От изобретението си преди повече от 100 години самолетите са били премествани във въздуха чрез въртящи се повърхности на витлата или турбините. Но гледайки филми от научна фантастика като „Междузвездни войни“, „Звезден път“ и „Назад към бъдещето“, си представях, че задвижващите системи на бъдещето ще бъдат безшумни и неподвижни - може би с някакъв синьо сияние и „глупости“ ”Шум, но без движещи се части и никакъв поток от замърсяване, изливащ се отзад.
Това все още не съществува, но има поне един физически принцип, който може да бъде обещаващ. Преди около девет години започнах да проучвам използването на йонни ветрове - потоци на заредени частици през въздуха - като средство за захранване на полета. Въз основа на десетилетия на научни изследвания и експерименти от учени и любители, професионалисти и студенти по научни науки, наскоро моята изследователска група лети почти безшумен самолет без никакви движещи се части.
Самолетът тежеше около пет килограма (2, 45 килограма) и имаше размах на крилата 15 фута (5 метра) и измина около 60 фута (60 метра), така че е дълъг път от ефикасното пренасяне на товари или хора на дълги разстояния. Но ние доказахме, че е възможно да летим по-тежко от въздуха превозно средство, използвайки йонни ветрове. Той дори има сияние, което можете да видите в тъмното.
Преразглеждане на изхвърлените изследвания
Процесът, който нашия самолет използва, формално наречен електроаеродинамично задвижване, е изследван още през 20-те години на миналия век от ексцентричен учен, който смята, че е открил антигравитация - което, разбира се, не е така. През 60-те години космическите инженери изследват, използвайки го за полет на мощност, но стигат до заключението, че това няма да е възможно с разбирането на йонните ветрове и технологията, налична по това време.
Съвсем наскоро обаче огромен брой любители - и гимназисти, които се занимават с научноизследователски панаирни проекти - изградиха малки електроаеродинамични задвижващи устройства, които предполагаха, че може да работи в крайна сметка. Работата им беше основна за първите дни от работата на моята група. Ние се стремяхме да подобрим работата им, най-вече чрез провеждането на голяма серия от експерименти, за да научим как да оптимизираме дизайна на електроаеродинамичните силни дросели.
Движение на въздуха, а не на частите на равнината
Основната физика на електроаеродинамичното задвижване е сравнително проста за обяснение и изпълнение, въпреки че част от основната физика е сложна.
Използваме тънка нишка или жица, която се зарежда до +20 000 волта с помощта на лек преобразувател на мощност, който от своя страна получава мощността си от литиево-полимерна батерия. Тънките нишки се наричат емитери и са по-близо до предната част на равнината. Около тези излъчватели електрическото поле е толкова силно, че въздухът се йонизира - неутралните азотни молекули губят електрон и стават положително заредени азотни йони.
По-далеч назад в самолета поставяме крило - като малко крило - чийто водещ ръб е електрически проводим и се зарежда до -20 000 волта от същия преобразувател на мощност. Това се нарича колектор. Колекторът привлича положителните йони към него. Докато йоните струят от емитера към колектора, те се сблъскват с незаредени молекули на въздуха, причинявайки това, което се нарича йонен вятър, който се движи между излъчвателите и колекторите, задвижвайки равнината напред.
Този йонен вятър замества потока въздух, който би създал реактивен двигател или витло.
Започвайки от малък
Аз ръководех изследвания, които изследваха как действително работи този тип задвижване, като развих подробни знания за това колко ефикасно и мощно може да бъде.
Моят екип и аз също работихме с електроинженери, за да разработим електрониката, необходима за преобразуване на изхода на батериите до десетките хиляди волта, необходими за създаването на йонна вятър. Екипът успя да произведе преобразувател на мощност далеч по-лек от всеки досега. Това устройство беше достатъчно малко, за да бъде практично в самолета, който в крайна сметка успяхме да изградим и летим.
Първият ни полет е, разбира се, много дълъг път от летящите хора. Вече работим за това да направим този тип задвижване по-ефективен и способен да носи по-големи товари. Първите търговски приложения, ако приемем, че стигат толкова далеч, биха могли да бъдат в създаването на безшумни безплатни дронове, включително за мониторинг на околната среда и комуникационни платформи.
Гледайки по-далеч в бъдещето, се надяваме, че той може да бъде използван в по-големи самолети, за да намали шума и дори да позволи на външната повърхност на въздухоплавателното средство да помогне за създаването на тяга, вместо на двигатели, или да увеличи силата си. Възможно е също електроаеродинамичното оборудване да бъде миниатюризирано, което да даде възможност за ново разнообразие от нано-дронове. Мнозина може би смятат, че тези възможности са малко вероятни или дори невъзможни. Но това мислеха инженерите от 60-те години за това, което вече правим днес.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Стивън Барет, професор по аеронавтика и космонавтика, Масачузетския технологичен институт
