星际迷航的序曲:「离子风」无人机究竟带来了什么?

产品

2018-12-11 12:12

在入门级科幻《三体》中,曾描绘过这样一个场景:人们生活在一千多米深的地下,城市建筑物在树状枝干上错落排开,出行方式则是通过一个伞状的背包式装置,凭借两个同轴螺旋桨的无声转动悬浮在空中。

无数的「竹蜻蜓」在城市中穿行,满满的科幻感让刚从 185 年的冬眠中苏醒的「土包子」主人公泪流满面…
星际迷航的序曲:「离子风」无人机究竟带来了什么?
面对这样淳朴的主人公,真的很想像马景涛一样抓着他的肩膀使劲儿摇:8012 了,放弃螺旋桨和涡轮吧,离子风无人机了解一下吗?我说的正是前不久麻省理工学院刚刚研发成功的、全球首架以增压空气提供动力的飞机。

这项技术的神奇之处在于,它不是依靠引擎、螺旋桨等传统推进装置产生飞行动力,而是通过「离子风」(ionic wind)为飞机提供升力,妥妥的《星际迷航》既视感好吗?

「离子风」无人机是如何工作的?

「离子风」,简单来说就是让空气在流动时带有被电离了的分子,这其实是一个早就被应用广泛的技术。比如离子吹风机、离子风净化器、离子风散热等等,但是,用离子风取代燃料来直接驱动飞机,还真是「历史性」事件。

麻省理工学院的研究人员,将轻型电线组成的平行电极放置在飞机前方。机翼后缘装有较厚的电线作为负极,机身装载一组锂聚合物电池。

在飞行时,该电极可以产生高达正电极 20,000 伏特的电压,用来增压飞机周边的空气,并从空气分子中剥离带负电荷的离子。

星际迷航的序曲:「离子风」无人机究竟带来了什么?
当离子由正电荷向飞机后方的 20,000 伏特负电荷移动时,离子与其他空气分子发生数百万次的碰撞,从而产生「离子风」(ionic wind)来驱动飞机。此前,「离子风」只能让小物体在空中短暂悬浮,但麻省理工这架「离子风」无人机则重达 2.45 公斤,翼展长 5 米,能够以每秒 4.8 米速度飞行 55 米。

换句话说,以前的「离子风」只能小打小闹,而新技术可以用更强劲的离子流让轻型无人机摆脱地心引力,持续稳定飞行。

技术搭台,产业唱戏:「离子风」吹散的和重建的

翻开外网,对于这一新技术都是铺天盖地地夸,很多科学家纷纷送出拇指鲜花,各大航空公司也都高度重视。那么,「离子风」无人机的成功研制,究竟有哪些意义呢?论文的通讯作者、麻省理工学院航空航天学院副教授史蒂文 · 巴雷特认为,这为开发出更安静、机械结构更简单且没有燃烧排放的飞机提供了可能性,最终将改变航空业的面貌。

所以到底是改变了什么面貌啊摔?!别急,到了这里必须给大家整得明明白白的。

简单来说,「离子风」无人机会带来两方面的重大改变:

一是去燃油化。

燃油成本一直是航空公司最大的成本项,航空燃油价格的持续飙升,成本最终还是以燃油附加费等形式摊销在乘客身上。

而离子风推进技术如果与传统推进系统相结合,就可以制造出高燃油效率的混合型客机。

也就是说,离子风技术的应用,不仅让航司对燃油的依赖大大降低,票价也会随之下降,而且可以大幅度减少燃油飞机的碳排放,飞行全程也安静如鸡没有一丝噪音,带来商业与环境的双重利好。

星际迷航的序曲:「离子风」无人机究竟带来了什么?
二是造新门槛。众所周知,作为飞机的心脏,动力引擎直接影响着飞机的性能、可靠性及经济性,技术门槛很高,因此也长期处于技术垄断状态。

目前,只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家能够独立研制高性能航空发动机。

在技术孤立思潮的大环境下,离子风这样的新技术显然能打破垄断的僵局,为严丝合缝的航空产业撬开新的可能性。

新晋国家对离子风技术的重视和押注,就有机会在核心领域弯道超车,更重要的是将安全性和话语权掌握在了自己手中。

离子风与中国的故事

既然「离子风」技术如此重要,那中国有什么相关储备吗?其实早在 2012 年,中国首台离子发动机就已经在被装载在「实践九号」卫星上进行在轨飞行试验了。

不过航空与地面的离子风应用区别是,在太空无重力环境下,离子推进器不需要给很大的推力,就可以让飞船的速度持续增加。而在地球上,「离子风」在短时间内还不能满足小型客机的飞行推力。

星际迷航的序曲:「离子风」无人机究竟带来了什么?
当然,现在讨论离子风飞机、飞船之类的话题,都太过遥远了。麻省理工设计的离子风推进系统的总体输出效率仅为 2.5%,远低于常规飞机。不过与载人飞行器相比,固定式推进系统更易于小型化,也是更适合「离子风」技术的场景。

比如取代旋翼来驱动小型无人机,甚至是非常小的飞行器,加上静音、蓄能之类的优势,背后隐藏着很多我们无法想象的用途。

随手举几个例子,离子风无人机可以安静飞行,也没有螺旋翼等危险系数高的装置,可能会让城市无人机解禁;又或者是借助其无限期悬停在高空的优势,进行城市环境监测和辅助无人驾驶。

不过,想从实验室走到市场,中间还要经历九九八十一劫,每一步都不能出错。在这方面,中国最直观的优势是,技术的底层位面与智能物联网产业端都已经做好了准备,并充满了饥饿感。

本文来自微信公众号脑极体(ID:unity007),作者为藏狐,爱范儿经授权发布,文章为作者观点,不代表爱范儿立场。

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中

写让你脑洞大开且能看懂的人工智能、流媒体、海外科技

本篇来自栏目

解锁订阅模式,获得更多专属优质内容