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9秒!離子推進飛機首飛成功,或開啟航空發動機新時代

這是一種未來尚不明朗的新的飛行方式,幾乎所有人都認為,依靠離子發動機產生的離子風來推動飛機在大氣層飛行是永遠不可能做到的。這是什麼意思呢?我們在科幻電影裡看到的那些尾部噴射出夢幻般藍燄的,可以隨時進出太空的離子發動機飛機,可能是永遠無法實現的。

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這是因為在大氣層內飛行或突破大氣層,需要強大推力的發動機。而離子發動機是利用電力將氣體電離,然後用電場將帶電離子加速噴出來產生推力,雖然比衝(單位質量推進劑產生的推力)遠大於化學燃料,但短時間內產生的推力極小,目前只能在太空衛星中使用,比如美國的深空一號,日本的隼鳥號,中國的實踐9號衛星。

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離子推進是上世紀60年代發明的,基於上述原因,長期以來,幾乎所有科學家和航空專業人員都認為離子發動機飛機不可能在大氣層內飛行,因而這項技術早已被人遺忘。在電池、電子和新材料技術突飛猛進的今天,麻省理工學院的一個科學家團隊決心重新審視一下這種技術,看看有沒有可能製造出能在地球表面飛行的離子發動機飛機。

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在研究各種推進設計,平衡各種因素作用後,研究人員製造了世界上第一架由離子風推進的飛機。這架飛機翼展5米,機身很薄,包括電池和電子設備在內不到2.5公斤,沒有任何活動部件。最令人稱奇的是,它的“離子發動機”是懸掛在機翼下的兩排八列電線/翼型電離器,可以在超高壓電源轉換器製造的4萬伏高壓下,將氮氣和氧氣電離,從而產生了每千瓦5牛頓的推力,與噴氣發動機的輸出功率相當。

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在試驗中,研究人員用彈射器將飛機彈射出去,在沒有使用離子發動機的情況下,它可以滑翔10米遠;而打開離子發動機後,飛機可巡航飛行60米遠。飛行試驗一共進行了10次,飛機都能穩定飛行,滯空時間在8至9秒左右。

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研究人員認為,整個系統的效率還很低下,僅2.5%左右,遠低於傳統飛機;如果建造更大更快的飛行器,還可以將整體效率提高一倍,而不需要對底層設計做任何更改。

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離子發動機飛機究竟有沒有未來,科學家們還沒有明確的答案。但如果能夠成功,將可能帶來飛行方式上的又一次重大革命。比如使用清潔能源,更簡單更安靜,可以在空中無限期停留等等。

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這項研究成果發表在11月21日的《自然》雜誌上。1904年2月,《自然》雜誌發表了一則簡短新聞,標誌著一個不朽事件的開始,那就是萊特兄弟發明的飛機第一次成功實現飛行,在空中飛行了12秒;而114年後, 《自然》再次報導了另一種飛行方式,無獨有偶的是,麻省理工研製的實驗飛機和萊特兄弟的飛機驚人地相似,首次飛行時間也極為相近,這標誌著另一個不朽事件的開始嗎?

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