Một nhóm nghiên cứu Trung Quốc mới đây đã trình diễn nguyên mẫu của một động cơ đẩy plasma vi sóng trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Trước đây, động cơ đẩy plasma đã được sử dụng trên tàu vũ trụ, sử dụng plasma xenon. Nhưng loại động cơ này không thể sử dụng trong bầu khí quyển của Trái đất, vì các ion xenon khi tăng tốc mất phần lớn lực đẩy để ma sát với không khí.
Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Kỹ thuật tại Đại học Vũ Hán, Trung Quốc, đã tìm ra cách thiết kế mới, khiến động cơ hoạt động chỉ sử dụng không khí và điện. Thiết bị này hoạt động bằng cách ion hóa không khí để tạo ra plasma nhiệt độ thấp, sau đó được thổi qua ống bằng máy nén khí. Trong ống, plasma bị tấn công bằng vi sóng cực mạnh, làm rung chuyển các ion một cách dữ dội, khiến chúng đập mạnh vào các nguyên tử không ion hóa khác và làm tăng đáng kể nhiệt độ và áp suất của plasma. Nhiệt độ và áp suất này tạo ra lực đẩy đáng kể lên ống.
Thiết kế động cơ đẩy plasma vi sóng.
Được tạo ra bởi một nam châm điện có công suất 1 kW, 2.45GHz, các vi sóng bị nén trong một ống dẫn sóng dẹt trước khi tiến đến dòng plasma. Điều này giúp tăng cường độ điện trường và truyền càng nhiều nhiệt và áp suất đến plasma càng tốt.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, khi giữ cho luồng không khí từ máy nén ra ổn định, tia lửa trong ống dường như kéo dài khi công suất của vi sóng tăng lên. Họ đặt mục tiêu cố gắng đo xem lực đẩy được tạo ra là bao nhiêu, nhưng điều này không hề dễ dàng khi sử dụng các phương pháp thông thường.
Thay vào đó, họ quyết định đặt cân bằng một quả bóng thép rỗng trên đầu ống, thứ có thể dễ dàng thay đổi trọng lượng. Ở một trọng lượng nhất định, lực đẩy sẽ chống lại lực hấp dẫn kéo quả bóng xuống và bắt đầu nhấc nó ra khỏi ống, khiến nó di chuyển và nhảy nhót liên tục. Các nhà nghiên cứu từ đó thực hiện các phép đo lực đẩy được tạo ra.
Quả cầu thép được sử dụng để đo lực đẩy.
Sau khi thử nghiệm qua một loạt các mức công suất và tốc độ dòng khí nén, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy mối quan hệ tuyến tính giữa lực đẩy và cả công suất của vi sóng và luồng không khí. Về mặt hiệu quả, lực đẩy ở 400W và 1,45 mét khối không khí mỗi giờ là 11 Newton, tương đương với sự chuyển đổi công suất thành lực đẩy với tốc độ 28N/kW. Qua đó, nhóm nghiên cứu đã suy đoán rằng nếu sử dụng pin Tesla của mẫu Model S, có khả năng xuất ra 310 mã lực thì lực đẩy tạo ra rơi vào khoảng 8.500 N.
Điều này cho phép nó sử dụng như một loại động cơ cho các máy bay chạy điện tương lai. Trong thực tế, máy bay điện Airbus E-Fan sử dụng một cặp động cơ có hiệu suất 25 N/kW, thấp hơn cả nguyên mẫu đầu tiên được lắp ráp trong phòng thí nghiệm ở Vũ Hán. Do đó, các nhà nghiên cứu kết luận rằng lực đẩy này đã "tương đương với động cơ phản lực của máy bay thương mại".
Tuy nhiên, phương pháp thử nghiệm với quả bóng thép chưa thực sự đáng tin cậy và cần phải cải thiện hiệu quả của thiết kế. Nhưng mọi thứ dường như đang đầy hứa hẹn, với ý tưởng ra đời một loại động cơ đẩy plasma mới cho các dòng máy bay điện trong tương lai.
Dẫu vậy, khoảng cách tới thực tế vẫn còn vô cùng xa vời. Bởi cho dù nó hiệu quả hơn các loại động cơ phản lực thông thường thì một thực tế không thể phủ nhận rằng nếu xét ở cùng một trọng lượng thì nhiên liệu hàng không vẫn mang nhiều năng lượng hơn gấp hàng chục lần so với một cục pin.
Video thử nghiệm động cơ đẩy plasma vi sóng của các nhà nghiên cứu Trung Quốc.
Tham khảo newatlas