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https://www.ecoportal.net/en/china-testing-plasma-powered-engines/9921/

科技媒体Ecoportal报道，在全球航空业面临脱碳转型的巨大压力，而电池技术又难以支撑长途飞行的现实困境下，一项源自中国的颠覆性技术原型，为未来零排放航空提供了一个全新的、超越传统想象的可能路径。武汉大学的一个研究团队成功测试了一种新型喷气发动机，它不燃烧化石燃料，而是利用电能将普通空气转化为高温等离子体以产生推力。这项研究不仅成功验证了大气层内等离子推进的可行性，也开启了一场关于未来航空动力革命的长期探索，尽管其通往商业应用的道路仍布满严峻的工程挑战。

重构百年蓝图：从燃烧到电离

自诞生七十余年来，传统喷气发动机的基本原理始终未变：吸入空气、压缩、与燃料混合燃烧，然后将高温高压气体向后喷出以产生推力。这一模式缔造了现代航空的辉煌，但也使航空业成为全球碳排放的主要来源之一。为了打破这一困局，科学家们探索了多种路径，但无论是纯电动还是氢燃料，都面临着储能密度、重量或基础设施的巨大障碍。

由武汉大学教授唐焦（Jau Tang）领导的团队则另辟蹊径。他们绕开了化学燃料和笨重的电池储能，将目光投向了物质的第四种形态——等离子体。其核心构想是：能否构建一种“吸气式”的等离子发动机，直接利用地球大气和清洁电力作为“燃料”？这正是他们原型机所要验证的科学猜想。

在其设计的装置中，空气首先被吸入并压缩，随后被加热至超过1000摄氏度的高温。紧接着，一股强大的微波能量射入高压气流，瞬间将其电离，转化成由带电粒子（离子和电子）组成的、炽热的等离子体。最后，这股被注入巨大能量的等离子体流从喷口高速喷出，从而产生强大的推力。在实验室测试中，这个小巧的原型机成功地举起了一枚重达1公斤的钢球，并产生了高达每平方米2.4万牛顿的压强，这一数值已可与传统商用喷气发动机相媲美。这一成果首次在实践层面证明，利用空气等离子体在大气层内产生有效推力的构想是完全可行的。

这项技术的关键创新在于，它与目前应用于太空探索的等离子推进器有着本质区别。太空等离子发动机通常需要使用氙气等稀有且昂贵的惰性气体作为工质，并且只能在真空环境中工作。而武汉大学的原型机则直接以无处不在的空气为原料，使其具备了在地球大气层内工作的先决条件，为航空应用打开了大门。

从实验室到万米高空的巨大鸿沟

尽管初步的科学验证令人振奋，但将这一厘米级的实验室原型，放大为能够驱动数百吨重客机的全尺寸发动机，其间仍存在着巨大的工程鸿沟。研究团队清醒地认识到，前方的道路至少需要数年乃至数十年的不懈努力。

首当其冲的便是能源问题。驱动等离子体产生需要极其巨大的瞬时功率。据估算，驱动一架商用客机所需的等离子发动机阵列，其微波发生器的功率需达到兆瓦级别。这意味着未来的飞机必须搭载一个超乎想象的强大电源。无论是未来的高能量密度电池，还是更具科幻色彩的机载小型核聚变反应堆，目前都远未达到实用化的程度。如何为发动机提供持续、稳定且轻量化的高功率电能，是该技术能否走向现实的首要前提。

其次是极端的材料与热管理挑战。超过1000摄氏度的等离子体流，对发动机的材料提出了堪称苛刻的要求。任何已知的常规金属材料都无法在如此高温下长期稳定工作。因此，科学家必须研发出能够耐受极端高温、高压和强电磁环境，同时又需兼顾轻量化的新型耐热合金或陶瓷复合材料。此外，如何高效地为发动机核心部件散热，防止其在持续工作中熔毁，同时又不增加过多的重量和系统复杂性，也是一个亟待攻克的难题。

最后是推力集成与系统工程的挑战。单个小型原型机产生的推力终究有限。研究团队设想，未来的等离子飞机会采用阵列式布局，即并排集成数十甚至数百个小型等离子喷射单元，共同产生足够的总推力。然而，如何精确地同步控制这个庞大的阵列，确保每个单元都能稳定工作，并在起飞、巡航、降落等不同飞行阶段提供可靠且可调的推力，其背后涉及的流体力学、控制理论和系统工程的复杂性将是空前的。

遥远但清晰的未来愿景

尽管面临重重挑战，武汉大学的这项研究仍为21世纪的航空业描绘了一幅激动人心的远景。在全球对可持续航空燃料（SAFs）和氢能源寄予厚望的今天，大气等离子推进技术以其独特的优势，提供了第三条潜在的技术路线。它在理论上可以实现真正的“零排放”，因为其唯一的消耗品就是空气和（理想情况下由可再生能源产生的）电力。

目前，这项技术尚处于极低的“技术成熟度”（TRL）阶段。然而，唐焦教授及其团队的工作，如同在百年前莱特兄弟首次离地飞行一样，成功地证明了一个新的物理原理可以被应用于航空。它或许不会在短期内改变我们的出行方式，但它点燃了一座新的灯塔，为遥远的未来指明了一个清晰的方向。这项正在悄然进行的研究，或许正是22世纪天空景象的最初预演。