全球航空業(yè)正卡在一個(gè)尷尬的十字路口。一邊是各國喊得震天響的 “碳中和” 目標(biāo) —— 航空業(yè)貢獻(xiàn)了全球 2% 的碳排放,且還在逐年增加;另一邊是現(xiàn)實(shí)的困境:想用電驅(qū)動(dòng)飛機(jī),電池太重,飛不遠(yuǎn);想燒氫燃料,儲(chǔ)存和加注設(shè)施全是難題。就在這時(shí),一條來自中國的消息,讓不少外媒坐不住了。
據(jù)科技媒體 Ecoportal 報(bào)道,武漢大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì),造出了一臺(tái) “不喝油” 的發(fā)動(dòng)機(jī)。它不用化石燃料,甚至不用特殊燃料,就靠吸進(jìn)普通空氣,再用電把空氣變成高溫等離子體,就能產(chǎn)生推動(dòng)飛機(jī)的力量。更讓人驚訝的是,在實(shí)驗(yàn)室里,這個(gè)小巧的原型機(jī)已經(jīng)能舉起 1 公斤的鋼球,產(chǎn)生的推力壓強(qiáng)甚至能和傳統(tǒng)商用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)掰掰手腕。外媒直言:“這看著像 22 世紀(jì)才該有的技術(shù),沒想到中國已經(jīng)在測(cè)試了。”
要理解這項(xiàng)技術(shù)的厲害,得先說說現(xiàn)在的飛機(jī)是怎么飛的。七十多年來,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理沒怎么變:吸進(jìn)空氣,壓縮一下,混上煤油燒起來,高溫高壓的氣體往后一噴,飛機(jī)就往前跑。這套技術(shù)讓人類實(shí)現(xiàn)了環(huán)球飛行,但代價(jià)是每年排出去的二氧化碳,夠填滿幾百萬個(gè)足球場(chǎng)。
為了改這個(gè)毛病,科學(xué)家想了不少招。純電動(dòng)飛機(jī)?電池太重,現(xiàn)在最多飛個(gè)短途,跨洋飛行想都別想。氫燃料飛機(jī)?氫雖然燒起來只產(chǎn)水,但它太 “活潑”,儲(chǔ)存需要超低溫高壓,飛機(jī)裝不下多少,而且加油站也得全改造,成本高得嚇人。
武漢大學(xué)的團(tuán)隊(duì),走了條完全不同的路。他們盯上了 “等離子體”—— 這東西是物質(zhì)的第四種形態(tài),比氣體更 “熱” 更 “活潑”,閃電、極光里都有它。團(tuán)隊(duì)想:能不能直接用空氣當(dāng) “原料”,用電把它變成等離子體,靠這個(gè)噴氣產(chǎn)生推力?
說起來復(fù)雜,做起來更像變魔術(shù)。機(jī)器先把空氣吸進(jìn)來,擠壓縮小體積,再加熱到 1000 攝氏度以上。接著,一道強(qiáng)微波打進(jìn)去,空氣瞬間被 “拆” 成帶電的粒子,變成滾燙的等離子體。最后,這股憋著巨大能量的等離子體從噴口猛噴出去,推力就有了。
實(shí)驗(yàn)室里的原型機(jī)很小,卻干成了大事:它穩(wěn)穩(wěn)舉起了 1 公斤的鋼球,噴出的等離子體產(chǎn)生的壓強(qiáng)達(dá)到了每平方米 2.4 萬牛頓 —— 這數(shù)兒跟咱們平時(shí)坐的客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)差不多。這一步,直接證明了 “靠空氣和電飛” 不是空想,是真能實(shí)現(xiàn)的。
可能有人會(huì)說,等離子推進(jìn)器不算新鮮啊,太空探測(cè)器上早就有了。但這兩者差別大了去了。太空里的等離子推進(jìn)器,得用氙氣這種稀有又貴的氣體當(dāng) “燃料”,而且只能在沒有空氣的真空里工作,到了地球大氣層里根本沒用。
但中國這個(gè)原型機(jī)不一樣,它就認(rèn)空氣 —— 地球上哪兒都有的空氣。這一下,就把等離子體推進(jìn)的用武之地從太空拉回了大氣層,讓飛機(jī)用它飛成為了可能。想想看,以后飛機(jī)起飛,不用裝一肚子煤油,只要有足夠的電,吸著空氣就能跑,全程不排二氧化碳,這不就是航空業(yè)做夢(mèng)都想要的 “零排放” 嗎?
不過,別高興太早。現(xiàn)在的原型機(jī)還只是個(gè) “實(shí)驗(yàn)室寶寶”,想讓它拉著幾百人飛上萬米高空,還差著十萬八千里。
最大的坎是電。要驅(qū)動(dòng)一臺(tái)能托動(dòng)大飛機(jī)的等離子發(fā)動(dòng)機(jī),得有兆瓦級(jí)的電源 —— 大概相當(dāng)于幾千戶人家同時(shí)用電的量。可現(xiàn)在的電池要么太重,要么儲(chǔ)電量不夠;想裝個(gè)小型核聚變反應(yīng)堆?那技術(shù)還停留在科幻片里。沒合適的電源,這發(fā)動(dòng)機(jī)就是個(gè) “沒油的車”。
然后是材料。1000 多攝氏度的等離子體,比煉鋼的熔爐還燙。現(xiàn)在的金屬零件往里面一放,分分鐘就化了。得找一種又輕、又耐超高溫、還能扛住強(qiáng)電磁干擾的材料,這在現(xiàn)在看來,難度不亞于造一件 “神器”。
還有系統(tǒng)控制的問題。小原型機(jī)一個(gè)單元就夠了,真要飛大飛機(jī),可能得并排裝幾十個(gè)、上百個(gè)等離子噴射單元,組成一個(gè) “陣列”。這么多單元得同步工作,起飛時(shí)一起使勁,巡航時(shí)調(diào)大調(diào)小,降落時(shí)慢慢減速,中間有一個(gè)出問題都可能出危險(xiǎn)。怎么把它們管得服服帖帖,現(xiàn)在還沒頭緒。
盡管難,但這項(xiàng)技術(shù)還是讓不少人看到了希望。現(xiàn)在全球都在賭航空脫碳的 “技術(shù)路線”:有人押寶可持續(xù)航空燃料(SAFs),有人死磕氫能源,而中國這個(gè)等離子體推進(jìn),像是突然冒出來的 “第三條路”。
它的好處太誘人了:只要有清潔電(比如太陽能、風(fēng)能發(fā)的電),再加上空氣,就能飛,全程零排放。這要是成了,航空業(yè)的碳排放難題幾乎能一次性解決。
就像百年前萊特兄弟的飛機(jī)只飛了十幾秒,卻開啟了航空時(shí)代一樣,武漢大學(xué)這個(gè)原型機(jī)現(xiàn)在能干的事也有限。但它證明了一個(gè)關(guān)鍵問題:靠空氣和電推動(dòng)飛機(jī),在物理上是行得通的。
外媒評(píng)論,這更像是 “22 世紀(jì)的技術(shù)”,或許不是夸張。畢竟,從實(shí)驗(yàn)室到萬米高空,可能要走幾十年,但至少這條路,已經(jīng)被中國人踏出了第一步。未來的某一天,當(dāng)我們坐上不喝油、只 “吃” 空氣的飛機(jī)時(shí),或許會(huì)想起今天這個(gè)小小的突破 —— 原來 22 世紀(jì)的飛行,早就從這一刻開始倒計(jì)時(shí)了。
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