比NASA還快些?天宮二號測試無燃料EM引擎獲突破

本文由知社學術圈原創編譯。

EM引擎是英文“Electromagnetic Drive”的簡稱，指的是一種全新的驅動方式——電磁驅動。美國國家航空航天局（NASA）完成了全新的EM引擎的試驗，並且發表了論文論證。但是中國卻在天宮二號上進行了太空測試，目前此方面處於領先地位。此次中國在這項研究上的突破性進展，引起了外媒極大的關注。

EM引擎是什麼神器？

最近，美國國家航空航天局（NASA）完成了全新的EM引擎的試驗，並且發表了論文論證。這篇題為《真空中對來自閉合射頻腔的脈衝推力的測量》的論文已發表在美國航空航天學會（AIAA）期刊上，並於12月印刷出版。論文中介紹了NASA雄鷹工作實驗室（Eagleworks Laboratories）開展的一系列成功測試。論文作者稱，他們已經打造了一台能順利運行的EmDrive引擎原型機。EmDrive引擎無需燃料，據説只需10周便能將人類送到火星上。

NASA雄鷹工作實驗室的EmDrive引擎

EmDrive引擎最初由英國研究人員羅傑·肖耶爾（Roger Shawyer）於2000年左右提出。EmDrive引擎的原理是，讓光子微波在密閉的錐體內部反彈，從而在錐體較細的一端產生推力，推動宇宙飛船向前飛行。但從牛頓的運動學第三定律來看，這是不可能實現的，因為任何運動都會產生大小相等的反作用力，而EmDrive引擎不會向外噴射任何廢料。（可以聯想一下火箭，它們就是通過高速噴出氣體和其它物質獲得前進的推力的。）

EmDrive引擎的一款原型機

由NASA約翰遜航空中心的哈羅德·懷特（Harold “Sonny” White）帶領的研究團隊的確檢測到了微弱的推力。在這項最新研究中，研究人員對該設備在真空中的表現進行了測試，結果發現“前進時、後退時和靜止時的推力數據顯示，該系統可以產生每千瓦1.2毫牛頓（正負波動0.1）的推力，十分接近該系統在空氣中運行的平均性能”。懷特與同事們在論文中指出，這一推力高達太陽帆的100多倍。與太陽帆類似，EmDrive引擎不需要任何推進劑，採用該推進系統的宇宙飛船可通過太陽能帆板產生所需的微波。因此，EmDrive引擎可以大大降低太空旅行的成本，提高飛行速度，幫助我們更好地探索宇宙。

中國EM引擎研究上處於領先地位

從2010年開始，中國和美國都在這個EM引擎研究上投入巨大人力物力。最近，中國宣稱取得了一項關鍵的突破。

中國空間技術研究院（CAST）商業航天技術中心主任陳粵博士於2016年12月10日首次向外披露，中國現在不僅在實驗室驗證了無燃料引擎EmDrive的技術，同時，進行了原理性驗證，試驗在軌道的零重力環境中開展。據國際商業時報報道，中國在天宮二號測試了該電磁驅動的引擎。

天宮二號空間實驗室已於2016年9月15日22時04分09秒在酒泉衞星發射中心發射成功。

這是中國第一個真正意義上的太空實驗室，搭載了空間冷原子鐘等14項應用載荷，配備在軌維修技術驗證裝置、機械臂操作終端在軌維修試驗設備等空間科學及技術試驗，包括EM引擎測試。

中國的深空探測計劃

未來，深空探測是中國太空科學研究的重要計劃，包括觀測火星、金星、小行星，以及太陽和木星。EM引擎將使深空探測任務變得更容易操作。

雖然EM引擎可能比衝較低，但是在深空間中由於缺乏重力和摩擦，允許它以足夠的時間加速到高速，甚至從低功率水平開始。 發動機的性能取決於腔體材料（以減少由腔壁吸收的EM損失）和温度，這可以影響電磁場，這表明由超導材料製成的未來的EM引擎將具有很高的性能指標。 宇宙飛船或衞星還必須從頭開始設計，以最大限度地提高EM驅動器的工作效率。 值得注意的是，EM引擎也可能易受空間天氣變幻無常的輻射影響，因此EM引擎在天宮二號上的概念證明測試是十分重要的。

EM引擎是深空探測的理想選擇，因為它們消除了加油的需要，甚至也不需要儲存燃料所需的重量和空間，從而簡化了後勤和設計。 在理論上，所有航天器都需要一個EM引擎作為動力能源，像太陽能或反應堆，為從火星任務到機器人探測器超出太陽系提供能源。 EM引擎的使用還將使得衞星更小更高效，因為它們可以不需要用於機動的消耗空間的化學推進器。

這種系統的應用（如果它實際上證明是可行的）是很多的。 如果中國能夠在其衞星上安裝EM引擎用於軌道機動和高度控制，它們將變得更便宜和更持久。 中國空間科學研究院的商業衞星設計師李峯表示，目前的EM引擎只有一位數毫牛的推力，用於軌道調整; 中型衞星需要0.1-1牛頓。 功能性的EM引擎還將為小行星帶之外的遠距離中國星際探測器開闢新的可能性，同時釋放載人航天器中的燃料所佔據的質量，用於其他用品和設備，以建造月球和火星基地。 在軍事方面，EM引擎還可以用於創造更隱秘，更持久的中國監視衞星。

參考資料：http://www.popsci.com/emdrive-engine-space-travel-china-success