近日，一名國外航空航天工程師史蒂文·巴雷特帶領他的團隊成功測試飛行了第一架由離子風推進器驅動的飛機。人們最好奇的莫過於其動力來源？在巴雷特的臨時實驗室與麻省理工學院室內實驗室裡揭開了其神祕的面紗，證實其原理：通過多個分佈跑道上的慢跑粒子產生和發射電荷為發動機提供動力，其原理其實就是作用與反作用力——航空動力引擎的基本原理。

試飛畫面（圖：MIT）

靈感來自科幻電影

據巴雷特所說。使用這一原理驅動飛機長期以來一直是一個牽強附會的想法或者說更像是存在於科幻小說之中，但他還是想嘗試一下。“在茫茫宇宙中，駕駛著一輛靜音滑翔機，悄無聲息的滑過該是一件多麼令人愜意的事情啊！”同樣。他說:“我們為什麼不試著去研製這麼一架靜音飛機呢？”

經過深度研究，並考慮到離子風推進技術可能符合這一要求。他花了八年時間潛心研究這項技術，並決定嘗試著去製造一架仿真微型飛機，即便這架飛機的外型看起來有點難看，他曾說過:“這是一種難看骯髒的黃色”，並補充道:“黑色塗料裡通常含有碳粉子，它是一種導電體。”還潛存著一種迭代危險，可能會炸機！

巴雷特

但大家這款最新原型的飛機有著較高的期待，他冷靜的將其命名為第二代，他說:“在我們開始試飛之前，我認為它只是一次馬馬虎虎的實驗，而且我在麻省理工學院學院共同研究的同事們也認為這樣做只體現了它有效率的百分之一。”

從無到有困難重重

跟之前的機型倒地研究對比不同的是，這款第二代版本以大約每小時11英里，相當於每小時17公里的速度可以在空中航行大約200英尺。由於沒有可見的排氣裝置，沒有噪聲較大的噴射器和旋轉的螺旋槳，初看外觀，根本找不到活動部件，這架飛機盤旋在空中飛翔，好像是空靈來源的一樣，巴雷特激動的說:“這個結果非常令人興奮，不過遺憾的是它最終撞到了牆上，這是我們預計之外的。”

概念圖（圖：MIT）

雖然這次存在一些意外，但是第二代仍需要繼續研究。巴雷特和他的同事們在自然週三文獻上發表了他們的研究成果，來自佐治亞理工學院的航空航天工程師米切爾沃克說:“這次飛行雖然失敗了。但是它仍然可以稱為人類嘗試製造的一項壯舉。

問題關鍵在於如何實現推進，原理詳情

巴雷特向人們展示了一些十分獨特的東西。“儘管離子推進器不是一種特別新的技術，而且與火箭或噴氣機的功效相差很遠，但是它們已經非常有效地幫助推進航天器的革新，並且通常可以實現將航天器輕推到軌道上。諸如深空探測器對小行星帶的任務也是由離子推進器協助完成的，在亞空間環境下，離子推進器必須攜帶一個氣體供應，進而被電離併發射成相對的動力去實現推動。然而。沃克說:“當涉及到穿過地球厚厚的大氣層時，我們都能看到。離子推進器自身的散發速度弱於推動飛機，遺憾的是沒人知道該如何前進。”

概念圖（圖：MIT）

本著對科學不放棄的理念，巴雷特和他的團隊圍繞第二代的後續工作提出了三個主要方面:首先是改善離子風推進器的設計，第二代的推進器包括兩排長長的金屬股線，懸掛在其天藍色翅膀的下面。可輕鬆實現前排導電越4000伏的高電壓，相當於輸送到普通房屋的電壓的166倍，並且擁有足夠的能量將大量的帶電離子從懸浮在空氣中的氮原子裡剝離出來。

當這種情況發生時。氮原子會變成帶正電的離子，大家都知道，後排的金屬絲帶有負電荷，所以在這個過程中。離子就像磁化的球體一樣對它起著作用。巴雷特指出:“飛行過程中。這些離子與中性空氣分子之間存在著數百萬次碰撞，碰撞產生的能量將空氣分子推向飛機的後部，產生一股風，進而將飛機快速向前推，使其飛翔速度穩步提升。”

離子推進原理

巴雷特和他的團隊提出的另一項創新就是設計出一款輕巧但功能強大的電氣系統，可以有效的將輕型電池的功率轉換為推進器產生的足夠電壓。離子推進器需要20000或30000伏高電壓才能正常工作。這是離子推進器研製過程中的最大挑戰，因為要在飛機上實現高壓是很難的一件事！很難想象在飛機上承載4000伏的超高電壓的情景，這項技術幾乎沒人敢嘗試，但是巴雷特和他的團隊以一種巧妙的方法通過有效轉換而實現了這個很多人想都不敢想的歷史性難題。”

最後，巴雷特將飛機上的每個設計元素都使用計算機模型表現出來，從推進器、電氣系統設計到穿過飛機的電線，小到電源轉換器、電池、電池蓋和機身等等，一切都經過不斷探索優化。巴雷特說:“伴隨著每次失敗的模擬，我們不得不進行一遍又一遍的提升改進。值得慶幸的是終於贏得了代表成功的第二代戰機。”

或許並不能大規模推廣

突破傳統的理論述說，實踐證明離子推進器同樣可以在地球上使用，來自密歇根大學航空航天工程師Alec Gallimore說:“我沒有參加這項工作的各個研究，但是，這類用途的實現都是有限的，並不能大規模推廣。螺旋槳和噴氣式飛機仍然比巴雷特提出的離子風推進器更有實用意義，這就說明載人客機在短期內不會被很快切換，但是這項推進器技術有一個關鍵的優勢，那就是可實現無聲靜音工作。可將其安裝在用於建造檢查或類似的無人機上使用，會是這些離子推進器的最好的價值體現。”

巴雷特也說到，無人機用於交付、拍攝亦或是環境監測時，配備上這款離子推進器技術，還是比較樂觀的。從現在，暢想下十年或者20年後，我們隨處都能見到無人機的身影，如果連這些基本的生活輔助設施都像載人飛機那樣擁有極高的噪音。會嚴重降低人們的生活質量的。離子推進器技術的應用，就可以很好的規避這些難以忍受的聲音，讓我們盡享美好生活。”