11月21日,，麻省理工（MIT）團(tuán)隊(duì)打造的世界首駕“離子推進(jìn)”飛機(jī)在學(xué)校的體育館內(nèi)完成了第一次飛行,。

這是繼萊特兄弟115年后，又一次偉大的“首飛”,。

這架飛機(jī)翼展5米,，重2.45公斤，以平均高度0.47米持續(xù)飛行了60米,。

試驗(yàn)中,，MIT工程師將飛機(jī)安裝在彈射器上，首先在不使用離子引擎的情況下彈射,，飛機(jī)飛行了10米：

打開(kāi)離子引擎以后,，飛行距離達(dá)到了60米。

時(shí)間回溯到1903年12月17日上午10點(diǎn)30分,，美國(guó)北卡羅萊納州小鷹鎮(zhèn)海灘刮著秒速10~12米的寒風(fēng),。

弟弟奧維爾 · 萊特爬上“飛行者一號(hào)”，哥哥擔(dān)心會(huì)傾斜,，還扶著機(jī)翼助跑了一陣,。最終人類第一架飛機(jī)頂著強(qiáng)風(fēng)滑行13米，脫離了臺(tái)車,，飛向空中,。

這個(gè)過(guò)程持續(xù)了12秒，飛行36米后安全著陸,。

（人類航空史上最有紀(jì)念價(jià)值的照片，卻是一名海岸警衛(wèi)隊(duì)隊(duì)員拍攝的）

這無(wú)疑是20世紀(jì)最偉大的12秒,，從草圖到第一架飛機(jī)出世,，萊特兄弟用了4年。但最終讓人們相信可以靠機(jī)器飛上天空,，卻花了整整6年...

這一次,，我們不用等6年。

次日MIT就在《自然》雜志發(fā)表了研究論文,，并公布了12秒的試飛視頻,，證明了研究的真實(shí)性。

據(jù)論文數(shù)據(jù)顯示：在當(dāng)天的10次試驗(yàn)中,，飛機(jī)每次都能穩(wěn)定飛行,，滯空時(shí)間在8至9秒之間。

雖然這架飛機(jī)看上去有些簡(jiǎn)陋,，但它卻是人類發(fā)明的第一架不配備任何旋轉(zhuǎn)部件,，沒(méi)有螺旋槳,，不用渦輪機(jī)，全靠離子引擎推進(jìn)的飛機(jī),。

這不是科幻片里的構(gòu)想嗎,？

其實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的原理并不復(fù)雜,。

普通飛機(jī)的引擎就像一個(gè)大號(hào)的吹風(fēng)機(jī),，通過(guò)扇葉旋轉(zhuǎn)不斷把空氣吹向后方，為機(jī)翼提供升力,。

而離子引擎也是往后面吹風(fēng),，但它沒(méi)有風(fēng)扇，是靠強(qiáng)大的電場(chǎng)制造出“離子風(fēng)”,。制造過(guò)程大致分為兩步：

第一步,，“瓦解”：

在離子推進(jìn)飛機(jī)上，機(jī)翼的前端裝了正電極,，通40000伏的高壓電后,，強(qiáng)大的電場(chǎng)會(huì)讓正電極吸引空氣中的氮?dú)夥肿樱娮颖粡牡獨(dú)夥肿由蟿冸x,，本來(lái)中性的氮?dú)夥肿釉谑ル娮雍?，變成了帶正電的離子。

第二步,，“碰撞”：

這時(shí),，機(jī)翼末端還有個(gè)負(fù)電極，被瓦解后的正電離子被負(fù)電極吸引,，飛行的途中與其他氮?dú)夥肿优鲎?，吸走電子，撞出更多的正離子,。

同時(shí),，所有的正離子都會(huì)與路上的其他空氣分子碰撞，產(chǎn)生推動(dòng)飛機(jī)的推力,。

兩個(gè)過(guò)程同時(shí)作用,，就產(chǎn)生了所謂的“離子風(fēng)”。

舉個(gè)例子：

如果正極拿著一把沖鋒槍向負(fù)極瘋狂掃射,，這時(shí)產(chǎn)生的后坐力就是“離子風(fēng)”的推力,。

這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)早在20世紀(jì)20年代就已經(jīng)被提出，它的另一個(gè)名字是：電動(dòng)力學(xué)推力（EAD）,。

到了20世紀(jì)60年代,，科學(xué)家在多次試驗(yàn)后得出了一個(gè)結(jié)論：該技術(shù)無(wú)法創(chuàng)造維持飛行所需的推力水平，且能量轉(zhuǎn)換率極低，僅1%的電能最終被用于驅(qū)動(dòng),。

但科學(xué)家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的狂熱研究并沒(méi)有終止,。

2009年，麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)教授史蒂文 · 巴雷特（這次離子推進(jìn)飛機(jī)的主要設(shè)計(jì)師）開(kāi)啟了一個(gè)關(guān)于“無(wú)動(dòng)力裝置供飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目,。

（史蒂文 · 巴雷特）

憑借對(duì)“EAD”的蜜汁信念,，還有整個(gè)團(tuán)隊(duì)9年的時(shí)間，最終設(shè)計(jì)出了這個(gè)僅有“一只雞重量”的飛機(jī),，以及機(jī)翼下的兩排八列電線離子引擎,。

據(jù)測(cè)算，這個(gè)引擎最終產(chǎn)生了每千瓦5牛頓的推力,，讓飛機(jī)上升了0.47米,。

不要小看這47厘米，要知道每1厘米的滯空飛行背后,，都是基礎(chǔ)物理學(xué),、空氣動(dòng)力學(xué)、能源科學(xué)以及航空器設(shè)計(jì)等復(fù)雜的多學(xué)科理論在支撐,。

這8秒鐘的飛行最大的科學(xué)意義在于：MIT成功驗(yàn)證了這類飛行器的構(gòu)造,，已具備離子推進(jìn)的可能性。

細(xì)看這個(gè)畫(huà)面,，像極了“飛行者一號(hào)”第一次上天的樣子,。

對(duì)于這次成功試飛，巴雷特還說(shuō)：“我們做的這些改變,，都是物理學(xué)可以允許的東西”,。

所以，除了上天,，或許我們對(duì)未來(lái)的飛機(jī)還可以憧憬更多：沒(méi)有引擎噪音,、能源來(lái)自空氣、完全沒(méi)有污染物排放等等,。

但目前來(lái)看,，這項(xiàng)近百年的強(qiáng)大技術(shù)還有兩個(gè)需要突破的瓶頸：

1、能量轉(zhuǎn)換率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。

這次試驗(yàn)的離子引擎輸入功率600瓦，輸出功率只有15瓦,，54節(jié)鋰電池大約只能供電90秒,。真正的“充電10小時(shí)，飛行1分鐘”,。

但相比60年前,，1%的轉(zhuǎn)換率已經(jīng)提高到了2.5%，還是有了不小的突破。

2,、推力不夠,。

前文說(shuō)過(guò)，這次它只能帶起5斤重的飛機(jī),，頂多就是一個(gè)乘客背包的重量,，也是因此，這項(xiàng)技術(shù)目前只被應(yīng)用在了微重力和無(wú)阻力的太空,。

（NASA的離子推進(jìn)器）

（中國(guó)自主研發(fā)離子電推進(jìn)系統(tǒng)：霍爾電推力器,，目前搭載于實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星。）

但值得慶幸的是,，離子推進(jìn)系統(tǒng)還具備3個(gè)極其誘人的科研潛力：

首先,，當(dāng)飛機(jī)的速度提高時(shí)，能量轉(zhuǎn)換率會(huì)顯著提高,。例如,，當(dāng)飛行速度達(dá)到300米每秒時(shí)，能量轉(zhuǎn)換率可以高達(dá)50%,。

其次,，許多研究表明離子風(fēng)相比空氣，能夠增強(qiáng)機(jī)翼的動(dòng)力,。也就是說(shuō)離子風(fēng)推進(jìn)的飛行器,，機(jī)翼活動(dòng)所消耗的能量會(huì)更小。

（新加坡HES公司的分布式電動(dòng)飛機(jī)）

第三,，該技術(shù)可以促進(jìn)分布式推進(jìn)的發(fā)展,。這是現(xiàn)有飛行技術(shù)中亟待改進(jìn)的一個(gè)方向，巴雷特的構(gòu)想是：

即使離子風(fēng)產(chǎn)生的推力不足以滿足商用飛機(jī)的需求,，它仍可與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一起組合使用,。將電力推進(jìn)系統(tǒng)嵌入飛機(jī)的外層殼體中，為沿著飛機(jī)流動(dòng)的空氣重新注入動(dòng)力,，從而消除氣動(dòng)阻力并提高燃油效率,。

這也目前離子引擎最具商業(yè)潛力的地方，從這個(gè)角度看,，克服離子推進(jìn)技術(shù)瓶頸的時(shí)間,，該不會(huì)超出你我的有生之年。

人類向來(lái)不滿足于行走在二維的地球表面,，而人類真正“插上翅膀”的研究?jī)H僅幾百年：

1502年達(dá)芬奇研究翅膀嘗試制作機(jī)械飛行器,；1903年萊特兄弟第一駕重于空氣的航空器...再到2018年11月21日，MIT工程師用離子風(fēng)推動(dòng)飛機(jī),，不用螺旋槳,，不用渦輪機(jī),，沒(méi)有任何活動(dòng)的部件。

科技的進(jìn)步不斷帶來(lái)驚喜,，我們有理由相信：今天這只堅(jiān)持8秒的小飛“雞”,，日后終能經(jīng)住風(fēng)雨，穿越大洲大洋,。