天宫二号测试无燃料EM引擎 10周可达火星

2016-12-29 07:30:00 作者:新浪科技 分类 : 探索发现

  EM引擎是英文“Electromagnetic Drive”的简称,指的是一种全新的驱动方式——电磁驱动。美国国家航空航天局(NASA)完成了全新的EM引擎的试验,并且发表了论文论证。但是中国却在天宫二号上,进行了太空测试,目前此方面处于领先地位。此次中国在这项研究上的突破性进展,引起了外媒极大的关注。

  EM引擎是什么神器?

  最近,美国国家航空航天局(NASA)完成了全新的EM引擎的试验,并且发表了论文论证。这篇题为《真空中对来自闭合射频腔的脉冲推力的测量》的论文已发表在美国航空航天学会(AIAA)期刊上,并于12月印刷出版。论文中介绍了NASA雄鹰工作实验室(Eagleworks Laboratories)开展的一系列成功测试。论文作者称,他们已经打造了一台能顺利运行的EmDrive引擎原型机。EmDrive引擎无需燃料,据说只需10周便能将人类送到火星上。

  NASA雄鹰工作实验室的EmDrive引擎NASA雄鹰工作实验室的EmDrive引擎

  EmDrive引擎最初由英国研究人员罗杰·肖尔(Roger Shawyer)于2000年左右提出。EmDrive引擎的原理是,让光子微波在密闭的锥体内部反弹,从而在锥体较细的一端产生推力,推动宇宙飞船向前飞行。但从牛顿的运动学第三定律来看,这是不可能实现的,因为任何运动都会产生大小相等的反作用力,而EmDrive引擎不会向外喷射任何废料。(可以联想一下火箭,它们就是通过高速喷出气体和其它物质获得前进的推力的。)

  EmDrive引擎的一款原型机EmDrive引擎的一款原型机

  由NASA约翰逊航空中心的哈罗德·怀特(Harold “Sonny” White)带领的研究团队的确检测到了微弱的推力。在这项最新研究中,研究人员对该设备在真空中的表现进行了测试,结果发现“前进时、后退时和静止时的推力数据显示,该系统可以产生每千瓦1.2毫牛顿(正负波动0.1)的推力,十分接近该系统在空气中运行的平均性能”。怀特与同事们在论文中指出,这一推力高达太阳帆的100多倍。与太阳帆类似,EmDrive引擎不需要任何推进剂,采用该推进系统的宇宙飞船可通过太阳能帆板产生所需的微波。因此,EmDrive引擎可以大大降低太空旅行的成本,提高飞行速度,帮助我们更好地探索宇宙。

  中国EM引擎研究上处于领先地位

  从2010年开始,中国和美国都在这个EM引擎研究上投入巨大人力物力。最近,中国宣称取得了一项关键的突破。

  中国空间技术研究院(CAST)商业航天技术中心主任陈粤博士于2016年12月10日首次向外披露,中国现在不仅在实验室验证了无燃料引擎EmDrive的技术,同时,进行了原理性验证,试验在轨道的零重力环境中开展。据国际商业时报报道,中国在天宫二号测试了该电磁驱动的引擎。

  天宫二号空间实验室已于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功。这是中国第一个真正意义上的太空实验室,搭载了空间冷原子钟等14项应用载荷,配备在轨维修技术验证装置、机械臂操作终端在轨维修试验设备等空间科学及技术试验,包括EM引擎测试。  天宫二号空间实验室已于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功。这是中国第一个真正意义上的太空实验室,搭载了空间冷原子钟等14项应用载荷,配备在轨维修技术验证装置、机械臂操作终端在轨维修试验设备等空间科学及技术试验,包括EM引擎测试。

  中国的深空探测计划

  未来,深空探测是中国太空科学研究的重要计划,包括观测火星、金星、小行星,以及太阳和木星。EM引擎将使深空探测任务变得更容易操作。

  虽然EM引擎可能比冲较低,但是在深空间中由于缺乏重力和摩擦,允许它以足够的时间加速到高速,甚至从低功率水平开始。 发动机的性能取决于腔体材料(以减少由腔壁吸收的EM损失)和温度,这可以影响电磁场,这表明由超导材料制成的未来的EM引擎将具有很高的性能指标。 宇宙飞船或卫星还必须从头开始设计,以最大限度地提高EM驱动器的工作效率。 值得注意的是,EM引擎也可能易受空间天气变幻无常的辐射影响,因此EM引擎在天工二号上的概念证明测试是十分重要的。

  EM引擎是深空探测的理想选择,因为它们消除了加油的需要,甚至也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。 在理论上,所有航天器都需要一个EM引擎作为动力能源,像太阳能或反应堆,为从火星任务到机器人探测器超出太阳系提供能源。 EM引擎的使用还将使得卫星更小更高效,因为它们可以不需要用于机动的消耗空间的化学推进器。

  这种系统的应用(如果它实际上证明是可行的)是很多的。 如果中国能够在其卫星上安装EM引擎用于轨道机动和高度控制,它们将变得更便宜和更持久。 中国空间科学研究院的商业卫星设计师李峰表示,目前的EM引擎只有一位数毫牛的推力,用于轨道调整; 中型卫星需要0.1-1牛顿。 功能性的EM引擎还将为小行星带之外的远距离中国星际探测器开辟新的可能性,同时释放载人航天器中的燃料所占据的质量,用于其他用品和设备,以建造月球和火星基地。 在军事方面,EM引擎还可以用于创造更隐秘,更持久的中国监视卫星。

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