在入門級科幻《三體》中,曾描繪過這樣一個場景:人們生活在一千多米深的地下,城市建筑物在樹狀枝干上錯落排開,出行方式則是通過一個傘狀的背包式裝置,憑借兩個同軸螺旋槳的無聲轉(zhuǎn)動懸浮在空中。
無數(shù)的“竹蜻蜓”在城市中穿行,滿滿的科幻感讓剛從185年的冬眠中蘇醒的“土包子”主人公淚流滿面。。。
面對這樣淳樸的主人公,真的很想像馬景濤一樣抓著他的肩膀使勁兒搖:8012了,放棄螺旋槳和渦輪吧,離子風無人機了解一下嗎?
我說的正是前不久麻省理工學院剛剛研發(fā)成功的、全球首架以增壓空氣提供動力的飛機。
這項技術(shù)的神奇之處在于,它不是依靠引擎、螺旋槳等傳統(tǒng)推進裝置產(chǎn)生飛行動力,而是通過“離子風”(ionic wind)為飛機提供升力,妥妥的《星際迷航》既視感好嗎?
“離子風”無人機是如何工作的?
“離子風”,簡單來說就是讓空氣在流動時帶有被電離了的分子,這其實是一個早就被應(yīng)用廣泛的技術(shù)。
比如離子吹風機、離子風凈化器、離子風散熱等等,但是,用離子風取代燃料來直接驅(qū)動飛機,還真是“歷史性”事件。
麻省理工學院的研究人員,將輕型電線組成的平行電極放置在飛機前方。機翼后緣裝有較厚的電線作為負極,機身裝載一組鋰聚合物電池。
在飛行時,該電極可以產(chǎn)生高達正電極20,000伏特的電壓,用來增壓飛機周邊的空氣,并從空氣分子中剝離帶負電荷的離子。
當離子由正電荷向飛機后方的20,000伏特負電荷移動時,離子與其他空氣分子發(fā)生數(shù)百萬次的碰撞,從而產(chǎn)生“離子風”(ionic wind)來驅(qū)動飛機。
此前,“離子風”只能讓小物體在空中短暫懸浮,但麻省理工這架“離子風”無人機則重達2.45公斤,翼展長5米,能夠以每秒4.8米速度飛行55米。
換句話說,以前的“離子風”只能小打小鬧,而新技術(shù)可以用更強勁的離子流讓輕型無人機擺脫地心引力,持續(xù)穩(wěn)定飛行。
技術(shù)搭臺,產(chǎn)業(yè)唱戲:“離子風”吹散的和重建的
翻開外網(wǎng),對于這一新技術(shù)都是鋪天蓋地地夸,很多科學家紛紛送出拇指鮮花,各大航空公司也都高度重視。那么,“離子風”無人機的成功研制,究竟有哪些意義呢?
論文的通訊作者、麻省理工學院航空航天學院副教授史蒂文·巴雷特認為,這為開發(fā)出更安靜、機械結(jié)構(gòu)更簡單且沒有燃燒排放的飛機提供了可能性,最終將改變航空業(yè)的面貌。
所以到底是改變了什么面貌啊摔?!別急,到了這里必須給大家整得明明白白的。
簡單來說,“離子風”無人機會帶來兩方面的重大改變:
一是去燃油化。
燃油成本一直是航空公司最大的成本項,航空燃油價格的持續(xù)飆升,成本最終還是以燃油附加費等形式攤銷在乘客身上。
而離子風推進技術(shù)如果與傳統(tǒng)推進系統(tǒng)相結(jié)合,就可以制造出高燃油效率的混合型客機。
也就是說,離子風技術(shù)的應(yīng)用,不僅讓航司對燃油的依賴大大降低,票價也會隨之下降,而且可以大幅度減少燃油飛機的碳排放,飛行全程也安靜如雞沒有一絲噪音,帶來商業(yè)與環(huán)境的雙重利好。
二是造新門檻。
眾所周知,作為飛機的心臟,動力引擎直接影響著飛機的性能、可靠性及經(jīng)濟性,技術(shù)門檻很高,因此也長期處于技術(shù)壟斷狀態(tài)。
目前,只有美國、俄羅斯、英國、法國等少數(shù)幾個國家能夠獨立研制高性能航空發(fā)動機。
在技術(shù)孤立思潮的大環(huán)境下,離子風這樣的新技術(shù)顯然能打破壟斷的僵局,為嚴絲合縫的航空產(chǎn)業(yè)撬開新的可能性。
新晉國家對離子風技術(shù)的重視和押注,就有機會在核心領(lǐng)域彎道超車,更重要的是將安全性和話語權(quán)掌握在了自己手中。
離子風與中國的故事
既然“離子風”技術(shù)如此重要,那中國有什么相關(guān)儲備嗎?
其實早在2012年,中國首臺離子發(fā)動機就已經(jīng)在被裝載在“實踐九號”衛(wèi)星上進行在軌飛行試驗了。
不過航空與地面的離子風應(yīng)用區(qū)別是,在太空無重力環(huán)境下,離子推進器不需要給很大的推力,就可以讓飛船的速度持續(xù)增加。而在地球上,“離子風”在短時間內(nèi)還不能滿足小型客機的飛行推力。
當然,現(xiàn)在討論離子風飛機、飛船之類的話題,都太過遙遠了。麻省理工設(shè)計的離子風推進系統(tǒng)的總體輸出效率僅為2.5%,遠低于常規(guī)飛機。
不過與載人飛行器相比,固定式推進系統(tǒng)更易于小型化,也是更適合“離子風”技術(shù)的場景。
比如取代旋翼來驅(qū)動小型無人機,甚至是非常小的飛行器,加上靜音、蓄能之類的優(yōu)勢,背后隱藏著很多我們無法想象的用途。
隨手舉幾個例子,離子風無人機可以安靜飛行,也沒有螺旋翼等危險系數(shù)高的裝置,可能會讓城市無人機解禁;又或者是借助其無限期懸停在高空的優(yōu)勢,進行城市環(huán)境監(jiān)測和輔助無人駕駛。
不過,想從實驗室走到市場,中間還要經(jīng)歷九九八十一劫,每一步都不能出錯。在這方面,中國最直觀的優(yōu)勢是,技術(shù)的底層位面與智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)端都已經(jīng)做好了準備,并充滿了饑餓感。
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