不靠燃料，不靠叶片，一张薄薄的铝箔也能飞上天？

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在大多数人印象中，铝箔只是厨房中用来包食物的日常用品，但你是否想过，一张薄薄的铝箔也能飞上天空？这听起来有些不可思议，在我们的印象中，飞行器不应该都得配备燃料或者带有叶片吗？这种铝箔制作的飞行器究竟有什么特别之处呢？它的飞行原理与普通飞行器又有什么不同？

用于包食物的铝箔纸（图片来源：[1]）

铝箔飞行器的结构组成与原理

铝箔飞行器的核心原理是离子风推进，也被称为电动风或静电风。与传统飞机依靠螺旋桨或喷气发动机推动空气不同，铝箔飞行器利用高压电场直接推动空气中的离子，让飞行器无声无息地升空。

离子推进无人机（图片来源：[4]）

铝箔飞行器的基本结构包括两个部分：一是轻质框架和铝箔包裹成的飞行器本体，二是一个高压电源系统（通常输出电压在几千伏甚至上万伏以上），通过导线连接飞行器。这种高压使得飞行器上的金属丝或者细金属边带上强烈正电，而其下方的铝箔则接地或处于负电位。

高压电源系统的线路布置（图片来源：[5]）

当高压施加后，飞行器上的金属丝附近的空气被电离，产生大量正离子。正离子受到电场作用，会迅速被下方的负极铝箔吸引，在运动过程中不断撞击中性空气分子，从而产生一股向下的离子风。依据牛顿第三定律，这种向下的空气流会给飞行器带来一个向上的反作用力，从而将其缓缓抬升。

无推进器的飞行器：

它到底靠什么飞？

乍一看，铝箔飞行器没有任何传统意义上的引擎或螺旋桨，甚至连活动部件都几乎没有，却能稳定升空，这似乎颠覆了我们对飞行的常识。然而，这正是其最吸引人的地方。铝箔飞行器展示了“没有燃料，没有旋转叶片，仍能飞行”的可能性，而这归功于电场对离子的操控能力。

电场对离子的操控使飞行器起飞（图片来源：[5]）

这种现象虽然在实验室中早已被发现，但直到近些年，随着高压电源设备的小型化以及公众对绿色推进技术的关注，这一原理才重新焕发出科学上的价值。


从天花板飞向太空？
现实与梦想的距离

铝箔飞行器看似只是课堂实验中的“小玩具”，却蕴含了离子风推进这一颇具未来感的动力理念，正被科研人员不断拓展应用，走向更实用、更先进的领域。

综合飞行器外貌及其阳光驱动的持续飞行测试（图片来源：[2]）

2024 年，北京航空航天大学的研究团队在静电推进微型飞行器方面实现了突破：他们研制的飞行器重量仅约 4 克，体积接近昆虫大小，完全摒弃了传统的电磁马达，转而采用创新的静电马达驱动技术。具体而言，飞行器依靠太阳能电池板将自然光转化为电能，再将电压提升至 6000 至 9000 伏之间，为旋翼提供动力。旋翼通过带电电极片的交替吸引与排斥作用产生扭矩，实现了类似直升机的旋转飞行。

电机周边的电极片（图片来源：[3]）

这一设计的巧妙之处在于它实现了能源利用的多样性和持续性：白天靠阳光驱动，夜晚则能通过收集环境中的无线电信号来补充能量，理论上实现“无限续航”。这一特性大大拓宽了其使用场景，不再局限于简单的室内演示，而是具备了执行长时间任务的潜力。

更令人振奋的是，这类静电推进微型飞行器的有效载荷已经达到 1.59 克，足以携带小型传感器、微型计算机或摄像头等设备。随着技术不断优化，未来其载荷有望提升至 4 克，甚至研制出固定翼版本，载荷可达到 30 克以上。这不仅意味着它们能在室内或低空环境中灵活穿梭，还能应用于通信中继、环境监测、灾害搜救等关键领域，极大地拓展了微型飞行器的实用价值。


虽然目前这些飞行器还无法真正突破地球大气层飞向太空，但从最初的铝箔飞行器演变为具备自主能源转换和长航时能力的高性能静电推进装置，科学家们正在一步步缩小梦想与现实之间的鸿沟。




参考文献
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/4_GOwNcWrVATPaQUYZVHkA
[2]Shen W, Peng J, Ma R, et al. Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle[J]. Nature, 2024, 631(8021): 537-543.
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/9yHy-lQpMOzilK4e3ZL84Q
[4]https://www.commercialuavnews.com/drone-delivery/what-is-an-ion-propulsion-drone
[5]https://hackaday.com/2016/07/13/expanding-horizons-with-the-ion-propelled-lifter/


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审核丨白鹏 航天科技集团十一院 研究员
责编丨杨雅萍

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