“離子風(fēng)”無人機(jī)帶來了什么

在入門級(jí)科幻《三體》中，曾描繪過這樣一個(gè)場景：人們生活在一千多米深的地下，城市建筑物在樹狀枝干上錯(cuò)落排開，出行方式則是通過一個(gè)傘狀的背包式裝置，憑借兩個(gè)同軸螺旋槳的無聲轉(zhuǎn)動(dòng)懸浮在空中。無數(shù)的“竹蜻蜓”在城市中穿行，滿滿的科幻感讓剛從185年的冬眠中蘇醒的“土包子”主人公淚流滿面……

面對這樣淳樸的主人公，真的很想像馬景濤一樣抓著他的肩膀使勁兒搖：8012了，放棄螺旋槳和渦輪吧，離子風(fēng)無人機(jī)了解一下嗎？我說的正是前不久麻省理工學(xué)院剛剛研發(fā)成功的、全球首架以增壓空氣提供動(dòng)力的飛機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)的神奇之處在于，它不是依靠引擎、螺旋槳等傳統(tǒng)推進(jìn)裝置產(chǎn)生飛行動(dòng)力，而是通過“離子風(fēng)”（ionic wind）為飛機(jī)提供升力，妥妥的《星際迷航》既視感。

“離子風(fēng)”無人機(jī)如何工作

“離子風(fēng)”，簡單來說就是讓空氣在流動(dòng)時(shí)帶有被電離了的分子，這其實(shí)是一個(gè)早就被應(yīng)用廣泛的技術(shù)。比如離子吹風(fēng)機(jī)、離子風(fēng)凈化器、離子風(fēng)散熱等，但是，用離子風(fēng)取代燃料來直接驅(qū)動(dòng)飛機(jī)，還真是“歷史性”事件。

麻省理工學(xué)院的研究人員，將輕型電線組成的平行電極放置在飛機(jī)前方。機(jī)翼后緣裝有較厚的電線作為負(fù)極，機(jī)身裝載一組鋰聚合物電池。在飛行時(shí)，該電極可以產(chǎn)生高達(dá)正電極2萬伏特的電壓，用來增壓飛機(jī)周邊的空氣，并從空氣分子中剝離帶負(fù)電荷的離子。當(dāng)離子由正電荷向飛機(jī)后方的2萬伏特負(fù)電荷移動(dòng)時(shí)，離子與其他空氣分子發(fā)生數(shù)百萬次的碰撞，從而產(chǎn)生“離子風(fēng)”（ionicwind）來驅(qū)動(dòng)飛機(jī)。

此前，“離子風(fēng)”只能讓小物體在空中短暫懸浮，但麻省理工這架“離子風(fēng)”無人機(jī)則重達(dá)2.45公斤，翼展長5米，能夠以每秒4.8米的速度飛行55米。換句話說，以前的“離子風(fēng)”只能小打小鬧，而新技術(shù)可以用更強(qiáng)勁的離子流讓輕型無人機(jī)擺脫地心引力，持續(xù)穩(wěn)定飛行。

“離子風(fēng)”的吹散與重建

翻開外網(wǎng)，對于這一新技術(shù)都是鋪天蓋地地夸，很多科學(xué)家紛紛送出拇指鮮花，各大航空公司也都高度重視。那么，“離子風(fēng)”無人機(jī)的成功研制，究竟有哪些意義呢？論文的通訊作者、麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)院副教授史蒂文·巴雷特認(rèn)為，這為開發(fā)出更安靜、機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單且沒有燃燒排放的飛機(jī)提供了可能性，最終將改變航空業(yè)的面貌。所以到底是改變了什么面貌？

簡單來說，“離子風(fēng)”無人機(jī)會(huì)帶來兩方面的重大改變：一是去燃油化。燃油成本一直是航空公司最大的成本項(xiàng)，航空燃油價(jià)格的持續(xù)飆升，成本最終還是以燃油附加費(fèi)等形式攤銷在乘客身上。而離子風(fēng)推進(jìn)技術(shù)如果與傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)相結(jié)合，就可以制造出高燃油效率的混合型客機(jī)。也就是說，離子技術(shù)的應(yīng)用，不僅讓航空公司對燃油的依賴大大降低，票價(jià)也會(huì)隨之下降，而且可以大幅度減少燃油飛機(jī)的碳排放，飛行全程也十分安靜，沒有一絲噪音，由此帶來商業(yè)與環(huán)境的雙重利好。

二是造新門檻。眾所周知，作為飛機(jī)的心臟，動(dòng)力引擎直接影響著飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)門檻很高，因此也長期處于技術(shù)壟斷狀態(tài)。目前，只有美國、俄羅斯、英國、法國等少數(shù)幾個(gè)國家能夠獨(dú)立研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)。在技術(shù)孤立思潮的大環(huán)境下，離子風(fēng)這樣的新技術(shù)顯然能打破壟斷的僵局，為嚴(yán)絲合縫的航空產(chǎn)業(yè)撬開新的可能性。新晉國家對離子風(fēng)技術(shù)的重視和押注，就有機(jī)會(huì)在核心領(lǐng)域彎道超車，更重要的是將安全性和話語權(quán)掌握在自己手中。

離子風(fēng)與中國的故事

既然“離子風(fēng)”技術(shù)如此重要，那中國有什么相關(guān)儲(chǔ)備嗎？其實(shí)早在2012年，中國首臺(tái)離子發(fā)動(dòng)機(jī)就已經(jīng)被裝載在“實(shí)踐九號(hào)”衛(wèi)星上進(jìn)行在軌飛行試驗(yàn)了。不過航空與地面的離子風(fēng)的應(yīng)用區(qū)別是，在太空無重力環(huán)境下，離子推進(jìn)器不需要給很大的推力，就可以讓飛船的速度持續(xù)增加。而在地球上，“離子風(fēng)”在短時(shí)間內(nèi)還不能滿足小型客機(jī)的飛行推力。

當(dāng)然，現(xiàn)在討論離子風(fēng)飛機(jī)、飛船之類的話題，都太過遙遠(yuǎn)了。麻省理工設(shè)計(jì)的離子風(fēng)推進(jìn)系統(tǒng)的總體輸出效率僅為2.5%，遠(yuǎn)低于常規(guī)飛機(jī)。不過與載人飛行器相比，固定式推進(jìn)系統(tǒng)更易于小型化，也是更適合“離子風(fēng)”技術(shù)的場景。比如取代旋翼來驅(qū)動(dòng)小型無人機(jī)，甚至是非常小的飛行器，加上靜音、蓄能之類的優(yōu)勢，背后隱藏著很多我們無法想象的用途。隨手舉幾個(gè)例子，離子風(fēng)無人機(jī)可以安靜飛行，也沒有螺旋翼等危險(xiǎn)系數(shù)高的裝置，可能會(huì)讓城市無人機(jī)解禁;又或者是借助其無限期懸停在高空的優(yōu)勢，進(jìn)行城市環(huán)境監(jiān)測和輔助無人駕駛。

不過，想從實(shí)驗(yàn)室走到市場，中間還要經(jīng)歷九九八十一劫，每一步都不能出錯(cuò)。在這方面，中國最直觀的優(yōu)勢是，技術(shù)的底層位面與智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)端都已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，并充滿了饑餓感。