早在 20 世紀(jì) 60 年代時(shí)，研究人員也得出結(jié)論，這種技術(shù)無(wú)法創(chuàng)造維持飛行所需的推力水平。因此，多年來(lái)，EAD 主要是業(yè)余愛(ài)好者的項(xiàng)目，其應(yīng)用大部分僅限于小型臺(tái)式“升降機(jī)”，這些升降機(jī)與大型電壓源相連，為小型飛行器在空中短暫懸停創(chuàng)造足夠的風(fēng)。人們普遍認(rèn)為，在持續(xù)飛行中不可能產(chǎn)生足夠的離子風(fēng)來(lái)推動(dòng)更大的飛機(jī)。

 

       2009 年，當(dāng)時(shí)已是麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)教授的史蒂文·巴雷特開(kāi)始仔細(xì)研究這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，他相信自己看到了其未開(kāi)發(fā)的潛力。“受到飛機(jī)和宇宙飛船的相關(guān)科幻想法的啟發(fā)，我聯(lián)想到了物理學(xué)可以允許的東西”，他說(shuō)。

 

       他回憶道，有一次，他因?yàn)闀r(shí)差問(wèn)題在一家酒店度過(guò)了一個(gè)不眠之夜。“我在思考這個(gè)問(wèn)題，并開(kāi)始尋找可行的方法。我做了一些背后的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)它可能成為一個(gè)可行的推進(jìn)系統(tǒng)，”巴雷特說(shuō)，“事實(shí)證明，我們多年的努力才實(shí)現(xiàn)了這個(gè)首次試飛。”

 

       數(shù)百次失敗后的成功：比萊特兄弟的第一次飛行更遠(yuǎn)

 

       在進(jìn)行了多次計(jì)算機(jī)模擬后，巴雷特團(tuán)隊(duì)決定設(shè)計(jì)一架翼展 5 米，質(zhì)量為 2.45 千克，大約只相當(dāng)于一只雞重量的飛機(jī)。

 

       為了產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，研究人員在飛機(jī)的機(jī)翼下方安裝了類似百葉窗的電極組，每個(gè)電極由帶正電荷的不銹鋼絲和由鋁覆蓋的帶有大量負(fù)電荷的泡沫片構(gòu)成。該飛機(jī)還帶有一個(gè)定制的電池組和一個(gè)變壓器，變壓器可以將電池的電壓從大約 200 伏升至 40 千伏。高壓充電的電極暴露在飛機(jī)外，但它們可以通過(guò)遙控器打開(kāi)或關(guān)閉，因此可以避免安全風(fēng)險(xiǎn)。

 

       巴雷特團(tuán)隊(duì)在麻省理工學(xué)院的體育館內(nèi)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了飛行測(cè)試。該體育館是他們可以找到的最大的可以進(jìn)行試驗(yàn)的室內(nèi)空間。飛機(jī)產(chǎn)生的離子推力維持飛機(jī)飛行了 60 米（體育館內(nèi)的最長(zhǎng)距離）。實(shí)驗(yàn)人員重復(fù)了 10 次飛行，都達(dá)到了相似的表現(xiàn)。

 

       巴雷特說(shuō)，“我們經(jīng)歷了數(shù)次史詩(shī)般的撞機(jī)事故”。最終，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)類似彈弓的裝置來(lái)幫助飛機(jī)起飛。經(jīng)過(guò)數(shù)百次失敗的嘗試后，飛機(jī)終于能夠用自我推進(jìn)保持空中飛行。研究人員在本周的Nature報(bào)道中說(shuō)，在 10 多次的試飛中，這架飛機(jī)在大約 10 秒內(nèi)飛行了 60 米，平均海拔高度為半米，比萊特兄弟的第一次飛行更遠(yuǎn)。

 

       但是，如果要商業(yè)化應(yīng)用，這種飛機(jī)還需要在重量、可靠性、成本方面多加考慮，這些都是至關(guān)重要的的因素，還有安全、續(xù)航里程也需要考慮。

 

       “我們顯然還有很長(zhǎng)的路要走，而且我們需要改進(jìn)很多事情才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。我認(rèn)為沒(méi)有什么能夠讓它從根本上變得不可能”，巴雷特說(shuō)。比如，推力可以通過(guò)改進(jìn)變壓器系統(tǒng)和電池，變得更加高效；測(cè)試不同方式產(chǎn)生離子，或?qū)⑼七M(jìn)器集成到飛機(jī)的框架中可以減少阻力。法國(guó)國(guó)家研究機(jī)構(gòu) CNRS 和圖盧茲大學(xué)的流體力學(xué)研究員 Franck Plouraboué 表示，連接在飛機(jī)頂部的超輕型太陽(yáng)能電池板可以為 EAD 飛機(jī)提供動(dòng)力。

 

       加州大學(xué)伯克利分校的電氣工程師 Daniel Drew 認(rèn)為，“這是偉大的一步。”Drew 正在研究EAD 微型機(jī)器人，并沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。

 

 

       然而，Drew 警告說(shuō)，“如果他們想要將飛機(jī)尺寸做得更大，就會(huì)遇到很多問(wèn)題。”他說(shuō)，基本問(wèn)題是放大會(huì)不成比例。隨著飛機(jī)尺寸的增加，其重量將比其機(jī)翼面積增長(zhǎng)得更快。因此，為了保持高空飛行，一架更大的飛機(jī)每單位機(jī)翼區(qū)域必須產(chǎn)生更多的推力，“從物理學(xué)的角度來(lái)看，這是非常難以實(shí)現(xiàn)的”。Drew 認(rèn)為，未來(lái)我們更有可能先看到一系列較小的 EAD 飛機(jī)。

 

       牛津熱流體研究所的研究人員 Priyanka Dhopade 說(shuō)：“雖然距離現(xiàn)有的噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)還有很長(zhǎng)的路要走...... 電動(dòng)力推進(jìn)有可能成為短距離、小載荷無(wú)人機(jī)飛行的改變者。”

 

       值得一提的是，首次試飛成功并沒(méi)有承載任何重物，但巴雷特不排除未來(lái)人類能搭乘這種飛機(jī)的可能性。

 

       一次里程碑式的開(kāi)端

 

       目前，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出來(lái)的 EDA 系統(tǒng)的推進(jìn)力還不足以滿足商用飛機(jī)的需求。

 

       但巴雷特認(rèn)為，它可以與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用。他說(shuō)，電動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)可以嵌入飛機(jī)中，用于重新改變沿飛機(jī)行進(jìn)的空氣，增加新的推進(jìn)系統(tǒng)可以消除阻力并提高燃油效率。因此，除了優(yōu)化原型工藝之外，這也是麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)計(jì)劃下一步關(guān)注的內(nèi)容。

 

       巴雷特說(shuō)，“這是我們可以設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)單的離子推進(jìn)飛機(jī)，它證明了離子推進(jìn)飛機(jī)可以飛行。這離一架可以完成實(shí)用任務(wù)的飛機(jī)還有一段距離。實(shí)用飛機(jī)需要更高效，飛得更久，而且是室外飛行。”

 

 

       法國(guó)圖盧茲流體力學(xué)研究所高級(jí)研究員 Franck Plouraboue 表示，這種新設(shè)計(jì)是展示 EDA 可行性的“重要一步”。他指出，在這之前，EDA 甚至不能實(shí)現(xiàn)幾克重的飛機(jī)飛行。Plouraboue 沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，他說(shuō)，“這個(gè)強(qiáng)力的試驗(yàn)結(jié)果直接證明了離子推進(jìn)飛機(jī)的穩(wěn)定飛行是可實(shí)現(xiàn)的。除了在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用之外，很難推斷它將來(lái)會(huì)對(duì)飛機(jī)推進(jìn)產(chǎn)生多大影響。盡管如此，這不是研究的弱點(diǎn)，而是未來(lái)進(jìn)展的開(kāi)端，這一領(lǐng)域終將爆發(fā)。”

 

       團(tuán)隊(duì)也相信，就像 100 多年前萊特兄弟的早期實(shí)驗(yàn)一樣，這樣一個(gè)小小的開(kāi)端最終會(huì)改變航空的面貌。