知识问答 | 飞机革命？“离子推进”是什么黑科技？( 二 ) ：知识问答|飞机革命？“离子

早在20世纪60年代时，研究人员也得出结论，这种技术无法创造维持飞行所需的推力水平。因此，多年来， EAD主要是业余爱好者的项目，其应用大部分仅限于小型台式“升降机” ，这些升降机与大型电压源相连，为小型飞行器在空中短暂悬停创造足够的风。人们普遍认为，在持续飞行中不可能产生足够的离子风来推动更大的飞机。
2009年，当时已是麻省理工学院航空航天学教授的史蒂文·巴雷特开始仔细研究这项技术时，他相信自己看到了其未开发的潜力。 “受到飞机和宇宙飞船的相关科幻想法的启发，我联想到了物理学可以允许的东西” ，他说。
他回忆道，有一次，他因为时差问题在一家酒店度过了一个不眠之夜。 “我在思考这个问题，并开始寻找可行的方法。我做了一些背后的计算，发现它可能成为一个可行的推进系统， ”巴雷特说， “事实证明，我们多年的努力才实现了这个首次试飞。 ”
数百次失败后的成功：比莱特兄弟的第一次飞行更远
在进行了多次计算机模拟后，巴雷特团队决定设计一架翼展5米，质量为2.45千克，大约只相当于一只鸡重量的飞机。
为了产生足够强的电场，研究人员在飞机的机翼下方安装了类似百叶窗的电极组，每个电极由带正电荷的不锈钢丝和由铝覆盖的带有大量负电荷的泡沫片构成。该飞机还带有一个定制的电池组和一个变压器，变压器可以将电池的电压从大约200伏升至40千伏。高压充电的电极暴露在飞机外，但它们可以通过遥控器打开或关闭，因此可以避免安全风险。
巴雷特团队在麻省理工学院的体育馆内对飞机进行了飞行测试。该体育馆是他们可以找到的最大的可以进行试验的室内空间。飞机产生的离子推力维持飞机飞行了60米（体育馆内的最长距离）。实验人员重复了10次飞行，都达到了相似的表现。
巴雷特说， “我们经历了数次史诗般的撞机事故” 。最终，该团队设计了一个类似弹弓的装置来帮助飞机起飞。经过数百次失败的尝试后，飞机终于能够用自我推进保持空中飞行。研究人员在本周的Nature报道中说，在10多次的试飞中，这架飞机在大约10秒内飞行了60米，平均海拔高度为半米，比莱特兄弟的第一次飞行更远。
但是，如果要商业化应用，这种飞机还需要在重量、可靠性、成本方面多加考虑，这些都是至关重要的的因素，还有安全、续航里程也需要考虑。
“我们显然还有很长的路要走，而且我们需要改进很多事情才能实现这个目标。我认为没有什么能够让它从根本上变得不可能” ，巴雷特说。比如，推力可以通过改进变压器系统和电池，变得更加高效；测试不同方式产生离子，或将推进器集成到飞机的框架中可以减少阻力。法国国家研究机构CNRS和图卢兹大学的流体力学研究员FranckPlouraboué表示，连接在飞机顶部的超轻型太阳能电池板可以为EAD飞机提供动力。
加州大学伯克利分校的电气工程师DanielDrew认为， “这是伟大的一步。 ”Drew正在研究EAD微型机器人，并没有参与这项研究。

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（图源：MIT）
然而， Drew警告说， “如果他们想要将飞机尺寸做得更大，就会遇到很多问题。 ”他说，基本问题是放大会不成比例。随着飞机尺寸的增加，其重量将比其机翼面积增长得更快。因此，为了保持高空飞行，一架更大的飞机每单位机翼区域必须产生更多的推力， “从物理学的角度来看，这是非常难以实现的” 。 Drew认为，未来我们更有可能先看到一系列较小的EAD飞机。
一次里程碑式的开端
巴雷特说， “这是我们可以设计的最简单的离子推进飞机，它证明了离子推进飞机可以飞行。这离一架可以完成实用任务的飞机还有一段距离。实用飞机需要更高效，飞得更久，而且是室外飞行。 ”

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团队也相信，就像100多年前莱特兄弟的早期实验一样，这样一个小小的开端最终会改变航空的面貌。
“我们只用了几年时间开发这项技术， ”巴雷特说， “常规推进已经发展了100年，但我认为我们可以实现新的目标。 ”

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