Группе исследователей и инженеров из Массачусетского технологического института удалось сделать то, что достаточно долгое время считалось невозможным — поднять и удержать в воздухе летательный аппарат, который не использует ни одной движущейся детали для создания подъемной силы.
Этот аппарат, весящий всего 2.3 килограмма и имеющий размах крыльев около 5 метров, весьма похож на модель планера, к которой снизу прикреплена необычная конструкция. Эта конструкция является атмосферным ионным двигателем, создающим бесшумный поток ионизированного воздуха, за счет которого летательный аппарат способен пролетать дистанцию в 60 метров. И это ограничение наложено не возможностями ионного двигателя или источника энергии, такую длину имеет помещение спортивного центра, внутри которого производились испытания.
Принцип, который использовали в ионном двигателе специалисты Массачусетского технологического института, называется электроаэродинамикой и он был открыт в 1920-х годах известным летчиком и конструктором Александром Северским (Major Alexander de Seversky). Идея заключается в создании сетки из тонких проводов или полосок фольги, одна из сеток выполняет роль положительного, а вторая — отрицательного электрода. Электрический потенциал на этих электродах отделяет электроны от молекул воздуха, которые начинают перемещаться в сторону отрицательного электрода. Столкновения с другими нейтральными молекулами воздуха порождают поток воздуха, который способен создавать слабую силу тяги, которую, тем не менее, уже можно измерить.
Проблема электроаэродинамики заключается в том, что созданные на ее основе устройства имели до последнего времени большие размеры, которые исключали возможности их практического применения. Из-за этого круг таких устройств был мал и ограничивался, в основном, ионными воздухоочистительными системами.
Прорыв в деле создания атмосферного ионного двигателя стал возможным благодаря работе профессора Стивена Барретта (Steven Barrett), который посвятил этому направлению около 9 лет. Результатом этой работы стал достаточно высокоэффективный ионный двигатель, состоящий из проводников различной толщины, что делает его похожим на какую-то экзотическую радиоантенну. Эти проводники действуют как отдельные электроды, а чередование положительных и отрицательных электродов в особой последовательности и позволило увеличить эффективность двигателя в целом.
Источником энергии ионного двигателя является небольшая литий-полимерная аккумуляторная батарея, расположенная в «фюзеляже» летательного аппарата. А специализированная высоковольтная электронная система, разработанная и созданная специалистами группы Power Electronics Research Group, позволяет получить электрический потенциал в 40 тысяч вольт, который и подается на электроды ионного двигателя.
Как можно убедиться, конструкция атмосферного ионного двигателя весьма примитивна, но этот двигатель позволяет летательному аппарату действительно лететь, а не планировать, постоянно скользя вниз по потокам воздуха.
«Так как атмосферный ионный двигатель работает исключительно на электричестве и не нуждается в топливе, он может быть использован для обеспечения полета стратосферных летательных аппаратов, поднимающихся практически к границе с космосом» — рассказывает профессор Барретт, — «Кроме этого, такой двигатель может стать источником дополнительной тяги для летательных аппаратов, использующих более традиционные технологии».
Исследователи признают, что практические летательные аппараты, использующие подобные ионные двигатели, появятся еще не очень скоро. Тем не менее, эффективность и экологическая чистота такого двигателя заставляют ученых продолжать работы в данном направлении. И в ближайшем будущем исследователи планируют увеличить эффективность при помощи технологий увеличения площади электродов, которые не требуют значительного увеличения размеров и веса двигателя.
