تم تصميم الطائرة بحيث لا تعتمد على الوقود الأحفوري أو البطارية لأنها لن تحتوي على أي جزء متحرك
منذ اكتشاف طائرة منذ أكثر من 100 عام ، كل طيران آلة أو طائرة في السماء تستخدم الذباب أجزاء متحركة مثل المراوح والمحرك النفاث وشفرات التوربينات والمراوح وما إلى ذلك والتي تحصل على الطاقة إما من احتراق الوقود الأحفوري أو باستخدام البطارية التي يمكن أن تنتج تأثيرًا مشابهًا.
بعد ما يقرب من عقد من البحث، تمكن علماء الطيران في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) من بناء وتحليق لأول مرة طائرة لا تحتوي على أجزاء متحركة. تعتمد طريقة الدفع المستخدمة في هذه الطائرة على مبدأ الدفع الديناميكي الهوائي وتسمى "الرياح الأيونية" أو الدفع الأيوني. لذلك، بدلاً من المراوح أو التوربينات أو المحركات النفاثة المستخدمة في الطائرات التقليدية، يتم تشغيل هذه الآلة الفريدة والخفيفة بواسطة "الرياح الأيونية". يمكن إنتاج "الرياح" عن طريق تمرير تيار كهربائي قوي بين قطب كهربائي رفيع وسميك (يعمل ببطاريات أيونات الليثيوم) مما يؤدي إلى تأين الغاز وبالتالي إنتاج جسيمات مشحونة سريعة الحركة تسمى الأيونات. تصطدم الرياح الأيونية أو تدفق الأيونات بجزيئات الهواء وتدفعها إلى الخلف، مما يمنح الطائرة قوة الدفع للمضي قدمًا. يعتمد اتجاه الريح على ترتيب الأقطاب الكهربائية.
تكنولوجيا الدفع الأيوني مستخدمة بالفعل من قبل وكالة ناسا في الفضاء الخارجي للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. في هذا السيناريو، نظرًا لأن الفضاء فراغ، فلا يوجد احتكاك، وبالتالي من السهل جدًا قيادة المركبة الفضائية للمضي قدمًا وتتزايد سرعتها أيضًا تدريجيًا. ولكن في حالة الطائرات على الأرض فمن المفهوم أن لدينا الكوكب الغلاف الجوي كثيف للغاية بحيث لا تتمكن الأيونات من قيادة الطائرة فوق الأرض. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تجربة تقنية الأيونات لتحليق الطائرات على متن طائراتنا كوكب. لقد كان الأمر صعبًا. أولاً، لأن هناك حاجة إلى قوة دفع كافية للحفاظ على طيران الآلة، وثانيًا، سيتعين على الطائرة التغلب على مقاومة الهواء. يتم إرسال الهواء إلى الخلف مما يدفع الطائرة إلى الأمام. والفرق الحاسم بين استخدام نفس تقنية الأيونات في الفضاء هو أن الغاز يجب أن تحمله المركبة الفضائية التي سوف تتأين لأن الفضاء فراغ بينما تقوم الطائرة الموجودة في الغلاف الجوي للأرض بتأيين النيتروجين من الهواء الجوي.
أجرى الفريق عدة عمليات محاكاة ثم نجح في تصميم طائرة يبلغ طول جناحها خمسة أمتار ووزنها 2.45 كجم. لتوليد المجال الكهربائي ، تم وضع مجموعة من الأقطاب الكهربائية تحت أجنحة الطائرة. وهي تتألف من أسلاك فولاذية مقاومة للصدأ مشحونة إيجابياً أمام شريحة سالبة الشحنة من الرغوة مغطاة بالألمنيوم. يمكن إيقاف تشغيل هذه الأقطاب الكهربائية عالية الشحن عن طريق التحكم عن بعد من أجل السلامة.
تم اختبار الطائرة داخل صالة للألعاب الرياضية من خلال إطلاقها باستخدام بنجي. بعد العديد من المحاولات الفاشلة ، يمكن لهذه الطائرة أن تدفع نفسها لتظل في الجو. خلال 10 رحلات تجريبية ، تمكنت الطائرة من الطيران حتى ارتفاع 60 مترًا مطروحًا منه أي وزن لطيار بشري. يتطلع المؤلفون إلى زيادة كفاءة تصميمهم وإنتاج المزيد من الرياح الأيونية مع استخدام جهد أقل. يجب اختبار نجاح مثل هذا التصميم من خلال توسيع نطاق التكنولوجيا وقد يكون ذلك مهمة شاقة. سيكون التحدي الأكبر هو أنه إذا زاد حجم ووزن الطائرة وغطت مساحة أكبر من جناحيها ، فستتطلب الطائرة دفعًا أعلى وأقوى للبقاء واقفة على قدميها. يمكن استكشاف تقنيات مختلفة مثل جعل البطاريات أكثر كفاءة أو ربما استخدام الألواح الشمسية ، أي إيجاد طرق جديدة لتوليد الأيونات. تستخدم هذه الطائرة التصميم التقليدي للطائرات ، ولكن قد يكون من الممكن تجربة تصميم آخر يمكن أن تشكل فيه الأقطاب الكهربائية اتجاه التأين أو يمكن تصور أي تصميم جديد آخر.
قد تكون التكنولوجيا الموصوفة في الدراسة الحالية مثالية للطائرات بدون طيار الصامتة أو الطائرات البسيطة لأن الطائرات بدون طيار المستخدمة حاليًا هي مصدر كبير للتلوث الضوضائي. في هذه التقنية الجديدة ، يولد التدفق الصامت قوة دفع كبيرة في نظام الدفع والتي يمكن أن تدفع الطائرة في رحلة مستمرة بشكل جيد. هذا فريد! مثل هذه الطائرة لن تتطلب وقودًا أحفوريًا للطيران ، وبالتالي لن يكون لها أي انبعاثات ملوثة مباشرة. أيضًا ، عند مقارنتها بآلات الطيران التي تستخدم المراوح وما إلى ذلك ، فهذا صامت. تم نشر الاكتشاف الجديد في الطبيعة.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
Xu H et al. 2018. رحلة طائرة بدفع الحالة الصلبة. طبيعة سجية. 563 (7732). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9
***
