Вчені з MIT створили перший літак, оснащений “повітряними” іонними двигунами, і успішно випробували його в лабораторії. Дебютний політ машини тривав всього дванадцять секунд, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.
“Наша машина стала першим літаком, що піднявся в повітря за допомогою двигуна без рухомих частин. Це відкриває дорогу для створення повністю безшумних літальних апаратів, дуже простих з механічної точки зору і при цьому вони не викидатимуть вихлопних газів”, — заявив Стівен Барретт (Steven Barrett), професор аеронавтики з Массачусетського технологічного інституту (США).
Дух інновацій
Ідея створення іонного двигуна далеко не нова — перші такі думки з’являлися у радянських і американських конструкторів ще в 60 роках минулого століття. За останні півстоліття було запущено відразу кілька космічних апаратів, оснащених подібними двигунами — радянські зонди серії “Метеор” і “Космос”, кліматичний супутник GOCE, зонди НАСА Deep Space 1 і Dawn, японська міжпланетна станція “Хаябуса” і ряд інших апаратів.
Всі вони володіють одними і тими ж перевагами і недоліками. З одного боку, іонні двигуни вкрай економічні, вимагаючи вкрай мало палива. З іншого, їх ККД і вироблювана ними сила тяги вкрай малі. Тому розгін і гальмування корабля йде вкрай повільно, що робить їх дуже незручним засобом для доставки людей до Марса та інших планет.
З цих же причин, як зазначає Барретт, інженери ніколи не розглядали іонні силові установки в якості можливої заміни для турбовентиляторних або турбогвинтових двигунів, які застосовуються сьогодні в цивільній та військовій авіації.
Інженери і фізики з MIT з’ясували, що ці уявлення були помилковими, відкривши методику іонізації повітря, яка дозволить підвищити ККД роботи подібних двигунів на кілька порядків вже в найближчому майбутньому.
Іонний вітер
Як виявили вчені, крило особливої форми, вкрите тонкою сіткою з електродів, може викликати своєрідну “ланцюгову реакцію” в повітрі, змушуючи присутні в ньому вільні електрони стикатися з нейтральними молекулами і вибивати з них інші частинки, заповнюючи навколишній їхній простір “супом” з багатьох іонів і незаряджених частинок.
Якщо цей “суп” буде знаходитися всередині електричного поля, то заряджені частинки почнуть рухатися в ньому в бік протилежного від полюса, стикаючись з нейтральними молекулами і примушуючи їх рухатися в зворотному напрямку. Виникне своєрідний “іонний вітер”, який має досить велику силу тяги.
Використовуючи подібний прийом, Барретт і його колеги фактично потроїли рекорд ККД іонних двигунів, підвищивши його з 1% до 2,4%, і створили мініатюрний літак масою 2,5 кілограма і з розмахом крил в 5 метрів.
Ця машина, як показали досліди вчених, змогла пролетіти 55 метрів в лабораторії, витративши на 12 секунд польоту приблизно 900 ватт електроенергії. У майбутньому, як вважають фізики, ці показники можуть бути багаторазово поліпшені шляхом оптимізації форми крила і поліпшення його властивостей іонного “оперіння”.
Подібні успіхи, як визнають вчені, можуть показатися публіці скромними, проте і політ братів Райт, який відбувся трохи більш як сто років тому, тривав дуже недовго і теж не викликав особливого оптимізму. Проте всього через 20-30 років після їх експериментів літаючі машини стали ключовою частиною всіх армій провідних держав світу і одним з головних стовпів світової економіки.