Föreställ dig en flygmotor som inte har några rörliga delar, producerar inga skadliga avgaser och gör inget ljud. Det är vad forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har skapat genom att anpassa en teknik som tidigare bara använts i rymdfarkoster så att den kan driva flygning över jorden.

Jondrivningar har använts på rymdfarkoster sedan 1960-talet och fungerar genom att skjuta ut en ström av laddade partiklar som driver fartyget framåt. Förutom att vara koldioxidneutral, de är mindre benägna att gå fel och billigare att underhålla än konventionella motorer eftersom de inte har några propellrar, turbiner eller bränslepumpar för att gå sönder. Det enda problemet var att i jordens gravitation, dragkraften som producerades av enheten var inte tillräckligt för att övervinna vikten av batterierna som behövdes för att driva dem. Tills nu.

Den aktuella nya forskningen, publiceras i Natur , banar väg för möjligheten till tysta drönare inom en mycket nära framtid. Med ytterligare framsteg inom material och kraftomvandling, tysta besättningsflygplan och så småningom kommersiella flygningar kan också vara vid horisonten. Faktiskt, detta genombrott kan vara det första steget i att förändra hur vi alla flyger runt världen i framtiden.

Alla flygplansmotorer fungerar genom att trycka något bakåt så att farkosten rör sig framåt. Vanligtvis är detta luft, oavsett om det är kall luft som drivs av elektriska propellrar eller varm luft som skjuts ut av jetmotorer. Jonframdrivning skickar istället ut laddade partiklar eller joner som genereras i gapet mellan två elektroder med hög spänning däremellan. Jonerna interagerar med luften, skapar en jonvind som skickas bakåt, driva flygplanet framåt.

Som med propellerdrivna soldrivna flygplan, jondrivna farkoster drivs av elektricitet och behöver därför inte transportera bränsle, annat än batterier fyllda med laddade partiklar. Den nya forskningen visar att med några smarta modifieringar av batteriinställningen och hur den elektriska kraften omvandlas, det är möjligt att minska batterivikten tillräckligt för att få denna teknik att flyga.

Kompromissa med design

En farkost med jondrift behöver också en stor frontyta för att generera jonvinden på rätt sätt. Men detta skulle vanligtvis göra flygplanet tyngre, så forskarna var tvungna att balansera dessa motstridiga begränsningar. De designade ett vingspann som var tillräckligt litet för att minska riskerna och göra testningen billigare och enklare, samtidigt som den är tillräckligt stor för att använda vanliga fjärrkontrollkomponenter.

Forskarna flög tio flygningar med ett flygplan med 5 meter vingspann, väger mindre än 2,5 kg. De kunde flyga den i upp till 9 sekunder över en sträcka av 45 meter med en hastighet av 5 meter i sekunden. Farkosten behövde cirka 20 sekunder för att bygga upp sin kraft och sjösattes sedan med hjälp av ett mekaniskt bungee-system.

Även om denna flygtid och avstånd kanske inte verkar så mycket, forskarna påpekar att de faktiskt liknar dem från den första flygningen av flygplansuppfinnare, bröderna Wright 1903. Att göra ytterligare framsteg inom material och kraftelektronik, och optimera flygplanet, skulle kunna göra det möjligt för farkosten att flyga snabbare och längre. Det kan också vara möjligt att använda solpaneler för att generera den elektricitet som behövs för att driva jondrivningen.

En av de stora fördelarna med en jondriven farkost är dess bullernivåer nära noll. Så det är troligt att tekniken kommer att hitta sin första tillämpning i tysta drönare. Dess avsaknad av rörliga delar borde göra det relativt enkelt att skala ner systemet för mindre farkoster och göra det lättare att skala upp. Men större farkoster kommer också att behöva en större kraftökning. För att bygga ett jondrivet flygplan skulle du behöva öka mängden kraft i förhållande till farkostens storlek 300 gånger.

Men se hur långt vi har kommit sedan bröderna Wrights första flygning. Himlen kan vara gränsen med denna nya teknik.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.