هواپیما طراحی شده است که به سوخت های فسیلی یا باتری وابسته نیست زیرا هیچ قطعه متحرکی ندارد.
از زمان کشف هواپیما بیش از 100 سال پیش، هر پرواز ماشین یا هواپیما در آسمان پرواز می کند از قطعات متحرک مانند پروانه، موتور جت، تیغه های توربین، فن و غیره استفاده می کند که از احتراق سوخت فسیلی یا با استفاده از باتری که می تواند اثر مشابهی ایجاد کند، انرژی را به دست می آورد.
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 نیروی محرکه یونی در حال حاضر توسط ناسا در فضا برای ماهواره ها و فضاپیماها. در این سناریو از آنجایی که فضا خلاء است، اصطکاک وجود ندارد و بنابراین حرکت فضاپیما به سمت جلو بسیار ساده است و سرعت آن نیز به تدریج افزایش می یابد. اما در مورد هواپیماهای روی زمین می توان فهمید که ما سیاره اتمسفر بسیار متراکم است تا یون‌ها را برای راندن هواپیما در بالای زمین دریافت کند. این اولین باری است که از فناوری یونی برای پرواز هواپیما بر روی ما استفاده می شود سیاره. چالش برانگیز بود. اولاً به این دلیل که فقط نیروی رانش کافی برای حفظ پرواز ماشین مورد نیاز است و ثانیاً هواپیما باید بر کشش ناشی از مقاومت به هوا غلبه کند. هوا به عقب فرستاده می شود و سپس هواپیما را به جلو هل می دهد. تفاوت اساسی با استفاده از فناوری یون یکسان در فضا این است که گازی باید توسط فضاپیما حمل شود که یونیزه می شود زیرا فضا خلاء است در حالی که هواپیما در جو زمین نیتروژن هوای جو را یونیزه می کند.
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 توصیف‌شده در مطالعه کنونی می‌تواند برای هواپیماهای بدون سرنشین بی‌صدا یا هواپیماهای ساده مناسب باشد، زیرا پهپادهایی که در حال حاضر استفاده می‌شوند منبع بزرگی از آلودگی صوتی هستند. در این فناوری جدید، جریان بی‌صدا نیروی رانش زیادی را در سیستم رانش ایجاد می‌کند که می‌تواند هواپیما را روی یک پرواز پایدار به حرکت درآورد. این منحصر به فرد است! چنین هواپیمایی برای پرواز به سوخت های فسیلی نیاز نخواهد داشت و بنابراین هیچ گونه انتشار مستقیم آلاینده ای نخواهد داشت. همچنین، در مقایسه با ماشین‌های پرنده که از ملخ‌ها و غیره استفاده می‌کنند، بی‌صدا است. کشف رمان در منتشر شده است طبیعت.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
خو اچ و همکاران 2018. پرواز یک هواپیما با نیروی محرکه حالت جامد. طبیعت. 563(7732). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9
***
