近日，據(jù)科技媒體Ecoportal報(bào)道，武漢大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功測(cè)試新型噴氣式等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)不依賴化石燃料，而是利用電能將普通空氣轉(zhuǎn)化為高溫等離子體來(lái)產(chǎn)生推力。

這一成果不僅為全球航空業(yè)的脫碳轉(zhuǎn)型帶來(lái)新曙光，更在軍事領(lǐng)域展現(xiàn)出令人遐想的應(yīng)用前景。外媒驚嘆這仿佛是22世紀(jì)的技術(shù)，認(rèn)為其如同百年前萊特兄弟首次飛行，為未來(lái)航空指明了方向。

傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)自誕生七十余年來(lái)，原理都是吸入空氣、壓縮、與燃料混合燃燒，再將高溫高壓氣體向后噴出以產(chǎn)生推力 。這一模式成就現(xiàn)代航空輝煌的同時(shí)，也讓航空業(yè)成為碳排放大戶。

據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，全球航空業(yè)年碳排放量占人為碳排放總量的2%—3%，且隨著航空需求增長(zhǎng)，這一比例仍在上升，脫碳轉(zhuǎn)型迫在眉睫。

為突破困局，科學(xué)界進(jìn)行諸多嘗試。純電動(dòng)飛機(jī)受限于電池儲(chǔ)能密度，目前僅能實(shí)現(xiàn)短途低空飛行，難以支撐民航客機(jī)或軍用戰(zhàn)機(jī)的長(zhǎng)途任務(wù)。氫燃料雖燃燒零排放，但液態(tài)氫儲(chǔ)存需-253℃超低溫環(huán)境，儲(chǔ)氫罐重量占飛機(jī)總重的15%以上，且加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本高昂，短期內(nèi)難以規(guī)?；瘧?yīng)用。這些技術(shù)瓶頸，讓科學(xué)家們一籌莫展。

在這樣的背景下，武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究異軍突起。該團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，聚焦物質(zhì)的第四種形態(tài)——等離子體。他們?cè)O(shè)想構(gòu)建吸氣式等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)，直接利用地球大氣和清潔電力作為燃料，從根本上擺脫對(duì)化石能源的依賴。

在實(shí)驗(yàn)裝置中，空氣被吸入壓縮后加熱至1000攝氏度以上高溫，強(qiáng)大的微波能量射入使高壓氣流瞬間電離，形成由離子和電子組成的熾熱等離子體，最后通過(guò)噴口高速噴出產(chǎn)生推力。這一過(guò)程無(wú)需燃燒，僅消耗空氣和電能，理論上可實(shí)現(xiàn)零排放。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，小巧的原型機(jī)成功舉起1公斤重的鋼球，產(chǎn)生每平方米2.4萬(wàn)牛頓的壓強(qiáng)，這一推力密度已與傳統(tǒng)商用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，首次在實(shí)踐層面證明大氣層內(nèi)等離子體推進(jìn)的可行性。

更關(guān)鍵的是，該技術(shù)與太空探索中使用的等離子體推進(jìn)器截然不同。后者依賴稀有昂貴的氙氣作為工質(zhì)，且只能在真空環(huán)境工作，而武大的原型機(jī)直接以無(wú)處不在的空氣為原料，為大氣層內(nèi)的航空應(yīng)用掃清了原料障礙。

這一技術(shù)，將來(lái)有望使用在重型無(wú)人機(jī)、無(wú)人駕駛貨機(jī)及大型噴氣式飛機(jī)上。不過(guò)目前還比較棘手，能源供應(yīng)就是首要挑戰(zhàn)。飛機(jī)執(zhí)行長(zhǎng)距離飛行任務(wù)時(shí)，需要發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)提供穩(wěn)定能量。目前武大等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)功率僅400瓦，產(chǎn)生推力約11牛頓，而一架普通民航客機(jī)起飛所需推力以萬(wàn)牛頓計(jì)，差距巨大。且飛機(jī)在飛行過(guò)程中，電力補(bǔ)充依賴機(jī)載能源，現(xiàn)有的電池技術(shù)能量密度低，難以滿足飛機(jī)長(zhǎng)途飛行對(duì)能源的高需求。

同時(shí)，飛機(jī)在不同高度、速度和氣象條件下飛行，要經(jīng)歷復(fù)雜的溫度和氣壓變化。等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，本身也會(huì)產(chǎn)生高溫等離子體流，溫度超1000℃。這就需要研發(fā)一種新型材料，既能耐受超高溫，在強(qiáng)電磁環(huán)境下保持穩(wěn)定，又能在低溫、低壓環(huán)境中不變形、不脆裂，且重量要盡可能輕，以減輕飛機(jī)負(fù)載。當(dāng)前雖有一些耐高溫陶瓷材料，但距離滿足飛機(jī)復(fù)雜需求還有很大差距。

此外，飛機(jī)飛行過(guò)程中，姿態(tài)調(diào)整和推力控制要求精準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力方向和大小需根據(jù)飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)多臺(tái)等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，精準(zhǔn)滿足飛機(jī)起降、巡航、規(guī)避等不同場(chǎng)景的需求，是亟待解決的系統(tǒng)問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)相比飛機(jī)體重更輕，對(duì)推力的要求也更低，因此將這種等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用到無(wú)人機(jī)上的可能性相對(duì)更大。

相較于普通飛機(jī)，戰(zhàn)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有著獨(dú)特且更高的要求。戰(zhàn)機(jī)在空戰(zhàn)中，需要具備高機(jī)動(dòng)性，能快速完成加速、減速、轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖等動(dòng)作。這要求發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速響應(yīng)飛行員操作指令，瞬間改變推力大小和方向。

在戰(zhàn)時(shí)，戰(zhàn)機(jī)可能頻繁出動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，發(fā)動(dòng)機(jī)要能承受連續(xù)高強(qiáng)度工作，這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和可維護(hù)性提出了較高要求。

若未來(lái)等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)成功應(yīng)用于普通飛機(jī)，將為其應(yīng)用于戰(zhàn)機(jī)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)戰(zhàn)機(jī)性能帶來(lái)革命性改變。

因無(wú)需像傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)那樣經(jīng)歷燃料燃燒、氣體膨脹等過(guò)程的延遲，等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)的快速響應(yīng)特性，可使戰(zhàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)前所未有的超機(jī)動(dòng)動(dòng)作。在空戰(zhàn)中，這使戰(zhàn)機(jī)能夠快速改變飛行軌跡，讓敵方雷達(dá)和導(dǎo)彈難以鎖定，占據(jù)空戰(zhàn)主動(dòng)權(quán)。

同時(shí)，等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需攜帶大量燃油，大大減輕戰(zhàn)機(jī)重量，可將節(jié)省的重量用于搭載更多先進(jìn)武器和偵察設(shè)備。現(xiàn)役重型戰(zhàn)機(jī)燃油重量約8-10噸，若采用等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)，可節(jié)省30%—40%機(jī)身重量，多攜帶2-3噸彈藥，或大大增加續(xù)航時(shí)間，拓展作戰(zhàn)半徑，實(shí)現(xiàn)跨洲際突襲能力，極大提升戰(zhàn)機(jī)作戰(zhàn)效能。

此外，當(dāng)擺脫化石燃料依賴后，戰(zhàn)機(jī)的燃料補(bǔ)給方式可能更靈活，減少對(duì)傳統(tǒng)燃油供應(yīng)鏈的依賴。在戰(zhàn)時(shí)，這有助于簡(jiǎn)化后勤保障流程，提高戰(zhàn)機(jī)的出動(dòng)效率和持續(xù)作戰(zhàn)能力。

盡管目前等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)距離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，但武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)的這一研究成果為航空和軍事領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展指明了方向。

隨著技術(shù)的不斷突破和完善，等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)有望改寫空戰(zhàn)規(guī)則，重塑全球軍事戰(zhàn)略格局，讓中國(guó)在科技強(qiáng)軍和航空強(qiáng)國(guó)的道路上大步邁進(jìn)。