“离子风”吹动新飞机

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最初的标题:“离子风”吹起了一架没有螺旋桨和涡轮叶片的新飞机(科技大观)；不需要化石能源和太阳能――经典科幻电影和电视剧《星际迷航》中的离子风能车有望成为现实。最近，麻省理工学院的研究人员开发了一种飞机，它颠覆了传统的动力系统，即利用正负电极产生的“离子风”作为驱动力。这一成果发表在最近的《自然》杂志上，立即引起了强烈的关注。

离子风推进的原理可以直观地理解为:动力系统由两个施加强电压的正负电极组成，前电极附近的气体被电离成带正电的阳离子，它们与后面的负电极相互吸引，撞击空气体中的中性分子，形成“离子风”推动飞机前进。基于这一原理，研究人员创造了一种小型验证机。这架飞机重2.45公斤，翼展5米。它通过弹射起飞。在飞行试验中，它以每秒4.8米的速度实现了约45米的稳定飞行，实现了人类飞行空历史上第一架固态动力装置飞机的演示飞行。

事实上，离子推进技术已经广泛应用于卫星、深空探测等航天领域。早在1964年，装有离子推进技术的火箭就对泰空.进行了首次试验从1998年到2001年，第一艘以离子推进为主要动力的“沈空1”号宇宙飞船成功地探测到了伯雷利彗星和元首彗星。这种离子推进装置的重量通常超过100公斤，其推力通常不到一牛——大致相当于在地球上举起一个鸡蛋的力量。虽然这种推力非常有限，但它几乎不受结构重量和空空气阻力的影响，在太空的环境中，这种微小的推力可以满足姿态控制和变轨的要求。此外，由于它的工作介质消耗远低于基于化学燃烧的火箭发动机，它通常更能满足航天器的长流推进需求。

正是因为重量太大，推力太小，离子推进装置才没有被长时间在大气中工作的飞机所接受。例如，一架载客量为160人、起飞重量为80吨的喷气式飞机，其单个发动机的重量约为2.4吨，最大推力可达120千牛。如果我们换成同样推力的离子推进器，单个发动机的重量可能会增加到12000吨——比整架飞机的重量大几个数量级。

通过使用锂聚合物电池和引入更轻和更有效的电气系统，上述研究人员为验证机配备的离子风驱动装置的单位质量输出功率比传统转换装置的单位质量输出功率高5至10倍，从而最终可用作大气中飞机的动力装置。然而，这种装置的推进效率仍然不能满足载人飞机的推进要求，而且机身表面有大的裸露电极。

正如最早的铁路机车跑不过车厢一样，新技术的开端也往往不完美。虽然今天的离子驱动飞机没有超过模型飞机的重量和速度，但该飞机的成功试验无疑为空飞机的动力开发开辟了一条新路，并为将来开发更安静、更环保和更简单的机械结构飞机提供了可能性。这一成就可以称为人类航空空.

(作者单位是空航空航天大学航空空科学与工程学院)

来源：搜狐微门户