Máy bay bằng ion lấy cảm hứng từ bộ phim khoa học viễn tưởng Star Trek, trong đó những con tàu vũ trụ âm thầm lặng lẽ “trôi” trong không gian chẳng có lấy một tiếng động nào.

Ảnh đồ họa chiếc máy bay bằng động cơ ion lần đầu tiên trong lịch sử.

Kể từ thời Flyer, chiếc máy bay đầu tiên trên thế giới của anh em nhà Wright vào năm 1903, hơn một trăm năm nay, công nghệ động cơ và nhiên liệu của máy bay ngày càng phát triển, nay lại tới lượt động cơ bằng… ion!

Đây là công nghệ của Viện Công nghệ Massachusetts MIT. Chiếc máy bay này chỉ nặng có 2,45 kg, sải cánh 5 m, không có rotor, không có lò phản ứng mà chỉ có một động cơ đẩy bằng ion. Một viên pin điện đơn giản sẽ ion hóa các nguyên tử không khí và tạo nên lực đẩy khí động học.

Theo Steven Barrett, tác giả chính của công trình nghiên cứu, chiếc máy bay này là một thành công lịch sử, là công nghệ đầy hứa hẹn cho tương lai của ngành hàng không.

Trong công nghệ ionic propulsion, tức động lực ion, một viên pin siêu nhẹ nhưng lại có khả năng cung cấp điện áp rất cao (tới 40 kV) và công suất 600 W để cung cấp điện năng cho các điện cực được thiết trí ở dưới cánh.

Sự chênh lệch điện thế giữa cathode (cực dương) và anode (cực âm) sẽ làm ion hóa vùng không khí chung quanh tạo ra luồng không khí di chuyển các ion tích điện dương của anode về phía cathode mà ta có thể gọi là "gió ion". Và kết quả là lực đẩy khí động học sẽ tạo động lực cho chuyến bay.

Tuy nhiên, vấn đề quan trọng là lực đẩy của động cơ ion rất thấp, chỉ có vài newton (đơn vị đo lường lực). Sẽ không có vấn đề gì cho một con tàu vũ trụ trong không gian vì nơi môi trường này, con tàu đã ra khỏi lực hấp dẫn của trái đất. Nhưng bay trong bầu khí quyển lại là một điều khác xa. Để so sánh, có thể thấy lực đẩy chỉ của một động cơ phản lực máy bay Airbus là đã hơn 100.000 newton.

Chính vì vậy, đây là khó khăn chính trong việc chuyển giao công nghệ này cho ngành hàng không thương mại. Thực sự là các động cơ đẩy ion đã được thử nghiệm từ rất lâu nhưng do hiệu quả thấp nên đã bị từ bỏ vào những năm 1960. Cho mãi tới nay mới thành công do Steven Barrett cùng các cộng sự.

Được biết trong thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã lặp đi lặp lại tới 10 lần cho chuyến bay với vận tốc 4,8 m/giây, khoảng cách bay 55 m do vì không gian hạn chế trong một phòng tập thể dục chỉ có chiều dài  60 m. Và họ cũng so sánh thành quả này với chiếc máy bay có người lái Flyer 1 của anh em nhà Wright vào đầu thế kỷ trước, chỉ bay được 40 m trong 12 giây.

Tuy vậy, bên cạnh thành công này cũng vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết. Trước hết là phải tối ưu hóa lực đẩy khí động học bằng cách giảm bớt trọng lượng của vật thể bay. Kế tới là hình dạng của cánh và nhất là sải cánh tối thiểu mà vẫn tương thích với lực đẩy. Tiếp nữa là việc phải chế tạo một máy phát điện cao áp siêu nhỏ mà tương lai có thể sẽ là pin năng lượng mặt trời để có thể tự chủ cho chuyến bay.

Tuy nhiên điều thú vị nhất là khi Steven Barrett tiết lộ rằng chiếc máy bay bằng ion này được gợi ý từ… bộ phim khoa học viễn tưởng Star Trek cách đây từ nhiều thập kỷ, trong đó những con tàu vũ trụ âm thầm lặng lẽ “trôi” trong không gian chẳng có lấy một tiếng động nào. Do vậy tại sao nay chúng ta không thực hiện những chiếc máy bay như vậy cho thời đại đã có quá nhiều ô nhiễm tiếng ồn!

Ngọc Diệp (Theo Science Daily)