100年以上前の発明以来、飛行機はプロペラまたはタービンの回転面によって空中を移動していました。 しかし、「スターウォーズ」、「スタートレック」、「バックトゥザフューチャー」シリーズなどのSF映画を見ていると、未来の推進システムは静かでありながら、おそらくある種の青い光と「ヒューシュー」で」ノイズ、ただし可動部品はなく、汚染の流れが背中に流れ込むこともありません。
それはまだ存在しませんが、有望な物理的原理が少なくとも1つあります。 約9年前、私はイオン風（空気中の荷電粒子の流れ）を使用して、飛行を促進する手段として調査を開始しました。 私の研究グループは、学者、愛好家、専門家、高校の科学生による数十年にわたる研究と実験に基づいて、最近、可動部品のないほぼ無音の飛行機を飛行させました。
飛行機の重量は約5ポンド（2.45キログラム）で、翼幅は15フィート（5メートル）で、約180フィート（60メートル）移動したため、貨物や人を効率的に長距離で運ぶには遠いです。 しかし、イオン風を使用して、空気より重い車両を飛行させることが可能であることを証明しました。 暗闇の中で見ることができる輝きさえ持っています。
廃棄された研究の再検討
正式に電気空力推進と呼ばれる、私たちの飛行機が使用するプロセスは、反重力を発見したと思った奇抜な科学者によって1920年代までさかのぼって調査されましたが、もちろんそうではありませんでした。 1960年代、航空宇宙技術者はそれを使用して飛行することを検討しましたが、イオン風と当時利用可能な技術を理解することでは不可能だと結論付けました。
しかし、ごく最近では、膨大な数の愛好家やサイエンスフェアプロジェクトを行う高校生が、小型の電気空力推進装置を開発し、結局それが機能することを示唆しています。 彼らの仕事は、私のグループの仕事の初期に極めて重要でした。 特に、空力スラスタの設計を最適化する方法を学習するために一連の実験を実施することで、彼らの仕事を改善しようとしました。
飛行機の部品ではなく、空気を動かす
基礎となる物理学の一部は複雑ですが、電気空力推進の基礎となる物理学は説明と実装が比較的簡単です。
軽量の電力変換器を使用して+20, 000ボルトに充電された細いフィラメントまたはワイヤを使用します。この電力変換器は、リチウムポリマーバッテリーから電力を取得します。 細いフィラメントはエミッターと呼ばれ、飛行機の前面に近くなります。 これらのエミッターの周りの電界は非常に強いため、空気がイオン化されます。中性窒素分子は電子を失い、正に帯電した窒素イオンになります。
さらに飛行機の後ろに、翼を小さな翼のように配置します。翼の先端は導電性で、同じ電力変換器によって-20, 000ボルトに充電されます。 これはコレクターと呼ばれます。 コレクターは、それに向かって陽イオンを引き付けます。 イオンがエミッタからコレクタに流れると、イオンは帯電していない空気分子と衝突し、エミッタとコレクタの間を流れるイオン風と呼ばれるものを引き起こし、平面を前方に推進します。
このイオン風は、ジェットエンジンまたはプロペラが作り出す空気の流れを置き換えます。
小さいから
私は、このタイプの推進が実際にどのように機能するかを調査した研究を主導し、それがどれほど効率的かつ強力であるかの詳細な知識を開発しました。
私のチームと私は、電気技師と協力して、バッテリーの出力をイオン風の生成に必要な数万ボルトに変換するために必要な電子機器を開発しました。 チームは、これまで利用可能なものよりもはるかに軽い電力変換器を製造することができました。 このデバイスは、航空機の設計に実用的であるほど小さく、最終的に構築して飛行することができました。
私たちの最初の飛行は、もちろん、人々を飛ばすのに非常に長い道のりです。 私たちはすでに、このタイプの推進をより効率的にし、より大きな荷物を運ぶことができるように取り組んでいます。 最初の商用アプリケーションは、そこまで到達すると仮定すると、環境監視や通信プラットフォームを含め、サイレント固定翼ドローンを作成することになります。
さらに将来を見ると、より大きな航空機で使用して、騒音を低減し、エンジンの代わりに、またはその出力を増強するために、航空機の外皮が推力を生成することさえ可能にすることを願っています。 また、電気空力機器を小型化して、新しいさまざまなナノドローンを実現することも可能です。 多くの人は、これらの可能性はありそうもない、または不可能でさえあると信じているかもしれません。 しかし、それは1960年代のエンジニアが今日私たちがすでにやっていることについて考えたことです。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
スティーブンバレット、マサチューセッツ工科大学航空宇宙工学教授
