В воздух поднялся первый беспилотник без подвижных частей в двигателе

Дрон практически бесшумен и не использует химического топлива.

Иллюстрация MIT Electric Aircraft Initiative.

Практически бесшумный дрон, который не имеет винтов и не нуждается в топливе – уже не фантастика. Первое такое устройство испытано американскими инженерами.

О достижении сообщает научная статья, опубликованная в журнале Nature группой во главе со Стивеном Барреттом (Steven Barrett) из Массачусетского технологического института.

"Это первый в истории устойчивый полёт самолёта без движущихся частей в двигательной системе", – заявляет Барретт.

Новинка открывает новые неисследованные возможности для создания самолётов, которые тише и механически проще традиционных аналогов, а также не выделяют выбросов в атмосферу, добавляет инженер.

 

Аппарат приводится в движение так называемым ионным ветром. Поясним. Если создать достаточно мощное электрическое поле между тонким положительно заряженным электродом и более толстым отрицательно заряженным электродом, часть нейтральных атомов воздуха превратится в ионы. Положительно заряженные ионы устремятся к одному полюсу, а электроны и отрицательно заряженные ионы – к другому. Поток этих частиц, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизирует их и увлекает за собой. В результате порождается реактивная струя, способная привести в движение небольшое устройство.

Ионные двигатели (несколько иной конструкции) давно используются на космических зондах. Однако таким аппаратам приходится брать с собой в межпланетный вакуум запас вещества, которое будет ионизироваться. Дрон же может использовать окружающий воздух и, таким образом, может работать, не имея топливных баков.

Впрочем, этот же воздух создаёт силу сопротивления, которую придётся преодолевать. Кроме того, космический зонд в невесомости может обойтись и очень незначительной тягой. А вот самолёт должен двигаться достаточно быстро: иначе крылья не создадут нужной подъёмной силы, и аппарат упадёт.

Долгое время считалось, что двигатель на ионном ветре никогда не сможет достичь нужной тяги в атмосфере Земли. В результате подобные устройства считались своего рода игрушками. Они ненадолго зависали над столами любителей физики, и этим дело и ограничивалось.

Барретта исследование ионного ветра интересовало едва ли не с детства, когда он впервые посмотрел сериал "Звёздный путь".

"Это [впечатление] заставило меня думать, что в долгосрочной перспективе на самолётах не должно было остаться пропеллеров и турбин, – признаётся Барретт. – Они должны быть больше похожими на космические корабли из "Звёздного пути", которые создают только синее свечение и тихо скользят".

После долгих поисков нужной идеи инженер остановился на принципе передвижения при помощи ионного ветра, затем начался период расчётов, а позже и испытаний.

Нынешнее детище Барретта и его команды представляет собой самолёт с пятиметровым размахом крыльев, но массой менее 2,5 килограмма. Такая конструкция могла бы летать и как планер, но она снабжена двигателем.

В качестве последнего выступает сеть тонких положительно заряженных проводов у переднего края крыла и толстых отрицательно заряженных у заднего края. Смонтированный в фюзеляже набор литиево-полимерных батарей создаёт между ними напряжение в 40 тысяч вольт. В результате аппарат приходит в движение и перемещается совершенно бесшумно.

 

Беспилотник был испытан в самом большом помещении, которое члены команды смогли найти: спортзале длиной 60 метров. Десятикратные испытания показали, что устройство легко преодолевает это расстояние.

"Это был самый простой возможный самолёт, который мы могли бы спроектировать, чтобы доказать, что ионный самолёт может летать", – объясняет Барретт.

Впрочем, новичок ещё очень далёк от самолёта, который мог бы выполнять полезные функции. Всё-таки такая машина должна летать дольше и вне помещений, а также иметь возможность перевозить хоть какую-то начинку, не говоря уже о возможных грузах.

Сейчас авторы работают над усовершенствованием ионного двигателя. В частности, они планируют увеличить плотность тяги (отношение силы тяги к площади сечения реактивной струи).

Как надеются исследователи, в будущем подобные двигатели смогут поднять в воздух бесшумные и экологичные дроны, решающие самые разные задачи

Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о беспилотнике, который использует разницу в скорости ветра на разной высоте, дроне, представляющем собой "летающую батарейку", и миниатюрном летательном аппарате, питающемся от луча лазера.