จีนสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นพลังงานไฟฟ้า Electric Plasma Jet Engines

เครื่องบินคือหนึ่งในเทคโนโลยีสุดล้ำที่สร้างความเปลี่ยนแปลงให้กับโลกอย่างมาก แต่นับจากนี้ Electric Plasma Jet Engines อาจกลายเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นใช้พลังงานไฟฟ้า ที่จะเปลี่ยนแปลงการบินครั้งใหญ่ได้เลย

Time Stamp
0:00 จีนสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นพลังงานไฟฟ้า Electric Plasma Jet Engines
0:40 การปฏิวัติการบิน
2:28 Electric Plasma Jet Engines คืออะไร?
3:50 เทคโนโลยี Plasma ในอวกาศ
4:48 เครื่องยนต์ไอพ่นพลังงานไฟฟ้า

การปฏิวัติการบิน
1 เครื่องบินลูกสูบ
เครื่องบินเริ่มยุคแรกตั้งแต่พี่น้องตระกูลไรท์ทำให้เครื่องบินบินได้ ด้วยเครื่องยนต์ลูกสูบ เหมือนของรถยนต์ เครื่องลูกสูบใช้การจุดระเบิดน้ำมันเชื้อเพลิงทำให้เกิดแรงหมุนเพื่อหมุนใบพัด แล้วสร้างแรงผลักให้เครื่องบินไปข้างหน้า
2 เครื่องบินไอพ่น
เป็นเครื่องบนที่ใช้เครื่องยนต์ไอพ่นในการขับเคลื่อน ด้วยการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จนเกิดก๊าซร้อนมาก แล้วเกิดแรงพลักเครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ซึ่งเครื่องไอพ่นมีแรงผลักมากกว่าเครื่องบินแบบลูกสูบอย่างมหาศาล ทำให้เครื่องบินได้เร็วขึ้น บรรทุกได้มากขึ้น และบินได้ไกลขึ้นอย่างมาก
3 เครื่องบินไฟฟ้า
เข้าสู่ยุคที่สามเป็นเครื่องบินที่ใช้ไฟฟ้าแทน เช่น
Alpha Electro
คือเครื่องบินไฟฟ้าแบบใบพัดเดี่ยวที่พัฒนาโดยบริษัท Pipistrel ของสโลวาเนีย เป็นเครื่องบินไฟฟ้าแบบแรกที่ได้รับใบอนุญาติทางการบิน มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบาเพียง 300 kg ติดตั้ง Battery ทั้งด้านหน้าและด้านหลัง เพื่อเป็นระบบสำรองกรณีฉุกเฉิน สามารถบินได้เร็ว 185 กม/ชม รองรับผู้โดยสารได้ 2 คน และบินได้นาน 1 ชั่วโมง
Alice
เครื่องบินไฟฟ้าสองใบพัดโดยบริษัท Eviation ของอิสราเอล รองรับผู้โดยสารได้ 9 คน สามารถบินได้เร็ว 400 กม/ชม และบินได้ไกล 800 กม ซึ่งยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและขอใบอุญาติทางการบิน แต่มีคนสั่งซื้อมากกว่า 150 ลำแล้ว
จะเห็นว่าเครื่องบินไฟฟ้าในปัจจุบันซึ่งใช้แรงขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นหลักนั้น มีข้อจำกัดคือบินได้เร็วเพียงร้อยกิโลเมตรต่อชั่วโมงและบรรทุกผู้โดยสารได้เพียงไม่กี่คน ในขณะที่เครื่องบินเจ็ทหรือเครื่องบินไอพ่นในปัจจุบัน บินได้เร็วถึง 700-900 กม/ชม และจุผู้โดยสารได้มากเป็นร้อยคน

Electric Plasma Jet Engines คืออะไร?

เริ่มต้นเราลองมาดูก่อนว่าเครื่องยนต์เจ็ทในปัจจุบันทำงานอย่างไร ?
เครื่องยนต์เจ็ททำงานอย่างไร?
เครื่องยนต์เจ็ทในปัจจุบันสร้างแรงขับเคลื่อนอย่างมหาศาลด้วยแรงดันของก๊าซ จากการอัดอากาศให้มีความหนาแน่นสูงด้วยพัดลมขนาดใหญ่ด้านหน้าเครื่อง แล้วจุดระเบิดน้ำมันให้มีการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดความร้อนและแก๊สร้อนแรงดันสูงจากอากาศมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว สร้างแรงพลักดันมหาศาลให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้อย่างรวดเร็ว ที่เรียกว่าเจ็ท หรือ ไอพ่น

Electric Plasma Jet Engines?
เป็นเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ใช้น้ำมันเผาไหม้เพื่อให้อากาศขยายตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างแรงขับ แต่ใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อนจากพลาสมาแทน
Plasma พลาสมา
คือก๊าซที่แตกตัวแล้วมีสภาพเป็นไอออน
ปรกติแล้วคุณเคยเรียนตั้งแต่เด็กว่า สิ่งของหรือสสารต่างๆบนโลกนี้มี 3 สถานะคือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ซึ่ง
พลาสมา คือสถานะที่ 4 เกิดจากก๊าซที่ได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นจนเกิดการแตกตัว กลายเป็นพลาสมา กลุ่มไอออนที่มีประจุบวก และอิเล็กตรอนที่มีประจะลบลบ ที่ลอยเคลื่อนไหวอย่างอิสระ และนำไฟฟ้า
พลาสมาสร้างขึ้นได้ในห้องทดลองเมื่อ ให้ความร้อนสูงๆ กับก๊าซ
และสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติเช่น เมื่อเกิดฟ้าผ่า

เทคโนโลยี Plasma ในอวกาศ
Nasa เริ่มใช้เทคโนโลยีพลามาเป็นระบบขับเคลื่อนดาวเทียมมาเป็นสิบปีแล้ว เรียกว่า Nasa Solar Technology Application Readiness หรือ NSTAR เป็นระบบที่ใช้ Ion เป็นพลังงานในการขับเคลื่อนดาวเทียม เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยประหยัดพลังงานและยืดอายุการทำงานของดาวเทียม ปี 1998 เริ่มใช้กับโครงการ Deep Space 1 ใช้ไอออนในการขับเคลื่อนได้เป็นระยะทางถึง 260 ล้านกิโลเมตร
และ Nasa ยังได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องเป็น Xenon Thruster หรือ NEXT ที่มีพลังในการขับเคลื่อนมากกว่าเดิม ถึง 3 เท่า
ข้อดีของอวกาศนอกโลกคือไม่มีแรงต้านจากอากาศ ทำให้แรงขับเพียงเล็กน้อยก็สามารถช่วยในการเคลื่อนที่ได้มาก
เทคโนโลยีระบบขับเคลื่อนด้วยไอออนที่ Nasa พัฒนานั้นแม้จะใช้ขับเคลื่อนดาวเทียมในอวกาศได้ แต่มีแรงขับเคลื่อนไม่พอที่จะใช้กับเครื่องบินในชั้นบรรยากาศโลกซึ่งมีแรงต้านอากาศสูงกว่าอวกาศ ทำให้เราจำเป็นต้องพัฒนาต่อ

เครื่องยนต์ไอพ่นพลังงานไฟฟ้า
Professor Jau Tang และทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอู่ฮั่นในประเทศจีน ได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่โดยทำเครื่องต้นแบบที่สามารถสร้างแรงขับที่ใช้พลังจากการแตกตัวของไอออนได้ โดยอาศัยการอัดอากาศและใช้ไฟฟ้ากระตุ้นให้เกิดพลาสมาเป็นลำพวยพุ่ง เหมือนไอพ่น ซึ่งมีแรงขับสูง ไฟฟ้าได้สำเร็จ
อากาศจะถูกอัดด้วยเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) ก่อนกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนด้วยคลื่นไมโครเวฟจากเครื่อง Magnetron ที่จุดตัดกันทำให้ประจุพลาสมาสั่นอย่างรุนแรง ปล่อยพลังงานออกมาและมีความร้อนสูง ในท่อทดลองขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เซนติเมตร สร้างลำพลาสมา และเกิดแรงผลักของอากาศที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วสามารถยกลูกเหล็กหนัก 1 กิโลกรัมได้

จากต้นแบบนี้ยังแสดงให้เห็นว่า เราควบคุมขนาดของลำพลาสมาให้มากหรือน้อย ด้วยการปรับกำลังของคลื่นไมโครเวฟที่ใช้กระตุ้นพลาสมา แล้วควบคุมให้มีแรงขับเคลื่อนมากหรือน้อยได้ด้วย เหมือนกับการเร่งเครื่องในเครื่องยนต์ใช้น้ำมัน
เป็นสิ่งที่จุดประกายให้เห็นว่าเราสามารถพัฒนาต่อยอดและขยายผลเป็นเครื่องยนต์เจ็ทในอนาคต ที่จะเร่งความเร็วเครื่องให้เร็วขึ้นด้วยการเพิ่มกระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างพลาสมาเพิ่มขึ้น กลายเป็น Electric Plasma Jet Engines หรือเครื่องยนต์ไอพ่นพลังงานไฟฟ้าสำหรับเครื่องบินต่างๆ แทนเครื่องยนต์ไอพ่นในปัจจุบันได้เลย