星際迷航中的太空船將問世？無需任何燃料，電離空氣即可高速推進

科學前沿觀天下 篤學明理洞寰宇

看過科幻電影《星際迷航》的觀眾一定會被電影中的宇宙飛船所吸引。巨大的航天器既沒有螺旋槳，也沒有需要消耗燃料且發出巨大雜訊的發動機和推進器，僅僅依靠一塊很小的能量棒來驅動，帶著一種神秘的藍色輝光，無聲無息的在太空中滑翔。為了將這一構想變成現實，科學家們一直都在努力，並於近日取得了重要的成果。這就是今天要給大家介紹的通過「電離空氣」來飛行的未來飛機。

自1904年萊特兄弟發明飛機，首次將人類帶向藍天到現在已經過去了100多年，飛行器技術不斷更迭，取得了巨大的發展，但是以燃料為動力的模式幾乎沒有改變。早在1921年，科學家們就曾試圖開發一種類似《星際迷航》中飛船那樣的全新的技術，但最終並沒有成功，因為這種技術被一度認為是反重力的代表，與當今主流科學相違背。不過，這一貌似「天方夜譚」的未來科幻式技術真的無法實現嗎？事實證明，一切皆有可能。

最近發表於《Nature》雜誌上的一篇論文中，由麻省理工學院(MIT)的Steven Barrett領導的一個研究團隊描述了他們是如何製造出一種電動力學飛機的。這種未來飛機通過全固態等離子推進，無需依靠傳統的螺旋槳或任何可燃性燃料的燃燒（噴氣式飛機）。

在2016年至2018年的測試中，科學家們製造了一架翼展5米、重2.45公斤的小型飛機，其機翼上分布有許多細電極，在這些細電極的前端是細導線，而在機翼後側的曲面跟傳統機翼一樣可以用於產生升力。機翼上的細導線會加以+20000伏的電壓，而機翼後側則通以-20000伏的電壓，形成一個強大的電場。在機翼前，空氣中氮氣分子外的電子脫離原子核，產生電離態的氣體分子。當這些電離態分子經過機翼後側時，就會產生離子風，給飛機以強大的推力。

該項目的負責人巴雷特介紹，「這款飛行器的原理就是電離空氣，從空氣分子中移除電子形成離子，並通過高壓電場來加速空氣的流動。」就像在頭髮上摩擦氣球時可以得到一股吸力一樣。

在進行的數十次試飛中，這架飛機用12秒的時間飛行了60米的距離，推力的利用效率約為2.6%。雖然這一數據離真正實現還有一段距離，但是隨著飛機飛行速度的增加，整個推進系統的效率也隨之提高。理論上來講，當飛機的速度達到1080公里/小時時，飛機推進系統的效率就可以達到50%。

不需要任何的推進劑和航空燃料，也不需要笨重的噴氣發動機，只需要電極、導線和現成的鋰聚合物電池就可以讓飛機無聲無息的漂浮在空中，並快速行進。不過目前這架飛機還只是原型機，科學家們還在繼續對飛機進行測試和改善。正如巴雷特所言，「我也不知道未來這一技術能否真正實現商用，用以載客，但其前景值得我們期待！」

作者/朱張航宇

參考文獻：Flight of an aeroplane with solid-state propulsion, Nature, volume 563, pages532–535 (2018)

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