这是一种听起来好得令人难以置信的太空技术。“无反作用力”电磁推进器,简称EmDrive,是一种仅依靠封闭在微波腔内的电磁辐射来推进的引擎。这种引擎通过在不交换物质的情况下产生机械作用,从而违反了动量守恒定律。但自2010年以来,美国和中国都向这些看似不可能的引擎投入了大量资源。而现在,中国声称已经取得了关键性突破。
中国空间技术研究院(CAST)商用卫星技术总监陈跃博士于2016年12月10日宣布,中国不仅已成功在实验室中测试了EmDrive技术,而且一个概念验证装置目前正在进行在轨零重力测试(根据《国际商业时报》报道,该测试正在天宫二号空间站进行)。
与传统的通过从系统中排出物质产生推力的引擎(如燃烧发动机和离子发动机)不同,像EmDrive这样的无反作用力引擎仅使用电力来产生运动。在EmDrive中,最初由Roger Shawyer提出,微波腔是一个非对称容器,例如一个截锥体,一端比另一端大得多。在较窄的一端,一个电磁能源(如磁控管)将微波轰击到腔体内。这些波被限制并从腔壁反弹,产生电磁共振。由于截锥体复杂几何形状带来的不平衡共振,EmDrive中的电磁场会变得方向依赖(各向异性)。在这种情况下,各向异性的电磁场会“推”EmDrive远离腔体较大一端。
虽然EmDrive的冲量可能很低,但在深空中缺乏重力和摩擦力,允许它在有足够的时间的情况下加速到高速,即使是从低功率水平开始。引擎的性能取决于腔体的材料(以减少EM能量被腔壁吸收造成的损耗)和温度,这些都会影响电磁场,这表明未来由超导材料制成的EmDrive将具有高性能。飞船或卫星的设计也必须从头开始,以最大限度地提高EM驱动器的运行效率。值得注意的是,EmDrive也可能容易受到太空天气(如辐射)的偶然影响,因此在天宫二号上测试EmDrive概念验证装置非常重要。
EmDrive非常适合深空探索,因为它们无需燃料——甚至不需要储存燃料所需的重量和空间——从而简化了后勤和设计。理论上,EmDrive所需要的只是一台电源,如太阳能或反应堆,就可以为从载人火星任务到太阳系外机器人探测器提供动力。EmDrive还将使卫星更小、更高效,因为它们可以放弃用于机动的耗费空间的化学推进器。
如果这种系统(如果它真的可行)的应用将是多方面的。如果中国能够在其卫星上安装EmDrive用于轨道机动和高度控制,它们将变得更便宜、寿命更长。中国商用卫星首席设计师李峰表示,目前的EmDrive只有个位数的毫牛顿推力,用于轨道调整;而中型卫星需要0.1-1牛顿。一个功能齐全的EmDrive还将为中国超越小行星带的远程星际探测器开辟新的可能性,并为载人航天器腾出燃料所占用的质量,用于建造月球和火星基地的其他补给和设备。在军事方面,EmDrive还可以用于制造更隐蔽、寿命更长的中国侦察卫星。
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