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电磁驱动:天方夜谭还是重大突破

2016-12-16 22:33| 发布者: cfso5068| 查看: 2120| 评论: 0

摘要:   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。

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,由英国工程师罗杰·肖耶2000年左右提出。原理大致是:用电力在密闭的锥形腔内产生微波,微波在腔内来回反射,在两端产生的推力差即可作为飞行器前进的动力,太阳能提供电力来维持微波的运动。

EM引擎再次吸引了航天迷们的眼球。

这一次,NASA(美国国家航空航天局)发布了经过同行评审的EM引擎(EM Drive)论文。评论称,这表示其实验结果以及整个论证过程都得到了同行专家们的认可,意义重大。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。

“各国科研机构近几年陆续开展了对EM引擎的一系列长期、反复的试验,这次NASA发表的试验结果,可以说是再次确认了该技术。”中国空间技术研究院通信卫星事业部陈粤博士告诉科技日报记者。他也首次披露了中国空间技术研究院科研人员在EM引擎研发上的最新进展。

2000年左右,英国工程师罗杰·肖耶提出EM引擎这一概念时就饱受质疑,因为它似乎违反了牛顿第三定律。火箭升空需要推进力,然而,EM引擎的外界没有任何作用力,“凭空”产生了前进的推动力。

罗杰·肖耶等人试图从不同角度解释其产生推力的原理,但均未被广泛认可。正因此,这一听起来就很玄幻的技术很长时间没有引起主流学术圈的注意。直到中国西北工业大学航天学院的杨涓教授开始跟踪这一技术。公开资料显示,从2008年开始,杨涓将该技术引入正规学术领域开展研究,发表了关于EM引擎及其相关试验的论文。

此后,广为人知的是NASA约翰逊航天中心专注于前沿推进技术的研究团队“鹰工厂”的试验结果。他们对两台推进器进行了为期8天的实验,并于2014年6月4日将实验结果以论文的形式在AIAA第50届联合推进大会上发表。实验数据显示,在28瓦微波功率的作用下,产生了30—50微牛(1毫牛=1000微牛)的推力。

因当时其试验条件并非真空, 这篇文章曾受到外界质疑。此次最新发表的论文,正是该团队完善试验后,在真空中完成的推力测试的结果。数据显示,在最大80瓦的微波功率输入时,最大测到推力约124微牛。相比之下,同样是无工质的太阳帆,每千瓦只能产生6.67微牛的推力。

“除了NASA,国际上还有几个团队在进行这方面的研究,如罗杰·肖耶本人,美国Cannae公司,以及德国德累斯顿工业大学等,德国这个团队2015年也发表了一篇会议论文,结论跟NASA的类似。”陈粤说。

陈粤团队从2010年开始正式开展EM引擎研究。该团队依靠经典电磁场理论分析和计算,开展了推力器腔体设计。通过分析计算,研究人员认为该推力的产生,来自电磁场在特定设计的谐振腔体里产生的不均衡分布,因此该技术不需要传统工质,实际上是使用了电磁场对物质的作用力,也符合经典力学定律。

“我们已研制成功几种规格的多台原理样机,建立了实验验证平台,完成了毫牛级微推力测量试验,通过几年来的重复试验及相应的干扰因素排查试验,确认该类型推力器的推力存在。”陈粤介绍,他们已完成了可用于飞行试验的试验装置研制,正在开展在轨验证。

“这项技术目前处于原理验证阶段的后期,后继目标是使该技术尽快在卫星工程领域实际应用,但还有很多攻关工作要做。”中国空间技术研究院通信卫星事业部总设计师李峰说,目前原理样机体积大,推力较小,需要特殊的工程方法,优化腔体设计,提高腔体品质因数,减小损耗,将微波能量更有效用于产生推力。目前测到的推力是微牛级至毫牛级,至少要提高到百毫牛级甚至牛级才能用于卫星的姿控、变轨等工作。

他具体解释道,从原理验证到工程应用,还需解决目前原理样机推力小、推功比低、推力器难以长时间稳定工作、推力器布局、应用策略等一系列工程问题,如果这些工程问题都得以解决,EM引擎的工程化应用将使航天推进技术产生跨代式飞跃。这些技术问题,虽然有很大难度,但是在工程上是可以解决的。

李峰透露,陈粤团队依托国家相关项目支持,正在开展工程应用的关键技术攻关,争取5年内实现工程应用,“我们已调集了微波、结构、热控、电力电子、星载电子系统等相关专业力量,全力来做这件事,虽然难度很大,但我们有信心做成。”

据报道,NASA下一步也将开展太空实验,记者就此相关问题发出采访函,截至发稿时尚未收到回复。从与NASA关系密切的美国Cannae公司官网可以看到,该公司已经启动了EM引擎技术的飞行试验计划,计划于2018年发射一颗6U立方星验证该技术


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