配备离子推进器的固态推进飞机将在地球上实现
众所周知，离子推进器是航天器执行长期任务的最佳动力技术。但是它们也存在一些缺点，尤其不适合在强大的重力条件下发射航天器。与传统助推火箭相比，它们需要的推进剂最少，而且它们能在更长的时间内推动航天器达到更高的速度。同时，离子推进器还有一个优点，就是安静，它们的安静特性也让一些科学家想知道，离子推进器是否可以在地球上投入到不需要噪音的应用中。
传统的动力飞行往往会产生很大的噪音。直升机的轰鸣、喷气客机的啸叫，甚至是螺旋桨驱动的小型飞机也会发出高分贝的噪音。但是，如果离子发动机可以取代这些声音更大的推进系统，是否能改善一些噪音严重的场景和环境呢？
麻省理工学院的史蒂文·巴雷特认为这个想法是有价值的。巴雷特是麻省理工学院的航空航天教授。他也是麻省理工学院航空与环境实验室的主任，他的研究的目致力于帮助航空实现零环境影响（这包括为飞机、飞行器开发低排放和噪音推进技术）。这就是史蒂文·巴雷特关于离子推进的研究工作的用武之地。
巴雷特对离子推进系统感兴趣很多年了。2018年，巴雷特就和他的同事在《自然》杂志上发表了一篇题为《固态推进飞机的飞行》的文章。固态推进系统没有运动部件，因此非常安静。飞行的动力来自电气动力，在电气动力学中，电流移动离子并提供推动力。巴雷特和他的同事称这种离子流为“离子风”。他们已经用它来推动一架小型试验机进行了稳定的飞行。
当年，史蒂文·巴雷特表示：“这是首个推进系统中没有移动部件的飞机的持续飞行。这可能为更安静、机械更简单、没有燃烧排放的飞机开辟了新的、尚未开发的可能性。”
到目前为止，巴雷特和他的团队已经成功地用一架2.26公斤（5磅）、翼展5米（16.4英尺）的滑翔机演示了这一概念。机翼是用类似水平栅栏的电线串起来的。机身中的锂电池为电线提供电流。电池为机翼前缘和底部的电线提供正电荷，而机翼后缘的电线则充当负极。
这种独特的电池系统为正极电线提供伏特的电力。正电荷从空气分子中带走电子，使其电离。新电离的分子被吸引到机翼后缘的负极上。这种极性会产生离子风，迫使空气环绕机翼，产生升力和推力。当被电离的分子到达负极时，它们与数以百万计的其他空气分子相撞，推动飞机前进。
自2018年发表这篇论文以来，史蒂文·巴雷特一直在进一步发展固态电动空气动力飞机的想法。现在，他在美国宇航局创新先进概念（NIAC）项目工作。在2022年2月7日的一篇文章中，巴雷特解释了这个想法的现状。
上图：这些概念图说明了VTOL EAD推进器后面的一些思考。 在每个图中，箱形部件产生推力。 A和B类似于测试飞行中使用的模型，而另外两个图展示出了其他设计概念。
他表示：“先进空中机动性（AAM）是一个航空生态系统，它设想在城市地区进行小型、电动、垂直起降（VTOL）飞机操作。” 但是，这种情况的问题就是噪音：城市社区不会欢迎扰民的噪音。而离子电动空气动力学（EAD）可以缓解这一问题。
EAD系统没有活动部件，所以它们几乎是静音的。这种沉默有利于几个潜在的任务。无声EAD推进实现的任务包括那些对噪声近乎敏感的城市社区，或在社区反对噪声最严重的夜间执行时间紧迫的交付任务（例如，关键医疗用品）。
离子推进的优点是静音，但也有缺点。它只能产生一个低的初始推力。在太空旅行中，这不是问题。例如，NASA使用强大的常规火箭从地球发射DART任务，因为常规火箭有足够的推力来达到逃逸速度。但一旦DART离开地球，脱离重力，它就使用离子驱动来推进。
史蒂文·巴雷特和他的团队演示了EAD飞机可以持续飞行。但是可以进行垂直起降飞行吗？
巴雷特认为可以。巴雷特在最近表示：“新型的多级管道（MSD） EAD推进器，将多级EAD推进器封闭在一个管道内，用于增加足够的推力，以实现垂直起降操作。在这一努力下，我们将设计一种可以垂直起降、几乎静音的飞机，由MSD推进器提供动力。”
实际上，就算他们能将这种想法变为现实，那么在短期内它也不会搭载乘客。但垂直起降EAD飞机可能会填补其他细分市场。
比如，这种飞机可以在噪音敏感的地区或夜间执行包裹递送任务，基本上，它们会是更安静的无人机。
文章来源：《地球与环境》 网址: http://www.dqyhjzz.cn/zonghexinwen/2022/0307/1941.html