等離子噴氣式飛機——把你送入太空

眾所周知，傳統的噴氣式發動機靠燃料驅動，燃料與壓縮空氣在燃燒室混合之後被點燃，高溫燃氣迅速膨脹，由噴口高速排出，產生強大推力推動飛機向前。

而等離子噴氣式發動機的能量來自電力，通過電力產成的電磁場將氣體（空氣或氬氣）電離，形成等離子體。等離子體是一種高溫且瀰漫著帶電離子的物質狀態，和聚變反應堆或是恆星內部的物質狀態相類似。等離子發動機通過發動機尾部噴射出的陽離子來推動飛機前進，它甚至可以飛到太空的邊緣。

圖|等離子飛機

實際上，在過去二十年內，等離子發動機一直在實驗室中被不斷改進，但其研究應用僅限於衛星的推進器。

直到最近柏林工業大學的Berkant G?ksel和他的團隊啟動了一個把等離子發動機應用到飛機上的項目。他表示，「我們計劃開發一個新的發動機系統，它能夠在30000米的高空工作，這是傳統噴氣式發動機無法做到的。」這甚至可能把乘客帶往大氣層以外的地方。

上述計劃的核心問題在於如何使等離子發動機既能夠推動飛機起飛，又能保證飛機在高空飛行。

等離子發動機通常被設計用在真空或是超高空的低壓環境下工作，同時攜帶有燃氣供給。但是現在G?ksel的團隊已經製造出一台等離子發動機並通過測試證明其能夠在一個大氣壓的環境中工作（Journal of Physics Conference Series, doi.org/b66g）。「我們第一個製造出了速度快又能量強勁的等離子噴氣式飛機，」Berkant G?ksel說，「它們的飛行速度能夠達到每秒20公里。」

這個團隊使用電脈衝來電離氣體。類似的做法曾使用在脈衝發動機上，這與傳統的燃料驅動發動機相比，可大大改善工作性能。

這是第一次有人將脈衝技術應用在等離子推進器上。亞拉巴馬州立大學（在美國漢茨維爾）的Jason Cassibry對此印象深刻，他表示，「這可能拓寬飛機的應用範圍並且降低運行成本」。

但是在真正用來推進一架飛機之前，等離子噴氣式發動機這一技術仍有幾個障礙還未克服。

首先，團隊目前測試的小型推進器長度只有80毫米，一架商用飛機可能需要10000個這樣的推進器才能夠保證飛行，過多的推進器數目使得目前的發動機設計變得過於複雜。因此，G?ksel的團隊把目光投向小型飛機和飛艇（airships），100到1000個等離子推進器足夠推動一架小型飛機，也在團隊的能力範圍之內。

等離子噴氣式發動機最大的局限在於缺乏輕量化的電池。形成和維持等離子體都需要大量電力供應。以色列理工大學的Dan Lev表示：「一組推進器所需要的電力供應量相當於一家小型電力廠，而以今天的電池技術，根本不可能把相當於一家小型電力廠的能量集成在一架飛機上。」輕量化電池的缺乏也減小了把單個推進器做大的可能，雖然可以減少飛機上推進器的數目，但是單個推進器所需要的能量卻增加了。

於是，G?ksel希望能夠通過小型核聚變反應堆為推進器系統供能。其他的可選項是太陽能電池板技術或是激光無線能量傳輸技術。

同時，他也在研製混合動力式飛機，通過等離子發動機和脈衝發動機的協同工作方式以節省燃料。

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