Когда-нибудь самолёты будут летать на плазменных струях
Плазменные двигатели могут помочь реактивным самолётам летать, не сжигая ископаемое топливо
Стальной шарик поддерживается в подвешенном состоянии давлением плазменной струи
Когда-нибудь самолёты будут летать на плазменных струях, не сжигая ископаемое топливо – такое будущее обещает новое исследование китайских учёных.
Плазму на основе таких газов, как ксенон, для обеспечения движения используют различные космические корабли – например, так работала межпланетная станция Dawn от НАСА. Однако подобные маневровые двигатели способны генерировать лишь небольшие усилия, поэтому они и работают только в дальнем космосе, где нет сопротивления воздуха.
Теперь исследователи создали прототип двигателя, способного генерировать плазменные струи с тягой, сравнимой с таковой у обычных реактивных двигателей, причём используя только воздух и электричество.
Воздушный насос нагнетает воздух под высоким давлением со скоростью 30 литров в минуту в камеру ионизации устройства, использующего микроволны для превращения этого потока воздуха в струю плазмы, вырывающуюся из кварцевой трубы. Температура этой плазмы может превышать 1000 °C.
“Мы можем поднять килограммовый стальной шарик при помощи всего 400 Вт микроволновой энергии”, – говорит Джау Тан, физик из Уханьского университета в Китае, главный автор нового исследования.
Учёные оценили, что давление струи в их устройстве может достигать 2400 ньютонов на м2, что сравнимо с реактивными двигателями коммерческих самолётов. “Результат меня удивил, – говорит Тан. – Это означает, что если бы мы смогли масштабировать источник микроволн и входной поток сжатого воздуха до размеров реактивного двигателя, мы получили бы ту же тягу, но используя лишь электричество и воздух, без ископаемого топлива”.
По словам исследователей, если плазменные струи можно будет использовать на практике, они смогут уменьшить количество используемого ископаемого топлива и выбросов парниковых газов. Согласно Агентству по охране окружающей среды США, самолёты отвечают за 12% от всех выбросов транспортных средств, и за 3% общего производства парниковых газов в стране. Во всём мире в 2018 году авиация была ответственной за 2,4% от общих выбросов двуокиси углерода.
“Мы в восторге от того, что для этого нужны только электричество и кислород, – сказал Тан. – Нам не нужно ископаемое топливо, чтобы питать реактивный двигатель”.
Схематическая диаграмма прототипа микроволнового воздушно-плазменного двигателя и изображения ярких плазменных струй при различной мощности микроволн. Устройство состоит из источника микроволн, воздушного компрессора, волновода для сжатых микроволн и пламенного запала.
В целом, “Я думаю, что лет через пять можно будет использовать масштабированный плазменный двигатель на беспилотных самолётах или грузовых дронах для перевозки грузов, – говорит Тан. – Чтобы плазменный двигатель можно было использовать на авиалайнере-гиганте, потребуется большой массив мегаваттных источников микроволн, мощные турбинные компрессоры и аккумуляторные ёмкости экстремальных объёмов. Думаю, что их разработка займёт ещё десятилетие”.
Сейчас учёные сконцентрировались на масштабировании мощности системы. Если они смогут создать плазменный двигатель на мегаватты, способный поднимать в воздух реальный самолёт, тогда они “смогут обратить внимание на способы уменьшения его веса и размера”, говорит Тан.
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
