Revoluce v letectví. Tichá letadla by v budoucnu mohl pohánět iontový vítr

24. listopad 2018 četba na 4 minuty
Návrh letounu, který používá k pohonu iontový vítr.

Návrh letounu, který používá k pohonu iontový vítr.

Foto: Massachusetts Institute of Technology

/VIDEO/ Od okamžiku, kdy se před více než stoletím vznesl první stroj těžší než vzduch, mělo každé letadlo motor s pohyblivými částmi. Inženýři z amerického Massachusettského technologického institutu (MIT) nyní postavili a vyzkoušeli letadlo, které se bez nich obejde. Místo vrtule nebo turbíny ho pohání elektricky nabité částice vzduchu.

FOTOGALERIE

Návrh letounu, který používá k pohonu iontový vítr. Návrh letounu, který používá k pohonu iontový vítr. Letoun poháněný iontovým větrem byl testován ve školní tělocvičně.

„Toto byl první úspěšný let letadla bez pohyblivých částí pohonného systému. Otevírá to nové a neprobádané možnosti letadel, která jsou tišší, mechanicky jednodušší a neprodukují žádné emise,“ řekl Steven Barrett, docent letectví a astronautiky na MIT a hlavní autor studie.

V blízké budoucnosti by mohly podle jeho slov systémy iontového větru pohánět méně hlučné drony. Kombinace iontového pohonu s konvenčnějšími spalovacími systémy by pak mohla najít využití u nových hybridních osobních a nákladních letounů, které by si proti dnes používaným strojům vystačily s mnohem menším množstvím paliva.

Inspiroval se Star Trekem

Barrett přiznává, že inspirace pro iontové letadlo částečně pochází z amerického sci-fi seriálu Star Trek, který pozorně sledoval jako dítě. Zvláště ho přitahoval futuristický letoun, který se téměř nehlučně pohyboval vzduchem, aniž by vypouštěl výfukové plyny.

„To mě přimělo přemýšlet. Ve vzdálené budoucnosti nebudou mít letadla vrtule nebo turbíny. Měla by spíše být jako raketoplány ve Star Treku, které produkují pouze modrou záři a tiše kloužou vzduchem,“ poznamenal Barrett.

Před devíti lety začal hledat způsoby, jak navrhnout pohonný systém pro letadla bez pohyblivých částí. Jako nejvhodnější pohon nakonec zvolil „iontový vítr“, který je také známý jako elektro-hydrodynamický tah.

Jedná se o fyzikální princip, který byl poprvé objeven už ve dvacátých letech minulého století. Vzniká tak, že pomocí vysokého napětí zionizujeme molekuly vzduchu mezi dvěma elektrodami. Nabité molekuly vzduchu usměrněně putují od jedné elektrody k druhé. Přitom prudce narážejí do okolních molekul vzduchu a vytvářejí tah.

Po celá desetiletí byl elektro-hydrodynamický tah považován spíše za fyzikální hříčku než za něco, co by bylo možné použít v praxi. Problémem je, že i pro pohon malého letadla by bylo nutné mít k dispozici zdroj s výkonem v řádu megawattů.

„Byla to bezesná noc v hotelu, kdy jsem nemohl usnout kvůli časovému posunu. Přemýšlel jsem o tom a začal jsem hledat cesty, jak by to mohlo fungovat. Udělal jsem pár hrubých výpočtů a dospěl jsem k závěru, že by to mohl být životaschopný pohonný systém,“ vzpomínal Barrett na samotné počátky výzkumu.

Úspěšný test v tělocvičně

Konečný návrh týmu připomíná velký a lehký kluzák. Letadlo má rozpětí křídel pět metrů a váží pouze něco přes dva kilogramy. Na přední straně křídla je umístěna horizontální žebrování tvořené tenkými dráty, které tvoří kladnou elektrodu. Podobná struktura ze silných drátů na zadní straně křídel pak funguje jako záporná elektroda.

Trup letadla pak obsahuje sadu lithium-polymerových baterií a speciální napájecí zdroj, který umožňuje dosáhnout elektrického napětí 40 tisíc Voltů. Tak vysoké napětí je nezbytné, aby bylo možné vytvořit dostatek iontového větru.

Vědci provedli několik zkušebních letů ve školní tělocvičně, což byl největší vnitřní prostor, který měli pro své experimenty k dispozici. Letadlo zvládlo přeletět vzdálenost přes celou délku tělocvičny, která je 60 metrů. Produkovalo přitom dostatek iontového tahu, aby se udrželo ve vzduchu po celou dobu.

„Byl to ten nejjednodušší možný letoun, který jsme mohli navrhnout, abychom dokázali, že iontová letadla mohou létat. Je to stále ještě trochu daleko od letadla, které by mohlo provádět smysluplnou činnost. Musí být efektivnější, vydržet ve vzduchu delší dobu a hlavně musí umět létat venku,“ podotkl Barrett.

Barrettův tým nyní pracuje na zvýšení efektivity svého návrhu, aby vyráběl více iontového větru s menším napětím. Doufají také, že zvýší hustotu tahu, tedy množství tahu vytvořeného na jednotku plochy. V současnosti vyžaduje lehký letoun velkou plochu elektrod, které v podstatě tvoří jeho hnací systém. V ideálním případě by rád Barrett navrhl letadlo bez viditelného pohonného systému nebo samostatných ovládacích ploch, jako jsou výškovky a kormidlo.