Самолеты на ионной тяге: несбыточная мечта или вопрос времени?

Самолеты на ионной тяге: несбыточная мечта или вопрос времени?

Представьте себе совершенно бесшумные самолеты, не имеющие вредных выбросов, невидимые для инфракрасных детекторов систем ПВО и способные зависать таким образом, каким не могут даже самые современные вертолеты. А теперь представьте, что технология, которая позволяет обрести эти способности уже используется в наших жилых комнатах, в качестве ионизаторов воздуха. Именно рассмотрением этот вопроса сейчас и занимается Массачусетский технологический институт (MIT). Ученые провели исследование и поняли, что ионная тяга и двигатели, которые в настоящее время пользуются большим интересом, однажды позволят нам подняться в небо.

Вообще, термин ионных двигателей чаще всего встречается в сфере космических разработок и космических кораблей. Причем принцип работы двигателей, разработанных в NASA и других космических агентствах, практически одинаков. Но если ионный двигатель предназначен для работы в вакууме космоса, то ионные ускорители скорее могут однажды заменить самолетные двигатели.

Если вы хотите увидеть работу ионного ускорителя, то просто посмотрите на любой электростатический ионизатор и очиститель воздуха. Он использует электростатический заряд для собирания молекул пыли из воздуха и держит их на специальных металлических пластинках. Какое же отношение все это имеет к полетам, спросите вы? Все очень просто. Подставьте руку под решетку сборщика пыли и вы почувствуете легкий ветерок. При учете, что обычно такие сборщики пыли не имеют двигающихся частей, все это выглядит странно, не правда ли? Что же тогда создает такой эффект? Ионный (или электростатический) ветер.

Правильным названием «ионного ветра» является термин электрогидродинамический эффект (ЭГД). И знают о нем еще с 18 века, когда ученые обнаружили, что электричество может создавать малое движение воздуха. Правда, ученые и инженеры смогли дать определение ЭГД только в 60-х годах прошлого века. Одним из пионеров в данных исследованиях был русско-американский летчик и изобретатель Александр Николаевич Прокофьев-Северский, который описал физику и запатентовал базовые принципы этой технологии.

Северский использовал ЭГД для создания, как он его сам называл, «ионолета», который, к слову, до сих пор строят многие студенты и любители данных исследований. Работает он на принципе использования отрицательно заряженного анода для зарядки частиц воздуха. Эти заряженные частицы, или ионы направляются к положительно заряженным катодам. При движении ионов в направлении катода, они сталкиваются с молекулами воздуха и отталкивают их, создавая таким образом ионный ветер.

В рабочей модели такого «ионолета», созданного командой лаборатории MIT, анод из тонкого медного электрода называют «эмиттером». А катод, в роли которого здесь используется алюминиевая трубка, называют «коллектором». Затем их соединяют с помощью очень тонкой рамки, подключают эту конструкцию к внешнему источнику питания, и конструкция взлетает. Что интересно, при изменении напряжения таким «ионолетом» можно даже управлять, развернув его, как разворачивается вертолет. При этом он не создает никакого шума. Он как бы парит.

В 60-х года «ионолет» казался инновацией и революцией в науке. Ходили даже разговоры о том, что принцип его работы можно было бы использовать в маленьких самолетах и в военном деле, ведь такие «ионолеты» не вырабатывали тепла и тем самым их было невозможно обнаружить на радарах. В какое-то время благодаря своей бесшумности «ионолетами» хотели заменить обычные вертолеты и даже построить специальные летающие платформы противоракетной обороны и мониторинга за движением по дорогам.

Проблема заключалась в мощности. Технология отлично работала с маленькими моделями, вроде той, что можно видеть выше на видео, но совсем не подходила для строительства более крупных «ионолетов». Что уж говорить, технология даже не позволяла нести на борту собственный источник питания, не говоря уже о дополнительном оборудовании. И поэтому некоторое время спустя о технологии стали забывать.
Когда же ученые из MIT решили вернуться к этом вопросу, то обнаружили, что на самом деле серьезных исследований ионного ветра и возможности создания двигателей на его основе не проводилось. Поэтому они решили провести эксперимент, при котором на конструкцию «ионолета» подавался бы ток в сотни вольт, которых бы хватило для того чтобы зажечь обычную лампочку.

Результаты оказались удивительными. Команда исследователей обнаружила, что ионная тяга оказалась более эффективной в сравнении, например, с самолетными двигателями. В то время как самолетные (турбореактивные) двигатели создают тягу в 2 H на киловатт мощности, ионный двигатель смог создать 110 Н на киловатт мощности. Более того, выяснилось, что такие двигатели наиболее эффективны для обеспечения малой тяги. Другими словами энергия не расходовалась зря.

Несмотря на это довольно обещающее открытие, не стоит ожидать, что мы сможем увидеть и даже полетать на «ионолетах» в ближайшем будущем. Ведь несмотря на свою эффективность, технология требует невероятно высокого количества потребляемой для питания энергии. Даже для того чтобы поднять в воздух маленький самолет, потребуется мегавольты энергии. Поэтому ученым придется еще решить вопросы о том, как запихнуть в самолет мощность вырабатываемую целой электростанцией.

Тем не менее характеристики и особенности ионного двигателя подводят нас к рассуждению о том, что при увеличении самих двигателей, увеличивается и расстояние между анодом и катодом. Поэтому для запуска с земли «ионолету» потребуется настолько большой двигатель, что практически само летательное средство будет находится внутри этого двигателя. А это означает, что «ионолет» возможно будет очень большим, круглым, с расположенной в центре основной палубой.

Другими словами, кто знает, что однажды мы сможем увидеть настоящие бесшумные летающие тарелки с возможностью вертикального взлета и посадки.