Вполне возможно, что в ближайшем будущем появится новый тип авиационных двигателей, который не производит вредных выхлопов и не создает шума. Исследователи из Массачусетского технологического института начали разрабатывать технологию ионных двигателей для полетов в атмосфере.
На самом деле идея ионных двигателей далеко не нова. NASA их начала использовать для космических аппаратов еще в 60-х годах прошлого столетия. Однако основным камнем преткновения для их применения в атмосфере в условиях земного притяжения являлась большая масса батарей, необходимых для питания ионного двигателя. И так было до последнего времени.
Опубликованное в журнале Nature исследования американских ученых дают надежду на то, что в ближайшем будущем будут созданы беспилотные летательные аппараты, в которых используются бесшумные ионные приводы.
Все авиационные двигатели работают, отталкивая воздух/газ назад, чтобы летательный аппарат мог двигаться вперед. Это относится, как к самолетам с пропеллерами, так и к реактивным двигателям, выбрасывающим горячие газы.
В ионных приводах движение воздуха создается заряженными частицами (ионами), которые возникают между двумя высоковольтными электродами. Ионы взаимодействуют с воздухом, создавая ионный ветер, который толкает летательный аппарат вперед.
Новое исследование показывает, что с некоторыми изменениями в настройке электрической схемы преобразования энергии, можно существенно снизить массу батарей, что в свою очередь позволяет создать источник электроэнергии пригодный для полетов на ионной тяге в условиях земного притяжения.
Для создания необходимой тяги ионного ветра требуется достаточно массивная конструкция, которая утяжеляет летательный аппарат, что крайне нежелательно. Чтобы избежать этого, исследователи разработали облегченную систему электродов. В результате получился самолет с размахом крыльев 5 метров и массой менее 2,5 килограмм.
Разработчики сделали 9 прогонов самолета и в конечном итоге добились 9-секундного полета на расстояние 45 метров со скоростью 5 метров в секунду. Также они выяснили, что для получения необходимой для полета тяги требуется приблизительно 20 секунд. Максимальный по продолжительности полет был достигнут после использования механической катапульты.
Хотя полученные в результате эксперимента максимальные время и расстояние полета могут показаться смехотворными, по сравнению с другими технологиями, исследователи отмечают, что на самом деле их исследования похожи на опыты братьев Райт в 1903 году. Дальнейшие достижения в области материаловедения и силовой электроники, а также оптимизация планера позволят летать быстрее, дольше и дальше. Также возможно использование солнечных батарей для генерации электроэнергии, необходимой для питания ионного привода.
Самыми большими преимуществами ионного двигателя являются почти нулевой уровень шума и полное отсутствие вредных выбросов. Поэтому, скорее всего, технология найдет свое первое применение в бесшумных беспилотных летательных аппаратах. Также следует учесть, что отсутствие движущихся частей должно упростить масштабирование системы ионного привода для небольших самолетов.
