هواپیما طراحی شده است که به سوخت های فسیلی یا باتری وابسته نیست زیرا هیچ قطعه متحرکی ندارد.
از زمان کشف هواپیما بیش از ۱۰۰ سال پیش، هر ماشین پرنده یا هواپیمایی که در آسمان پرواز میکند از قطعات متحرکی مانند پروانه، موتور جت، پرههای توربین، فن و غیره استفاده میکند که قدرت خود را از احتراق سوخت فسیلی یا با استفاده از باتری که میتواند اثر مشابهی ایجاد کند، به دست میآورند.
پس از تقریباً یک دهه تحقیقات طولانی، دانشمندان هوانوردی MIT برای اولین بار هواپیمای بدون قطعات متحرک ساختند و به پرواز درآوردند. روش پیشرانه مورد استفاده در این هواپیما بر اساس اصل رانش الکتروآیرودینامیکی است و «باد یونی» یا نیروی محرکه یونی نامیده می شود. بنابراین، به جای پروانه ها یا توربین ها یا موتورهای جت که در هواپیماهای معمولی استفاده می شود، این ماشین منحصر به فرد و سبک با "باد یونی" نیرو می گیرد. "باد" را می توان با عبور جریان الکتریکی قوی بین یک الکترود نازک و یک الکترود ضخیم (که توسط باتری های یون لیتیوم کار می کند) تولید کرد که منجر به یونیزه شدن گاز و در نتیجه تولید ذرات باردار با حرکت سریع به نام یون می شود. باد یونی یا جریان یونها به مولکولهای هوا برخورد میکند و آنها را به عقب می راند و به هواپیما نیروی رانش برای حرکت به جلو میدهد. جهت باد به آرایش الکترودها بستگی دارد.
فناوری پیشرانش یونی پیش از این توسط ناسا در فضای بیرونی برای ماهوارهها و فضاپیماها استفاده شده است. در این سناریو، از آنجایی که فضا خلاء است، هیچ اصطکاکی وجود ندارد و بنابراین هدایت یک فضاپیما برای حرکت به جلو بسیار ساده است و سرعت آن نیز به تدریج افزایش مییابد. اما در مورد هواپیماها روی زمین، مشخص است که جو سیاره ما بسیار متراکم است تا یونها بتوانند هواپیما را بالای زمین به حرکت درآورند. این اولین باری است که فناوری یونی برای پرواز هواپیماها روی سیاره ما امتحان شده است . این کار چالش برانگیز بود. اولاً به این دلیل که نیروی رانش کافی برای ادامه پرواز دستگاه لازم است و ثانیاً، هواپیما باید بر نیروی پسای ناشی از مقاومت هوا غلبه کند. هوا به عقب فرستاده میشود که سپس هواپیما را به جلو میراند. تفاوت اساسی با استفاده از همان فناوری یونی در فضا این است که یک گاز باید توسط فضاپیما حمل شود که یونیزه خواهد شد زیرا فضا خلاء است در حالی که یک هواپیما در جو زمین نیتروژن را از هوای جوی یونیزه میکند.
این تیم شبیه سازی های متعددی را انجام داد و سپس هواپیمای با طول بال پنج متری و وزن 2.45 کیلوگرم را با موفقیت طراحی کرد. برای تولید میدان الکتریکی، مجموعهای از الکترودها در زیر بالهای هواپیما چسبانده شدند. این سیمها شامل سیمهای فولادی ضد زنگ با بار مثبت در مقابل یک تکه فوم با بار منفی که با آلومینیوم پوشانده شده بود. این الکترودهای پر بار را می توان برای ایمنی با کنترل از راه دور خاموش کرد.
این هواپیما با پرتاب بانجی در داخل یک سالن بدنسازی آزمایش شد. پس از چندین تلاش ناموفق، این هواپیما می تواند خود را به سمت هوابرد حرکت دهد. طی 10 پرواز آزمایشی، هواپیما توانست تا ارتفاع 60 متر منهای هر وزن یک خلبان انسان پرواز کند. نویسندگان به دنبال افزایش کارایی طراحی خود و تولید باد یونی بیشتر در عین استفاده از ولتاژ کمتر هستند. موفقیت چنین طراحی باید با افزایش فناوری آزمایش شود و این ممکن است یک کار دشوار باشد. بزرگترین چالش این است که اگر اندازه و وزن هواپیما افزایش یابد و فضای بزرگتری نسبت به بالهای آن بپوشاند، هواپیما برای شناور ماندن به نیروی رانش بالاتر و قویتری نیاز دارد. فن آوری های مختلف را می توان به عنوان مثال ساخت باتری ها کارآمدتر یا شاید استفاده از پنل های خورشیدی به عنوان مثال یافتن راه های جدید برای تولید یون مورد بررسی قرار داد. این هواپیما از طراحی معمولی برای هواپیماها استفاده می کند، اما ممکن است بتوان طرح دیگری را امتحان کرد که در آن الکترودها می توانند جهت یونیزه شدن را شکل دهند یا هر طرح جدید دیگری را می توان مفهوم سازی کرد.
فناوری شرح داده شده در مطالعه حاضر میتواند برای پهپادهای بیصدا یا هواپیماهای ساده ایدهآل باشد، زیرا پهپادهای فعلی منبع بزرگی از آلودگی صوتی هستند. در این فناوری جدید، جریان بیصدا، نیروی رانش زیادی در سیستم پیشرانش ایجاد میکند که میتواند هواپیما را در یک پرواز پایدار به حرکت درآورد. این بینظیر است! چنین هواپیمایی برای پرواز به سوختهای فسیلی نیاز ندارد و بنابراین هیچ گونه انتشار آلاینده مستقیمی نخواهد داشت. همچنین، در مقایسه با ماشینهای پرندهای که از پروانه و غیره استفاده میکنند، بیصدا است. این کشف جدید در مجله Nature منتشر شده است.
***
منبع (ها)
ژو اچ و همکاران. 2018. پرواز یک هواپیما با نیروی محرکه حالت جامد. نیچر. 563(7732). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9
***
نظرات بسته شده است.