एमआईटी मक्खियों के मॉडल हवाई जहाज इलेक्ट्रिक फ़ील्ड और आयनिक हवाओं की नीली चमक द्वारा संचालित होते हैं

100 से अधिक साल पहले उनके आविष्कार के बाद से, प्रोपेलर या टर्बाइन की कताई सतहों द्वारा हवाई जहाज को हवा के माध्यम से स्थानांतरित किया गया है। लेकिन "स्टार वार्स, " "स्टार ट्रेक" और "बैक टू द फ्यूचर" श्रृंखला जैसी विज्ञान कथा फिल्में देखना, मैंने कल्पना की थी कि भविष्य की प्रणोदन प्रणाली चुप हो जाएगी और अभी भी - शायद किसी तरह की नीली चमक और "हूश" के साथ। "शोर, लेकिन कोई चलती भागों, और प्रदूषण की कोई धारा वापस बाहर डालना नहीं है।

यह अभी तक मौजूद नहीं है, लेकिन कम से कम एक भौतिक सिद्धांत है जो आशाजनक हो सकता है। लगभग नौ साल पहले, मैंने आयनिक हवाओं का उपयोग करके जांच शुरू की - हवा के माध्यम से चार्ज कणों के प्रवाह - शक्ति उड़ान के साधन के रूप में। शिक्षाविदों और शौकियों, पेशेवरों और उच्च विद्यालय के विज्ञान के छात्रों द्वारा दशकों के अनुसंधान और प्रयोग पर निर्माण, मेरे शोध समूह ने हाल ही में लगभग किसी भी चलती भागों के बिना एक मूक हवाई जहाज उड़ाया।

विमान का वजन लगभग पांच पाउंड (2.45 किलोग्राम) था और इसमें 15 फीट (5 मीटर) का पंख था और लगभग 180 फीट (60 मीटर) की यात्रा की थी, इसलिए यह कुशलतापूर्वक कार्गो या लोगों की लंबी दूरी तय करने का एक लंबा रास्ता है। लेकिन हमने यह साबित कर दिया है कि आयनिक हवाओं का उपयोग करके भारी-से-भारी वाहन को उड़ाना संभव है। यहां तक ​​कि इसमें एक चमक भी है जिसे आप अंधेरे में देख सकते हैं।

परित्यक्त शोध को खारिज कर दिया

हमारे विमान उपयोग की प्रक्रिया, जिसे औपचारिक रूप से इलेक्ट्रोएरोडायनामिक प्रोपल्शन कहा जाता है, 1920 के दशक में एक सनकी वैज्ञानिक द्वारा जांच की गई थी जिसने सोचा था कि उसने एंटी-ग्रेविटी की खोज की थी - जो निश्चित रूप से मामला नहीं था। 1960 के दशक में, एयरोस्पेस इंजीनियरों ने बिजली की उड़ान के लिए इसका उपयोग किया, लेकिन उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि आयनिक हवाओं और उस समय उपलब्ध तकनीक की समझ के साथ संभव नहीं होगा।

हाल ही में, हालांकि, बड़ी संख्या में शौकीन - और हाई स्कूल के छात्र जो विज्ञान मेले की परियोजनाएं कर रहे हैं - ने छोटे इलेक्ट्रोएरोडायनामिक प्रणोदन उपकरणों का निर्माण किया है जो सुझाव देते हैं कि यह सब के बाद काम कर सकता है। उनके काम मेरे समूह के काम के शुरुआती दिनों में महत्वपूर्ण थे। हमने इलेक्ट्रोएरोडायनामिक थ्रस्टर्स के डिजाइन का अनुकूलन करने के तरीके जानने के लिए प्रयोगों की एक बड़ी श्रृंखला का संचालन करके, विशेष रूप से उनके काम में सुधार करने की मांग की।

हवा को हिलाना, न कि विमान के हिस्सों को

इलेक्ट्रोएरोडायनामिक प्रोपल्शन की अंतर्निहित भौतिकी समझाने और लागू करने के लिए अपेक्षाकृत सरल है, हालांकि अंतर्निहित भौतिकी में से कुछ जटिल है।

हम एक पतले फिलामेंट या तार का उपयोग करते हैं जो कि हल्के पावर कन्वर्टर का उपयोग करके +20, 000 वोल्ट के लिए चार्ज किया जाता है, जो बदले में लिथियम-पॉलिमर बैटरी से अपनी शक्ति प्राप्त करता है। पतले फिलामेंट्स को एमिटर कहा जाता है, और विमान के सामने के हिस्से के पास होते हैं। इन उत्सर्जकों के आसपास विद्युत क्षेत्र इतना मजबूत होता है कि हवा आयनित हो जाती है - तटस्थ नाइट्रोजन अणु एक इलेक्ट्रॉन खो देते हैं और सकारात्मक रूप से चार्ज नाइट्रोजन आयन बन जाते हैं।

हवाई जहाज पर वापस हम एक छोटे से पंख की तरह - एक एयरफ़ॉइल रखते हैं - जिसकी अग्रणी धार विद्युत प्रवाहकीय होती है और एक ही शक्ति कनवर्टर द्वारा -20, 000 वोल्ट तक चार्ज की जाती है। इसे कलेक्टर कहते हैं। कलेक्टर सकारात्मक आयनों को अपनी ओर आकर्षित करता है। आयनों से कलेक्टर तक आयनों की धारा के रूप में, वे बिना हवा वाले अणुओं से टकराते हैं, जिससे उत्सर्जक और संग्राहक के बीच बहने वाली आयनिक हवा को कहा जाता है, जो विमान को आगे बढ़ाती है।

यह आयनिक हवा हवा के प्रवाह की जगह लेती है जो एक जेट इंजन या प्रोपेलर बनाता है।

छोटी शुरुआत

मैंने अनुसंधान का नेतृत्व किया है जिसने यह पता लगाया है कि इस प्रकार का प्रणोदन वास्तव में कैसे काम करता है, यह विस्तृत ज्ञान विकसित करता है कि यह कितना कुशल और शक्तिशाली हो सकता है।

मेरी टीम और मैंने इलेक्ट्रिकल इंजीनियरों के साथ काम किया है ताकि आयनों की हवा बनाने के लिए आवश्यक बैटरी के आउटपुट को हज़ारों वोल्ट तक परिवर्तित किया जा सके। टीम किसी भी पहले से उपलब्ध पावर कनवर्टर को हल्का बनाने में सक्षम थी। यह उपकरण एक विमान डिजाइन में व्यावहारिक होने के लिए काफी छोटा था, जिसे हम अंततः निर्माण और उड़ान भरने में सक्षम थे।

हमारी पहली उड़ान, निश्चित रूप से, उड़ान लोगों से बहुत लंबा रास्ता है। हम पहले से ही इस प्रकार के प्रणोदन को अधिक कुशल और बड़े भार को वहन करने में सक्षम बनाने पर काम कर रहे हैं। पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग, यह मानते हुए कि अब तक पर्यावरणीय निगरानी और संचार प्लेटफार्मों के लिए मूक-फिक्स्ड विंग ड्रोन बनाने में हो सकता है।

भविष्य में आगे बढ़ते हुए, हम आशा करते हैं कि इसका इस्तेमाल शोर को कम करने के लिए बड़े विमानों में किया जा सकता है और यहां तक ​​कि इंजन की जगह या अपनी शक्ति बढ़ाने के लिए किसी विमान की बाहरी त्वचा को जोर देने में मदद करेगा। यह भी संभव है कि इलेक्ट्रोएरोडायनामिक उपकरणों को छोटा किया जा सके, जिससे एक नई किस्म के नैनो-ड्रोन को सक्षम किया जा सके। कई लोग मान सकते हैं कि ये संभावनाएँ असंभव हैं या असंभव भी हैं। लेकिन यही 1960 के इंजीनियरों ने सोचा था कि हम आज क्या कर रहे हैं।

स्टीवन बैरेट, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एयरोनॉटिक्स एंड एस्ट्रोनॉटिक्स के प्रोफेसर