaron en 1838, por lo que se ajustan al período de tiempo. Simplemente no son tan efectivos en el mundo real. Las primeras celdas de combustible eran muy similares a las celdas de combustible de ácido fosfórico modernas . En funcionamiento, la celda debe calentarse a 150-200 C. El combustible de hidrógeno bombeado a un lado de la celda pasará electrones al oxígeno del aire que circula por el otro lado, generando una corriente eléctrica. También hay un escape exotérmico, aunque no sé qué uso le darás.

La eficiencia sería baja y necesitaría un tanque de hidrógeno para alimentarlo. Por otro lado, si sus zepelines están llenos de hidrógeno en primer lugar, puede que no sea demasiado difícil conseguir el hidrógeno que necesita.

Si desea que los zepelines actúen como transportadores, pueden generar combustible de hidrógeno a partir de la hidrólisis del agua, almacenar el exceso en sus proyectiles y luego alimentar a los cazas de alcance limitado cuando regresan a la 'base'.

Solución alternativa: cohetes

Si te gusta la idea de los cazas de corto alcance volando alrededor de grandes y pesados ​​zepelines al estilo de Star Wars, es posible que quieras ir con cohetes. El peróxido de hidrógeno se utilizó como combustible para cohetes monopropulsor. Pero podría haber una mejor alternativa.

La hidracina también se puede utilizar como combustible para cohetes, aunque es peligrosa. La hidracina se fabricó por primera vez a partir de hipoclorito de sodio (básicamente, lejía) y amoníaco en 1907. El hipoclorito de sodio entró en producción industrial en 1892; está hecho por electrólisis del agua salada. Entonces, la línea de tiempo es adecuada para que la hidracina sea la gran novedad.

La hidracina es un propulsor hipergólico cuando se mezcla con tetróxido de dinitrógeno; pero eso no se inventó hasta la Segunda Guerra Mundial, por lo que está fuera de su espectro de tiempo. Se quema bastante explosivamente en oxígeno, por lo que sería un buen combustible para cohetes de cualquier manera.

Usamos hidrocarburos como combustible para aviones porque los hidrocarburos tienen muchas propiedades beneficiosas. Tienen una densidad de energía considerable por volumen y masa. Permanecen líquidos en una amplia gama de temperaturas, del tipo que se ve desde desiertos ardientes hasta temperaturas bajo cero que se ven a kilómetros de altura. Proporcionan lubricación a las bombas. Se queman fácilmente cuando se atomizan, pero no cuando se acumulan en el suelo por un derrame. Esto lo sabemos todos debido a nuestro uso de combustibles fósiles en nuestra vida cotidiana. Lo que quiero decir es que si no pudiéramos extraerlos del suelo, sintetizaríamos hidrocarburos para combustible. Sabemos cómo producir hidrocarburos a partir de la energía nuclear, de hecho, esto se ha propuesto ampliamente como una salida a la necesidad de combustibles fósiles en el mundo real.

En resumen, si no pudiéramos extraer hidrocarburos del suelo para combustible de aeronaves, produciríamos hidrocarburos a partir de cualquier materia prima y fuente de energía que fuera más accesible.

No intente colocar un reactor nuclear en un avión, simplemente use un reactor nuclear en tierra para hacer combustible para el avión. La Marina de los EE. UU. ha estado trabajando en esto durante mucho tiempo, tal vez décadas, para permitir que los portaaviones de propulsión nuclear produzcan el combustible para los aviones que transportan mientras están en el mar. Si este proyecto tiene éxito o cuando lo sea, eliminaría la necesidad de una pequeña flotilla de petroleros para llevar combustible continuamente a los grupos de transportistas.

Al ser pesados, los aviones más pequeños tienen que depender de otros combustibles. ¿Cuáles podrían ser esos combustibles?

La respuesta es, en mi opinión, queroseno sintetizado.

Si el objetivo es tener el equivalente aerotransportado del portaaviones de la marina, una base militar que flota en el aire en lugar de flotar en el mar, entonces un reactor nuclear a bordo comienza a tener sentido. Aunque con algo tan grande, esperaría que una gran parte del impulso que lo mantiene en el aire sea de un gas de elevación. Eso significaría que es un gran zepelín blindado. Debido a que los aviones son más eficientes que los helicópteros para convertir la energía en sustentación, y un objetivo en movimiento es más difícil de alcanzar que uno estacionario, espero que esta base militar aerotransportada siga moviéndose y use un cuerpo de ala voladora para proporcionar parte de la sustentación. Eso no significa que no pueda flotar, solo que lo hace solo cuando es necesario para la misión.

Los zepelines dejaron de usarse porque es mucho más fácil producir hidrocarburos que producir helio. El hidrógeno es un gas de elevación fácil de obtener, pero es tan inflamable que resulta poco práctico. Quizás con mejores materiales y técnicas, los zepelines llenos de hidrógeno podrían ser prácticos. Si hay hidrógeno barato para un gas de elevación, entonces hay hidrógeno barato para producir queroseno sintético.

Para que los zepelines sean seguros y baratos, el helio tiene que brotar prácticamente del suelo. El helio es un subproducto de los reactores nucleares, pero dudo que sea una fuente práctica de helio, ya que si hay suficientes reactores nucleares para hacer que viajar en Zeppelins sea práctico, entonces hay mucha energía circulando para producir queroseno. Las baterías son completamente poco prácticas para impulsar Zeppelins. La masa es un gran problema para mantener en vuelo un vehículo más ligero que el aire. Nadie va a alimentar un Zeppelin con baterías. Estarían usando algo mucho más denso en energía. Si no se quema queroseno en turbinas o motores alternativos, entonces podría ser amoníaco, hidrógeno o algún otro gas inflamable más ligero que el aire.

Si el combustible también es un gas de elevación, a medida que se quema, la capacidad de elevación disminuye, por lo que se debe tomar alguna medida para compensar, que podría ser tan simple como tirar sacos de arena. Tal vez se pueda usar una mezcla de combustibles más pesados ​​y más livianos que el aire, quemándolos según sea necesario para mantener la elevación deseada. La densidad del aire varía con la humedad y la temperatura, por lo que será deseable tener un medio para ajustar la sustentación durante un vuelo largo.

Un reactor nuclear en un avión en movimiento rápido que podría recibir disparos en una guerra probablemente sea una responsabilidad que pocos considerarían. Sin embargo, en un gran zepelín de movimiento lento, utilizado en la aviación civil, un reactor nuclear en realidad puede ser más seguro que el queroseno. Considere los grandes aviones civiles de propulsión nuclear más ligeros que los aviones de pasajeros como una alternativa a los aviones a reacción propulsados ​​por queroseno. Elimina las pérdidas de conversión de la producción de queroseno y utiliza el calor del reactor directamente para la propulsión. Con una forma de cuerpo elevable, seguiría volando en gran medida como un avión, pero a una velocidad de crucero muy pausada de unos 50 a 100 nudos en lugar de los 400 a 500 nudos de un jet. Como un reactor nuclear no necesita oxígeno para quemar combustible, un avión de este tipo podría alcanzar altitudes que un jet nunca podría.

Aparentemente, es posible volar un avión a pedales:

https://www.wired.com/2013/04/how-to-fly-a-human-powered-helicopter/

El helicóptero del artículo requiere fibra de carbono de alta tecnología para seguir siendo lo suficientemente ligero, pero si escala el proceso y usa muchos vendedores ambulantes en la misma nave, podría ser factible usar aluminio.