מטוס דגם MIT זבובים מופעל על ידי זוהר כחול של שדות חשמליים ורוחות יוניות

מאז המצאתם לפני יותר ממאה שנה, מטוסים הועברו באוויר על ידי משטחי הסחרור של מדחפים או טורבינות. אבל כשצפיתי בסרטי מדע בדיוני כמו סדרת "מלחמת הכוכבים", "מסע בין כוכבים" וסדרת "בחזרה לעתיד", דמיינתי שמערכות ההנעה של העתיד ישתתקו ודוממות - אולי עם איזושהי זוהר כחול ו"וווש " "רעש, אך ללא חלקים נעים ושום זרם זיהום שופך את הגב.

זה עדיין לא קיים, אבל יש לפחות עיקרון פיזי אחד שיכול להיות מבטיח. לפני כתשע שנים התחלתי לחקור שימוש ברוחות יוניות - זרימות של חלקיקים טעונים באוויר - כאמצעי להפעלת טיסה. על סמך עשרות שנים של מחקר וניסויים של אקדמאים ותחביבים, אנשי מקצוע ותלמידי מדע בתיכון, קבוצת המחקר שלי טסה לאחרונה במטוס שקט כמעט ללא חלקים נעים.

המטוס שקל כחמישה קילוגרמים (2.45 קילוגרם) והיה עם מוטת כנפיים של 15 רגל (5 מטר), ונסע כ- 180 מטר (60 מטר), כך שזה דרך ארוכה מלהעביר מטענים ביעילות או לאנשים למרחקים ארוכים. אבל הוכחנו שאפשר להטיס רכב כבד מהאוויר באמצעות רוחות יוניות. יש לו אפילו זוהר שאפשר לראות בחושך.

בדיקת מחקר שנזרק

התהליך בו משתמש המטוס שלנו, הנקרא באופן רשמי הנעה אלקטרואירודינמית, נחקר כבר בשנות העשרים על ידי מדען אקסצנטרי שחשב שגילה אנטי-כוח משיכה - מה שכמובן לא היה המקרה. בשנות השישים חוקרים מהנדסי התעופה והחלל להשתמש בה להפעלת טיסה, אך הם הגיעו למסקנה כי הדבר לא יתאפשר בהבנה של רוחות יוניות והטכנולוגיה הקיימת באותה העת.

אולם לאחרונה לאחרונה, מספר עצום של חובבים - ותלמידי תיכון שעשו פרויקטים של יריד מדע - בנו מכשירי הנעה אלקטרואירודינמיים קטנים שהציעו שהם יוכלו לעבוד אחרי הכל. עבודתם הייתה מכרעת לימים הראשונים של עבודתי בקבוצה. ביקשנו לשפר את עבודתם, הבולטת ביותר על ידי עריכת סדרה גדולה של ניסויים בכדי ללמוד כיצד לייעל את התכנון של הדחפים האלקטרואירודינמיים.

הזזת האוויר, לא את חלקי המטוס

הפיזיקה העומדת בבסיס ההנעה האלקטרואירודינמית היא יחסית פשוטה כדי להסביר וליישם, אם כי חלק מהפיזיקה הבסיסית מורכבת.

אנו משתמשים בחוט או חוט דק הנטען ל +20, 000 וולט באמצעות ממיר כוח קל, אשר בתורו מקבל את כוחו מסוללת ליתיום-פולימר. החוטים הדקים נקראים פולטים, והם קרובים יותר לחזית המטוס. סביב הפולטים הללו השדה החשמלי הוא כה חזק עד שהאוויר מתמוסס - מולקולות חנקן ניטרליות מאבדות אלקטרון והופכות להיות יוני חנקן טעונים באופן חיובי.

בהמשך המטוס אנו ממקמים דף אוויר - כמו אגף קטן - שהקצה המוליך שלו מוליך חשמלי ונטען ל -20, 000 וולט על ידי אותו ממיר כוח. זה נקרא אספן. האספן מושך אליו את היונים החיוביים. כאשר היונים זורמים מהפולט לאספן, הם מתנגשים במולקולות אוויר לא טעונות, וגורמים למה שמכונה רוח יונית הזורמת בין הפולטים לאספנים, ומניעה את המטוס קדימה.

רוח יונית זו מחליפה את זרימת האוויר שמנוע סילון או מדחף יוצרים.

מתחיל בקטן

הובלתי מחקרים שבדקו כיצד ההנעה מסוג זה עובדת בפועל, ופיתחתי ידע מפורט עד כמה הוא יכול להיות יעיל וחזק.

אני וצוותי עבדנו גם עם מהנדסי חשמל כדי לפתח את האלקטרוניקה הדרושה כדי להמיר את תפוקת הסוללות לעשרות אלפי וולט הדרושים ליצירת רוח יונית. הצוות הצליח לייצר ממיר כוח קל בהרבה מכל מה שהיה זמין בעבר. מכשיר זה היה די קטן בכדי להיות מעשי בתכנון מטוסים, שבסופו של דבר הצלחנו לבנות ולהטיס.

הטיסה הראשונה שלנו היא כמובן דרך ארוכה מאוד מאנשים מעופפים. אנו כבר עובדים על הפיכת הנעה מסוג זה ליעילה יותר ומסוגלת לשאת עומסים גדולים יותר. היישומים המסחריים הראשונים, בהנחה שזה יגיע כל כך רחוק, עשויים להיות ביצירת מל"טים אילמים קבועים, כולל לפלטפורמות ניטור ותקשורת סביבתית.

במבט רחוק יותר לעתיד, אנו מקווים כי ניתן להשתמש בו בכלי טיס גדולים יותר להפחתת רעש ואף לאפשר לעורו החיצוני של המטוס לסייע בייצור דחף, במקום מנועים או להגדיל את כוחם. יתכן גם שניתן יהיה למזער את המכשור האלקטרואירודינמי, מה שמאפשר מגוון חדש של מל"טים. רבים עשויים להאמין שאפשרויות אלה אינן סבירות ואף בלתי אפשריות. אבל זה מה שחשבו מהנדסי שנות השישים על מה שאנחנו כבר עושים היום.

סטיבן בארט, פרופסור לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס