Teknologisk gennembrud: Helt ny slags flyvemaskine letter for første gang
»Da jeg begyndte projektet for 9 år siden, sagde min kollega, at der kun var 1 procent chance for, at det ville lykkes,« siger forsker.

Her kan du se miniature-flyvemaskinen i aktion. (Video: MIT)

For over 100 år siden løftede en motordrevet flyvemaskine sig fra jorden for allerførste gang i verdenshistorien.

Det var en lille prototype, der havde til formål at teste ideen om, at sådan en maskine virkelig kunne holde sig i luften - og se bare, hvad der er sket siden.

Nu er det lykkedes forskere at få en tilsvarende lille, men alligevel meget anderledes fly-prototype til at forblive luftbåren.

Der er tale om en fuldstændig lydløs flyvemaskine, som hverken har en motor, turbine eller propel. I stedet er den udstyret med et helt særligt batteri, der holder flyet i luften.

Det er allerførste gang, at et fly er kommet på vingerne ved hjælp af såkaldt elektro-aerodynamisk fremdrift (EAD). Du kan se flere videoer og en animation, der viser flyveren og dens teknologi længere nede i artiklen.

»Det er ret spændende! Jeg kan huske, at da jeg begyndte projektet for 9 år siden, sagde min kollega, at der kun var 1 procent chance for, at det ville lykkes. Så terningerne må være landet rigtigt,« siger lektor ved Afdeling for Aeronautik og Astronautik på Massachusetts Institute of Technology Steven Barrett til Videnskab.dk.

Steven Barrett er førsteforfatter på det nye studie, som lige er blevet bragt i det berømte videnskabelige tidsskrift Nature.

MIT-fly

Flyet er, hvad man kalder et fastvingefly, der flyver ved hjælp af fastsiddende vinger, modsat de bevægelige rotorblade på en hellikopter. Vingernes form skaber opdrift, når flyet glider gennem luften. (Illustration: MIT)

Sådan adskiller flyet sig fra dem, vi kender

Selvom miniature-flyveren er udstyret med to vinger og på mange måder ligner et almindeligt fly, omend den er mindre, er der et par betydelige forskelle:

»Flyet har ingen turbiner og ingen propeller. Normalt ville du have en propel eller en turbine til at sikre flyvemaskinens fremdrift, men her bruger vi udelukkende elektricitet,« siger Steven Barrett.

Fraværet af en roterende propel og turbine betyder, at der ikke er dele, der bevæger sig på flyet, imens det er i luften.

Fordi der ikke er nogle mekaniske dele, der bevæger sig, larmer flyet meget lidt, fortæller sektionsleder ved Institut for Vindenergi på DTU Flemming Rasmussen, som har vurderet studiet for Videnskab.dk

Til forskel fra et almindeligt passagerfly drives mini-flyveren desuden ikke af fossile brændsler.

Flyet har et vingefang på fem meter, vejer 2.45 kilo og kan flyve med 4,8 meter i sekundet. Flyets vægt og form er nøje optimeret for at opnå mindst mulig spændevidde, der giver mest mulig energi at flyve med. (Video: MIT)

Flyver udelukkende ved hjælp af elektricitet

At en flyver som denne kan holde sig i luften, er lidt af et eksempel på grundforskning, derfor er der ikke udsigt til, at denne slags fly bliver udbredt med det samme.

Flemming Rasmussen kalder studiet et teknologisk gennembrud. Indtil nu har forskere ikke brugt elektro-aerodynamisk fremdrift (EAD-fremdrift), da det hidtil ikke har kunnet holde en flyver på vingerne.

EAD-fremdrift skabes af høj spænding ved hjælp af elektrisk energi, som får flyet til at bevæge sig.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Teknologien fungerer sådan, at man sætter spænding mellem to elektroder forbundet til en spændingsforsyning, som er forbundet til flyets batteri.

Strømmen får elektroner til at løbe fra den ene til den anden elektrode. For hver elektron, der flytter sig uden for batteriet, følger en ion med inde i batteriet og driver luft med sig.

»På den måde bevæger ionerne en luftmasse, og det er det samme, som når en propel  skubber luften bagud for at skabe fremdrift,« fortæller Flemming Rasmussen.

Her er en lille animationsvideo, der viser, hvordan flyet holder sig i luften, og forklarer fysikken bag EAD-fremdriften. (Video: MIT)

Flyets batterier findes stort set ikke endnu

Flyets batterier er såkaldte solid-state batterier. Det er stadig en ny teknologi, der endnu ikke er udviklet, men ifølge teknisk konsulent i Transport og Elektriske Systemer ved Teknologisk Institut Bjarne Johnsen er der stort udviklingspotentiale i batterierne.

I et interview med Videnskab.dk har Bjarne Johnsen opridset, hvorfor solid-state batterier er smarte:

  • Solid-state-batterier kan indeholde mere energi per vægtenhed end et almindeligt lithium-ion-batteri. Det betyder, at hvis et almindeligt lithium-ion-batteri i dag vejer 100 kilo og har en given kapacitet, vil ingeniører med et solid state-batteri kunne fordoble kapaciteten ved samme vægt.

  • For en elbil betyder det, at man i princippet vil kunne køre dobbelt så langt med et solid-state batteri med en given vægt. Derfor investerer bilfabrikanterne lige nu kraftigt i at udvikle teknologien, som de vil bruge til elbiler, fordi de nuværende batteriers rækkevidde er en af udfordringerne ved elkøretøjer.   

  • Forskere mener, at solid-state-batterier er hurtigere at tanke op end almindelige batterier. Du kan hælde mere strøm på et solid-state-batteri på kortere tid.

  • Et af problemerne med lithium-ion-batterier er, at der kan gå ild i den flydende elektrolyt indeni dem. Solid-state batterier adskiller sig fra lithium-ion-batterier ved, at de ikke indeholder flydende elektrolyt, men derimod et fast materiale som for eksempel glas eller keramik. Hvis man kan erstatte elektrolyt-væsken med et sådant fast stof, som ikke er brændbart, så forbedrer det sikkerheden.

»Hvis man kunne bruge solid-state-batterier i flyvemaskiner, ville den øgede kapacitet per vægtenhed være en kæmpe fordel. Der ville skulle bruges væsentligt mindre energi til at holde sådan et fly i luften end de nuværende el-fly,« siger Bjarne Johnsen.

Indtil videre, har flyet kun fløjet i 10 sekunder ad gangen, men ifølge forskerne bag studiet, har det el til 90 sekunder. Flyet tilbagelagde samlet 60 meter i løbet af 10 indendørs testflyvninger. (Video: MIT)

Lydløse by-droner

Ifølge Flemming Rasmussen er der stort udviklingspotentiale i flyet:

»Det er interessant i forhold til at lave små, flyvende objekter, såsom droner, der kan flyve rundt inde i byerne, fordi teknologien ikke skaber støj,« siger han, og tilføjer, at lydløsheden også kan være en fordel hos kampfly eller droner på militære missioner.

Spørger man studiets førsteforfatter, Steven Barrett, er det da også droner, der er det umiddelbare mål:

»På kort sigt forestiller jeg mig, at teknologien kan bruges til at lave små eller mellemstore droner. Det, vil jeg tro, kan gøres indenfor de næste fem til ti år. Men der vil gå adskillige årtier, hvis vi taler om at lave passagerfly med EAD-fremdrift.«

Flyvning udenfor

Steven Barretts næste projekt bliver at bygge et nyt, lidt større og hurtigere fly ved brug af den samme teknologi. (Illustration: MIT)

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.