大家都知道，現(xiàn)在的所有航空發(fā)動機(jī)的工作，都必供給以燃料。要想它工作，又不給它“吃”的，是很難想象的。正因如此，又由于飛行器不能帶很多“吃”的東西，這就使得現(xiàn)代飛行器不能長期連續(xù)的飛行。于是有人就想，不用燃料能使發(fā)動機(jī)工作那又多好？看來，這樣的想法是不現(xiàn)實的。然而這種發(fā)動機(jī)的設(shè)計方案也確是存在的。這里并不是說要制成不存在的所謂“永動機(jī)”，而是根據(jù)空間的物理現(xiàn)象而提出的。下面就是這類發(fā)動機(jī)的幾種方案。

電離層發(fā)動機(jī)

大家都知道，在地球的周圍包圍著一層空氣的外殼，根據(jù)長期的研究和實驗證明，它的密度、壓力、溫度及空氣分子的性能等隨高度不同而有很大的變化。比如說，在我們所接觸的空氣中的氧、氮均是由兩個原子所組成的分子，但在一百公里的高空，這些分子分裂為原子。也就是離解作用。

現(xiàn)在人們一般把大氣層分為三層，即對流層，同溫層及電離層。

在電離層中，氣體大部分成原子狀態(tài)，當(dāng)這些游離的原子結(jié)合成分子時，放出大量的能量?；谶@一原理，我們就可以用這種能量使發(fā)動機(jī)內(nèi)的空氣溫度大大提高。這也就說明，如果能制成使原子結(jié)合成分子的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的工作就可以不用燃料。

這里提出這種新型發(fā)動機(jī)的方案，它是沖壓式的。用一種特殊的化學(xué)接觸劑引起原子變成分子的反應(yīng)，并使這種反應(yīng)加速進(jìn)行。把這種接觸劑放在沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒室中，當(dāng)氣體從發(fā)動機(jī)擴(kuò)散器進(jìn)入燃燒室時，氣體便在接觸劑的作用下進(jìn)行原子變成分子的反應(yīng)，同時放出大量的能量。氣體的溫度與壓力便急劇的增高，于是便以高速從發(fā)動機(jī)噴口排出而產(chǎn)生推力。

致于接觸劑本身是不參加反應(yīng)的，而只是促使反應(yīng)的進(jìn)行，因此它本身幾乎沒有消耗，能長期的起作用。根據(jù)許多實驗證明，黃金是良好的接觸劑。

電離層燃料是取之不盡用之不竭的，飛機(jī)上裝上這種發(fā)動機(jī)將可作無限長時的飛行。但需要指出的，必須事先用其它動力裝置把飛機(jī)送到電離層之后，才能使用新型的發(fā)動機(jī)。因此，電離層飛機(jī)的動力裝置不可能是單一的，而必須與其它帶有燃料的發(fā)動機(jī)組成復(fù)合式的動力裝置。

離子火箭發(fā)動機(jī)

當(dāng)人類進(jìn)入宇宙航行時，作為宇宙航行的交通工具——宇宙飛船，必須能夠連續(xù)的、長期的工作，也就是說，需要有燃料能長期供應(yīng)飛船發(fā)動機(jī)的工作。怎樣來達(dá)到這一要求呢？如果使用帶燃料發(fā)動機(jī)，即使通過減少阻力的辦法來減少燃料的消耗，以達(dá)到長期工作，也是不可能的。因為攜帶燃料總是有限的，而飛船所消耗的燃料量又是很大的。

在星際空間內(nèi)，由于宇宙物質(zhì)很少，飛船所碰到的阻力亦很小。因此，采用推力低些，而能達(dá)到長期工作的發(fā)動機(jī)也是值得的。離子火箭發(fā)動機(jī)就具有這種特性。

這種發(fā)動機(jī)的構(gòu)造原理很簡單，方案甚多。

1.帶工質(zhì)的發(fā)動機(jī)

一種是在專門的電源作用下下，產(chǎn)生帶電的粒子——離子，它們與電子一同出現(xiàn)。但是，以后離子和電子又分開，分別的進(jìn)入各自的加速系統(tǒng)，使離子流未從發(fā)動機(jī)噴口中噴出前，就具有很高的速度。當(dāng)離子流以高速噴出后，產(chǎn)生巨大的推力，使飛行器在宇宙空間運(yùn)動(如圖1上圖)。

另外還有一種以“等離子區(qū)”作為噴射流的離子發(fā)動機(jī)。所謂“等離子區(qū)”就是一種氣體狀態(tài)物。因此有人把它稱為等離子氣體。它是用某些激勵的作用(如電子沖擊、高速離子沖擊、分子或原子間的相互碰撞等)使電離氣體的分子或原子成為帶電粒子(正離子和電子)的氣體。這些帶電粒子各作獨立的熱振動，并在一定的極小范圍內(nèi)具有電的、微弱的相互作用力，但對整體來說，仍呈中性。這種“等離子區(qū)”在我們周圍生活中都存在，如螢光燈和真空管內(nèi)的極低壓的氣體，電焊機(jī)產(chǎn)生的電弧氣體都是“等離子區(qū)”。

那么，發(fā)動機(jī)中所帶的工作液體在電弧的高溫作用下，就可產(chǎn)生這種“等離子區(qū)”。使它進(jìn)入電磁力加速系統(tǒng)加速之后，就獲得高速的“等離子區(qū)”，從發(fā)動機(jī)噴口噴出就產(chǎn)生反作用力(如圖1下圖)。

上述兩種離子火箭，都是改變從地球上攜帶工質(zhì)而獲得能量，故其數(shù)量的多寡，決定了發(fā)動機(jī)的工作時間。顯然，這種發(fā)動機(jī)還不是最理想，其工質(zhì)仍是有限的。也就是說續(xù)航時間仍有限?，F(xiàn)在又提出一種電磁發(fā)動機(jī)，其工質(zhì)可直接取自空間。

2.不帶工質(zhì)的發(fā)動機(jī)

前面已介紹了利用電離層氣體作能源來工作的沖壓空氣噴氣發(fā)動機(jī)。這種方案在電離層的更上空或其下面都不能工作。

但是，在大氣的更上空，除電離層之外，也發(fā)生連續(xù)不斷的電離空氣分子和原子，這些分子和原子失去部分電子后而帶有電荷。于是，整個空氣大洋為我們準(zhǔn)備著取之不盡的電離的工質(zhì)。而且用這種工質(zhì)工作，就不需要離解室，可以大大地簡化離子發(fā)動機(jī)裝置(圖2上圖)，因為離解室本身就是帶有電力裝備的復(fù)雜機(jī)構(gòu)。這里問題在于如何取得這種工質(zhì)，并使它形成高速射流。

這種新型發(fā)動機(jī)的形式，將與一般沖壓發(fā)動機(jī)相似，唯不同的，僅燃燒室為裝有高壓電極的專門加速室所代替。電離的空氣在電極之間的空處迅速的加速，并以很大的速度噴出，而產(chǎn)生反作用力。

特別應(yīng)該提到的，以上述原理工作的沖壓離子噴氣發(fā)動機(jī)，不僅可以在電離層的上層工作，對于電離層下面的大氣范圍內(nèi)(大氣層中的方案如圖2下圖所示)或沒有大氣的星際空間都是適合的。大家都知道，宇宙是無限的，但在這無限的空間內(nèi)，仍存在著宇宙物質(zhì)——極稀薄的氫離子、宇宙塵。這些物質(zhì)亦可用來作為火箭的工質(zhì)。

從方案圖中可以看出，這些發(fā)動機(jī)中都有磁場或電極加速系統(tǒng)，有的還有離解室，也就是說，都需要有電力的設(shè)備，而且要使離子的速度很高，使用普通的電力裝置是不可能的。因此，盡管原理和方案都有了，但是，要在火箭技術(shù)上成功的利用它們及得到更大的推力，必須要解決電源裝置的重量及其過程的控制問題，以及進(jìn)一步研究出更完善的熱電裝置。

另外，由于熱力裝置及電力裝置的限制，離子火箭的推力很低，如果在整個飛行過程中(包括起飛和著陸)都用它是不可能的。對于星際飛行來說，必須要把這種火箭送入軌道之后，也就是必須用其它方法克服地球引力場之后，才能成功地用于星際飛船上。同樣，如果要在行星上著陸也要用其它類型的發(fā)動機(jī)，比如使用化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)。

但是這種發(fā)動機(jī)還是有其美好的前途。可以預(yù)料，以這種取之不盡的能源作為動力的宇宙飛船，飛向更遠(yuǎn)的星際世界，在不很久的將來是會實現(xiàn)的。

另外，如果有可以進(jìn)行電離大量氣體的有效方法，那么，沖壓離子噴氣發(fā)動機(jī)可以用在稠密大氣中飛行的一般飛機(jī)上。這將是一般航空事業(yè)上的巨大革新。那時，人們只要有一架能電離大氣的飛行機(jī)器，就可以在任何時候飛行到地球上的任何地方。