知识问答 | 飞机革命？“离子推进”是什么黑科技？：知识问答|飞机革命？“离子

原标题：知识问答|飞机革命？“离子推进”是什么黑科技？
翼展5米，重2.45公斤，平均高度仅0.47米的情况下能持续飞行60米，一架由麻省理工学院团队打造的十分特别的飞机，在学校的体育馆内完成了首次飞行。它是人类发明的第一架不配备任何活动部件、采用“离子推进”引擎的飞机。
最令人称奇的是，它的“离子发动机”是悬挂在机翼下的两排八列电线/翼型电离器，可以在超高压电源转换器制造的4万伏高压下，将氮气和氧气电离，从而产生了每千瓦5牛顿的推力，与喷气发动机的输出功率相当。

文章图片
在试验中，研究人员用弹射器将飞机弹射出去，在没有使用离子发动机的情况下，它可以滑翔10米远；而打开离子发动机后，飞机可巡航飞行60米远。飞行试验一共进行了10次，飞机都能稳定飞行，滞空时间在8至9秒左右。

文章图片
研究人员认为，整个系统的效率还很低下，仅2.5%左右，远低于传统飞机；如果建造更大更快的飞行器，还可以将整体效率提高一倍，而不需要对底层设计做任何更改。
自第一架飞机在100多年前飞行以来，天空中的几乎每架飞机都借助于螺旋桨、涡轮叶片和风扇等活动部件飞行，这些部件由化石燃料的燃烧或产生的电池组供电，伴随着它们整个飞行过程的是恼人的噪音和持续的排放。
而这架电动飞机和则完全不同，它没有螺旋桨、没有涡轮机，由带电空气分子碰撞而成的“离子风”提供了飞行所需的推力。正如飞机的发明者、麻省理工学院航空航天副教授史蒂文·巴雷特说：“这是史上第一架推进系统中没有任何活动部件的飞机，将为飞机带来新的可能性，未来的飞机会更安静，机械设计更简单，并且不会排放燃烧物。 ”

文章图片
图丨史蒂文·巴雷特（图源：MIT）
他预计，在短期内，这种离子风推进系统可用于飞行较少的嘈杂无人机。但在更进一步的发展中，巴雷特设想离子推进系统将会和传统的燃烧系统相配合，以打造更省油的混合客机和其他大型飞机。

文章图片
飞机的设计。

文章图片
【知识问答 | 飞机革命？“离子推进”是什么黑科技？】本项研究表明利用离子风的空气动力，可以推进飞机稳定水平的飞行。
灵感源于星际迷航
巴雷特透露，团队的灵感部分来自科幻作品“星际迷航” 。在他小的时候，他就非常喜欢这部片子，其中，那些看起来能够毫不费力地在星际中穿梭的未来主义飞行器更是引起了他极大的兴趣。
“这让我不禁幻想，在遥远的未来，飞机不应该有螺旋桨和涡轮机，它们应该只有蓝色光芒的轨迹，安静地在星际中飞行” ，他说。

文章图片
（图源：MIT）
大约在10年前，巴雷特开始着手设计没有活动部件的飞机推进系统。最终，他选择了“离子风”（ionicwind），它也被称为电动力学推力（electroaerodynamic ， EAD）。
这种技术最初在20世纪20年代被提出，简单来说，它描述了电流在薄电极和厚电极之间通过时可产生风，或者说推力。
而当施加的电压足够大时，电极之间的空气可以产生足够的推力来推进小型飞机。理论上来说，使用非常高的电压时，基于EAD的推进器会在两个电极周围的空气中产生离子，电极之间产生的电场将离子从较小的电极“甩到”较大的电极上，这些离子在行进时与正常的空气分子碰撞，产生离子风并向前推动机器。另外，由于离子可以在两个固定电极之间移动，因此机器不需要活动部件来为其供电。

文章图片
（图源：MIT）
这种技术目前已经被NASA开发，并用于外太空，部署在一些卫星和航天器上。由于太空的真空环境，这样的系统电离的是氙气，而巴雷特的飞机电离的是环境空气中的氮分子。
那么，为什么科学家一直没有在我们的飞机上使用这种技术呢？要知道，在太空中运用离子推进比在大气中容易得多。卫星在重力牵引下环绕地球飞行，离子推进器只是用作简单的航向校正。相比之下，大气中飞机必须要产生足够的推力以保持其高空飞行，还要克服恒定的空气阻力。