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作者：北行三
11月21日，麻省理工（MIT）團隊打造的世界首駕「離子推進」飛機在學校的體育館內完成了第一次飛行。
這是繼萊特兄弟115年後，又一次偉大的「首飛」。
這架飛機翼展5米，重2.45公斤，以平均高度0.47米持續飛行了60米。
試驗中，MIT工程師將飛機安裝在彈射器上，首先在不使用離子引擎的情況下彈射，飛機飛行了10米：
打開離子引擎以後，飛行距離達到了60米。
時間回溯到1903年12月17日上午10點30分，美國北卡羅萊納州小鷹鎮海灘刮著秒速10~12米的寒風。
弟弟奧維爾 · 萊特爬上「飛行者一號」，哥哥擔心會傾斜，還扶著機翼助跑了一陣。最終人類第一架飛機頂著強風滑行13米，脫離了臺車，飛向空中。
這個過程持續了12秒，飛行36米後安全著陸。
（人類航空史上最有紀念價值的照片，卻是一名海岸警衛隊隊員拍攝的）
這無疑是20世紀最偉大的12秒，從草圖到第一架飛機出世，萊特兄弟用了4年。但最終讓人們相信可以靠機器飛上天空，卻花了整整6年...
這一次，我們不用等6年。
次日MIT就在《自然》雜誌發表了研究論文，並公布了12秒的試飛視頻，證明了研究的真實性。
據論文數據顯示：在當天的10次試驗中，飛機每次都能穩定飛行，滯空時間在8至9秒之間。
雖然這架飛機看上去有些簡陋，但它卻是人類發明的第一架不配備任何旋轉部件，沒有螺旋槳，不用渦輪機，全靠離子引擎推進的飛機。
這不是科幻片裡的構想嗎？
其實，這項技術的原理並不複雜。
普通飛機的引擎就像一個大號的吹風機，通過扇葉旋轉不斷把空氣吹向後方，為機翼提供升力。
而離子引擎也是往後面吹風，但它沒有風扇，是靠強大的電場製造出「離子風」。製造過程大致分為兩步：
第一步，「瓦解」：
在離子推進飛機上，機翼的前端裝了正電極，通40000伏的高壓電後，強大的電場會讓正電極吸引空氣中的氮氣分子，電子被從氮氣分子上剝離，本來中性的氮氣分子在失去電子後，變成了帶正電的離子。
第二步，「碰撞」：
這時，機翼末端還有個負電極，被瓦解後的正電離子被負電極吸引，飛行的途中與其他氮氣分子碰撞，吸走電子，撞出更多的正離子。
同時，所有的正離子都會與路上的其他空氣分子碰撞，產生推動飛機的推力。
兩個過程同時作用，就產生了所謂的「離子風」。
舉個例子：
如果正極拿著一把衝鋒鎗向負極瘋狂掃射，這時產生的後坐力就是「離子風」的推力。
這項技術其實早在20世紀20年代就已經被提出，它的另一個名字是：電動力學推力（EAD）。
到了20世紀60年代，科學家在多次試驗後得出了一個結論：該技術無法創造維持飛行所需的推力水平，且能量轉換率極低，僅1%的電能最終被用於驅動。
但科學家對這項技術的狂熱研究並沒有終止。
2009年，麻省理工學院航空航天學教授史蒂文 · 巴雷特（這次離子推進飛機的主要設計師）開啟了一個關於「無動力裝置供飛機推進系統設計」的項目。
（史蒂文 · 巴雷特）
憑藉對「EAD」的蜜汁信念，還有整個團隊9年的時間，最終設計出了這個僅有「一隻雞重量」的飛機，以及機翼下的兩排八列電線離子引擎。
據測算，這個引擎最終產生了每千瓦5牛頓的推力，讓飛機上升了0.47米。
不要小看這47釐米，要知道每1釐米的滯空飛行背後，都是基礎物理學、空氣動力學、能源科學以及航空器設計等複雜的多學科理論在支撐。
這8秒鐘的飛行最大的科學意義在於：MIT成功驗證了這類飛行器的構造，已具備離子推進的可能性。
細看這個畫面，像極了「飛行者一號」第一次上天的樣子。
對於這次成功試飛，巴雷特還說：「我們做的這些改變，都是物理學可以允許的東西」。
所以，除了上天，或許我們對未來的飛機還可以憧憬更多：沒有引擎噪音、能源來自空氣、完全沒有汙染物排放等等。
但目前來看，這項近百年的強大技術還有兩個需要突破的瓶頸：
1、能量轉換率還遠遠不夠。
這次試驗的離子引擎輸入功率600瓦，輸出功率只有15瓦，54節鋰電池大約只能供電90秒。真正的「充電10小時，飛行1分鐘」。
但相比60年前，1%的轉換率已經提高到了2.5%，還是有了不小的突破。
2、推力不夠。
前文說過，這次它只能帶起5斤重的飛機，頂多就是一個乘客背包的重量，也是因此，這項技術目前只被應用在了微重力和無阻力的太空。
（NASA的離子推進器）
（中國自主研發離子電推進系統：霍爾電推力器，目前搭載於實踐十三號衛星。）
但值得慶幸的是，離子推進系統還具備3個極其誘人的科研潛力：
首先，當飛機的速度提高時，能量轉換率會顯著提高。例如，當飛行速度達到300米每秒時，能量轉換率可以高達50%。
其次，許多研究表明離子風相比空氣，能夠增強機翼的動力。也就是說離子風推進的飛行器，機翼活動所消耗的能量會更小。
（新加坡HES公司的分布式電動飛機）
第三，該技術可以促進分布式推進的發展。這是現有飛行技術中亟待改進的一個方向，巴雷特的構想是：
即使離子風產生的推力不足以滿足商用飛機的需求，它仍可與噴氣發動機一起組合使用。將電力推進系統嵌入飛機的外層殼體中，為沿著飛機流動的空氣重新注入動力，從而消除氣動阻力並提高燃油效率。這也目前離子引擎最具商業潛力的地方，從這個角度看，克服離子推進技術瓶頸的時間，該不會超出你我的有生之年。
人類向來不滿足於行走在二維的地球表面，而人類真正「插上翅膀」的研究僅僅幾百年：
1502年達文西研究翅膀嘗試製作機械飛行器；1903年萊特兄弟第一駕重於空氣的航空器...再到2018年11月21日，MIT工程師用離子風推動飛機，不用螺旋槳，不用渦輪機，沒有任何活動的部件。
科技的進步不斷帶來驚喜，我們有理由相信：今天這隻堅持8秒的小飛「雞」，日後終能經住風雨，穿越大洲大洋。
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